Use 0 instead of NULL.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs in Loops --------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This transformation analyzes and transforms the induction variables (and
11 // computations derived from them) into forms suitable for efficient execution
12 // on the target.
13 //
14 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
15 // have as one or more of their components the loop induction variable, it
16 // rewrites expressions to take advantage of scaled-index addressing modes
17 // available on the target, and it performs a variety of other optimizations
18 // related to loop induction variables.
19 //
20 // Terminology note: this code has a lot of handling for "post-increment" or
21 // "post-inc" users. This is not talking about post-increment addressing modes;
22 // it is instead talking about code like this:
23 //
24 //   %i = phi [ 0, %entry ], [ %i.next, %latch ]
25 //   ...
26 //   %i.next = add %i, 1
27 //   %c = icmp eq %i.next, %n
28 //
29 // The SCEV for %i is {0,+,1}<%L>. The SCEV for %i.next is {1,+,1}<%L>, however
30 // it's useful to think about these as the same register, with some uses using
31 // the value of the register before the add and some using // it after. In this
32 // example, the icmp is a post-increment user, since it uses %i.next, which is
33 // the value of the induction variable after the increment. The other common
34 // case of post-increment users is users outside the loop.
35 //
36 // TODO: More sophistication in the way Formulae are generated and filtered.
37 //
38 // TODO: Handle multiple loops at a time.
39 //
40 // TODO: Should the addressing mode BaseGV be changed to a ConstantExpr instead
41 //       of a GlobalValue?
42 //
43 // TODO: When truncation is free, truncate ICmp users' operands to make it a
44 //       smaller encoding (on x86 at least).
45 //
46 // TODO: When a negated register is used by an add (such as in a list of
47 //       multiple base registers, or as the increment expression in an addrec),
48 //       we may not actually need both reg and (-1 * reg) in registers; the
49 //       negation can be implemented by using a sub instead of an add. The
50 //       lack of support for taking this into consideration when making
51 //       register pressure decisions is partly worked around by the "Special"
52 //       use kind.
53 //
54 //===----------------------------------------------------------------------===//
55
56 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
57 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
58 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
59 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
60 #include "llvm/ADT/SmallBitVector.h"
61 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
62 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
63 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
64 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
65 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
66 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
67 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
68 #include "llvm/IR/Constants.h"
69 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
70 #include "llvm/IR/Instructions.h"
71 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
72 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
73 #include "llvm/Support/Debug.h"
74 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
75 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
76 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
77 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
78 #include <algorithm>
79 using namespace llvm;
80
81 /// MaxIVUsers is an arbitrary threshold that provides an early opportunitiy for
82 /// bail out. This threshold is far beyond the number of users that LSR can
83 /// conceivably solve, so it should not affect generated code, but catches the
84 /// worst cases before LSR burns too much compile time and stack space.
85 static const unsigned MaxIVUsers = 200;
86
87 // Temporary flag to cleanup congruent phis after LSR phi expansion.
88 // It's currently disabled until we can determine whether it's truly useful or
89 // not. The flag should be removed after the v3.0 release.
90 // This is now needed for ivchains.
91 static cl::opt<bool> EnablePhiElim(
92   "enable-lsr-phielim", cl::Hidden, cl::init(true),
93   cl::desc("Enable LSR phi elimination"));
94
95 #ifndef NDEBUG
96 // Stress test IV chain generation.
97 static cl::opt<bool> StressIVChain(
98   "stress-ivchain", cl::Hidden, cl::init(false),
99   cl::desc("Stress test LSR IV chains"));
100 #else
101 static bool StressIVChain = false;
102 #endif
103
104 namespace {
105
106 /// RegSortData - This class holds data which is used to order reuse candidates.
107 class RegSortData {
108 public:
109   /// UsedByIndices - This represents the set of LSRUse indices which reference
110   /// a particular register.
111   SmallBitVector UsedByIndices;
112
113   RegSortData() {}
114
115   void print(raw_ostream &OS) const;
116   void dump() const;
117 };
118
119 }
120
121 void RegSortData::print(raw_ostream &OS) const {
122   OS << "[NumUses=" << UsedByIndices.count() << ']';
123 }
124
125 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
126 void RegSortData::dump() const {
127   print(errs()); errs() << '\n';
128 }
129 #endif
130
131 namespace {
132
133 /// RegUseTracker - Map register candidates to information about how they are
134 /// used.
135 class RegUseTracker {
136   typedef DenseMap<const SCEV *, RegSortData> RegUsesTy;
137
138   RegUsesTy RegUsesMap;
139   SmallVector<const SCEV *, 16> RegSequence;
140
141 public:
142   void CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
143   void DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
144   void SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx);
145
146   bool isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const;
147
148   const SmallBitVector &getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const;
149
150   void clear();
151
152   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator iterator;
153   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator const_iterator;
154   iterator begin() { return RegSequence.begin(); }
155   iterator end()   { return RegSequence.end(); }
156   const_iterator begin() const { return RegSequence.begin(); }
157   const_iterator end() const   { return RegSequence.end(); }
158 };
159
160 }
161
162 void
163 RegUseTracker::CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
164   std::pair<RegUsesTy::iterator, bool> Pair =
165     RegUsesMap.insert(std::make_pair(Reg, RegSortData()));
166   RegSortData &RSD = Pair.first->second;
167   if (Pair.second)
168     RegSequence.push_back(Reg);
169   RSD.UsedByIndices.resize(std::max(RSD.UsedByIndices.size(), LUIdx + 1));
170   RSD.UsedByIndices.set(LUIdx);
171 }
172
173 void
174 RegUseTracker::DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
175   RegUsesTy::iterator It = RegUsesMap.find(Reg);
176   assert(It != RegUsesMap.end());
177   RegSortData &RSD = It->second;
178   assert(RSD.UsedByIndices.size() > LUIdx);
179   RSD.UsedByIndices.reset(LUIdx);
180 }
181
182 void
183 RegUseTracker::SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx) {
184   assert(LUIdx <= LastLUIdx);
185
186   // Update RegUses. The data structure is not optimized for this purpose;
187   // we must iterate through it and update each of the bit vectors.
188   for (RegUsesTy::iterator I = RegUsesMap.begin(), E = RegUsesMap.end();
189        I != E; ++I) {
190     SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
191     if (LUIdx < UsedByIndices.size())
192       UsedByIndices[LUIdx] =
193         LastLUIdx < UsedByIndices.size() ? UsedByIndices[LastLUIdx] : 0;
194     UsedByIndices.resize(std::min(UsedByIndices.size(), LastLUIdx));
195   }
196 }
197
198 bool
199 RegUseTracker::isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const {
200   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
201   if (I == RegUsesMap.end())
202     return false;
203   const SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
204   int i = UsedByIndices.find_first();
205   if (i == -1) return false;
206   if ((size_t)i != LUIdx) return true;
207   return UsedByIndices.find_next(i) != -1;
208 }
209
210 const SmallBitVector &RegUseTracker::getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const {
211   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
212   assert(I != RegUsesMap.end() && "Unknown register!");
213   return I->second.UsedByIndices;
214 }
215
216 void RegUseTracker::clear() {
217   RegUsesMap.clear();
218   RegSequence.clear();
219 }
220
221 namespace {
222
223 /// Formula - This class holds information that describes a formula for
224 /// computing satisfying a use. It may include broken-out immediates and scaled
225 /// registers.
226 struct Formula {
227   /// Global base address used for complex addressing.
228   GlobalValue *BaseGV;
229
230   /// Base offset for complex addressing.
231   int64_t BaseOffset;
232
233   /// Whether any complex addressing has a base register.
234   bool HasBaseReg;
235
236   /// The scale of any complex addressing.
237   int64_t Scale;
238
239   /// BaseRegs - The list of "base" registers for this use. When this is
240   /// non-empty,
241   SmallVector<const SCEV *, 4> BaseRegs;
242
243   /// ScaledReg - The 'scaled' register for this use. This should be non-null
244   /// when Scale is not zero.
245   const SCEV *ScaledReg;
246
247   /// UnfoldedOffset - An additional constant offset which added near the
248   /// use. This requires a temporary register, but the offset itself can
249   /// live in an add immediate field rather than a register.
250   int64_t UnfoldedOffset;
251
252   Formula()
253       : BaseGV(0), BaseOffset(0), HasBaseReg(false), Scale(0), ScaledReg(0),
254         UnfoldedOffset(0) {}
255
256   void InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE);
257
258   unsigned getNumRegs() const;
259   Type *getType() const;
260
261   void DeleteBaseReg(const SCEV *&S);
262
263   bool referencesReg(const SCEV *S) const;
264   bool hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
265                                   const RegUseTracker &RegUses) const;
266
267   void print(raw_ostream &OS) const;
268   void dump() const;
269 };
270
271 }
272
273 /// DoInitialMatch - Recursion helper for InitialMatch.
274 static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
275                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Good,
276                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Bad,
277                            ScalarEvolution &SE) {
278   // Collect expressions which properly dominate the loop header.
279   if (SE.properlyDominates(S, L->getHeader())) {
280     Good.push_back(S);
281     return;
282   }
283
284   // Look at add operands.
285   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
286     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
287          I != E; ++I)
288       DoInitialMatch(*I, L, Good, Bad, SE);
289     return;
290   }
291
292   // Look at addrec operands.
293   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
294     if (!AR->getStart()->isZero()) {
295       DoInitialMatch(AR->getStart(), L, Good, Bad, SE);
296       DoInitialMatch(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
297                                       AR->getStepRecurrence(SE),
298                                       // FIXME: AR->getNoWrapFlags()
299                                       AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap),
300                      L, Good, Bad, SE);
301       return;
302     }
303
304   // Handle a multiplication by -1 (negation) if it didn't fold.
305   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
306     if (Mul->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
307       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
308       const SCEV *NewMul = SE.getMulExpr(Ops);
309
310       SmallVector<const SCEV *, 4> MyGood;
311       SmallVector<const SCEV *, 4> MyBad;
312       DoInitialMatch(NewMul, L, MyGood, MyBad, SE);
313       const SCEV *NegOne = SE.getSCEV(ConstantInt::getAllOnesValue(
314         SE.getEffectiveSCEVType(NewMul->getType())));
315       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyGood.begin(),
316            E = MyGood.end(); I != E; ++I)
317         Good.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
318       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyBad.begin(),
319            E = MyBad.end(); I != E; ++I)
320         Bad.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
321       return;
322     }
323
324   // Ok, we can't do anything interesting. Just stuff the whole thing into a
325   // register and hope for the best.
326   Bad.push_back(S);
327 }
328
329 /// InitialMatch - Incorporate loop-variant parts of S into this Formula,
330 /// attempting to keep all loop-invariant and loop-computable values in a
331 /// single base register.
332 void Formula::InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
333   SmallVector<const SCEV *, 4> Good;
334   SmallVector<const SCEV *, 4> Bad;
335   DoInitialMatch(S, L, Good, Bad, SE);
336   if (!Good.empty()) {
337     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Good);
338     if (!Sum->isZero())
339       BaseRegs.push_back(Sum);
340     HasBaseReg = true;
341   }
342   if (!Bad.empty()) {
343     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Bad);
344     if (!Sum->isZero())
345       BaseRegs.push_back(Sum);
346     HasBaseReg = true;
347   }
348 }
349
350 /// getNumRegs - Return the total number of register operands used by this
351 /// formula. This does not include register uses implied by non-constant
352 /// addrec strides.
353 unsigned Formula::getNumRegs() const {
354   return !!ScaledReg + BaseRegs.size();
355 }
356
357 /// getType - Return the type of this formula, if it has one, or null
358 /// otherwise. This type is meaningless except for the bit size.
359 Type *Formula::getType() const {
360   return !BaseRegs.empty() ? BaseRegs.front()->getType() :
361          ScaledReg ? ScaledReg->getType() :
362          BaseGV ? BaseGV->getType() :
363          0;
364 }
365
366 /// DeleteBaseReg - Delete the given base reg from the BaseRegs list.
367 void Formula::DeleteBaseReg(const SCEV *&S) {
368   if (&S != &BaseRegs.back())
369     std::swap(S, BaseRegs.back());
370   BaseRegs.pop_back();
371 }
372
373 /// referencesReg - Test if this formula references the given register.
374 bool Formula::referencesReg(const SCEV *S) const {
375   return S == ScaledReg ||
376          std::find(BaseRegs.begin(), BaseRegs.end(), S) != BaseRegs.end();
377 }
378
379 /// hasRegsUsedByUsesOtherThan - Test whether this formula uses registers
380 /// which are used by uses other than the use with the given index.
381 bool Formula::hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
382                                          const RegUseTracker &RegUses) const {
383   if (ScaledReg)
384     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(ScaledReg, LUIdx))
385       return true;
386   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
387        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I)
388     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(*I, LUIdx))
389       return true;
390   return false;
391 }
392
393 void Formula::print(raw_ostream &OS) const {
394   bool First = true;
395   if (BaseGV) {
396     if (!First) OS << " + "; else First = false;
397     WriteAsOperand(OS, BaseGV, /*PrintType=*/false);
398   }
399   if (BaseOffset != 0) {
400     if (!First) OS << " + "; else First = false;
401     OS << BaseOffset;
402   }
403   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
404        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
405     if (!First) OS << " + "; else First = false;
406     OS << "reg(" << **I << ')';
407   }
408   if (HasBaseReg && BaseRegs.empty()) {
409     if (!First) OS << " + "; else First = false;
410     OS << "**error: HasBaseReg**";
411   } else if (!HasBaseReg && !BaseRegs.empty()) {
412     if (!First) OS << " + "; else First = false;
413     OS << "**error: !HasBaseReg**";
414   }
415   if (Scale != 0) {
416     if (!First) OS << " + "; else First = false;
417     OS << Scale << "*reg(";
418     if (ScaledReg)
419       OS << *ScaledReg;
420     else
421       OS << "<unknown>";
422     OS << ')';
423   }
424   if (UnfoldedOffset != 0) {
425     if (!First) OS << " + "; else First = false;
426     OS << "imm(" << UnfoldedOffset << ')';
427   }
428 }
429
430 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
431 void Formula::dump() const {
432   print(errs()); errs() << '\n';
433 }
434 #endif
435
436 /// isAddRecSExtable - Return true if the given addrec can be sign-extended
437 /// without changing its value.
438 static bool isAddRecSExtable(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
439   Type *WideTy =
440     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(AR->getType()) + 1);
441   return isa<SCEVAddRecExpr>(SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
442 }
443
444 /// isAddSExtable - Return true if the given add can be sign-extended
445 /// without changing its value.
446 static bool isAddSExtable(const SCEVAddExpr *A, ScalarEvolution &SE) {
447   Type *WideTy =
448     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) + 1);
449   return isa<SCEVAddExpr>(SE.getSignExtendExpr(A, WideTy));
450 }
451
452 /// isMulSExtable - Return true if the given mul can be sign-extended
453 /// without changing its value.
454 static bool isMulSExtable(const SCEVMulExpr *M, ScalarEvolution &SE) {
455   Type *WideTy =
456     IntegerType::get(SE.getContext(),
457                      SE.getTypeSizeInBits(M->getType()) * M->getNumOperands());
458   return isa<SCEVMulExpr>(SE.getSignExtendExpr(M, WideTy));
459 }
460
461 /// getExactSDiv - Return an expression for LHS /s RHS, if it can be determined
462 /// and if the remainder is known to be zero,  or null otherwise. If
463 /// IgnoreSignificantBits is true, expressions like (X * Y) /s Y are simplified
464 /// to Y, ignoring that the multiplication may overflow, which is useful when
465 /// the result will be used in a context where the most significant bits are
466 /// ignored.
467 static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
468                                 ScalarEvolution &SE,
469                                 bool IgnoreSignificantBits = false) {
470   // Handle the trivial case, which works for any SCEV type.
471   if (LHS == RHS)
472     return SE.getConstant(LHS->getType(), 1);
473
474   // Handle a few RHS special cases.
475   const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
476   if (RC) {
477     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
478     // Handle x /s -1 as x * -1, to give ScalarEvolution a chance to do
479     // some folding.
480     if (RA.isAllOnesValue())
481       return SE.getMulExpr(LHS, RC);
482     // Handle x /s 1 as x.
483     if (RA == 1)
484       return LHS;
485   }
486
487   // Check for a division of a constant by a constant.
488   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
489     if (!RC)
490       return 0;
491     const APInt &LA = C->getValue()->getValue();
492     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
493     if (LA.srem(RA) != 0)
494       return 0;
495     return SE.getConstant(LA.sdiv(RA));
496   }
497
498   // Distribute the sdiv over addrec operands, if the addrec doesn't overflow.
499   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
500     if (IgnoreSignificantBits || isAddRecSExtable(AR, SE)) {
501       const SCEV *Step = getExactSDiv(AR->getStepRecurrence(SE), RHS, SE,
502                                       IgnoreSignificantBits);
503       if (!Step) return 0;
504       const SCEV *Start = getExactSDiv(AR->getStart(), RHS, SE,
505                                        IgnoreSignificantBits);
506       if (!Start) return 0;
507       // FlagNW is independent of the start value, step direction, and is
508       // preserved with smaller magnitude steps.
509       // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
510       return SE.getAddRecExpr(Start, Step, AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
511     }
512     return 0;
513   }
514
515   // Distribute the sdiv over add operands, if the add doesn't overflow.
516   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
517     if (IgnoreSignificantBits || isAddSExtable(Add, SE)) {
518       SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
519       for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
520            I != E; ++I) {
521         const SCEV *Op = getExactSDiv(*I, RHS, SE,
522                                       IgnoreSignificantBits);
523         if (!Op) return 0;
524         Ops.push_back(Op);
525       }
526       return SE.getAddExpr(Ops);
527     }
528     return 0;
529   }
530
531   // Check for a multiply operand that we can pull RHS out of.
532   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
533     if (IgnoreSignificantBits || isMulSExtable(Mul, SE)) {
534       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
535       bool Found = false;
536       for (SCEVMulExpr::op_iterator I = Mul->op_begin(), E = Mul->op_end();
537            I != E; ++I) {
538         const SCEV *S = *I;
539         if (!Found)
540           if (const SCEV *Q = getExactSDiv(S, RHS, SE,
541                                            IgnoreSignificantBits)) {
542             S = Q;
543             Found = true;
544           }
545         Ops.push_back(S);
546       }
547       return Found ? SE.getMulExpr(Ops) : 0;
548     }
549     return 0;
550   }
551
552   // Otherwise we don't know.
553   return 0;
554 }
555
556 /// ExtractImmediate - If S involves the addition of a constant integer value,
557 /// return that integer value, and mutate S to point to a new SCEV with that
558 /// value excluded.
559 static int64_t ExtractImmediate(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
560   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
561     if (C->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64) {
562       S = SE.getConstant(C->getType(), 0);
563       return C->getValue()->getSExtValue();
564     }
565   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
566     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
567     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
568     if (Result != 0)
569       S = SE.getAddExpr(NewOps);
570     return Result;
571   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
572     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
573     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
574     if (Result != 0)
575       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
576                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
577                            SCEV::FlagAnyWrap);
578     return Result;
579   }
580   return 0;
581 }
582
583 /// ExtractSymbol - If S involves the addition of a GlobalValue address,
584 /// return that symbol, and mutate S to point to a new SCEV with that
585 /// value excluded.
586 static GlobalValue *ExtractSymbol(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
587   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
588     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue())) {
589       S = SE.getConstant(GV->getType(), 0);
590       return GV;
591     }
592   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
593     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
594     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.back(), SE);
595     if (Result)
596       S = SE.getAddExpr(NewOps);
597     return Result;
598   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
599     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
600     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.front(), SE);
601     if (Result)
602       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
603                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
604                            SCEV::FlagAnyWrap);
605     return Result;
606   }
607   return 0;
608 }
609
610 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
611 /// specified value as an address.
612 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
613   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
614   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
615     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
616       isAddress = true;
617   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
618     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
619     // of intrinsics.
620     switch (II->getIntrinsicID()) {
621       default: break;
622       case Intrinsic::prefetch:
623       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
624       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
625       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
626       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
627         if (II->getArgOperand(0) == OperandVal)
628           isAddress = true;
629         break;
630     }
631   }
632   return isAddress;
633 }
634
635 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
636 static Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
637   Type *AccessTy = Inst->getType();
638   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
639     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
640   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
641     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
642     // of intrinsics.
643     switch (II->getIntrinsicID()) {
644     default: break;
645     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
646     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
647     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
648     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
649       AccessTy = II->getArgOperand(0)->getType();
650       break;
651     }
652   }
653
654   // All pointers have the same requirements, so canonicalize them to an
655   // arbitrary pointer type to minimize variation.
656   if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(AccessTy))
657     AccessTy = PointerType::get(IntegerType::get(PTy->getContext(), 1),
658                                 PTy->getAddressSpace());
659
660   return AccessTy;
661 }
662
663 /// isExistingPhi - Return true if this AddRec is already a phi in its loop.
664 static bool isExistingPhi(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
665   for (BasicBlock::iterator I = AR->getLoop()->getHeader()->begin();
666        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
667     if (SE.isSCEVable(PN->getType()) &&
668         (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) ==
669          SE.getEffectiveSCEVType(AR->getType())) &&
670         SE.getSCEV(PN) == AR)
671       return true;
672   }
673   return false;
674 }
675
676 /// Check if expanding this expression is likely to incur significant cost. This
677 /// is tricky because SCEV doesn't track which expressions are actually computed
678 /// by the current IR.
679 ///
680 /// We currently allow expansion of IV increments that involve adds,
681 /// multiplication by constants, and AddRecs from existing phis.
682 ///
683 /// TODO: Allow UDivExpr if we can find an existing IV increment that is an
684 /// obvious multiple of the UDivExpr.
685 static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S,
686                                 SmallPtrSet<const SCEV*, 8> &Processed,
687                                 ScalarEvolution &SE) {
688   // Zero/One operand expressions
689   switch (S->getSCEVType()) {
690   case scUnknown:
691   case scConstant:
692     return false;
693   case scTruncate:
694     return isHighCostExpansion(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand(),
695                                Processed, SE);
696   case scZeroExtend:
697     return isHighCostExpansion(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand(),
698                                Processed, SE);
699   case scSignExtend:
700     return isHighCostExpansion(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand(),
701                                Processed, SE);
702   }
703
704   if (!Processed.insert(S))
705     return false;
706
707   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
708     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
709          I != E; ++I) {
710       if (isHighCostExpansion(*I, Processed, SE))
711         return true;
712     }
713     return false;
714   }
715
716   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
717     if (Mul->getNumOperands() == 2) {
718       // Multiplication by a constant is ok
719       if (isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0)))
720         return isHighCostExpansion(Mul->getOperand(1), Processed, SE);
721
722       // If we have the value of one operand, check if an existing
723       // multiplication already generates this expression.
724       if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Mul->getOperand(1))) {
725         Value *UVal = U->getValue();
726         for (Value::use_iterator UI = UVal->use_begin(), UE = UVal->use_end();
727              UI != UE; ++UI) {
728           // If U is a constant, it may be used by a ConstantExpr.
729           Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(*UI);
730           if (User && User->getOpcode() == Instruction::Mul
731               && SE.isSCEVable(User->getType())) {
732             return SE.getSCEV(User) == Mul;
733           }
734         }
735       }
736     }
737   }
738
739   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
740     if (isExistingPhi(AR, SE))
741       return false;
742   }
743
744   // Fow now, consider any other type of expression (div/mul/min/max) high cost.
745   return true;
746 }
747
748 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
749 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
750 /// their operands subsequently dead.
751 static bool
752 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
753   bool Changed = false;
754
755   while (!DeadInsts.empty()) {
756     Value *V = DeadInsts.pop_back_val();
757     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(V);
758
759     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
760       continue;
761
762     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
763       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
764         *OI = 0;
765         if (U->use_empty())
766           DeadInsts.push_back(U);
767       }
768
769     I->eraseFromParent();
770     Changed = true;
771   }
772
773   return Changed;
774 }
775
776 namespace {
777 class LSRUse;
778 }
779 // Check if it is legal to fold 2 base registers.
780 static bool isLegal2RegAMUse(const TargetTransformInfo &TTI, const LSRUse &LU,
781                              const Formula &F);
782 // Get the cost of the scaling factor used in F for LU.
783 static unsigned getScalingFactorCost(const TargetTransformInfo &TTI,
784                                      const LSRUse &LU, const Formula &F);
785
786 namespace {
787
788 /// Cost - This class is used to measure and compare candidate formulae.
789 class Cost {
790   /// TODO: Some of these could be merged. Also, a lexical ordering
791   /// isn't always optimal.
792   unsigned NumRegs;
793   unsigned AddRecCost;
794   unsigned NumIVMuls;
795   unsigned NumBaseAdds;
796   unsigned ImmCost;
797   unsigned SetupCost;
798   unsigned ScaleCost;
799
800 public:
801   Cost()
802     : NumRegs(0), AddRecCost(0), NumIVMuls(0), NumBaseAdds(0), ImmCost(0),
803       SetupCost(0), ScaleCost(0) {}
804
805   bool operator<(const Cost &Other) const;
806
807   void Loose();
808
809 #ifndef NDEBUG
810   // Once any of the metrics loses, they must all remain losers.
811   bool isValid() {
812     return ((NumRegs | AddRecCost | NumIVMuls | NumBaseAdds
813              | ImmCost | SetupCost | ScaleCost) != ~0u)
814       || ((NumRegs & AddRecCost & NumIVMuls & NumBaseAdds
815            & ImmCost & SetupCost & ScaleCost) == ~0u);
816   }
817 #endif
818
819   bool isLoser() {
820     assert(isValid() && "invalid cost");
821     return NumRegs == ~0u;
822   }
823
824   void RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
825                    const Formula &F,
826                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
827                    const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
828                    const Loop *L,
829                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
830                    ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
831                    const LSRUse &LU,
832                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs = 0);
833
834   void print(raw_ostream &OS) const;
835   void dump() const;
836
837 private:
838   void RateRegister(const SCEV *Reg,
839                     SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
840                     const Loop *L,
841                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
842   void RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
843                            SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
844                            const Loop *L,
845                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
846                            SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs);
847 };
848
849 }
850
851 /// RateRegister - Tally up interesting quantities from the given register.
852 void Cost::RateRegister(const SCEV *Reg,
853                         SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
854                         const Loop *L,
855                         ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
856   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)) {
857     // If this is an addrec for another loop, don't second-guess its addrec phi
858     // nodes. LSR isn't currently smart enough to reason about more than one
859     // loop at a time. LSR has already run on inner loops, will not run on outer
860     // loops, and cannot be expected to change sibling loops.
861     if (AR->getLoop() != L) {
862       // If the AddRec exists, consider it's register free and leave it alone.
863       if (isExistingPhi(AR, SE))
864         return;
865
866       // Otherwise, do not consider this formula at all.
867       Loose();
868       return;
869     }
870     AddRecCost += 1; /// TODO: This should be a function of the stride.
871
872     // Add the step value register, if it needs one.
873     // TODO: The non-affine case isn't precisely modeled here.
874     if (!AR->isAffine() || !isa<SCEVConstant>(AR->getOperand(1))) {
875       if (!Regs.count(AR->getOperand(1))) {
876         RateRegister(AR->getOperand(1), Regs, L, SE, DT);
877         if (isLoser())
878           return;
879       }
880     }
881   }
882   ++NumRegs;
883
884   // Rough heuristic; favor registers which don't require extra setup
885   // instructions in the preheader.
886   if (!isa<SCEVUnknown>(Reg) &&
887       !isa<SCEVConstant>(Reg) &&
888       !(isa<SCEVAddRecExpr>(Reg) &&
889         (isa<SCEVUnknown>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()) ||
890          isa<SCEVConstant>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()))))
891     ++SetupCost;
892
893     NumIVMuls += isa<SCEVMulExpr>(Reg) &&
894                  SE.hasComputableLoopEvolution(Reg, L);
895 }
896
897 /// RatePrimaryRegister - Record this register in the set. If we haven't seen it
898 /// before, rate it. Optional LoserRegs provides a way to declare any formula
899 /// that refers to one of those regs an instant loser.
900 void Cost::RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
901                                SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
902                                const Loop *L,
903                                ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
904                                SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs) {
905   if (LoserRegs && LoserRegs->count(Reg)) {
906     Loose();
907     return;
908   }
909   if (Regs.insert(Reg)) {
910     RateRegister(Reg, Regs, L, SE, DT);
911     if (LoserRegs && isLoser())
912       LoserRegs->insert(Reg);
913   }
914 }
915
916 void Cost::RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
917                        const Formula &F,
918                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
919                        const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
920                        const Loop *L,
921                        const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
922                        ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
923                        const LSRUse &LU,
924                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs) {
925   // Tally up the registers.
926   if (const SCEV *ScaledReg = F.ScaledReg) {
927     if (VisitedRegs.count(ScaledReg)) {
928       Loose();
929       return;
930     }
931     RatePrimaryRegister(ScaledReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
932     if (isLoser())
933       return;
934   }
935   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
936        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
937     const SCEV *BaseReg = *I;
938     if (VisitedRegs.count(BaseReg)) {
939       Loose();
940       return;
941     }
942     RatePrimaryRegister(BaseReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
943     if (isLoser())
944       return;
945   }
946
947   // Determine how many (unfolded) adds we'll need inside the loop.
948   size_t NumBaseParts = F.BaseRegs.size() + (F.UnfoldedOffset != 0);
949   if (NumBaseParts > 1)
950     // Do not count the base and a possible second register if the target
951     // allows to fold 2 registers.
952     NumBaseAdds += NumBaseParts - (1 + isLegal2RegAMUse(TTI, LU, F));
953
954   // Accumulate non-free scaling amounts.
955   ScaleCost += getScalingFactorCost(TTI, LU, F);
956
957   // Tally up the non-zero immediates.
958   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
959        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
960     int64_t Offset = (uint64_t)*I + F.BaseOffset;
961     if (F.BaseGV)
962       ImmCost += 64; // Handle symbolic values conservatively.
963                      // TODO: This should probably be the pointer size.
964     else if (Offset != 0)
965       ImmCost += APInt(64, Offset, true).getMinSignedBits();
966   }
967   assert(isValid() && "invalid cost");
968 }
969
970 /// Loose - Set this cost to a losing value.
971 void Cost::Loose() {
972   NumRegs = ~0u;
973   AddRecCost = ~0u;
974   NumIVMuls = ~0u;
975   NumBaseAdds = ~0u;
976   ImmCost = ~0u;
977   SetupCost = ~0u;
978   ScaleCost = ~0u;
979 }
980
981 /// operator< - Choose the lower cost.
982 bool Cost::operator<(const Cost &Other) const {
983   if (NumRegs != Other.NumRegs)
984     return NumRegs < Other.NumRegs;
985   if (AddRecCost != Other.AddRecCost)
986     return AddRecCost < Other.AddRecCost;
987   if (NumIVMuls != Other.NumIVMuls)
988     return NumIVMuls < Other.NumIVMuls;
989   if (NumBaseAdds != Other.NumBaseAdds)
990     return NumBaseAdds < Other.NumBaseAdds;
991   if (ScaleCost != Other.ScaleCost)
992     return ScaleCost < Other.ScaleCost;
993   if (ImmCost != Other.ImmCost)
994     return ImmCost < Other.ImmCost;
995   if (SetupCost != Other.SetupCost)
996     return SetupCost < Other.SetupCost;
997   return false;
998 }
999
1000 void Cost::print(raw_ostream &OS) const {
1001   OS << NumRegs << " reg" << (NumRegs == 1 ? "" : "s");
1002   if (AddRecCost != 0)
1003     OS << ", with addrec cost " << AddRecCost;
1004   if (NumIVMuls != 0)
1005     OS << ", plus " << NumIVMuls << " IV mul" << (NumIVMuls == 1 ? "" : "s");
1006   if (NumBaseAdds != 0)
1007     OS << ", plus " << NumBaseAdds << " base add"
1008        << (NumBaseAdds == 1 ? "" : "s");
1009   if (ScaleCost != 0)
1010     OS << ", plus " << ScaleCost << " scale cost";
1011   if (ImmCost != 0)
1012     OS << ", plus " << ImmCost << " imm cost";
1013   if (SetupCost != 0)
1014     OS << ", plus " << SetupCost << " setup cost";
1015 }
1016
1017 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1018 void Cost::dump() const {
1019   print(errs()); errs() << '\n';
1020 }
1021 #endif
1022
1023 namespace {
1024
1025 /// LSRFixup - An operand value in an instruction which is to be replaced
1026 /// with some equivalent, possibly strength-reduced, replacement.
1027 struct LSRFixup {
1028   /// UserInst - The instruction which will be updated.
1029   Instruction *UserInst;
1030
1031   /// OperandValToReplace - The operand of the instruction which will
1032   /// be replaced. The operand may be used more than once; every instance
1033   /// will be replaced.
1034   Value *OperandValToReplace;
1035
1036   /// PostIncLoops - If this user is to use the post-incremented value of an
1037   /// induction variable, this variable is non-null and holds the loop
1038   /// associated with the induction variable.
1039   PostIncLoopSet PostIncLoops;
1040
1041   /// LUIdx - The index of the LSRUse describing the expression which
1042   /// this fixup needs, minus an offset (below).
1043   size_t LUIdx;
1044
1045   /// Offset - A constant offset to be added to the LSRUse expression.
1046   /// This allows multiple fixups to share the same LSRUse with different
1047   /// offsets, for example in an unrolled loop.
1048   int64_t Offset;
1049
1050   bool isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const;
1051
1052   LSRFixup();
1053
1054   void print(raw_ostream &OS) const;
1055   void dump() const;
1056 };
1057
1058 }
1059
1060 LSRFixup::LSRFixup()
1061   : UserInst(0), OperandValToReplace(0), LUIdx(~size_t(0)), Offset(0) {}
1062
1063 /// isUseFullyOutsideLoop - Test whether this fixup always uses its
1064 /// value outside of the given loop.
1065 bool LSRFixup::isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const {
1066   // PHI nodes use their value in their incoming blocks.
1067   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
1068     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1069       if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace &&
1070           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
1071         return false;
1072     return true;
1073   }
1074
1075   return !L->contains(UserInst);
1076 }
1077
1078 void LSRFixup::print(raw_ostream &OS) const {
1079   OS << "UserInst=";
1080   // Store is common and interesting enough to be worth special-casing.
1081   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(UserInst)) {
1082     OS << "store ";
1083     WriteAsOperand(OS, Store->getOperand(0), /*PrintType=*/false);
1084   } else if (UserInst->getType()->isVoidTy())
1085     OS << UserInst->getOpcodeName();
1086   else
1087     WriteAsOperand(OS, UserInst, /*PrintType=*/false);
1088
1089   OS << ", OperandValToReplace=";
1090   WriteAsOperand(OS, OperandValToReplace, /*PrintType=*/false);
1091
1092   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = PostIncLoops.begin(),
1093        E = PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
1094     OS << ", PostIncLoop=";
1095     WriteAsOperand(OS, (*I)->getHeader(), /*PrintType=*/false);
1096   }
1097
1098   if (LUIdx != ~size_t(0))
1099     OS << ", LUIdx=" << LUIdx;
1100
1101   if (Offset != 0)
1102     OS << ", Offset=" << Offset;
1103 }
1104
1105 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1106 void LSRFixup::dump() const {
1107   print(errs()); errs() << '\n';
1108 }
1109 #endif
1110
1111 namespace {
1112
1113 /// UniquifierDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
1114 /// DenseMaps and DenseSets of sorted SmallVectors of const SCEV*.
1115 struct UniquifierDenseMapInfo {
1116   static SmallVector<const SCEV *, 4> getEmptyKey() {
1117     SmallVector<const SCEV *, 4>  V;
1118     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1));
1119     return V;
1120   }
1121
1122   static SmallVector<const SCEV *, 4> getTombstoneKey() {
1123     SmallVector<const SCEV *, 4> V;
1124     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2));
1125     return V;
1126   }
1127
1128   static unsigned getHashValue(const SmallVector<const SCEV *, 4> &V) {
1129     unsigned Result = 0;
1130     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = V.begin(),
1131          E = V.end(); I != E; ++I)
1132       Result ^= DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(*I);
1133     return Result;
1134   }
1135
1136   static bool isEqual(const SmallVector<const SCEV *, 4> &LHS,
1137                       const SmallVector<const SCEV *, 4> &RHS) {
1138     return LHS == RHS;
1139   }
1140 };
1141
1142 /// LSRUse - This class holds the state that LSR keeps for each use in
1143 /// IVUsers, as well as uses invented by LSR itself. It includes information
1144 /// about what kinds of things can be folded into the user, information about
1145 /// the user itself, and information about how the use may be satisfied.
1146 /// TODO: Represent multiple users of the same expression in common?
1147 class LSRUse {
1148   DenseSet<SmallVector<const SCEV *, 4>, UniquifierDenseMapInfo> Uniquifier;
1149
1150 public:
1151   /// KindType - An enum for a kind of use, indicating what types of
1152   /// scaled and immediate operands it might support.
1153   enum KindType {
1154     Basic,   ///< A normal use, with no folding.
1155     Special, ///< A special case of basic, allowing -1 scales.
1156     Address, ///< An address use; folding according to TargetLowering
1157     ICmpZero ///< An equality icmp with both operands folded into one.
1158     // TODO: Add a generic icmp too?
1159   };
1160
1161   KindType Kind;
1162   Type *AccessTy;
1163
1164   SmallVector<int64_t, 8> Offsets;
1165   int64_t MinOffset;
1166   int64_t MaxOffset;
1167
1168   /// AllFixupsOutsideLoop - This records whether all of the fixups using this
1169   /// LSRUse are outside of the loop, in which case some special-case heuristics
1170   /// may be used.
1171   bool AllFixupsOutsideLoop;
1172
1173   /// WidestFixupType - This records the widest use type for any fixup using
1174   /// this LSRUse. FindUseWithSimilarFormula can't consider uses with different
1175   /// max fixup widths to be equivalent, because the narrower one may be relying
1176   /// on the implicit truncation to truncate away bogus bits.
1177   Type *WidestFixupType;
1178
1179   /// Formulae - A list of ways to build a value that can satisfy this user.
1180   /// After the list is populated, one of these is selected heuristically and
1181   /// used to formulate a replacement for OperandValToReplace in UserInst.
1182   SmallVector<Formula, 12> Formulae;
1183
1184   /// Regs - The set of register candidates used by all formulae in this LSRUse.
1185   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Regs;
1186
1187   LSRUse(KindType K, Type *T) : Kind(K), AccessTy(T),
1188                                       MinOffset(INT64_MAX),
1189                                       MaxOffset(INT64_MIN),
1190                                       AllFixupsOutsideLoop(true),
1191                                       WidestFixupType(0) {}
1192
1193   bool HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const;
1194   bool InsertFormula(const Formula &F);
1195   void DeleteFormula(Formula &F);
1196   void RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &Reguses);
1197
1198   void print(raw_ostream &OS) const;
1199   void dump() const;
1200 };
1201
1202 }
1203
1204 /// HasFormula - Test whether this use as a formula which has the same
1205 /// registers as the given formula.
1206 bool LSRUse::HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const {
1207   SmallVector<const SCEV *, 4> Key = F.BaseRegs;
1208   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1209   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1210   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1211   return Uniquifier.count(Key);
1212 }
1213
1214 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
1215 /// the list, and return true. Return false otherwise.
1216 bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F) {
1217   SmallVector<const SCEV *, 4> Key = F.BaseRegs;
1218   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1219   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1220   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1221
1222   if (!Uniquifier.insert(Key).second)
1223     return false;
1224
1225   // Using a register to hold the value of 0 is not profitable.
1226   assert((!F.ScaledReg || !F.ScaledReg->isZero()) &&
1227          "Zero allocated in a scaled register!");
1228 #ifndef NDEBUG
1229   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I =
1230        F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
1231     assert(!(*I)->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
1232 #endif
1233
1234   // Add the formula to the list.
1235   Formulae.push_back(F);
1236
1237   // Record registers now being used by this use.
1238   Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1239
1240   return true;
1241 }
1242
1243 /// DeleteFormula - Remove the given formula from this use's list.
1244 void LSRUse::DeleteFormula(Formula &F) {
1245   if (&F != &Formulae.back())
1246     std::swap(F, Formulae.back());
1247   Formulae.pop_back();
1248 }
1249
1250 /// RecomputeRegs - Recompute the Regs field, and update RegUses.
1251 void LSRUse::RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &RegUses) {
1252   // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
1253   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> OldRegs = Regs;
1254   Regs.clear();
1255   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = Formulae.begin(),
1256        E = Formulae.end(); I != E; ++I) {
1257     const Formula &F = *I;
1258     if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1259     Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1260   }
1261
1262   // Update the RegTracker.
1263   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 4>::iterator I = OldRegs.begin(),
1264        E = OldRegs.end(); I != E; ++I)
1265     if (!Regs.count(*I))
1266       RegUses.DropRegister(*I, LUIdx);
1267 }
1268
1269 void LSRUse::print(raw_ostream &OS) const {
1270   OS << "LSR Use: Kind=";
1271   switch (Kind) {
1272   case Basic:    OS << "Basic"; break;
1273   case Special:  OS << "Special"; break;
1274   case ICmpZero: OS << "ICmpZero"; break;
1275   case Address:
1276     OS << "Address of ";
1277     if (AccessTy->isPointerTy())
1278       OS << "pointer"; // the full pointer type could be really verbose
1279     else
1280       OS << *AccessTy;
1281   }
1282
1283   OS << ", Offsets={";
1284   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
1285        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
1286     OS << *I;
1287     if (llvm::next(I) != E)
1288       OS << ',';
1289   }
1290   OS << '}';
1291
1292   if (AllFixupsOutsideLoop)
1293     OS << ", all-fixups-outside-loop";
1294
1295   if (WidestFixupType)
1296     OS << ", widest fixup type: " << *WidestFixupType;
1297 }
1298
1299 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1300 void LSRUse::dump() const {
1301   print(errs()); errs() << '\n';
1302 }
1303 #endif
1304
1305 /// isLegalUse - Test whether the use described by AM is "legal", meaning it can
1306 /// be completely folded into the user instruction at isel time. This includes
1307 /// address-mode folding and special icmp tricks.
1308 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, LSRUse::KindType Kind,
1309                        Type *AccessTy, GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
1310                        bool HasBaseReg, int64_t Scale) {
1311   switch (Kind) {
1312   case LSRUse::Address:
1313     return TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, BaseGV, BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
1314
1315     // Otherwise, just guess that reg+reg addressing is legal.
1316     //return ;
1317
1318   case LSRUse::ICmpZero:
1319     // There's not even a target hook for querying whether it would be legal to
1320     // fold a GV into an ICmp.
1321     if (BaseGV)
1322       return false;
1323
1324     // ICmp only has two operands; don't allow more than two non-trivial parts.
1325     if (Scale != 0 && HasBaseReg && BaseOffset != 0)
1326       return false;
1327
1328     // ICmp only supports no scale or a -1 scale, as we can "fold" a -1 scale by
1329     // putting the scaled register in the other operand of the icmp.
1330     if (Scale != 0 && Scale != -1)
1331       return false;
1332
1333     // If we have low-level target information, ask the target if it can fold an
1334     // integer immediate on an icmp.
1335     if (BaseOffset != 0) {
1336       // We have one of:
1337       // ICmpZero     BaseReg + BaseOffset => ICmp BaseReg, -BaseOffset
1338       // ICmpZero -1*ScaleReg + BaseOffset => ICmp ScaleReg, BaseOffset
1339       // Offs is the ICmp immediate.
1340       if (Scale == 0)
1341         // The cast does the right thing with INT64_MIN.
1342         BaseOffset = -(uint64_t)BaseOffset;
1343       return TTI.isLegalICmpImmediate(BaseOffset);
1344     }
1345
1346     // ICmpZero BaseReg + -1*ScaleReg => ICmp BaseReg, ScaleReg
1347     return true;
1348
1349   case LSRUse::Basic:
1350     // Only handle single-register values.
1351     return !BaseGV && Scale == 0 && BaseOffset == 0;
1352
1353   case LSRUse::Special:
1354     // Special case Basic to handle -1 scales.
1355     return !BaseGV && (Scale == 0 || Scale == -1) && BaseOffset == 0;
1356   }
1357
1358   llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
1359 }
1360
1361 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
1362                        int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1363                        GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset, bool HasBaseReg,
1364                        int64_t Scale) {
1365   // Check for overflow.
1366   if (((int64_t)((uint64_t)BaseOffset + MinOffset) > BaseOffset) !=
1367       (MinOffset > 0))
1368     return false;
1369   MinOffset = (uint64_t)BaseOffset + MinOffset;
1370   if (((int64_t)((uint64_t)BaseOffset + MaxOffset) > BaseOffset) !=
1371       (MaxOffset > 0))
1372     return false;
1373   MaxOffset = (uint64_t)BaseOffset + MaxOffset;
1374
1375   return isLegalUse(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MinOffset, HasBaseReg,
1376                     Scale) &&
1377          isLegalUse(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MaxOffset, HasBaseReg, Scale);
1378 }
1379
1380 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
1381                        int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1382                        const Formula &F) {
1383   return isLegalUse(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, F.BaseGV,
1384                     F.BaseOffset, F.HasBaseReg, F.Scale);
1385 }
1386
1387 static bool isLegal2RegAMUse(const TargetTransformInfo &TTI, const LSRUse &LU,
1388                              const Formula &F) {
1389   // If F is used as an Addressing Mode, it may fold one Base plus one
1390   // scaled register. If the scaled register is nil, do as if another
1391   // element of the base regs is a 1-scaled register.
1392   // This is possible if BaseRegs has at least 2 registers.
1393
1394   // If this is not an address calculation, this is not an addressing mode
1395   // use.
1396   if (LU.Kind !=  LSRUse::Address)
1397     return false;
1398
1399   // F is already scaled.
1400   if (F.Scale != 0)
1401     return false;
1402
1403   // We need to keep one register for the base and one to scale.
1404   if (F.BaseRegs.size() < 2)
1405     return false;
1406
1407   return isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
1408                     F.BaseGV, F.BaseOffset, F.HasBaseReg, 1);
1409  }
1410
1411 static unsigned getScalingFactorCost(const TargetTransformInfo &TTI,
1412                                      const LSRUse &LU, const Formula &F) {
1413   if (!F.Scale)
1414     return 0;
1415   assert(isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
1416                     LU.AccessTy, F) && "Illegal formula in use.");
1417
1418   switch (LU.Kind) {
1419   case LSRUse::Address: {
1420     int CurScaleCost = TTI.getScalingFactorCost(LU.AccessTy, F.BaseGV,
1421                                                 F.BaseOffset, F.HasBaseReg,
1422                                                 F.Scale);
1423     assert(CurScaleCost >= 0 && "Legal addressing mode has an illegal cost!");
1424     return CurScaleCost;
1425   }
1426   case LSRUse::ICmpZero:
1427     // ICmpZero BaseReg + -1*ScaleReg => ICmp BaseReg, ScaleReg.
1428     // Therefore, return 0 in case F.Scale == -1. 
1429     return F.Scale != -1;
1430
1431   case LSRUse::Basic:
1432   case LSRUse::Special:
1433     return 0;
1434   }
1435
1436   llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
1437 }
1438
1439 static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
1440                              LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1441                              GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
1442                              bool HasBaseReg) {
1443   // Fast-path: zero is always foldable.
1444   if (BaseOffset == 0 && !BaseGV) return true;
1445
1446   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1447   // base and a scale.
1448   int64_t Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1449
1450   // Canonicalize a scale of 1 to a base register if the formula doesn't
1451   // already have a base register.
1452   if (!HasBaseReg && Scale == 1) {
1453     Scale = 0;
1454     HasBaseReg = true;
1455   }
1456
1457   return isLegalUse(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
1458 }
1459
1460 static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
1461                              ScalarEvolution &SE, int64_t MinOffset,
1462                              int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind,
1463                              Type *AccessTy, const SCEV *S, bool HasBaseReg) {
1464   // Fast-path: zero is always foldable.
1465   if (S->isZero()) return true;
1466
1467   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1468   // base and a scale.
1469   int64_t BaseOffset = ExtractImmediate(S, SE);
1470   GlobalValue *BaseGV = ExtractSymbol(S, SE);
1471
1472   // If there's anything else involved, it's not foldable.
1473   if (!S->isZero()) return false;
1474
1475   // Fast-path: zero is always foldable.
1476   if (BaseOffset == 0 && !BaseGV) return true;
1477
1478   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1479   // base and a scale.
1480   int64_t Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1481
1482   return isLegalUse(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, BaseGV,
1483                     BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
1484 }
1485
1486 namespace {
1487
1488 /// UseMapDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
1489 /// DenseMaps and DenseSets of pairs of const SCEV* and LSRUse::Kind.
1490 struct UseMapDenseMapInfo {
1491   static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getEmptyKey() {
1492     return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1), LSRUse::Basic);
1493   }
1494
1495   static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getTombstoneKey() {
1496     return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2), LSRUse::Basic);
1497   }
1498
1499   static unsigned
1500   getHashValue(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &V) {
1501     unsigned Result = DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(V.first);
1502     Result ^= DenseMapInfo<unsigned>::getHashValue(unsigned(V.second));
1503     return Result;
1504   }
1505
1506   static bool isEqual(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &LHS,
1507                       const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &RHS) {
1508     return LHS == RHS;
1509   }
1510 };
1511
1512 /// IVInc - An individual increment in a Chain of IV increments.
1513 /// Relate an IV user to an expression that computes the IV it uses from the IV
1514 /// used by the previous link in the Chain.
1515 ///
1516 /// For the head of a chain, IncExpr holds the absolute SCEV expression for the
1517 /// original IVOperand. The head of the chain's IVOperand is only valid during
1518 /// chain collection, before LSR replaces IV users. During chain generation,
1519 /// IncExpr can be used to find the new IVOperand that computes the same
1520 /// expression.
1521 struct IVInc {
1522   Instruction *UserInst;
1523   Value* IVOperand;
1524   const SCEV *IncExpr;
1525
1526   IVInc(Instruction *U, Value *O, const SCEV *E):
1527     UserInst(U), IVOperand(O), IncExpr(E) {}
1528 };
1529
1530 // IVChain - The list of IV increments in program order.
1531 // We typically add the head of a chain without finding subsequent links.
1532 struct IVChain {
1533   SmallVector<IVInc,1> Incs;
1534   const SCEV *ExprBase;
1535
1536   IVChain() : ExprBase(0) {}
1537
1538   IVChain(const IVInc &Head, const SCEV *Base)
1539     : Incs(1, Head), ExprBase(Base) {}
1540
1541   typedef SmallVectorImpl<IVInc>::const_iterator const_iterator;
1542
1543   // begin - return the first increment in the chain.
1544   const_iterator begin() const {
1545     assert(!Incs.empty());
1546     return llvm::next(Incs.begin());
1547   }
1548   const_iterator end() const {
1549     return Incs.end();
1550   }
1551
1552   // hasIncs - Returns true if this chain contains any increments.
1553   bool hasIncs() const { return Incs.size() >= 2; }
1554
1555   // add - Add an IVInc to the end of this chain.
1556   void add(const IVInc &X) { Incs.push_back(X); }
1557
1558   // tailUserInst - Returns the last UserInst in the chain.
1559   Instruction *tailUserInst() const { return Incs.back().UserInst; }
1560
1561   // isProfitableIncrement - Returns true if IncExpr can be profitably added to
1562   // this chain.
1563   bool isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
1564                              const SCEV *IncExpr,
1565                              ScalarEvolution&);
1566 };
1567
1568 /// ChainUsers - Helper for CollectChains to track multiple IV increment uses.
1569 /// Distinguish between FarUsers that definitely cross IV increments and
1570 /// NearUsers that may be used between IV increments.
1571 struct ChainUsers {
1572   SmallPtrSet<Instruction*, 4> FarUsers;
1573   SmallPtrSet<Instruction*, 4> NearUsers;
1574 };
1575
1576 /// LSRInstance - This class holds state for the main loop strength reduction
1577 /// logic.
1578 class LSRInstance {
1579   IVUsers &IU;
1580   ScalarEvolution &SE;
1581   DominatorTree &DT;
1582   LoopInfo &LI;
1583   const TargetTransformInfo &TTI;
1584   Loop *const L;
1585   bool Changed;
1586
1587   /// IVIncInsertPos - This is the insert position that the current loop's
1588   /// induction variable increment should be placed. In simple loops, this is
1589   /// the latch block's terminator. But in more complicated cases, this is a
1590   /// position which will dominate all the in-loop post-increment users.
1591   Instruction *IVIncInsertPos;
1592
1593   /// Factors - Interesting factors between use strides.
1594   SmallSetVector<int64_t, 8> Factors;
1595
1596   /// Types - Interesting use types, to facilitate truncation reuse.
1597   SmallSetVector<Type *, 4> Types;
1598
1599   /// Fixups - The list of operands which are to be replaced.
1600   SmallVector<LSRFixup, 16> Fixups;
1601
1602   /// Uses - The list of interesting uses.
1603   SmallVector<LSRUse, 16> Uses;
1604
1605   /// RegUses - Track which uses use which register candidates.
1606   RegUseTracker RegUses;
1607
1608   // Limit the number of chains to avoid quadratic behavior. We don't expect to
1609   // have more than a few IV increment chains in a loop. Missing a Chain falls
1610   // back to normal LSR behavior for those uses.
1611   static const unsigned MaxChains = 8;
1612
1613   /// IVChainVec - IV users can form a chain of IV increments.
1614   SmallVector<IVChain, MaxChains> IVChainVec;
1615
1616   /// IVIncSet - IV users that belong to profitable IVChains.
1617   SmallPtrSet<Use*, MaxChains> IVIncSet;
1618
1619   void OptimizeShadowIV();
1620   bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse);
1621   ICmpInst *OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse);
1622   void OptimizeLoopTermCond();
1623
1624   void ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
1625                         SmallVectorImpl<ChainUsers> &ChainUsersVec);
1626   void FinalizeChain(IVChain &Chain);
1627   void CollectChains();
1628   void GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
1629                        SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts);
1630
1631   void CollectInterestingTypesAndFactors();
1632   void CollectFixupsAndInitialFormulae();
1633
1634   LSRFixup &getNewFixup() {
1635     Fixups.push_back(LSRFixup());
1636     return Fixups.back();
1637   }
1638
1639   // Support for sharing of LSRUses between LSRFixups.
1640   typedef DenseMap<std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType>,
1641                    size_t,
1642                    UseMapDenseMapInfo> UseMapTy;
1643   UseMapTy UseMap;
1644
1645   bool reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
1646                           LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy);
1647
1648   std::pair<size_t, int64_t> getUse(const SCEV *&Expr,
1649                                     LSRUse::KindType Kind,
1650                                     Type *AccessTy);
1651
1652   void DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1653
1654   LSRUse *FindUseWithSimilarFormula(const Formula &F, const LSRUse &OrigLU);
1655
1656   void InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1657   void InsertSupplementalFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1658   void CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx);
1659   bool InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F);
1660
1661   void CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
1662
1663   void GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base,
1664                               unsigned Depth = 0);
1665   void GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1666   void GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1667   void GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1668   void GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1669   void GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1670   void GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1671   void GenerateCrossUseConstantOffsets();
1672   void GenerateAllReuseFormulae();
1673
1674   void FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
1675
1676   size_t EstimateSearchSpaceComplexity() const;
1677   void NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
1678   void NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
1679   void NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
1680   void NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
1681   void NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
1682
1683   void SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1684                     Cost &SolutionCost,
1685                     SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
1686                     const Cost &CurCost,
1687                     const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
1688                     DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const;
1689   void Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const;
1690
1691   BasicBlock::iterator
1692     HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
1693                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs) const;
1694   BasicBlock::iterator
1695     AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
1696                                   const LSRFixup &LF,
1697                                   const LSRUse &LU,
1698                                   SCEVExpander &Rewriter) const;
1699
1700   Value *Expand(const LSRFixup &LF,
1701                 const Formula &F,
1702                 BasicBlock::iterator IP,
1703                 SCEVExpander &Rewriter,
1704                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const;
1705   void RewriteForPHI(PHINode *PN, const LSRFixup &LF,
1706                      const Formula &F,
1707                      SCEVExpander &Rewriter,
1708                      SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1709                      Pass *P) const;
1710   void Rewrite(const LSRFixup &LF,
1711                const Formula &F,
1712                SCEVExpander &Rewriter,
1713                SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1714                Pass *P) const;
1715   void ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1716                          Pass *P);
1717
1718 public:
1719   LSRInstance(Loop *L, Pass *P);
1720
1721   bool getChanged() const { return Changed; }
1722
1723   void print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const;
1724   void print_fixups(raw_ostream &OS) const;
1725   void print_uses(raw_ostream &OS) const;
1726   void print(raw_ostream &OS) const;
1727   void dump() const;
1728 };
1729
1730 }
1731
1732 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1733 /// inside the loop then try to eliminate the cast operation.
1734 void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
1735   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1736   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1737     return;
1738
1739   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end();
1740        UI != E; /* empty */) {
1741     IVUsers::const_iterator CandidateUI = UI;
1742     ++UI;
1743     Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
1744     Type *DestTy = 0;
1745     bool IsSigned = false;
1746
1747     /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1748        to eliminate this cast.
1749
1750          for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
1751            foo((double)i);
1752
1753        is transformed into
1754
1755          double d = 0.0;
1756          for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
1757            foo(d);
1758     */
1759     if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1760       IsSigned = false;
1761       DestTy = UCast->getDestTy();
1762     }
1763     else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1764       IsSigned = true;
1765       DestTy = SCast->getDestTy();
1766     }
1767     if (!DestTy) continue;
1768
1769     // If target does not support DestTy natively then do not apply
1770     // this transformation.
1771     if (!TTI.isTypeLegal(DestTy)) continue;
1772
1773     PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1774     if (!PH) continue;
1775     if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1776
1777     Type *SrcTy = PH->getType();
1778     int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1779     if (Mantissa == -1) continue;
1780     if ((int)SE.getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1781       continue;
1782
1783     unsigned Entry, Latch;
1784     if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1785       Entry = 0;
1786       Latch = 1;
1787     } else {
1788       Entry = 1;
1789       Latch = 0;
1790     }
1791
1792     ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1793     if (!Init) continue;
1794     Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, IsSigned ?
1795                                         (double)Init->getSExtValue() :
1796                                         (double)Init->getZExtValue());
1797
1798     BinaryOperator *Incr =
1799       dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1800     if (!Incr) continue;
1801     if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1802         && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1803       continue;
1804
1805     /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1806     ConstantInt *C = 0;
1807     if (Incr->getOperand(0) == PH)
1808       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1809     else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1810       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1811     else
1812       continue;
1813
1814     if (!C) continue;
1815
1816     // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
1817     // correctly. TODO: Remove this restriction.
1818     if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
1819
1820     /* Add new PHINode. */
1821     PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, 2, "IV.S.", PH);
1822
1823     /* create new increment. '++d' in above example. */
1824     Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1825     BinaryOperator *NewIncr =
1826       BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
1827                                Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
1828                              NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1829
1830     NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1831     NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1832
1833     /* Remove cast operation */
1834     ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1835     ShadowUse->eraseFromParent();
1836     Changed = true;
1837     break;
1838   }
1839 }
1840
1841 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1842 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1843 /// false.
1844 bool LSRInstance::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse) {
1845   for (IVUsers::iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1846     if (UI->getUser() == Cond) {
1847       // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1848       // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1849       // occurs enough in real life to handle.
1850       CondUse = UI;
1851       return true;
1852     }
1853   return false;
1854 }
1855
1856 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1857 /// a max computation.
1858 ///
1859 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1860 /// like this:
1861 ///
1862 ///   i = 0;
1863 ///   do {
1864 ///     p[i] = 0.0;
1865 ///   } while (++i < n);
1866 ///
1867 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
1868 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
1869 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
1870 /// will commonly be lowered like this:
1871 //
1872 ///   if (n > 0) {
1873 ///     i = 0;
1874 ///     do {
1875 ///       p[i] = 0.0;
1876 ///     } while (++i < n);
1877 ///   }
1878 ///
1879 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1880 /// test in such a way that indvars can't find it.
1881 ///
1882 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1883 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
1884 /// induction variable:
1885 ///
1886 ///   i = 0;
1887 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
1888 ///   do {
1889 ///     p[i] = 0.0;
1890 ///   } while (++i != max);
1891 ///
1892 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1893 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1894 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1895 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1896 /// needed, and it does this using a simple analysis that only succeeds if
1897 /// the loop has a canonical induction variable.
1898 ///
1899 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1900 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1901 ///
1902 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1903 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1904 /// the instructions for the maximum computation.
1905 ///
1906 ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
1907   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1908   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1909       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1910     return Cond;
1911
1912   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1913   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1914
1915   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1916   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1917     return Cond;
1918   const SCEV *One = SE.getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 1);
1919
1920   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
1921   const SCEV *IterationCount = SE.getAddExpr(One, BackedgeTakenCount);
1922   if (IterationCount != SE.getSCEV(Sel)) return Cond;
1923
1924   // Check for a max calculation that matches the pattern. There's no check
1925   // for ICMP_ULE here because the comparison would be with zero, which
1926   // isn't interesting.
1927   CmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
1928   const SCEVNAryExpr *Max = 0;
1929   if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(BackedgeTakenCount)) {
1930     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
1931     Max = S;
1932   } else if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount)) {
1933     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1934     Max = S;
1935   } else if (const SCEVUMaxExpr *U = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(IterationCount)) {
1936     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
1937     Max = U;
1938   } else {
1939     // No match; bail.
1940     return Cond;
1941   }
1942
1943   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
1944   // require additional checking and setup.
1945   if (Max->getNumOperands() != 2)
1946     return Cond;
1947
1948   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
1949   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
1950
1951   // ScalarEvolution canonicalizes constants to the left. For < and >, look
1952   // for a comparison with 1. For <= and >=, a comparison with zero.
1953   if (!MaxLHS ||
1954       (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) ? !MaxLHS->isZero() : (MaxLHS != One)))
1955     return Cond;
1956
1957   // Check the relevant induction variable for conformance to
1958   // the pattern.
1959   const SCEV *IV = SE.getSCEV(Cond->getOperand(0));
1960   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1961   if (!AR || !AR->isAffine() ||
1962       AR->getStart() != One ||
1963       AR->getStepRecurrence(SE) != One)
1964     return Cond;
1965
1966   assert(AR->getLoop() == L &&
1967          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
1968
1969   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
1970   // be used in the new comparison instruction.
1971   Value *NewRHS = 0;
1972   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred)) {
1973     // Look for n+1, and grab n.
1974     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(1)))
1975       if (ConstantInt *BO1 = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1976          if (BO1->isOne() && SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1977            NewRHS = BO->getOperand(0);
1978     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(2)))
1979       if (ConstantInt *BO1 = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1980         if (BO1->isOne() && SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1981           NewRHS = BO->getOperand(0);
1982     if (!NewRHS)
1983       return Cond;
1984   } else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
1985     NewRHS = Sel->getOperand(1);
1986   else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
1987     NewRHS = Sel->getOperand(2);
1988   else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(MaxRHS))
1989     NewRHS = SU->getValue();
1990   else
1991     // Max doesn't match expected pattern.
1992     return Cond;
1993
1994   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
1995   // and the original comparison may be either equality or inequality.
1996   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
1997     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
1998
1999   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2000   // delete the max calculation.
2001   ICmpInst *NewCond =
2002     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
2003
2004   // Delete the max calculation instructions.
2005   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2006   CondUse->setUser(NewCond);
2007   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2008   Cond->eraseFromParent();
2009   Sel->eraseFromParent();
2010   if (Cmp->use_empty())
2011     Cmp->eraseFromParent();
2012   return NewCond;
2013 }
2014
2015 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
2016 /// postinc iv when possible.
2017 void
2018 LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
2019   SmallPtrSet<Instruction *, 4> PostIncs;
2020
2021   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2022   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
2023   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2024
2025   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
2026     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
2027
2028     // Get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2029     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2030     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2031     // one register value.
2032
2033     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2034     if (!TermBr)
2035       continue;
2036     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
2037     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2038       continue;
2039
2040     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2041     IVStrideUse *CondUse = 0;
2042     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2043     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse))
2044       continue;
2045
2046     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
2047     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2048     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
2049     // One consequence of doing this now is that it disrupts the count-down
2050     // optimization. That's not always a bad thing though, because in such
2051     // cases it may still be worthwhile to avoid a max.
2052     Cond = OptimizeMax(Cond, CondUse);
2053
2054     // If this exiting block dominates the latch block, it may also use
2055     // the post-inc value if it won't be shared with other uses.
2056     // Check for dominance.
2057     if (!DT.dominates(ExitingBlock, LatchBlock))
2058       continue;
2059
2060     // Conservatively avoid trying to use the post-inc value in non-latch
2061     // exits if there may be pre-inc users in intervening blocks.
2062     if (LatchBlock != ExitingBlock)
2063       for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
2064         // Test if the use is reachable from the exiting block. This dominator
2065         // query is a conservative approximation of reachability.
2066         if (&*UI != CondUse &&
2067             !DT.properlyDominates(UI->getUser()->getParent(), ExitingBlock)) {
2068           // Conservatively assume there may be reuse if the quotient of their
2069           // strides could be a legal scale.
2070           const SCEV *A = IU.getStride(*CondUse, L);
2071           const SCEV *B = IU.getStride(*UI, L);
2072           if (!A || !B) continue;
2073           if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) !=
2074               SE.getTypeSizeInBits(B->getType())) {
2075             if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) >
2076                 SE.getTypeSizeInBits(B->getType()))
2077               B = SE.getSignExtendExpr(B, A->getType());
2078             else
2079               A = SE.getSignExtendExpr(A, B->getType());
2080           }
2081           if (const SCEVConstant *D =
2082                 dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(B, A, SE))) {
2083             const ConstantInt *C = D->getValue();
2084             // Stride of one or negative one can have reuse with non-addresses.
2085             if (C->isOne() || C->isAllOnesValue())
2086               goto decline_post_inc;
2087             // Avoid weird situations.
2088             if (C->getValue().getMinSignedBits() >= 64 ||
2089                 C->getValue().isMinSignedValue())
2090               goto decline_post_inc;
2091             // Check for possible scaled-address reuse.
2092             Type *AccessTy = getAccessType(UI->getUser());
2093             int64_t Scale = C->getSExtValue();
2094             if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, /*BaseGV=*/ 0,
2095                                           /*BaseOffset=*/ 0,
2096                                           /*HasBaseReg=*/ false, Scale))
2097               goto decline_post_inc;
2098             Scale = -Scale;
2099             if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, /*BaseGV=*/ 0,
2100                                           /*BaseOffset=*/ 0,
2101                                           /*HasBaseReg=*/ false, Scale))
2102               goto decline_post_inc;
2103           }
2104         }
2105
2106     DEBUG(dbgs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
2107                  << *Cond << '\n');
2108
2109     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2110     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2111     // the exiting block branch, move it.
2112     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != TermBr) {
2113       if (Cond->hasOneUse()) {
2114         Cond->moveBefore(TermBr);
2115       } else {
2116         // Clone the terminating condition and insert into the loopend.
2117         ICmpInst *OldCond = Cond;
2118         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2119         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2120         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2121
2122         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2123         CondUse = &IU.AddUser(Cond, CondUse->getOperandValToReplace());
2124         TermBr->replaceUsesOfWith(OldCond, Cond);
2125       }
2126     }
2127
2128     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2129     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2130     // live ranges for the IV correctly.
2131     CondUse->transformToPostInc(L);
2132     Changed = true;
2133
2134     PostIncs.insert(Cond);
2135   decline_post_inc:;
2136   }
2137
2138   // Determine an insertion point for the loop induction variable increment. It
2139   // must dominate all the post-inc comparisons we just set up, and it must
2140   // dominate the loop latch edge.
2141   IVIncInsertPos = L->getLoopLatch()->getTerminator();
2142   for (SmallPtrSet<Instruction *, 4>::const_iterator I = PostIncs.begin(),
2143        E = PostIncs.end(); I != E; ++I) {
2144     BasicBlock *BB =
2145       DT.findNearestCommonDominator(IVIncInsertPos->getParent(),
2146                                     (*I)->getParent());
2147     if (BB == (*I)->getParent())
2148       IVIncInsertPos = *I;
2149     else if (BB != IVIncInsertPos->getParent())
2150       IVIncInsertPos = BB->getTerminator();
2151   }
2152 }
2153
2154 /// reconcileNewOffset - Determine if the given use can accommodate a fixup
2155 /// at the given offset and other details. If so, update the use and
2156 /// return true.
2157 bool
2158 LSRInstance::reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
2159                                 LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
2160   int64_t NewMinOffset = LU.MinOffset;
2161   int64_t NewMaxOffset = LU.MaxOffset;
2162   Type *NewAccessTy = AccessTy;
2163
2164   // Check for a mismatched kind. It's tempting to collapse mismatched kinds to
2165   // something conservative, however this can pessimize in the case that one of
2166   // the uses will have all its uses outside the loop, for example.
2167   if (LU.Kind != Kind)
2168     return false;
2169   // Conservatively assume HasBaseReg is true for now.
2170   if (NewOffset < LU.MinOffset) {
2171     if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ 0,
2172                           LU.MaxOffset - NewOffset, HasBaseReg))
2173       return false;
2174     NewMinOffset = NewOffset;
2175   } else if (NewOffset > LU.MaxOffset) {
2176     if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ 0,
2177                           NewOffset - LU.MinOffset, HasBaseReg))
2178       return false;
2179     NewMaxOffset = NewOffset;
2180   }
2181   // Check for a mismatched access type, and fall back conservatively as needed.
2182   // TODO: Be less conservative when the type is similar and can use the same
2183   // addressing modes.
2184   if (Kind == LSRUse::Address && AccessTy != LU.AccessTy)
2185     NewAccessTy = Type::getVoidTy(AccessTy->getContext());
2186
2187   // Update the use.
2188   LU.MinOffset = NewMinOffset;
2189   LU.MaxOffset = NewMaxOffset;
2190   LU.AccessTy = NewAccessTy;
2191   if (NewOffset != LU.Offsets.back())
2192     LU.Offsets.push_back(NewOffset);
2193   return true;
2194 }
2195
2196 /// getUse - Return an LSRUse index and an offset value for a fixup which
2197 /// needs the given expression, with the given kind and optional access type.
2198 /// Either reuse an existing use or create a new one, as needed.
2199 std::pair<size_t, int64_t>
2200 LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
2201                     LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
2202   const SCEV *Copy = Expr;
2203   int64_t Offset = ExtractImmediate(Expr, SE);
2204
2205   // Basic uses can't accept any offset, for example.
2206   if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ 0,
2207                         Offset, /*HasBaseReg=*/ true)) {
2208     Expr = Copy;
2209     Offset = 0;
2210   }
2211
2212   std::pair<UseMapTy::iterator, bool> P =
2213     UseMap.insert(std::make_pair(std::make_pair(Expr, Kind), 0));
2214   if (!P.second) {
2215     // A use already existed with this base.
2216     size_t LUIdx = P.first->second;
2217     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2218     if (reconcileNewOffset(LU, Offset, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy))
2219       // Reuse this use.
2220       return std::make_pair(LUIdx, Offset);
2221   }
2222
2223   // Create a new use.
2224   size_t LUIdx = Uses.size();
2225   P.first->second = LUIdx;
2226   Uses.push_back(LSRUse(Kind, AccessTy));
2227   LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2228
2229   // We don't need to track redundant offsets, but we don't need to go out
2230   // of our way here to avoid them.
2231   if (LU.Offsets.empty() || Offset != LU.Offsets.back())
2232     LU.Offsets.push_back(Offset);
2233
2234   LU.MinOffset = Offset;
2235   LU.MaxOffset = Offset;
2236   return std::make_pair(LUIdx, Offset);
2237 }
2238
2239 /// DeleteUse - Delete the given use from the Uses list.
2240 void LSRInstance::DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2241   if (&LU != &Uses.back())
2242     std::swap(LU, Uses.back());
2243   Uses.pop_back();
2244
2245   // Update RegUses.
2246   RegUses.SwapAndDropUse(LUIdx, Uses.size());
2247 }
2248
2249 /// FindUseWithFormula - Look for a use distinct from OrigLU which is has
2250 /// a formula that has the same registers as the given formula.
2251 LSRUse *
2252 LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
2253                                        const LSRUse &OrigLU) {
2254   // Search all uses for the formula. This could be more clever.
2255   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2256     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2257     // Check whether this use is close enough to OrigLU, to see whether it's
2258     // worthwhile looking through its formulae.
2259     // Ignore ICmpZero uses because they may contain formulae generated by
2260     // GenerateICmpZeroScales, in which case adding fixup offsets may
2261     // be invalid.
2262     if (&LU != &OrigLU &&
2263         LU.Kind != LSRUse::ICmpZero &&
2264         LU.Kind == OrigLU.Kind && OrigLU.AccessTy == LU.AccessTy &&
2265         LU.WidestFixupType == OrigLU.WidestFixupType &&
2266         LU.HasFormulaWithSameRegs(OrigF)) {
2267       // Scan through this use's formulae.
2268       for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
2269            E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
2270         const Formula &F = *I;
2271         // Check to see if this formula has the same registers and symbols
2272         // as OrigF.
2273         if (F.BaseRegs == OrigF.BaseRegs &&
2274             F.ScaledReg == OrigF.ScaledReg &&
2275             F.BaseGV == OrigF.BaseGV &&
2276             F.Scale == OrigF.Scale &&
2277             F.UnfoldedOffset == OrigF.UnfoldedOffset) {
2278           if (F.BaseOffset == 0)
2279             return &LU;
2280           // This is the formula where all the registers and symbols matched;
2281           // there aren't going to be any others. Since we declined it, we
2282           // can skip the rest of the formulae and proceed to the next LSRUse.
2283           break;
2284         }
2285       }
2286     }
2287   }
2288
2289   // Nothing looked good.
2290   return 0;
2291 }
2292
2293 void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
2294   SmallSetVector<const SCEV *, 4> Strides;
2295
2296   // Collect interesting types and strides.
2297   SmallVector<const SCEV *, 4> Worklist;
2298   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2299     const SCEV *Expr = IU.getExpr(*UI);
2300
2301     // Collect interesting types.
2302     Types.insert(SE.getEffectiveSCEVType(Expr->getType()));
2303
2304     // Add strides for mentioned loops.
2305     Worklist.push_back(Expr);
2306     do {
2307       const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
2308       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2309         if (AR->getLoop() == L)
2310           Strides.insert(AR->getStepRecurrence(SE));
2311         Worklist.push_back(AR->getStart());
2312       } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2313         Worklist.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
2314       }
2315     } while (!Worklist.empty());
2316   }
2317
2318   // Compute interesting factors from the set of interesting strides.
2319   for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator
2320        I = Strides.begin(), E = Strides.end(); I != E; ++I)
2321     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator NewStrideIter =
2322          llvm::next(I); NewStrideIter != E; ++NewStrideIter) {
2323       const SCEV *OldStride = *I;
2324       const SCEV *NewStride = *NewStrideIter;
2325
2326       if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) !=
2327           SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType())) {
2328         if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) >
2329             SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType()))
2330           NewStride = SE.getSignExtendExpr(NewStride, OldStride->getType());
2331         else
2332           OldStride = SE.getSignExtendExpr(OldStride, NewStride->getType());
2333       }
2334       if (const SCEVConstant *Factor =
2335             dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(NewStride, OldStride,
2336                                                         SE, true))) {
2337         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2338           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2339       } else if (const SCEVConstant *Factor =
2340                    dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(OldStride,
2341                                                                NewStride,
2342                                                                SE, true))) {
2343         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2344           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2345       }
2346     }
2347
2348   // If all uses use the same type, don't bother looking for truncation-based
2349   // reuse.
2350   if (Types.size() == 1)
2351     Types.clear();
2352
2353   DEBUG(print_factors_and_types(dbgs()));
2354 }
2355
2356 /// findIVOperand - Helper for CollectChains that finds an IV operand (computed
2357 /// by an AddRec in this loop) within [OI,OE) or returns OE. If IVUsers mapped
2358 /// Instructions to IVStrideUses, we could partially skip this.
2359 static User::op_iterator
2360 findIVOperand(User::op_iterator OI, User::op_iterator OE,
2361               Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
2362   for(; OI != OE; ++OI) {
2363     if (Instruction *Oper = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
2364       if (!SE.isSCEVable(Oper->getType()))
2365         continue;
2366
2367       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
2368           dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(Oper))) {
2369         if (AR->getLoop() == L)
2370           break;
2371       }
2372     }
2373   }
2374   return OI;
2375 }
2376
2377 /// getWideOperand - IVChain logic must consistenctly peek base TruncInst
2378 /// operands, so wrap it in a convenient helper.
2379 static Value *getWideOperand(Value *Oper) {
2380   if (TruncInst *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(Oper))
2381     return Trunc->getOperand(0);
2382   return Oper;
2383 }
2384
2385 /// isCompatibleIVType - Return true if we allow an IV chain to include both
2386 /// types.
2387 static bool isCompatibleIVType(Value *LVal, Value *RVal) {
2388   Type *LType = LVal->getType();
2389   Type *RType = RVal->getType();
2390   return (LType == RType) || (LType->isPointerTy() && RType->isPointerTy());
2391 }
2392
2393 /// getExprBase - Return an approximation of this SCEV expression's "base", or
2394 /// NULL for any constant. Returning the expression itself is
2395 /// conservative. Returning a deeper subexpression is more precise and valid as
2396 /// long as it isn't less complex than another subexpression. For expressions
2397 /// involving multiple unscaled values, we need to return the pointer-type
2398 /// SCEVUnknown. This avoids forming chains across objects, such as:
2399 /// PrevOper==a[i], IVOper==b[i], IVInc==b-a.
2400 ///
2401 /// Since SCEVUnknown is the rightmost type, and pointers are the rightmost
2402 /// SCEVUnknown, we simply return the rightmost SCEV operand.
2403 static const SCEV *getExprBase(const SCEV *S) {
2404   switch (S->getSCEVType()) {
2405   default: // uncluding scUnknown.
2406     return S;
2407   case scConstant:
2408     return 0;
2409   case scTruncate:
2410     return getExprBase(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand());
2411   case scZeroExtend:
2412     return getExprBase(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand());
2413   case scSignExtend:
2414     return getExprBase(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand());
2415   case scAddExpr: {
2416     // Skip over scaled operands (scMulExpr) to follow add operands as long as
2417     // there's nothing more complex.
2418     // FIXME: not sure if we want to recognize negation.
2419     const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(S);
2420     for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(Add->op_end()),
2421            E(Add->op_begin()); I != E; ++I) {
2422       const SCEV *SubExpr = *I;
2423       if (SubExpr->getSCEVType() == scAddExpr)
2424         return getExprBase(SubExpr);
2425
2426       if (SubExpr->getSCEVType() != scMulExpr)
2427         return SubExpr;
2428     }
2429     return S; // all operands are scaled, be conservative.
2430   }
2431   case scAddRecExpr:
2432     return getExprBase(cast<SCEVAddRecExpr>(S)->getStart());
2433   }
2434 }
2435
2436 /// Return true if the chain increment is profitable to expand into a loop
2437 /// invariant value, which may require its own register. A profitable chain
2438 /// increment will be an offset relative to the same base. We allow such offsets
2439 /// to potentially be used as chain increment as long as it's not obviously
2440 /// expensive to expand using real instructions.
2441 bool IVChain::isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
2442                                     const SCEV *IncExpr,
2443                                     ScalarEvolution &SE) {
2444   // Aggressively form chains when -stress-ivchain.
2445   if (StressIVChain)
2446     return true;
2447
2448   // Do not replace a constant offset from IV head with a nonconstant IV
2449   // increment.
2450   if (!isa<SCEVConstant>(IncExpr)) {
2451     const SCEV *HeadExpr = SE.getSCEV(getWideOperand(Incs[0].IVOperand));
2452     if (isa<SCEVConstant>(SE.getMinusSCEV(OperExpr, HeadExpr)))
2453       return 0;
2454   }
2455
2456   SmallPtrSet<const SCEV*, 8> Processed;
2457   return !isHighCostExpansion(IncExpr, Processed, SE);
2458 }
2459
2460 /// Return true if the number of registers needed for the chain is estimated to
2461 /// be less than the number required for the individual IV users. First prohibit
2462 /// any IV users that keep the IV live across increments (the Users set should
2463 /// be empty). Next count the number and type of increments in the chain.
2464 ///
2465 /// Chaining IVs can lead to considerable code bloat if ISEL doesn't
2466 /// effectively use postinc addressing modes. Only consider it profitable it the
2467 /// increments can be computed in fewer registers when chained.
2468 ///
2469 /// TODO: Consider IVInc free if it's already used in another chains.
2470 static bool
2471 isProfitableChain(IVChain &Chain, SmallPtrSet<Instruction*, 4> &Users,
2472                   ScalarEvolution &SE, const TargetTransformInfo &TTI) {
2473   if (StressIVChain)
2474     return true;
2475
2476   if (!Chain.hasIncs())
2477     return false;
2478
2479   if (!Users.empty()) {
2480     DEBUG(dbgs() << "Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << " users:\n";
2481           for (SmallPtrSet<Instruction*, 4>::const_iterator I = Users.begin(),
2482                  E = Users.end(); I != E; ++I) {
2483             dbgs() << "  " << **I << "\n";
2484           });
2485     return false;
2486   }
2487   assert(!Chain.Incs.empty() && "empty IV chains are not allowed");
2488
2489   // The chain itself may require a register, so intialize cost to 1.
2490   int cost = 1;
2491
2492   // A complete chain likely eliminates the need for keeping the original IV in
2493   // a register. LSR does not currently know how to form a complete chain unless
2494   // the header phi already exists.
2495   if (isa<PHINode>(Chain.tailUserInst())
2496       && SE.getSCEV(Chain.tailUserInst()) == Chain.Incs[0].IncExpr) {
2497     --cost;
2498   }
2499   const SCEV *LastIncExpr = 0;
2500   unsigned NumConstIncrements = 0;
2501   unsigned NumVarIncrements = 0;
2502   unsigned NumReusedIncrements = 0;
2503   for (IVChain::const_iterator I = Chain.begin(), E = Chain.end();
2504        I != E; ++I) {
2505
2506     if (I->IncExpr->isZero())
2507       continue;
2508
2509     // Incrementing by zero or some constant is neutral. We assume constants can
2510     // be folded into an addressing mode or an add's immediate operand.
2511     if (isa<SCEVConstant>(I->IncExpr)) {
2512       ++NumConstIncrements;
2513       continue;
2514     }
2515
2516     if (I->IncExpr == LastIncExpr)
2517       ++NumReusedIncrements;
2518     else
2519       ++NumVarIncrements;
2520
2521     LastIncExpr = I->IncExpr;
2522   }
2523   // An IV chain with a single increment is handled by LSR's postinc
2524   // uses. However, a chain with multiple increments requires keeping the IV's
2525   // value live longer than it needs to be if chained.
2526   if (NumConstIncrements > 1)
2527     --cost;
2528
2529   // Materializing increment expressions in the preheader that didn't exist in
2530   // the original code may cost a register. For example, sign-extended array
2531   // indices can produce ridiculous increments like this:
2532   // IV + ((sext i32 (2 * %s) to i64) + (-1 * (sext i32 %s to i64)))
2533   cost += NumVarIncrements;
2534
2535   // Reusing variable increments likely saves a register to hold the multiple of
2536   // the stride.
2537   cost -= NumReusedIncrements;
2538
2539   DEBUG(dbgs() << "Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << " Cost: " << cost
2540                << "\n");
2541
2542   return cost < 0;
2543 }
2544
2545 /// ChainInstruction - Add this IV user to an existing chain or make it the head
2546 /// of a new chain.
2547 void LSRInstance::ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
2548                                    SmallVectorImpl<ChainUsers> &ChainUsersVec) {
2549   // When IVs are used as types of varying widths, they are generally converted
2550   // to a wider type with some uses remaining narrow under a (free) trunc.
2551   Value *const NextIV = getWideOperand(IVOper);
2552   const SCEV *const OperExpr = SE.getSCEV(NextIV);
2553   const SCEV *const OperExprBase = getExprBase(OperExpr);
2554
2555   // Visit all existing chains. Check if its IVOper can be computed as a
2556   // profitable loop invariant increment from the last link in the Chain.
2557   unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2558   const SCEV *LastIncExpr = 0;
2559   for (; ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
2560     IVChain &Chain = IVChainVec[ChainIdx];
2561
2562     // Prune the solution space aggressively by checking that both IV operands
2563     // are expressions that operate on the same unscaled SCEVUnknown. This
2564     // "base" will be canceled by the subsequent getMinusSCEV call. Checking
2565     // first avoids creating extra SCEV expressions.
2566     if (!StressIVChain && Chain.ExprBase != OperExprBase)
2567       continue;
2568
2569     Value *PrevIV = getWideOperand(Chain.Incs.back().IVOperand);
2570     if (!isCompatibleIVType(PrevIV, NextIV))
2571       continue;
2572
2573     // A phi node terminates a chain.
2574     if (isa<PHINode>(UserInst) && isa<PHINode>(Chain.tailUserInst()))
2575       continue;
2576
2577     // The increment must be loop-invariant so it can be kept in a register.
2578     const SCEV *PrevExpr = SE.getSCEV(PrevIV);
2579     const SCEV *IncExpr = SE.getMinusSCEV(OperExpr, PrevExpr);
2580     if (!SE.isLoopInvariant(IncExpr, L))
2581       continue;
2582
2583     if (Chain.isProfitableIncrement(OperExpr, IncExpr, SE)) {
2584       LastIncExpr = IncExpr;
2585       break;
2586     }
2587   }
2588   // If we haven't found a chain, create a new one, unless we hit the max. Don't
2589   // bother for phi nodes, because they must be last in the chain.
2590   if (ChainIdx == NChains) {
2591     if (isa<PHINode>(UserInst))
2592       return;
2593     if (NChains >= MaxChains && !StressIVChain) {
2594       DEBUG(dbgs() << "IV Chain Limit\n");
2595       return;
2596     }
2597     LastIncExpr = OperExpr;
2598     // IVUsers may have skipped over sign/zero extensions. We don't currently
2599     // attempt to form chains involving extensions unless they can be hoisted
2600     // into this loop's AddRec.
2601     if (!isa<SCEVAddRecExpr>(LastIncExpr))
2602       return;
2603     ++NChains;
2604     IVChainVec.push_back(IVChain(IVInc(UserInst, IVOper, LastIncExpr),
2605                                  OperExprBase));
2606     ChainUsersVec.resize(NChains);
2607     DEBUG(dbgs() << "IV Chain#" << ChainIdx << " Head: (" << *UserInst
2608                  << ") IV=" << *LastIncExpr << "\n");
2609   } else {
2610     DEBUG(dbgs() << "IV Chain#" << ChainIdx << "  Inc: (" << *UserInst
2611                  << ") IV+" << *LastIncExpr << "\n");
2612     // Add this IV user to the end of the chain.
2613     IVChainVec[ChainIdx].add(IVInc(UserInst, IVOper, LastIncExpr));
2614   }
2615   IVChain &Chain = IVChainVec[ChainIdx];
2616
2617   SmallPtrSet<Instruction*,4> &NearUsers = ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers;
2618   // This chain's NearUsers become FarUsers.
2619   if (!LastIncExpr->isZero()) {
2620     ChainUsersVec[ChainIdx].FarUsers.insert(NearUsers.begin(),
2621                                             NearUsers.end());
2622     NearUsers.clear();
2623   }
2624
2625   // All other uses of IVOperand become near uses of the chain.
2626   // We currently ignore intermediate values within SCEV expressions, assuming
2627   // they will eventually be used be the current chain, or can be computed
2628   // from one of the chain increments. To be more precise we could
2629   // transitively follow its user and only add leaf IV users to the set.
2630   for (Value::use_iterator UseIter = IVOper->use_begin(),
2631          UseEnd = IVOper->use_end(); UseIter != UseEnd; ++UseIter) {
2632     Instruction *OtherUse = dyn_cast<Instruction>(*UseIter);
2633     if (!OtherUse)
2634       continue;
2635     // Uses in the chain will no longer be uses if the chain is formed.
2636     // Include the head of the chain in this iteration (not Chain.begin()).
2637     IVChain::const_iterator IncIter = Chain.Incs.begin();
2638     IVChain::const_iterator IncEnd = Chain.Incs.end();
2639     for( ; IncIter != IncEnd; ++IncIter) {
2640       if (IncIter->UserInst == OtherUse)
2641         break;
2642     }
2643     if (IncIter != IncEnd)
2644       continue;
2645
2646     if (SE.isSCEVable(OtherUse->getType())
2647         && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(OtherUse))
2648         && IU.isIVUserOrOperand(OtherUse)) {
2649       continue;
2650     }
2651     NearUsers.insert(OtherUse);
2652   }
2653
2654   // Since this user is part of the chain, it's no longer considered a use
2655   // of the chain.
2656   ChainUsersVec[ChainIdx].FarUsers.erase(UserInst);
2657 }
2658
2659 /// CollectChains - Populate the vector of Chains.
2660 ///
2661 /// This decreases ILP at the architecture level. Targets with ample registers,
2662 /// multiple memory ports, and no register renaming probably don't want
2663 /// this. However, such targets should probably disable LSR altogether.
2664 ///
2665 /// The job of LSR is to make a reasonable choice of induction variables across
2666 /// the loop. Subsequent passes can easily "unchain" computation exposing more
2667 /// ILP *within the loop* if the target wants it.
2668 ///
2669 /// Finding the best IV chain is potentially a scheduling problem. Since LSR
2670 /// will not reorder memory operations, it will recognize this as a chain, but
2671 /// will generate redundant IV increments. Ideally this would be corrected later
2672 /// by a smart scheduler:
2673 ///        = A[i]
2674 ///        = A[i+x]
2675 /// A[i]   =
2676 /// A[i+x] =
2677 ///
2678 /// TODO: Walk the entire domtree within this loop, not just the path to the
2679 /// loop latch. This will discover chains on side paths, but requires
2680 /// maintaining multiple copies of the Chains state.
2681 void LSRInstance::CollectChains() {
2682   DEBUG(dbgs() << "Collecting IV Chains.\n");
2683   SmallVector<ChainUsers, 8> ChainUsersVec;
2684
2685   SmallVector<BasicBlock *,8> LatchPath;
2686   BasicBlock *LoopHeader = L->getHeader();
2687   for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(L->getLoopLatch());
2688        Rung->getBlock() != LoopHeader; Rung = Rung->getIDom()) {
2689     LatchPath.push_back(Rung->getBlock());
2690   }
2691   LatchPath.push_back(LoopHeader);
2692
2693   // Walk the instruction stream from the loop header to the loop latch.
2694   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::reverse_iterator
2695          BBIter = LatchPath.rbegin(), BBEnd = LatchPath.rend();
2696        BBIter != BBEnd; ++BBIter) {
2697     for (BasicBlock::iterator I = (*BBIter)->begin(), E = (*BBIter)->end();
2698          I != E; ++I) {
2699       // Skip instructions that weren't seen by IVUsers analysis.
2700       if (isa<PHINode>(I) || !IU.isIVUserOrOperand(I))
2701         continue;
2702
2703       // Ignore users that are part of a SCEV expression. This way we only
2704       // consider leaf IV Users. This effectively rediscovers a portion of
2705       // IVUsers analysis but in program order this time.
2706       if (SE.isSCEVable(I->getType()) && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(I)))
2707         continue;
2708
2709       // Remove this instruction from any NearUsers set it may be in.
2710       for (unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2711            ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
2712         ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers.erase(I);
2713       }
2714       // Search for operands that can be chained.
2715       SmallPtrSet<Instruction*, 4> UniqueOperands;
2716       User::op_iterator IVOpEnd = I->op_end();
2717       User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(I->op_begin(), IVOpEnd, L, SE);
2718       while (IVOpIter != IVOpEnd) {
2719         Instruction *IVOpInst = cast<Instruction>(*IVOpIter);
2720         if (UniqueOperands.insert(IVOpInst))
2721           ChainInstruction(I, IVOpInst, ChainUsersVec);
2722         IVOpIter = findIVOperand(llvm::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
2723       }
2724     } // Continue walking down the instructions.
2725   } // Continue walking down the domtree.
2726   // Visit phi backedges to determine if the chain can generate the IV postinc.
2727   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2728        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2729     if (!SE.isSCEVable(PN->getType()))
2730       continue;
2731
2732     Instruction *IncV =
2733       dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch()));
2734     if (IncV)
2735       ChainInstruction(PN, IncV, ChainUsersVec);
2736   }
2737   // Remove any unprofitable chains.
2738   unsigned ChainIdx = 0;
2739   for (unsigned UsersIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2740        UsersIdx < NChains; ++UsersIdx) {
2741     if (!isProfitableChain(IVChainVec[UsersIdx],
2742                            ChainUsersVec[UsersIdx].FarUsers, SE, TTI))
2743       continue;
2744     // Preserve the chain at UsesIdx.
2745     if (ChainIdx != UsersIdx)
2746       IVChainVec[ChainIdx] = IVChainVec[UsersIdx];
2747     FinalizeChain(IVChainVec[ChainIdx]);
2748     ++ChainIdx;
2749   }
2750   IVChainVec.resize(ChainIdx);
2751 }
2752
2753 void LSRInstance::FinalizeChain(IVChain &Chain) {
2754   assert(!Chain.Incs.empty() && "empty IV chains are not allowed");
2755   DEBUG(dbgs() << "Final Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << "\n");
2756
2757   for (IVChain::const_iterator I = Chain.begin(), E = Chain.end();
2758        I != E; ++I) {
2759     DEBUG(dbgs() << "        Inc: " << *I->UserInst << "\n");
2760     User::op_iterator UseI =
2761       std::find(I->UserInst->op_begin(), I->UserInst->op_end(), I->IVOperand);
2762     assert(UseI != I->UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
2763     IVIncSet.insert(UseI);
2764   }
2765 }
2766
2767 /// Return true if the IVInc can be folded into an addressing mode.
2768 static bool canFoldIVIncExpr(const SCEV *IncExpr, Instruction *UserInst,
2769                              Value *Operand, const TargetTransformInfo &TTI) {
2770   const SCEVConstant *IncConst = dyn_cast<SCEVConstant>(IncExpr);
2771   if (!IncConst || !isAddressUse(UserInst, Operand))
2772     return false;
2773
2774   if (IncConst->getValue()->getValue().getMinSignedBits() > 64)
2775     return false;
2776
2777   int64_t IncOffset = IncConst->getValue()->getSExtValue();
2778   if (!isAlwaysFoldable(TTI, LSRUse::Address,
2779                         getAccessType(UserInst), /*BaseGV=*/ 0,
2780                         IncOffset, /*HaseBaseReg=*/ false))
2781     return false;
2782
2783   return true;
2784 }
2785
2786 /// GenerateIVChains - Generate an add or subtract for each IVInc in a chain to
2787 /// materialize the IV user's operand from the previous IV user's operand.
2788 void LSRInstance::GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
2789                                   SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
2790   // Find the new IVOperand for the head of the chain. It may have been replaced
2791   // by LSR.
2792   const IVInc &Head = Chain.Incs[0];
2793   User::op_iterator IVOpEnd = Head.UserInst->op_end();
2794   // findIVOperand returns IVOpEnd if it can no longer find a valid IV user.
2795   User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(Head.UserInst->op_begin(),
2796                                              IVOpEnd, L, SE);
2797   Value *IVSrc = 0;
2798   while (IVOpIter != IVOpEnd) {
2799     IVSrc = getWideOperand(*IVOpIter);
2800
2801     // If this operand computes the expression that the chain needs, we may use
2802     // it. (Check this after setting IVSrc which is used below.)
2803     //
2804     // Note that if Head.IncExpr is wider than IVSrc, then this phi is too
2805     // narrow for the chain, so we can no longer use it. We do allow using a
2806     // wider phi, assuming the LSR checked for free truncation. In that case we
2807     // should already have a truncate on this operand such that
2808     // getSCEV(IVSrc) == IncExpr.
2809     if (SE.getSCEV(*IVOpIter) == Head.IncExpr
2810         || SE.getSCEV(IVSrc) == Head.IncExpr) {
2811       break;
2812     }
2813     IVOpIter = findIVOperand(llvm::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
2814   }
2815   if (IVOpIter == IVOpEnd) {
2816     // Gracefully give up on this chain.
2817     DEBUG(dbgs() << "Concealed chain head: " << *Head.UserInst << "\n");
2818     return;
2819   }
2820
2821   DEBUG(dbgs() << "Generate chain at: " << *IVSrc << "\n");
2822   Type *IVTy = IVSrc->getType();
2823   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(IVTy);
2824   const SCEV *LeftOverExpr = 0;
2825   for (IVChain::const_iterator IncI = Chain.begin(),
2826          IncE = Chain.end(); IncI != IncE; ++IncI) {
2827
2828     Instruction *InsertPt = IncI->UserInst;
2829     if (isa<PHINode>(InsertPt))
2830       InsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
2831
2832     // IVOper will replace the current IV User's operand. IVSrc is the IV
2833     // value currently held in a register.
2834     Value *IVOper = IVSrc;
2835     if (!IncI->IncExpr->isZero()) {
2836       // IncExpr was the result of subtraction of two narrow values, so must
2837       // be signed.
2838       const SCEV *IncExpr = SE.getNoopOrSignExtend(IncI->IncExpr, IntTy);
2839       LeftOverExpr = LeftOverExpr ?
2840         SE.getAddExpr(LeftOverExpr, IncExpr) : IncExpr;
2841     }
2842     if (LeftOverExpr && !LeftOverExpr->isZero()) {
2843       // Expand the IV increment.
2844       Rewriter.clearPostInc();
2845       Value *IncV = Rewriter.expandCodeFor(LeftOverExpr, IntTy, InsertPt);
2846       const SCEV *IVOperExpr = SE.getAddExpr(SE.getUnknown(IVSrc),
2847                                              SE.getUnknown(IncV));
2848       IVOper = Rewriter.expandCodeFor(IVOperExpr, IVTy, InsertPt);
2849
2850       // If an IV increment can't be folded, use it as the next IV value.
2851       if (!canFoldIVIncExpr(LeftOverExpr, IncI->UserInst, IncI->IVOperand,
2852                             TTI)) {
2853         assert(IVTy == IVOper->getType() && "inconsistent IV increment type");
2854         IVSrc = IVOper;
2855         LeftOverExpr = 0;
2856       }
2857     }
2858     Type *OperTy = IncI->IVOperand->getType();
2859     if (IVTy != OperTy) {
2860       assert(SE.getTypeSizeInBits(IVTy) >= SE.getTypeSizeInBits(OperTy) &&
2861              "cannot extend a chained IV");
2862       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
2863       IVOper = Builder.CreateTruncOrBitCast(IVOper, OperTy, "lsr.chain");
2864     }
2865     IncI->UserInst->replaceUsesOfWith(IncI->IVOperand, IVOper);
2866     DeadInsts.push_back(IncI->IVOperand);
2867   }
2868   // If LSR created a new, wider phi, we may also replace its postinc. We only
2869   // do this if we also found a wide value for the head of the chain.
2870   if (isa<PHINode>(Chain.tailUserInst())) {
2871     for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2872          PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2873       if (!isCompatibleIVType(Phi, IVSrc))
2874         continue;
2875       Instruction *PostIncV = dyn_cast<Instruction>(
2876         Phi->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch()));
2877       if (!PostIncV || (SE.getSCEV(PostIncV) != SE.getSCEV(IVSrc)))
2878         continue;
2879       Value *IVOper = IVSrc;
2880       Type *PostIncTy = PostIncV->getType();
2881       if (IVTy != PostIncTy) {
2882         assert(PostIncTy->isPointerTy() && "mixing int/ptr IV types");
2883         IRBuilder<> Builder(L->getLoopLatch()->getTerminator());
2884         Builder.SetCurrentDebugLocation(PostIncV->getDebugLoc());
2885         IVOper = Builder.CreatePointerCast(IVSrc, PostIncTy, "lsr.chain");
2886       }
2887       Phi->replaceUsesOfWith(PostIncV, IVOper);
2888       DeadInsts.push_back(PostIncV);
2889     }
2890   }
2891 }
2892
2893 void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
2894   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2895     Instruction *UserInst = UI->getUser();
2896     // Skip IV users that are part of profitable IV Chains.
2897     User::op_iterator UseI = std::find(UserInst->op_begin(), UserInst->op_end(),
2898                                        UI->getOperandValToReplace());
2899     assert(UseI != UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
2900     if (IVIncSet.count(UseI))
2901       continue;
2902
2903     // Record the uses.
2904     LSRFixup &LF = getNewFixup();
2905     LF.UserInst = UserInst;
2906     LF.OperandValToReplace = UI->getOperandValToReplace();
2907     LF.PostIncLoops = UI->getPostIncLoops();
2908
2909     LSRUse::KindType Kind = LSRUse::Basic;
2910     Type *AccessTy = 0;
2911     if (isAddressUse(LF.UserInst, LF.OperandValToReplace)) {
2912       Kind = LSRUse::Address;
2913       AccessTy = getAccessType(LF.UserInst);
2914     }
2915
2916     const SCEV *S = IU.getExpr(*UI);
2917
2918     // Equality (== and !=) ICmps are special. We can rewrite (i == N) as
2919     // (N - i == 0), and this allows (N - i) to be the expression that we work
2920     // with rather than just N or i, so we can consider the register
2921     // requirements for both N and i at the same time. Limiting this code to
2922     // equality icmps is not a problem because all interesting loops use
2923     // equality icmps, thanks to IndVarSimplify.
2924     if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(LF.UserInst))
2925       if (CI->isEquality()) {
2926         // Swap the operands if needed to put the OperandValToReplace on the
2927         // left, for consistency.
2928         Value *NV = CI->getOperand(1);
2929         if (NV == LF.OperandValToReplace) {
2930           CI->setOperand(1, CI->getOperand(0));
2931           CI->setOperand(0, NV);
2932           NV = CI->getOperand(1);
2933           Changed = true;
2934         }
2935
2936         // x == y  -->  x - y == 0
2937         const SCEV *N = SE.getSCEV(NV);
2938         if (SE.isLoopInvariant(N, L) && isSafeToExpand(N)) {
2939           // S is normalized, so normalize N before folding it into S
2940           // to keep the result normalized.
2941           N = TransformForPostIncUse(Normalize, N, CI, 0,
2942                                      LF.PostIncLoops, SE, DT);
2943           Kind = LSRUse::ICmpZero;
2944           S = SE.getMinusSCEV(N, S);
2945         }
2946
2947         // -1 and the negations of all interesting strides (except the negation
2948         // of -1) are now also interesting.
2949         for (size_t i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i)
2950           if (Factors[i] != -1)
2951             Factors.insert(-(uint64_t)Factors[i]);
2952         Factors.insert(-1);
2953       }
2954
2955     // Set up the initial formula for this use.
2956     std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, Kind, AccessTy);
2957     LF.LUIdx = P.first;
2958     LF.Offset = P.second;
2959     LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
2960     LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
2961     if (!LU.WidestFixupType ||
2962         SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
2963         SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
2964       LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
2965
2966     // If this is the first use of this LSRUse, give it a formula.
2967     if (LU.Formulae.empty()) {
2968       InsertInitialFormula(S, LU, LF.LUIdx);
2969       CountRegisters(LU.Formulae.back(), LF.LUIdx);
2970     }
2971   }
2972
2973   DEBUG(print_fixups(dbgs()));
2974 }
2975
2976 /// InsertInitialFormula - Insert a formula for the given expression into
2977 /// the given use, separating out loop-variant portions from loop-invariant
2978 /// and loop-computable portions.
2979 void
2980 LSRInstance::InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2981   Formula F;
2982   F.InitialMatch(S, L, SE);
2983   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2984   assert(Inserted && "Initial formula already exists!"); (void)Inserted;
2985 }
2986
2987 /// InsertSupplementalFormula - Insert a simple single-register formula for
2988 /// the given expression into the given use.
2989 void
2990 LSRInstance::InsertSupplementalFormula(const SCEV *S,
2991                                        LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2992   Formula F;
2993   F.BaseRegs.push_back(S);
2994   F.HasBaseReg = true;
2995   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2996   assert(Inserted && "Supplemental formula already exists!"); (void)Inserted;
2997 }
2998
2999 /// CountRegisters - Note which registers are used by the given formula,
3000 /// updating RegUses.
3001 void LSRInstance::CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx) {
3002   if (F.ScaledReg)
3003     RegUses.CountRegister(F.ScaledReg, LUIdx);
3004   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
3005        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
3006     RegUses.CountRegister(*I, LUIdx);
3007 }
3008
3009 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
3010 /// the list, and return true. Return false otherwise.
3011 bool LSRInstance::InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F) {
3012   if (!LU.InsertFormula(F))
3013     return false;
3014
3015   CountRegisters(F, LUIdx);
3016   return true;
3017 }
3018
3019 /// CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae - Check for other uses of
3020 /// loop-invariant values which we're tracking. These other uses will pin these
3021 /// values in registers, making them less profitable for elimination.
3022 /// TODO: This currently misses non-constant addrec step registers.
3023 /// TODO: Should this give more weight to users inside the loop?
3024 void
3025 LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
3026   SmallVector<const SCEV *, 8> Worklist(RegUses.begin(), RegUses.end());
3027   SmallPtrSet<const SCEV *, 8> Inserted;
3028
3029   while (!Worklist.empty()) {
3030     const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
3031
3032     if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S))
3033       Worklist.append(N->op_begin(), N->op_end());
3034     else if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
3035       Worklist.push_back(C->getOperand());
3036     else if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3037       Worklist.push_back(D->getLHS());
3038       Worklist.push_back(D->getRHS());
3039     } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3040       if (!Inserted.insert(U)) continue;
3041       const Value *V = U->getValue();
3042       if (const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3043         // Look for instructions defined outside the loop.
3044         if (L->contains(Inst)) continue;
3045       } else if (isa<UndefValue>(V))
3046         // Undef doesn't have a live range, so it doesn't matter.
3047         continue;
3048       for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
3049            UI != UE; ++UI) {
3050         const Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(*UI);
3051         // Ignore non-instructions.
3052         if (!UserInst)
3053           continue;
3054         // Ignore instructions in other functions (as can happen with
3055         // Constants).
3056         if (UserInst->getParent()->getParent() != L->getHeader()->getParent())
3057           continue;
3058         // Ignore instructions not dominated by the loop.
3059         const BasicBlock *UseBB = !isa<PHINode>(UserInst) ?
3060           UserInst->getParent() :
3061           cast<PHINode>(UserInst)->getIncomingBlock(
3062             PHINode::getIncomingValueNumForOperand(UI.getOperandNo()));
3063         if (!DT.dominates(L->getHeader(), UseBB))
3064           continue;
3065         // Ignore uses which are part of other SCEV expressions, to avoid
3066         // analyzing them multiple times.
3067         if (SE.isSCEVable(UserInst->getType())) {
3068           const SCEV *UserS = SE.getSCEV(const_cast<Instruction *>(UserInst));
3069           // If the user is a no-op, look through to its uses.
3070           if (!isa<SCEVUnknown>(UserS))
3071             continue;
3072           if (UserS == U) {
3073             Worklist.push_back(
3074               SE.getUnknown(const_cast<Instruction *>(UserInst)));
3075             continue;
3076           }
3077         }
3078         // Ignore icmp instructions which are already being analyzed.
3079         if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UserInst)) {
3080           unsigned OtherIdx = !UI.getOperandNo();
3081           Value *OtherOp = const_cast<Value *>(ICI->getOperand(OtherIdx));
3082           if (SE.hasComputableLoopEvolution(SE.getSCEV(OtherOp), L))
3083             continue;
3084         }
3085
3086         LSRFixup &LF = getNewFixup();
3087         LF.UserInst = const_cast<Instruction *>(UserInst);
3088         LF.OperandValToReplace = UI.getUse();
3089         std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, LSRUse::Basic, 0);
3090         LF.LUIdx = P.first;
3091         LF.Offset = P.second;
3092         LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
3093         LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
3094         if (!LU.WidestFixupType ||
3095             SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
3096             SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
3097           LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
3098         InsertSupplementalFormula(U, LU, LF.LUIdx);
3099         CountRegisters(LU.Formulae.back(), Uses.size() - 1);
3100         break;
3101       }
3102     }
3103   }
3104 }
3105
3106 /// CollectSubexprs - Split S into subexpressions which can be pulled out into
3107 /// separate registers. If C is non-null, multiply each subexpression by C.
3108 ///
3109 /// Return remainder expression after factoring the subexpressions captured by
3110 /// Ops. If Ops is complete, return NULL.
3111 static const SCEV *CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
3112                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
3113                                    const Loop *L,
3114                                    ScalarEvolution &SE,
3115                                    unsigned Depth = 0) {
3116   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
3117   if (Depth >= 3)
3118     return S;
3119
3120   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3121     // Break out add operands.
3122     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
3123          I != E; ++I) {
3124       const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(*I, C, Ops, L, SE, Depth+1);
3125       if (Remainder)
3126         Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
3127     }
3128     return 0;
3129   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3130     // Split a non-zero base out of an addrec.
3131     if (AR->getStart()->isZero())
3132       return S;
3133
3134     const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(AR->getStart(),
3135                                             C, Ops, L, SE, Depth+1);
3136     // Split the non-zero AddRec unless it is part of a nested recurrence that
3137     // does not pertain to this loop.
3138     if (Remainder && (AR->getLoop() == L || !isa<SCEVAddRecExpr>(Remainder))) {
3139       Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
3140       Remainder = 0;
3141     }
3142     if (Remainder != AR->getStart()) {
3143       if (!Remainder)
3144         Remainder = SE.getConstant(AR->getType(), 0);
3145       return SE.getAddRecExpr(Remainder,
3146                               AR->getStepRecurrence(SE),
3147                               AR->getLoop(),
3148                               //FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
3149                               SCEV::FlagAnyWrap);
3150     }
3151   } else if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3152     // Break (C * (a + b + c)) into C*a + C*b + C*c.
3153     if (Mul->getNumOperands() != 2)
3154       return S;
3155     if (const SCEVConstant *Op0 =
3156         dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
3157       C = C ? cast<SCEVConstant>(SE.getMulExpr(C, Op0)) : Op0;
3158       const SCEV *Remainder =
3159         CollectSubexprs(Mul->getOperand(1), C, Ops, L, SE, Depth+1);
3160       if (Remainder)
3161         Ops.push_back(SE.getMulExpr(C, Remainder));
3162       return 0;
3163     }
3164   }
3165   return S;
3166 }
3167
3168 /// GenerateReassociations - Split out subexpressions from adds and the bases of
3169 /// addrecs.
3170 void LSRInstance::GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3171                                          Formula Base,
3172                                          unsigned Depth) {
3173   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
3174   if (Depth >= 3) return;
3175
3176   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3177     const SCEV *BaseReg = Base.BaseRegs[i];
3178
3179     SmallVector<const SCEV *, 8> AddOps;
3180     const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(BaseReg, 0, AddOps, L, SE);
3181     if (Remainder)
3182       AddOps.push_back(Remainder);
3183
3184     if (AddOps.size() == 1) continue;
3185
3186     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = AddOps.begin(),
3187          JE = AddOps.end(); J != JE; ++J) {
3188
3189       // Loop-variant "unknown" values are uninteresting; we won't be able to
3190       // do anything meaningful with them.
3191       if (isa<SCEVUnknown>(*J) && !SE.isLoopInvariant(*J, L))
3192         continue;
3193
3194       // Don't pull a constant into a register if the constant could be folded
3195       // into an immediate field.
3196       if (isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
3197                            LU.AccessTy, *J, Base.getNumRegs() > 1))
3198         continue;
3199
3200       // Collect all operands except *J.
3201       SmallVector<const SCEV *, 8> InnerAddOps
3202         (((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).begin(), J);
3203       InnerAddOps.append
3204         (llvm::next(J), ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).end());
3205
3206       // Don't leave just a constant behind in a register if the constant could
3207       // be folded into an immediate field.
3208       if (InnerAddOps.size() == 1 &&
3209           isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
3210                            LU.AccessTy, InnerAddOps[0], Base.getNumRegs() > 1))
3211         continue;
3212
3213       const SCEV *InnerSum = SE.getAddExpr(InnerAddOps);
3214       if (InnerSum->isZero())
3215         continue;
3216       Formula F = Base;
3217
3218       // Add the remaining pieces of the add back into the new formula.
3219       const SCEVConstant *InnerSumSC = dyn_cast<SCEVConstant>(InnerSum);
3220       if (InnerSumSC &&
3221           SE.getTypeSizeInBits(InnerSumSC->getType()) <= 64 &&
3222           TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3223                                   InnerSumSC->getValue()->getZExtValue())) {
3224         F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3225                            InnerSumSC->getValue()->getZExtValue();
3226         F.BaseRegs.erase(F.BaseRegs.begin() + i);
3227       } else
3228         F.BaseRegs[i] = InnerSum;
3229
3230       // Add J as its own register, or an unfolded immediate.
3231       const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*J);
3232       if (SC && SE.getTypeSizeInBits(SC->getType()) <= 64 &&
3233           TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3234                                   SC->getValue()->getZExtValue()))
3235         F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3236                            SC->getValue()->getZExtValue();
3237       else
3238         F.BaseRegs.push_back(*J);
3239
3240       if (InsertFormula(LU, LUIdx, F))
3241         // If that formula hadn't been seen before, recurse to find more like
3242         // it.
3243         GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae.back(), Depth+1);
3244     }
3245   }
3246 }
3247
3248 /// GenerateCombinations - Generate a formula consisting of all of the
3249 /// loop-dominating registers added into a single register.
3250 void LSRInstance::GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3251                                        Formula Base) {
3252   // This method is only interesting on a plurality of registers.
3253   if (Base.BaseRegs.size() <= 1) return;
3254
3255   Formula F = Base;
3256   F.BaseRegs.clear();
3257   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
3258   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3259        I = Base.BaseRegs.begin(), E = Base.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3260     const SCEV *BaseReg = *I;
3261     if (SE.properlyDominates(BaseReg, L->getHeader()) &&
3262         !SE.hasComputableLoopEvolution(BaseReg, L))
3263       Ops.push_back(BaseReg);
3264     else
3265       F.BaseRegs.push_back(BaseReg);
3266   }
3267   if (Ops.size() > 1) {
3268     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Ops);
3269     // TODO: If Sum is zero, it probably means ScalarEvolution missed an
3270     // opportunity to fold something. For now, just ignore such cases
3271     // rather than proceed with zero in a register.
3272     if (!Sum->isZero()) {
3273       F.BaseRegs.push_back(Sum);
3274       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3275     }
3276   }
3277 }
3278
3279 /// GenerateSymbolicOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
3280 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3281                                           Formula Base) {
3282   // We can't add a symbolic offset if the address already contains one.
3283   if (Base.BaseGV) return;
3284
3285   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3286     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
3287     GlobalValue *GV = ExtractSymbol(G, SE);
3288     if (G->isZero() || !GV)
3289       continue;
3290     Formula F = Base;
3291     F.BaseGV = GV;
3292     if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3293       continue;
3294     F.BaseRegs[i] = G;
3295     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3296   }
3297 }
3298
3299 /// GenerateConstantOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
3300 void LSRInstance::GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3301                                           Formula Base) {
3302   // TODO: For now, just add the min and max offset, because it usually isn't
3303   // worthwhile looking at everything inbetween.
3304   SmallVector<int64_t, 2> Worklist;
3305   Worklist.push_back(LU.MinOffset);
3306   if (LU.MaxOffset != LU.MinOffset)
3307     Worklist.push_back(LU.MaxOffset);
3308
3309   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3310     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
3311
3312     for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Worklist.begin(),
3313          E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
3314       Formula F = Base;
3315       F.BaseOffset = (uint64_t)Base.BaseOffset - *I;
3316       if (isLegalUse(TTI, LU.MinOffset - *I, LU.MaxOffset - *I, LU.Kind,
3317                      LU.AccessTy, F)) {
3318         // Add the offset to the base register.
3319         const SCEV *NewG = SE.getAddExpr(SE.getConstant(G->getType(), *I), G);
3320         // If it cancelled out, drop the base register, otherwise update it.
3321         if (NewG->isZero()) {
3322           std::swap(F.BaseRegs[i], F.BaseRegs.back());
3323           F.BaseRegs.pop_back();
3324         } else
3325           F.BaseRegs[i] = NewG;
3326
3327         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3328       }
3329     }
3330
3331     int64_t Imm = ExtractImmediate(G, SE);
3332     if (G->isZero() || Imm == 0)
3333       continue;
3334     Formula F = Base;
3335     F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm;
3336     if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3337       continue;
3338     F.BaseRegs[i] = G;
3339     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3340   }
3341 }
3342
3343 /// GenerateICmpZeroScales - For ICmpZero, check to see if we can scale up
3344 /// the comparison. For example, x == y -> x*c == y*c.
3345 void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3346                                          Formula Base) {
3347   if (LU.Kind != LSRUse::ICmpZero) return;
3348
3349   // Determine the integer type for the base formula.
3350   Type *IntTy = Base.getType();
3351   if (!IntTy) return;
3352   if (SE.getTypeSizeInBits(IntTy) > 64) return;
3353
3354   // Don't do this if there is more than one offset.
3355   if (LU.MinOffset != LU.MaxOffset) return;
3356
3357   assert(!Base.BaseGV && "ICmpZero use is not legal!");
3358
3359   // Check each interesting stride.
3360   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3361        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3362     int64_t Factor = *I;
3363
3364     // Check that the multiplication doesn't overflow.
3365     if (Base.BaseOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
3366       continue;
3367     int64_t NewBaseOffset = (uint64_t)Base.BaseOffset * Factor;
3368     if (NewBaseOffset / Factor != Base.BaseOffset)
3369       continue;
3370
3371     // Check that multiplying with the use offset doesn't overflow.
3372     int64_t Offset = LU.MinOffset;
3373     if (Offset == INT64_MIN && Factor == -1)
3374       continue;
3375     Offset = (uint64_t)Offset * Factor;
3376     if (Offset / Factor != LU.MinOffset)
3377       continue;
3378
3379     Formula F = Base;
3380     F.BaseOffset = NewBaseOffset;
3381
3382     // Check that this scale is legal.
3383     if (!isLegalUse(TTI, Offset, Offset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3384       continue;
3385
3386     // Compensate for the use having MinOffset built into it.
3387     F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Offset - LU.MinOffset;
3388
3389     const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
3390
3391     // Check that multiplying with each base register doesn't overflow.
3392     for (size_t i = 0, e = F.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3393       F.BaseRegs[i] = SE.getMulExpr(F.BaseRegs[i], FactorS);
3394       if (getExactSDiv(F.BaseRegs[i], FactorS, SE) != Base.BaseRegs[i])
3395         goto next;
3396     }
3397
3398     // Check that multiplying with the scaled register doesn't overflow.
3399     if (F.ScaledReg) {
3400       F.ScaledReg = SE.getMulExpr(F.ScaledReg, FactorS);
3401       if (getExactSDiv(F.ScaledReg, FactorS, SE) != Base.ScaledReg)
3402         continue;
3403     }
3404
3405     // Check that multiplying with the unfolded offset doesn't overflow.
3406     if (F.UnfoldedOffset != 0) {
3407       if (F.UnfoldedOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
3408         continue;
3409       F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset * Factor;
3410       if (F.UnfoldedOffset / Factor != Base.UnfoldedOffset)
3411         continue;
3412     }
3413
3414     // If we make it here and it's legal, add it.
3415     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3416   next:;
3417   }
3418 }
3419
3420 /// GenerateScales - Generate stride factor reuse formulae by making use of
3421 /// scaled-offset address modes, for example.
3422 void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
3423   // Determine the integer type for the base formula.
3424   Type *IntTy = Base.getType();
3425   if (!IntTy) return;
3426
3427   // If this Formula already has a scaled register, we can't add another one.
3428   if (Base.Scale != 0) return;
3429
3430   // Check each interesting stride.
3431   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3432        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3433     int64_t Factor = *I;
3434
3435     Base.Scale = Factor;
3436     Base.HasBaseReg = Base.BaseRegs.size() > 1;
3437     // Check whether this scale is going to be legal.
3438     if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
3439                     Base)) {
3440       // As a special-case, handle special out-of-loop Basic users specially.
3441       // TODO: Reconsider this special case.
3442       if (LU.Kind == LSRUse::Basic &&
3443           isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LSRUse::Special,
3444                      LU.AccessTy, Base) &&
3445           LU.AllFixupsOutsideLoop)
3446         LU.Kind = LSRUse::Special;
3447       else
3448         continue;
3449     }
3450     // For an ICmpZero, negating a solitary base register won't lead to
3451     // new solutions.
3452     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero &&
3453         !Base.HasBaseReg && Base.BaseOffset == 0 && !Base.BaseGV)
3454       continue;
3455     // For each addrec base reg, apply the scale, if possible.
3456     for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
3457       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
3458             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base.BaseRegs[i])) {
3459         const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
3460         if (FactorS->isZero())
3461           continue;
3462         // Divide out the factor, ignoring high bits, since we'll be
3463         // scaling the value back up in the end.
3464         if (const SCEV *Quotient = getExactSDiv(AR, FactorS, SE, true)) {
3465           // TODO: This could be optimized to avoid all the copying.
3466           Formula F = Base;
3467           F.ScaledReg = Quotient;
3468           F.DeleteBaseReg(F.BaseRegs[i]);
3469           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3470         }
3471       }
3472   }
3473 }
3474
3475 /// GenerateTruncates - Generate reuse formulae from different IV types.
3476 void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
3477   // Don't bother truncating symbolic values.
3478   if (Base.BaseGV) return;
3479
3480   // Determine the integer type for the base formula.
3481   Type *DstTy = Base.getType();
3482   if (!DstTy) return;
3483   DstTy = SE.getEffectiveSCEVType(DstTy);
3484
3485   for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
3486        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
3487     Type *SrcTy = *I;
3488     if (SrcTy != DstTy && TTI.isTruncateFree(SrcTy, DstTy)) {
3489       Formula F = Base;
3490
3491       if (F.ScaledReg) F.ScaledReg = SE.getAnyExtendExpr(F.ScaledReg, *I);
3492       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator J = F.BaseRegs.begin(),
3493            JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J)
3494         *J = SE.getAnyExtendExpr(*J, SrcTy);
3495
3496       // TODO: This assumes we've done basic processing on all uses and
3497       // have an idea what the register usage is.
3498       if (!F.hasRegsUsedByUsesOtherThan(LUIdx, RegUses))
3499         continue;
3500
3501       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3502     }
3503   }
3504 }
3505
3506 namespace {
3507
3508 /// WorkItem - Helper class for GenerateCrossUseConstantOffsets. It's used to
3509 /// defer modifications so that the search phase doesn't have to worry about
3510 /// the data structures moving underneath it.
3511 struct WorkItem {
3512   size_t LUIdx;
3513   int64_t Imm;
3514   const SCEV *OrigReg;
3515
3516   WorkItem(size_t LI, int64_t I, const SCEV *R)
3517     : LUIdx(LI), Imm(I), OrigReg(R) {}
3518
3519   void print(raw_ostream &OS) const;
3520   void dump() const;
3521 };
3522
3523 }
3524
3525 void WorkItem::print(raw_ostream &OS) const {
3526   OS << "in formulae referencing " << *OrigReg << " in use " << LUIdx
3527      << " , add offset " << Imm;
3528 }
3529
3530 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
3531 void WorkItem::dump() const {
3532   print(errs()); errs() << '\n';
3533 }
3534 #endif
3535
3536 /// GenerateCrossUseConstantOffsets - Look for registers which are a constant
3537 /// distance apart and try to form reuse opportunities between them.
3538 void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
3539   // Group the registers by their value without any added constant offset.
3540   typedef std::map<int64_t, const SCEV *> ImmMapTy;
3541   typedef DenseMap<const SCEV *, ImmMapTy> RegMapTy;
3542   RegMapTy Map;
3543   DenseMap<const SCEV *, SmallBitVector> UsedByIndicesMap;
3544   SmallVector<const SCEV *, 8> Sequence;
3545   for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
3546        I != E; ++I) {
3547     const SCEV *Reg = *I;
3548     int64_t Imm = ExtractImmediate(Reg, SE);
3549     std::pair<RegMapTy::iterator, bool> Pair =
3550       Map.insert(std::make_pair(Reg, ImmMapTy()));
3551     if (Pair.second)
3552       Sequence.push_back(Reg);
3553     Pair.first->second.insert(std::make_pair(Imm, *I));
3554     UsedByIndicesMap[Reg] |= RegUses.getUsedByIndices(*I);
3555   }
3556
3557   // Now examine each set of registers with the same base value. Build up
3558   // a list of work to do and do the work in a separate step so that we're
3559   // not adding formulae and register counts while we're searching.
3560   SmallVector<WorkItem, 32> WorkItems;
3561   SmallSet<std::pair<size_t, int64_t>, 32> UniqueItems;
3562   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Sequence.begin(),
3563        E = Sequence.end(); I != E; ++I) {
3564     const SCEV *Reg = *I;
3565     const ImmMapTy &Imms = Map.find(Reg)->second;
3566
3567     // It's not worthwhile looking for reuse if there's only one offset.
3568     if (Imms.size() == 1)
3569       continue;
3570
3571     DEBUG(dbgs() << "Generating cross-use offsets for " << *Reg << ':';
3572           for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
3573                J != JE; ++J)
3574             dbgs() << ' ' << J->first;
3575           dbgs() << '\n');
3576
3577     // Examine each offset.
3578     for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
3579          J != JE; ++J) {
3580       const SCEV *OrigReg = J->second;
3581
3582       int64_t JImm = J->first;
3583       const SmallBitVector &UsedByIndices = RegUses.getUsedByIndices(OrigReg);
3584
3585       if (!isa<SCEVConstant>(OrigReg) &&
3586           UsedByIndicesMap[Reg].count() == 1) {
3587         DEBUG(dbgs() << "Skipping cross-use reuse for " << *OrigReg << '\n');
3588         continue;
3589       }
3590
3591       // Conservatively examine offsets between this orig reg a few selected
3592       // other orig regs.
3593       ImmMapTy::const_iterator OtherImms[] = {
3594         Imms.begin(), prior(Imms.end()),
3595         Imms.lower_bound((Imms.begin()->first + prior(Imms.end())->first) / 2)
3596       };
3597       for (size_t i = 0, e = array_lengthof(OtherImms); i != e; ++i) {
3598         ImmMapTy::const_iterator M = OtherImms[i];
3599         if (M == J || M == JE) continue;
3600
3601         // Compute the difference between the two.
3602         int64_t Imm = (uint64_t)JImm - M->first;
3603         for (int LUIdx = UsedByIndices.find_first(); LUIdx != -1;
3604              LUIdx = UsedByIndices.find_next(LUIdx))
3605           // Make a memo of this use, offset, and register tuple.
3606           if (UniqueItems.insert(std::make_pair(LUIdx, Imm)))
3607             WorkItems.push_back(WorkItem(LUIdx, Imm, OrigReg));
3608       }
3609     }
3610   }
3611
3612   Map.clear();
3613   Sequence.clear();
3614   UsedByIndicesMap.clear();
3615   UniqueItems.clear();
3616
3617   // Now iterate through the worklist and add new formulae.
3618   for (SmallVectorImpl<WorkItem>::const_iterator I = WorkItems.begin(),
3619        E = WorkItems.end(); I != E; ++I) {
3620     const WorkItem &WI = *I;
3621     size_t LUIdx = WI.LUIdx;
3622     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3623     int64_t Imm = WI.Imm;
3624     const SCEV *OrigReg = WI.OrigReg;
3625
3626     Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(OrigReg->getType());
3627     const SCEV *NegImmS = SE.getSCEV(ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Imm));
3628     unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(IntTy);
3629
3630     // TODO: Use a more targeted data structure.
3631     for (size_t L = 0, LE = LU.Formulae.size(); L != LE; ++L) {
3632       const Formula &F = LU.Formulae[L];
3633       // Use the immediate in the scaled register.
3634       if (F.ScaledReg == OrigReg) {
3635         int64_t Offset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm * (uint64_t)F.Scale;
3636         // Don't create 50 + reg(-50).
3637         if (F.referencesReg(SE.getSCEV(
3638                    ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offset))))
3639           continue;
3640         Formula NewF = F;
3641         NewF.BaseOffset = Offset;
3642         if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
3643                         NewF))
3644           continue;
3645         NewF.ScaledReg = SE.getAddExpr(NegImmS, NewF.ScaledReg);
3646
3647         // If the new scale is a constant in a register, and adding the constant
3648         // value to the immediate would produce a value closer to zero than the
3649         // immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
3650         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(NewF.ScaledReg))
3651           if (C->getValue()->isNegative() !=
3652                 (NewF.BaseOffset < 0) &&
3653               (C->getValue()->getValue().abs() * APInt(BitWidth, F.Scale))
3654                 .ule(abs64(NewF.BaseOffset)))
3655             continue;
3656
3657         // OK, looks good.
3658         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
3659       } else {
3660         // Use the immediate in a base register.
3661         for (size_t N = 0, NE = F.BaseRegs.size(); N != NE; ++N) {
3662           const SCEV *BaseReg = F.BaseRegs[N];
3663           if (BaseReg != OrigReg)
3664             continue;
3665           Formula NewF = F;
3666           NewF.BaseOffset = (uint64_t)NewF.BaseOffset + Imm;
3667           if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3668                           LU.Kind, LU.AccessTy, NewF)) {
3669             if (!TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm))
3670               continue;
3671             NewF = F;
3672             NewF.UnfoldedOffset = (uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm;
3673           }
3674           NewF.BaseRegs[N] = SE.getAddExpr(NegImmS, BaseReg);
3675
3676           // If the new formula has a constant in a register, and adding the
3677           // constant value to the immediate would produce a value closer to
3678           // zero than the immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
3679           for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3680                J = NewF.BaseRegs.begin(), JE = NewF.BaseRegs.end();
3681                J != JE; ++J)
3682             if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*J))
3683               if ((C->getValue()->getValue() + NewF.BaseOffset).abs().slt(
3684                    abs64(NewF.BaseOffset)) &&
3685                   (C->getValue()->getValue() +
3686                    NewF.BaseOffset).countTrailingZeros() >=
3687                    countTrailingZeros<uint64_t>(NewF.BaseOffset))
3688                 goto skip_formula;
3689
3690           // Ok, looks good.
3691           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
3692           break;
3693         skip_formula:;
3694         }
3695       }
3696     }
3697   }
3698 }
3699
3700 /// GenerateAllReuseFormulae - Generate formulae for each use.
3701 void
3702 LSRInstance::GenerateAllReuseFormulae() {
3703   // This is split into multiple loops so that hasRegsUsedByUsesOtherThan
3704   // queries are more precise.
3705   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3706     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3707     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3708       GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3709     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3710       GenerateCombinations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3711   }
3712   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3713     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3714     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3715       GenerateSymbolicOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3716     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3717       GenerateConstantOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3718     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3719       GenerateICmpZeroScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3720     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3721       GenerateScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3722   }
3723   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3724     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3725     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3726       GenerateTruncates(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3727   }
3728
3729   GenerateCrossUseConstantOffsets();
3730
3731   DEBUG(dbgs() << "\n"
3732                   "After generating reuse formulae:\n";
3733         print_uses(dbgs()));
3734 }
3735
3736 /// If there are multiple formulae with the same set of registers used
3737 /// by other uses, pick the best one and delete the others.
3738 void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
3739   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
3740   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> Regs;
3741   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> LoserRegs;
3742 #ifndef NDEBUG
3743   bool ChangedFormulae = false;
3744 #endif
3745
3746   // Collect the best formula for each unique set of shared registers. This
3747   // is reset for each use.
3748   typedef DenseMap<SmallVector<const SCEV *, 4>, size_t, UniquifierDenseMapInfo>
3749     BestFormulaeTy;
3750   BestFormulaeTy BestFormulae;
3751
3752   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3753     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3754     DEBUG(dbgs() << "Filtering for use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3755
3756     bool Any = false;
3757     for (size_t FIdx = 0, NumForms = LU.Formulae.size();
3758          FIdx != NumForms; ++FIdx) {
3759       Formula &F = LU.Formulae[FIdx];
3760
3761       // Some formulas are instant losers. For example, they may depend on
3762       // nonexistent AddRecs from other loops. These need to be filtered
3763       // immediately, otherwise heuristics could choose them over others leading
3764       // to an unsatisfactory solution. Passing LoserRegs into RateFormula here
3765       // avoids the need to recompute this information across formulae using the
3766       // same bad AddRec. Passing LoserRegs is also essential unless we remove
3767       // the corresponding bad register from the Regs set.
3768       Cost CostF;
3769       Regs.clear();
3770       CostF.RateFormula(TTI, F, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT, LU,
3771                         &LoserRegs);
3772       if (CostF.isLoser()) {
3773         // During initial formula generation, undesirable formulae are generated
3774         // by uses within other loops that have some non-trivial address mode or
3775         // use the postinc form of the IV. LSR needs to provide these formulae
3776         // as the basis of rediscovering the desired formula that uses an AddRec
3777         // corresponding to the existing phi. Once all formulae have been
3778         // generated, these initial losers may be pruned.
3779         DEBUG(dbgs() << "  Filtering loser "; F.print(dbgs());
3780               dbgs() << "\n");
3781       }
3782       else {
3783         SmallVector<const SCEV *, 4> Key;
3784         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = F.BaseRegs.begin(),
3785                JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J) {
3786           const SCEV *Reg = *J;
3787           if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(Reg, LUIdx))
3788             Key.push_back(Reg);
3789         }
3790         if (F.ScaledReg &&
3791             RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(F.ScaledReg, LUIdx))
3792           Key.push_back(F.ScaledReg);
3793         // Unstable sort by host order ok, because this is only used for
3794         // uniquifying.
3795         std::sort(Key.begin(), Key.end());
3796
3797         std::pair<BestFormulaeTy::const_iterator, bool> P =
3798           BestFormulae.insert(std::make_pair(Key, FIdx));
3799         if (P.second)
3800           continue;
3801
3802         Formula &Best = LU.Formulae[P.first->second];
3803
3804         Cost CostBest;
3805         Regs.clear();
3806         CostBest.RateFormula(TTI, Best, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE,
3807                              DT, LU);
3808         if (CostF < CostBest)
3809           std::swap(F, Best);
3810         DEBUG(dbgs() << "  Filtering out formula "; F.print(dbgs());
3811               dbgs() << "\n"
3812                         "    in favor of formula "; Best.print(dbgs());
3813               dbgs() << '\n');
3814       }
3815 #ifndef NDEBUG
3816       ChangedFormulae = true;
3817 #endif
3818       LU.DeleteFormula(F);
3819       --FIdx;
3820       --NumForms;
3821       Any = true;
3822     }
3823
3824     // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
3825     if (Any)
3826       LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3827
3828     // Reset this to prepare for the next use.
3829     BestFormulae.clear();
3830   }
3831
3832   DEBUG(if (ChangedFormulae) {
3833           dbgs() << "\n"
3834                     "After filtering out undesirable candidates:\n";
3835           print_uses(dbgs());
3836         });
3837 }
3838
3839 // This is a rough guess that seems to work fairly well.
3840 static const size_t ComplexityLimit = UINT16_MAX;
3841
3842 /// EstimateSearchSpaceComplexity - Estimate the worst-case number of
3843 /// solutions the solver might have to consider. It almost never considers
3844 /// this many solutions because it prune the search space, but the pruning
3845 /// isn't always sufficient.
3846 size_t LSRInstance::EstimateSearchSpaceComplexity() const {
3847   size_t Power = 1;
3848   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
3849        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
3850     size_t FSize = I->Formulae.size();
3851     if (FSize >= ComplexityLimit) {
3852       Power = ComplexityLimit;
3853       break;
3854     }
3855     Power *= FSize;
3856     if (Power >= ComplexityLimit)
3857       break;
3858   }
3859   return Power;
3860 }
3861
3862 /// NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets - When one formula uses a superset
3863 /// of the registers of another formula, it won't help reduce register
3864 /// pressure (though it may not necessarily hurt register pressure); remove
3865 /// it to simplify the system.
3866 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets() {
3867   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
3868     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
3869
3870     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by eliminating formulae "
3871                     "which use a superset of registers used by other "
3872                     "formulae.\n");
3873
3874     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3875       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3876       bool Any = false;
3877       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
3878         Formula &F = LU.Formulae[i];
3879         // Look for a formula with a constant or GV in a register. If the use
3880         // also has a formula with that same value in an immediate field,
3881         // delete the one that uses a register.
3882         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3883              I = F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3884           if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*I)) {
3885             Formula NewF = F;
3886             NewF.BaseOffset += C->getValue()->getSExtValue();
3887             NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
3888                                 (I - F.BaseRegs.begin()));
3889             if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
3890               DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3891               LU.DeleteFormula(F);
3892               --i;
3893               --e;
3894               Any = true;
3895               break;
3896             }
3897           } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(*I)) {
3898             if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue()))
3899               if (!F.BaseGV) {
3900                 Formula NewF = F;
3901                 NewF.BaseGV = GV;
3902                 NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
3903                                     (I - F.BaseRegs.begin()));
3904                 if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
3905                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
3906                         dbgs() << '\n');
3907                   LU.DeleteFormula(F);
3908                   --i;
3909                   --e;
3910                   Any = true;
3911                   break;
3912                 }
3913               }
3914           }
3915         }
3916       }
3917       if (Any)
3918         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3919     }
3920
3921     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3922           print_uses(dbgs()));
3923   }
3924 }
3925
3926 /// NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode - When there are many registers
3927 /// for expressions like A, A+1, A+2, etc., allocate a single register for
3928 /// them.
3929 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode() {
3930   if (EstimateSearchSpaceComplexity() < ComplexityLimit)
3931     return;
3932
3933   DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n"
3934                   "Narrowing the search space by assuming that uses separated "
3935                   "by a constant offset will use the same registers.\n");
3936
3937   // This is especially useful for unrolled loops.
3938
3939   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3940     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3941     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
3942          E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
3943       const Formula &F = *I;
3944       if (F.BaseOffset == 0 || F.Scale != 0)
3945         continue;
3946
3947       LSRUse *LUThatHas = FindUseWithSimilarFormula(F, LU);
3948       if (!LUThatHas)
3949         continue;
3950
3951       if (!reconcileNewOffset(*LUThatHas, F.BaseOffset, /*HasBaseReg=*/ false,
3952                               LU.Kind, LU.AccessTy))
3953         continue;
3954
3955       DEBUG(dbgs() << "  Deleting use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3956
3957       LUThatHas->AllFixupsOutsideLoop &= LU.AllFixupsOutsideLoop;
3958
3959       // Update the relocs to reference the new use.
3960       for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::iterator I = Fixups.begin(),
3961            E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
3962         LSRFixup &Fixup = *I;
3963         if (Fixup.LUIdx == LUIdx) {
3964           Fixup.LUIdx = LUThatHas - &Uses.front();
3965           Fixup.Offset += F.BaseOffset;
3966           // Add the new offset to LUThatHas' offset list.
3967           if (LUThatHas->Offsets.back() != Fixup.Offset) {
3968             LUThatHas->Offsets.push_back(Fixup.Offset);
3969             if (Fixup.Offset > LUThatHas->MaxOffset)
3970               LUThatHas->MaxOffset = Fixup.Offset;
3971             if (Fixup.Offset < LUThatHas->MinOffset)
3972               LUThatHas->MinOffset = Fixup.Offset;
3973           }
3974           DEBUG(dbgs() << "New fixup has offset " << Fixup.Offset << '\n');
3975         }
3976         if (Fixup.LUIdx == NumUses-1)
3977           Fixup.LUIdx = LUIdx;
3978       }
3979
3980       // Delete formulae from the new use which are no longer legal.
3981       bool Any = false;
3982       for (size_t i = 0, e = LUThatHas->Formulae.size(); i != e; ++i) {
3983         Formula &F = LUThatHas->Formulae[i];
3984         if (!isLegalUse(TTI, LUThatHas->MinOffset, LUThatHas->MaxOffset,
3985                         LUThatHas->Kind, LUThatHas->AccessTy, F)) {
3986           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
3987                 dbgs() << '\n');
3988           LUThatHas->DeleteFormula(F);
3989           --i;
3990           --e;
3991           Any = true;
3992         }
3993       }
3994
3995       if (Any)
3996         LUThatHas->RecomputeRegs(LUThatHas - &Uses.front(), RegUses);
3997
3998       // Delete the old use.
3999       DeleteUse(LU, LUIdx);
4000       --LUIdx;
4001       --NumUses;
4002       break;
4003     }
4004   }
4005
4006   DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n"; print_uses(dbgs()));
4007 }
4008
4009 /// NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters - Call
4010 /// FilterOutUndesirableDedicatedRegisters again, if necessary, now that
4011 /// we've done more filtering, as it may be able to find more formulae to
4012 /// eliminate.
4013 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters(){
4014   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
4015     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4016
4017     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by re-filtering out "
4018                     "undesirable dedicated registers.\n");
4019
4020     FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
4021
4022     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4023           print_uses(dbgs()));
4024   }
4025 }
4026
4027 /// NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs - Pick a register which seems likely
4028 /// to be profitable, and then in any use which has any reference to that
4029 /// register, delete all formulae which do not reference that register.
4030 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs() {
4031   // With all other options exhausted, loop until the system is simple
4032   // enough to handle.
4033   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Taken;
4034   while (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
4035     // Ok, we have too many of formulae on our hands to conveniently handle.
4036     // Use a rough heuristic to thin out the list.
4037     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4038
4039     // Pick the register which is used by the most LSRUses, which is likely
4040     // to be a good reuse register candidate.
4041     const SCEV *Best = 0;
4042     unsigned BestNum = 0;
4043     for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
4044          I != E; ++I) {
4045       const SCEV *Reg = *I;
4046       if (Taken.count(Reg))
4047         continue;
4048       if (!Best)
4049         Best = Reg;
4050       else {
4051         unsigned Count = RegUses.getUsedByIndices(Reg).count();
4052         if (Count > BestNum) {
4053           Best = Reg;
4054           BestNum = Count;
4055         }
4056       }
4057     }
4058
4059     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming " << *Best
4060                  << " will yield profitable reuse.\n");
4061     Taken.insert(Best);
4062
4063     // In any use with formulae which references this register, delete formulae
4064     // which don't reference it.
4065     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4066       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4067       if (!LU.Regs.count(Best)) continue;
4068
4069       bool Any = false;
4070       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
4071         Formula &F = LU.Formulae[i];
4072         if (!F.referencesReg(Best)) {
4073           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4074           LU.DeleteFormula(F);
4075           --e;
4076           --i;
4077           Any = true;
4078           assert(e != 0 && "Use has no formulae left! Is Regs inconsistent?");
4079           continue;
4080         }
4081       }
4082
4083       if (Any)
4084         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
4085     }
4086
4087     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4088           print_uses(dbgs()));
4089   }
4090 }
4091
4092 /// NarrowSearchSpaceUsingHeuristics - If there are an extraordinary number of
4093 /// formulae to choose from, use some rough heuristics to prune down the number
4094 /// of formulae. This keeps the main solver from taking an extraordinary amount
4095 /// of time in some worst-case scenarios.
4096 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceUsingHeuristics() {
4097   NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
4098   NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
4099   NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
4100   NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
4101 }
4102
4103 /// SolveRecurse - This is the recursive solver.
4104 void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
4105                                Cost &SolutionCost,
4106                                SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
4107                                const Cost &CurCost,
4108                                const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
4109                                DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const {
4110   // Some ideas:
4111   //  - prune more:
4112   //    - use more aggressive filtering
4113   //    - sort the formula so that the most profitable solutions are found first
4114   //    - sort the uses too
4115   //  - search faster:
4116   //    - don't compute a cost, and then compare. compare while computing a cost
4117   //      and bail early.
4118   //    - track register sets with SmallBitVector
4119
4120   const LSRUse &LU = Uses[Workspace.size()];
4121
4122   // If this use references any register that's already a part of the
4123   // in-progress solution, consider it a requirement that a formula must
4124   // reference that register in order to be considered. This prunes out
4125   // unprofitable searching.
4126   SmallSetVector<const SCEV *, 4> ReqRegs;
4127   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator I = CurRegs.begin(),
4128        E = CurRegs.end(); I != E; ++I)
4129     if (LU.Regs.count(*I))
4130       ReqRegs.insert(*I);
4131
4132   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> NewRegs;
4133   Cost NewCost;
4134   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
4135        E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
4136     const Formula &F = *I;
4137
4138     // Ignore formulae which do not use any of the required registers.
4139     bool SatisfiedReqReg = true;
4140     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator J = ReqRegs.begin(),
4141          JE = ReqRegs.end(); J != JE; ++J) {
4142       const SCEV *Reg = *J;
4143       if ((!F.ScaledReg || F.ScaledReg != Reg) &&
4144           std::find(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end(), Reg) ==
4145           F.BaseRegs.end()) {
4146         SatisfiedReqReg = false;
4147         break;
4148       }
4149     }
4150     if (!SatisfiedReqReg) {
4151       // If none of the formulae satisfied the required registers, then we could
4152       // clear ReqRegs and try again. Currently, we simply give up in this case.
4153       continue;
4154     }
4155
4156     // Evaluate the cost of the current formula. If it's already worse than
4157     // the current best, prune the search at that point.
4158     NewCost = CurCost;
4159     NewRegs = CurRegs;
4160     NewCost.RateFormula(TTI, F, NewRegs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT,
4161                         LU);
4162     if (NewCost < SolutionCost) {
4163       Workspace.push_back(&F);
4164       if (Workspace.size() != Uses.size()) {
4165         SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, NewCost,
4166                      NewRegs, VisitedRegs);
4167         if (F.getNumRegs() == 1 && Workspace.size() == 1)
4168           VisitedRegs.insert(F.ScaledReg ? F.ScaledReg : F.BaseRegs[0]);
4169       } else {
4170         DEBUG(dbgs() << "New best at "; NewCost.print(dbgs());
4171               dbgs() << ".\n Regs:";
4172               for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator
4173                    I = NewRegs.begin(), E = NewRegs.end(); I != E; ++I)
4174                 dbgs() << ' ' << **I;
4175               dbgs() << '\n');
4176
4177         SolutionCost = NewCost;
4178         Solution = Workspace;
4179       }
4180       Workspace.pop_back();
4181     }
4182   }
4183 }
4184
4185 /// Solve - Choose one formula from each use. Return the results in the given
4186 /// Solution vector.
4187 void LSRInstance::Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const {
4188   SmallVector<const Formula *, 8> Workspace;
4189   Cost SolutionCost;
4190   SolutionCost.Loose();
4191   Cost CurCost;
4192   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> CurRegs;
4193   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
4194   Workspace.reserve(Uses.size());
4195
4196   // SolveRecurse does all the work.
4197   SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, CurCost,
4198                CurRegs, VisitedRegs);
4199   if (Solution.empty()) {
4200     DEBUG(dbgs() << "\nNo Satisfactory Solution\n");
4201     return;
4202   }
4203
4204   // Ok, we've now made all our decisions.
4205   DEBUG(dbgs() << "\n"
4206                   "The chosen solution requires "; SolutionCost.print(dbgs());
4207         dbgs() << ":\n";
4208         for (size_t i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
4209           dbgs() << "  ";
4210           Uses[i].print(dbgs());
4211           dbgs() << "\n"
4212                     "    ";
4213           Solution[i]->print(dbgs());
4214           dbgs() << '\n';
4215         });
4216
4217   assert(Solution.size() == Uses.size() && "Malformed solution!");
4218 }
4219
4220 /// HoistInsertPosition - Helper for AdjustInsertPositionForExpand. Climb up
4221 /// the dominator tree far as we can go while still being dominated by the
4222 /// input positions. This helps canonicalize the insert position, which
4223 /// encourages sharing.
4224 BasicBlock::iterator
4225 LSRInstance::HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
4226                                  const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs)
4227                                                                          const {
4228   for (;;) {
4229     const Loop *IPLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
4230     unsigned IPLoopDepth = IPLoop ? IPLoop->getLoopDepth() : 0;
4231
4232     BasicBlock *IDom;
4233     for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(IP->getParent()); ; ) {
4234       if (!Rung) return IP;
4235       Rung = Rung->getIDom();
4236       if (!Rung) return IP;
4237       IDom = Rung->getBlock();
4238
4239       // Don't climb into a loop though.
4240       const Loop *IDomLoop = LI.getLoopFor(IDom);
4241       unsigned IDomDepth = IDomLoop ? IDomLoop->getLoopDepth() : 0;
4242       if (IDomDepth <= IPLoopDepth &&
4243           (IDomDepth != IPLoopDepth || IDomLoop == IPLoop))
4244         break;
4245     }
4246
4247     bool AllDominate = true;
4248     Instruction *BetterPos = 0;
4249     Instruction *Tentative = IDom->getTerminator();
4250     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator I = Inputs.begin(),
4251          E = Inputs.end(); I != E; ++I) {
4252       Instruction *Inst = *I;
4253       if (Inst == Tentative || !DT.dominates(Inst, Tentative)) {
4254         AllDominate = false;
4255         break;
4256       }
4257       // Attempt to find an insert position in the middle of the block,
4258       // instead of at the end, so that it can be used for other expansions.
4259       if (IDom == Inst->getParent() &&
4260           (!BetterPos || !DT.dominates(Inst, BetterPos)))
4261         BetterPos = llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst));
4262     }
4263     if (!AllDominate)
4264       break;
4265     if (BetterPos)
4266       IP = BetterPos;
4267     else
4268       IP = Tentative;
4269   }
4270
4271   return IP;
4272 }
4273
4274 /// AdjustInsertPositionForExpand - Determine an input position which will be
4275 /// dominated by the operands and which will dominate the result.
4276 BasicBlock::iterator
4277 LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator LowestIP,
4278                                            const LSRFixup &LF,
4279                                            const LSRUse &LU,
4280                                            SCEVExpander &Rewriter) const {
4281   // Collect some instructions which must be dominated by the
4282   // expanding replacement. These must be dominated by any operands that
4283   // will be required in the expansion.
4284   SmallVector<Instruction *, 4> Inputs;
4285   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(LF.OperandValToReplace))
4286     Inputs.push_back(I);
4287   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero)
4288     if (Instruction *I =
4289           dyn_cast<Instruction>(cast<ICmpInst>(LF.UserInst)->getOperand(1)))
4290       Inputs.push_back(I);
4291   if (LF.PostIncLoops.count(L)) {
4292     if (LF.isUseFullyOutsideLoop(L))
4293       Inputs.push_back(L->getLoopLatch()->getTerminator());
4294     else
4295       Inputs.push_back(IVIncInsertPos);
4296   }
4297   // The expansion must also be dominated by the increment positions of any
4298   // loops it for which it is using post-inc mode.
4299   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = LF.PostIncLoops.begin(),
4300        E = LF.PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
4301     const Loop *PIL = *I;
4302     if (PIL == L) continue;
4303
4304     // Be dominated by the loop exit.
4305     SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
4306     PIL->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
4307     if (!ExitingBlocks.empty()) {
4308       BasicBlock *BB = ExitingBlocks[0];
4309       for (unsigned i = 1, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
4310         BB = DT.findNearestCommonDominator(BB, ExitingBlocks[i]);
4311       Inputs.push_back(BB->getTerminator());
4312     }
4313   }
4314
4315   assert(!isa<PHINode>(LowestIP) && !isa<LandingPadInst>(LowestIP)
4316          && !isa<DbgInfoIntrinsic>(LowestIP) &&
4317          "Insertion point must be a normal instruction");
4318
4319   // Then, climb up the immediate dominator tree as far as we can go while
4320   // still being dominated by the input positions.
4321   BasicBlock::iterator IP = HoistInsertPosition(LowestIP, Inputs);
4322
4323   // Don't insert instructions before PHI nodes.
4324   while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
4325
4326   // Ignore landingpad instructions.
4327   while (isa<LandingPadInst>(IP)) ++IP;
4328
4329   // Ignore debug intrinsics.
4330   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP)) ++IP;
4331
4332   // Set IP below instructions recently inserted by SCEVExpander. This keeps the
4333   // IP consistent across expansions and allows the previously inserted
4334   // instructions to be reused by subsequent expansion.
4335   while (Rewriter.isInsertedInstruction(IP) && IP != LowestIP) ++IP;
4336
4337   return IP;
4338 }
4339
4340 /// Expand - Emit instructions for the leading candidate expression for this
4341 /// LSRUse (this is called "expanding").
4342 Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
4343                            const Formula &F,
4344                            BasicBlock::iterator IP,
4345                            SCEVExpander &Rewriter,
4346                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const {
4347   const LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
4348
4349   // Determine an input position which will be dominated by the operands and
4350   // which will dominate the result.
4351   IP = AdjustInsertPositionForExpand(IP, LF, LU, Rewriter);
4352
4353   // Inform the Rewriter if we have a post-increment use, so that it can
4354   // perform an advantageous expansion.
4355   Rewriter.setPostInc(LF.PostIncLoops);
4356
4357   // This is the type that the user actually needs.
4358   Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4359   // This will be the type that we'll initially expand to.
4360   Type *Ty = F.getType();
4361   if (!Ty)
4362     // No type known; just expand directly to the ultimate type.
4363     Ty = OpTy;
4364   else if (SE.getEffectiveSCEVType(Ty) == SE.getEffectiveSCEVType(OpTy))
4365     // Expand directly to the ultimate type if it's the right size.
4366     Ty = OpTy;
4367   // This is the type to do integer arithmetic in.
4368   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
4369
4370   // Build up a list of operands to add together to form the full base.
4371   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
4372
4373   // Expand the BaseRegs portion.
4374   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
4375        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
4376     const SCEV *Reg = *I;
4377     assert(!Reg->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
4378
4379     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
4380     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
4381     Reg = TransformForPostIncUse(Denormalize, Reg,
4382                                  LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
4383                                  Loops, SE, DT);
4384
4385     Ops.push_back(SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(Reg, 0, IP)));
4386   }
4387
4388   // Expand the ScaledReg portion.
4389   Value *ICmpScaledV = 0;
4390   if (F.Scale != 0) {
4391     const SCEV *ScaledS = F.ScaledReg;
4392
4393     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
4394     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
4395     ScaledS = TransformForPostIncUse(Denormalize, ScaledS,
4396                                      LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
4397                                      Loops, SE, DT);
4398
4399     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4400       // An interesting way of "folding" with an icmp is to use a negated
4401       // scale, which we'll implement by inserting it into the other operand
4402       // of the icmp.
4403       assert(F.Scale == -1 &&
4404              "The only scale supported by ICmpZero uses is -1!");
4405       ICmpScaledV = Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP);
4406     } else {
4407       // Otherwise just expand the scaled register and an explicit scale,
4408       // which is expected to be matched as part of the address.
4409
4410       // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting address modes.
4411       if (!Ops.empty() && LU.Kind == LSRUse::Address) {
4412         Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4413         Ops.clear();
4414         Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4415       }
4416       ScaledS = SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP));
4417       ScaledS = SE.getMulExpr(ScaledS,
4418                               SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.Scale));
4419       Ops.push_back(ScaledS);
4420     }
4421   }
4422
4423   // Expand the GV portion.
4424   if (F.BaseGV) {
4425     // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
4426     if (!Ops.empty()) {
4427       Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4428       Ops.clear();
4429       Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4430     }
4431     Ops.push_back(SE.getUnknown(F.BaseGV));
4432   }
4433
4434   // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting of both folded and
4435   // unfolded offsets. LSR assumes they both live next to their uses.
4436   if (!Ops.empty()) {
4437     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4438     Ops.clear();
4439     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4440   }
4441
4442   // Expand the immediate portion.
4443   int64_t Offset = (uint64_t)F.BaseOffset + LF.Offset;
4444   if (Offset != 0) {
4445     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4446       // The other interesting way of "folding" with an ICmpZero is to use a
4447       // negated immediate.
4448       if (!ICmpScaledV)
4449         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offset);
4450       else {
4451         Ops.push_back(SE.getUnknown(ICmpScaledV));
4452         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, Offset);
4453       }
4454     } else {
4455       // Just add the immediate values. These again are expected to be matched
4456       // as part of the address.
4457       Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy, Offset)));
4458     }
4459   }
4460
4461   // Expand the unfolded offset portion.
4462   int64_t UnfoldedOffset = F.UnfoldedOffset;
4463   if (UnfoldedOffset != 0) {
4464     // Just add the immediate values.
4465     Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy,
4466                                                        UnfoldedOffset)));
4467   }
4468
4469   // Emit instructions summing all the operands.
4470   const SCEV *FullS = Ops.empty() ?
4471                       SE.getConstant(IntTy, 0) :
4472                       SE.getAddExpr(Ops);
4473   Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(FullS, Ty, IP);
4474
4475   // We're done expanding now, so reset the rewriter.
4476   Rewriter.clearPostInc();
4477
4478   // An ICmpZero Formula represents an ICmp which we're handling as a
4479   // comparison against zero. Now that we've expanded an expression for that
4480   // form, update the ICmp's other operand.
4481   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4482     ICmpInst *CI = cast<ICmpInst>(LF.UserInst);
4483     DeadInsts.push_back(CI->getOperand(1));
4484     assert(!F.BaseGV && "ICmp does not support folding a global value and "
4485                            "a scale at the same time!");
4486     if (F.Scale == -1) {
4487       if (ICmpScaledV->getType() != OpTy) {
4488         Instruction *Cast =
4489           CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(ICmpScaledV, false,
4490                                                    OpTy, false),
4491                            ICmpScaledV, OpTy, "tmp", CI);
4492         ICmpScaledV = Cast;
4493       }
4494       CI->setOperand(1, ICmpScaledV);
4495     } else {
4496       assert(F.Scale == 0 &&
4497              "ICmp does not support folding a global value and "
4498              "a scale at the same time!");
4499       Constant *C = ConstantInt::getSigned(SE.getEffectiveSCEVType(OpTy),
4500                                            -(uint64_t)Offset);
4501       if (C->getType() != OpTy)
4502         C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4503                                                           OpTy, false),
4504                                   C, OpTy);
4505
4506       CI->setOperand(1, C);
4507     }
4508   }
4509
4510   return FullV;
4511 }
4512
4513 /// RewriteForPHI - Helper for Rewrite. PHI nodes are special because the use
4514 /// of their operands effectively happens in their predecessor blocks, so the
4515 /// expression may need to be expanded in multiple places.
4516 void LSRInstance::RewriteForPHI(PHINode *PN,
4517                                 const LSRFixup &LF,
4518                                 const Formula &F,
4519                                 SCEVExpander &Rewriter,
4520                                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
4521                                 Pass *P) const {
4522   DenseMap<BasicBlock *, Value *> Inserted;
4523   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4524     if (PN->getIncomingValue(i) == LF.OperandValToReplace) {
4525       BasicBlock *BB = PN->getIncomingBlock(i);
4526
4527       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
4528       // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
4529       // is the canonical backedge for this loop, which complicates post-inc
4530       // users.
4531       if (e != 1 && BB->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
4532           !isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4533         BasicBlock *Parent = PN->getParent();
4534         Loop *PNLoop = LI.getLoopFor(Parent);
4535         if (!PNLoop || Parent != PNLoop->getHeader()) {
4536           // Split the critical edge.
4537           BasicBlock *NewBB = 0;
4538           if (!Parent->isLandingPad()) {
4539             NewBB = SplitCriticalEdge(BB, Parent, P,
4540                                       /*MergeIdenticalEdges=*/true,
4541                                       /*DontDeleteUselessPhis=*/true);
4542           } else {
4543             SmallVector<BasicBlock*, 2> NewBBs;
4544             SplitLandingPadPredecessors(Parent, BB, "", "", P, NewBBs);
4545             NewBB = NewBBs[0];
4546           }
4547           // If NewBB==NULL, then SplitCriticalEdge refused to split because all
4548           // phi predecessors are identical. The simple thing to do is skip
4549           // splitting in this case rather than complicate the API.
4550           if (NewBB) {
4551             // If PN is outside of the loop and BB is in the loop, we want to
4552             // move the block to be immediately before the PHI block, not
4553             // immediately after BB.
4554             if (L->contains(BB) && !L->contains(PN))
4555               NewBB->moveBefore(PN->getParent());
4556
4557             // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
4558             e = PN->getNumIncomingValues();
4559             BB = NewBB;
4560             i = PN->getBasicBlockIndex(BB);
4561           }
4562         }
4563       }
4564
4565       std::pair<DenseMap<BasicBlock *, Value *>::iterator, bool> Pair =
4566         Inserted.insert(std::make_pair(BB, static_cast<Value *>(0)));
4567       if (!Pair.second)
4568         PN->setIncomingValue(i, Pair.first->second);
4569       else {
4570         Value *FullV = Expand(LF, F, BB->getTerminator(), Rewriter, DeadInsts);
4571
4572         // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
4573         Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4574         if (FullV->getType() != OpTy)
4575           FullV =
4576             CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false,
4577                                                      OpTy, false),
4578                              FullV, LF.OperandValToReplace->getType(),
4579                              "tmp", BB->getTerminator());
4580
4581         PN->setIncomingValue(i, FullV);
4582         Pair.first->second = FullV;
4583       }
4584     }
4585 }
4586
4587 /// Rewrite - Emit instructions for the leading candidate expression for this
4588 /// LSRUse (this is called "expanding"), and update the UserInst to reference
4589 /// the newly expanded value.
4590 void LSRInstance::Rewrite(const LSRFixup &LF,
4591                           const Formula &F,
4592                           SCEVExpander &Rewriter,
4593                           SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
4594                           Pass *P) const {
4595   // First, find an insertion point that dominates UserInst. For PHI nodes,
4596   // find the nearest block which dominates all the relevant uses.
4597   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(LF.UserInst)) {
4598     RewriteForPHI(PN, LF, F, Rewriter, DeadInsts, P);
4599   } else {
4600     Value *FullV = Expand(LF, F, LF.UserInst, Rewriter, DeadInsts);
4601
4602     // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
4603     Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4604     if (FullV->getType() != OpTy) {
4605       Instruction *Cast =
4606         CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false, OpTy, false),
4607                          FullV, OpTy, "tmp", LF.UserInst);
4608       FullV = Cast;
4609     }
4610
4611     // Update the user. ICmpZero is handled specially here (for now) because
4612     // Expand may have updated one of the operands of the icmp already, and
4613     // its new value may happen to be equal to LF.OperandValToReplace, in
4614     // which case doing replaceUsesOfWith leads to replacing both operands
4615     // with the same value. TODO: Reorganize this.
4616     if (Uses[LF.LUIdx].Kind == LSRUse::ICmpZero)
4617       LF.UserInst->setOperand(0, FullV);
4618     else
4619       LF.UserInst->replaceUsesOfWith(LF.OperandValToReplace, FullV);
4620   }
4621
4622   DeadInsts.push_back(LF.OperandValToReplace);
4623 }
4624
4625 /// ImplementSolution - Rewrite all the fixup locations with new values,
4626 /// following the chosen solution.
4627 void
4628 LSRInstance::ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
4629                                Pass *P) {
4630   // Keep track of instructions we may have made dead, so that
4631   // we can remove them after we are done working.
4632   SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
4633
4634   SCEVExpander Rewriter(SE, "lsr");
4635 #ifndef NDEBUG
4636   Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
4637 #endif
4638   Rewriter.disableCanonicalMode();
4639   Rewriter.enableLSRMode();
4640   Rewriter.setIVIncInsertPos(L, IVIncInsertPos);
4641
4642   // Mark phi nodes that terminate chains so the expander tries to reuse them.
4643   for (SmallVectorImpl<IVChain>::const_iterator ChainI = IVChainVec.begin(),
4644          ChainE = IVChainVec.end(); ChainI != ChainE; ++ChainI) {
4645     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(ChainI->tailUserInst()))
4646       Rewriter.setChainedPhi(PN);
4647   }
4648
4649   // Expand the new value definitions and update the users.
4650   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
4651        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
4652     const LSRFixup &Fixup = *I;
4653
4654     Rewrite(Fixup, *Solution[Fixup.LUIdx], Rewriter, DeadInsts, P);
4655
4656     Changed = true;
4657   }
4658
4659   for (SmallVectorImpl<IVChain>::const_iterator ChainI = IVChainVec.begin(),
4660          ChainE = IVChainVec.end(); ChainI != ChainE; ++ChainI) {
4661     GenerateIVChain(*ChainI, Rewriter, DeadInsts);
4662     Changed = true;
4663   }
4664   // Clean up after ourselves. This must be done before deleting any
4665   // instructions.
4666   Rewriter.clear();
4667
4668   Changed |= DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
4669 }
4670
4671 LSRInstance::LSRInstance(Loop *L, Pass *P)
4672     : IU(P->getAnalysis<IVUsers>()), SE(P->getAnalysis<ScalarEvolution>()),
4673       DT(P->getAnalysis<DominatorTree>()), LI(P->getAnalysis<LoopInfo>()),
4674       TTI(P->getAnalysis<TargetTransformInfo>()), L(L), Changed(false),
4675       IVIncInsertPos(0) {
4676   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
4677   if (!L->isLoopSimplifyForm())
4678     return;
4679
4680   // If there's no interesting work to be done, bail early.
4681   if (IU.empty()) return;
4682
4683   // If there's too much analysis to be done, bail early. We won't be able to
4684   // model the problem anyway.
4685   unsigned NumUsers = 0;
4686   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
4687     if (++NumUsers > MaxIVUsers) {
4688       DEBUG(dbgs() << "LSR skipping loop, too many IV Users in " << *L
4689             << "\n");
4690       return;
4691     }
4692   }
4693
4694 #ifndef NDEBUG
4695   // All dominating loops must have preheaders, or SCEVExpander may not be able
4696   // to materialize an AddRecExpr whose Start is an outer AddRecExpr.
4697   //
4698   // IVUsers analysis should only create users that are dominated by simple loop
4699   // headers. Since this loop should dominate all of its users, its user list
4700   // should be empty if this loop itself is not within a simple loop nest.
4701   for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(L->getLoopPreheader());
4702        Rung; Rung = Rung->getIDom()) {
4703     BasicBlock *BB = Rung->getBlock();
4704     const Loop *DomLoop = LI.getLoopFor(BB);
4705     if (DomLoop && DomLoop->getHeader() == BB) {
4706       assert(DomLoop->getLoopPreheader() && "LSR needs a simplified loop nest");
4707     }
4708   }
4709 #endif // DEBUG
4710
4711   DEBUG(dbgs() << "\nLSR on loop ";
4712         WriteAsOperand(dbgs(), L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
4713         dbgs() << ":\n");
4714
4715   // First, perform some low-level loop optimizations.
4716   OptimizeShadowIV();
4717   OptimizeLoopTermCond();
4718
4719   // If loop preparation eliminates all interesting IV users, bail.
4720   if (IU.empty()) return;
4721
4722   // Skip nested loops until we can model them better with formulae.
4723   if (!L->empty()) {
4724     DEBUG(dbgs() << "LSR skipping outer loop " << *L << "\n");
4725     return;
4726   }
4727
4728   // Start collecting data and preparing for the solver.
4729   CollectChains();
4730   CollectInterestingTypesAndFactors();
4731   CollectFixupsAndInitialFormulae();
4732   CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
4733
4734   assert(!Uses.empty() && "IVUsers reported at least one use");
4735   DEBUG(dbgs() << "LSR found " << Uses.size() << " uses:\n";
4736         print_uses(dbgs()));
4737
4738   // Now use the reuse data to generate a bunch of interesting ways
4739   // to formulate the values needed for the uses.
4740   GenerateAllReuseFormulae();
4741
4742   FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
4743   NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
4744
4745   SmallVector<const Formula *, 8> Solution;
4746   Solve(Solution);
4747
4748   // Release memory that is no longer needed.
4749   Factors.clear();
4750   Types.clear();
4751   RegUses.clear();
4752
4753   if (Solution.empty())
4754     return;
4755
4756 #ifndef NDEBUG
4757   // Formulae should be legal.
4758   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(), E = Uses.end();
4759        I != E; ++I) {
4760     const LSRUse &LU = *I;
4761     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
4762                                                   JE = LU.Formulae.end();
4763          J != JE; ++J)
4764       assert(isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
4765                         *J) && "Illegal formula generated!");
4766   };
4767 #endif
4768
4769   // Now that we've decided what we want, make it so.
4770   ImplementSolution(Solution, P);
4771 }
4772
4773 void LSRInstance::print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const {
4774   if (Factors.empty() && Types.empty()) return;
4775
4776   OS << "LSR has identified the following interesting factors and types: ";
4777   bool First = true;
4778
4779   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
4780        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
4781     if (!First) OS << ", ";
4782     First = false;
4783     OS << '*' << *I;
4784   }
4785
4786   for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
4787        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
4788     if (!First) OS << ", ";
4789     First = false;
4790     OS << '(' << **I << ')';
4791   }
4792   OS << '\n';
4793 }
4794
4795 void LSRInstance::print_fixups(raw_ostream &OS) const {
4796   OS << "LSR is examining the following fixup sites:\n";
4797   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
4798        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
4799     dbgs() << "  ";
4800     I->print(OS);
4801     OS << '\n';
4802   }
4803 }
4804
4805 void LSRInstance::print_uses(raw_ostream &OS) const {
4806   OS << "LSR is examining the following uses:\n";
4807   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
4808        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
4809     const LSRUse &LU = *I;
4810     dbgs() << "  ";
4811     LU.print(OS);
4812     OS << '\n';
4813     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
4814          JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J) {
4815       OS << "    ";
4816       J->print(OS);
4817       OS << '\n';
4818     }
4819   }
4820 }
4821
4822 void LSRInstance::print(raw_ostream &OS) const {
4823   print_factors_and_types(OS);
4824   print_fixups(OS);
4825   print_uses(OS);
4826 }
4827
4828 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
4829 void LSRInstance::dump() const {
4830   print(errs()); errs() << '\n';
4831 }
4832 #endif
4833
4834 namespace {
4835
4836 class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
4837 public:
4838   static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
4839   LoopStrengthReduce();
4840
4841 private:
4842   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
4843   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
4844 };
4845
4846 }
4847
4848 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
4849 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
4850                 "Loop Strength Reduction", false, false)
4851 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(TargetTransformInfo)
4852 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
4853 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
4854 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(IVUsers)
4855 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
4856 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
4857 INITIALIZE_PASS_END(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
4858                 "Loop Strength Reduction", false, false)
4859
4860
4861 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass() {
4862   return new LoopStrengthReduce();
4863 }
4864
4865 LoopStrengthReduce::LoopStrengthReduce() : LoopPass(ID) {
4866   initializeLoopStrengthReducePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
4867 }
4868
4869 void LoopStrengthReduce::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
4870   // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
4871   // many analyses if they are around.
4872   AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
4873
4874   AU.addRequired<LoopInfo>();
4875   AU.addPreserved<LoopInfo>();
4876   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
4877   AU.addRequired<DominatorTree>();
4878   AU.addPreserved<DominatorTree>();
4879   AU.addRequired<ScalarEvolution>();
4880   AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
4881   // Requiring LoopSimplify a second time here prevents IVUsers from running
4882   // twice, since LoopSimplify was invalidated by running ScalarEvolution.
4883   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
4884   AU.addRequired<IVUsers>();
4885   AU.addPreserved<IVUsers>();
4886   AU.addRequired<TargetTransformInfo>();
4887 }
4888
4889 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
4890   bool Changed = false;
4891
4892   // Run the main LSR transformation.
4893   Changed |= LSRInstance(L, this).getChanged();
4894
4895   // Remove any extra phis created by processing inner loops.
4896   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
4897   if (EnablePhiElim && L->isLoopSimplifyForm()) {
4898     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
4899     SCEVExpander Rewriter(getAnalysis<ScalarEvolution>(), "lsr");
4900 #ifndef NDEBUG
4901     Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
4902 #endif
4903     unsigned numFolded =
4904         Rewriter.replaceCongruentIVs(L, &getAnalysis<DominatorTree>(),
4905                                      DeadInsts,
4906                                      &getAnalysis<TargetTransformInfo>());
4907     if (numFolded) {
4908       Changed = true;
4909       DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
4910       DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
4911     }
4912   }
4913   return Changed;
4914 }