Call ScalarEvolution's deleteValueFromRecords before deleting an
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/Type.h"
24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
28 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
29 #include "llvm/Support/CFG.h"
30 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
32 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
33 #include "llvm/Target/TargetData.h"
34 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
35 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
36 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/Compiler.h"
39 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
40 #include <algorithm>
41 #include <set>
42 using namespace llvm;
43
44 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of GEPs strength reduced");
45 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
46 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
47 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
48 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
49
50 namespace {
51
52   struct BasedUser;
53
54   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
55   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
56   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
57   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
58   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
59     SCEVHandle Offset;
60     Instruction *User;
61     Value *OperandValToReplace;
62
63     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
64     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
65     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
66     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
67     bool isUseOfPostIncrementedValue;
68     
69     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
70       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
71         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
72   };
73   
74   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
75   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
76   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
77   /// structure.
78   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
79     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
80     /// initial value and the operand that uses the IV.
81     std::vector<IVStrideUse> Users;
82     
83     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
84       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
85     }
86   };
87
88   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
89   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
90   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
91   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
92     SCEVHandle  Stride;
93     SCEVHandle  Base;
94     PHINode    *PHI;
95     Value      *IncV;
96
97     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
98            Value *incv)
99       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
100   };
101
102   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
103   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
104   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
105     std::vector<IVExpr> IVs;
106
107     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
108                Value *IncV) {
109       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
110     }
111   };
112
113   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
114     LoopInfo *LI;
115     DominatorTree *DT;
116     ScalarEvolution *SE;
117     const TargetData *TD;
118     const Type *UIntPtrTy;
119     bool Changed;
120
121     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
122     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
123     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
124
125     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
126     /// particular stride.
127     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
128
129     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
130     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
131     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
132     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
133
134     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
135     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
136     /// getCastedVersionOf.
137     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
138
139     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
140     /// we can remove them after we are done working.
141     SetVector<Instruction*> DeadInsts;
142
143     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
144     /// transformation profitability.
145     const TargetLowering *TLI;
146
147   public:
148     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
149     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
150       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
151     }
152
153     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
154
155     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
156       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
157       // many analyses if they are around.
158       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
159       AU.addPreserved<LoopInfo>();
160       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
161       AU.addPreserved<DominatorTree>();
162
163       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
164       AU.addRequired<LoopInfo>();
165       AU.addRequired<DominatorTree>();
166       AU.addRequired<TargetData>();
167       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
168       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
169     }
170     
171     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
172     ///
173     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
174 private:
175     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
176                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
177     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
178     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
179                                   IVStrideUse* &CondUse,
180                                   const SCEVHandle* &CondStride);
181     void OptimizeIndvars(Loop *L);
182
183     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
184     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
185     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
186
187     /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
188     /// if it uses an smax computation.
189     ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
190                            IVStrideUse* &CondUse);
191
192     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
193                            const SCEVHandle *&CondStride);
194     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
195     unsigned CheckForIVReuse(bool, bool, const SCEVHandle&,
196                              IVExpr&, const Type*,
197                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
198     bool ValidStride(bool, int64_t,
199                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
200     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
201                               IVUsersOfOneStride &Uses,
202                               Loop *L,
203                               bool &AllUsesAreAddresses,
204                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
205     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
206                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
207                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
208     void DeleteTriviallyDeadInstructions(SetVector<Instruction*> &Insts);
209   };
210 }
211
212 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
213 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
214 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
215
216 LoopPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
217   return new LoopStrengthReduce(TLI);
218 }
219
220 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
221 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
222 ///
223 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
224                                               Value *V) {
225   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
226   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
227     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
228
229   Value *&New = CastedPointers[V];
230   if (New) return New;
231   
232   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
233   DeadInsts.insert(cast<Instruction>(New));
234   return New;
235 }
236
237
238 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
239 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
240 /// their operands subsequently dead.
241 void LoopStrengthReduce::
242 DeleteTriviallyDeadInstructions(SetVector<Instruction*> &Insts) {
243   while (!Insts.empty()) {
244     Instruction *I = Insts.back();
245     Insts.pop_back();
246
247     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
248       // If all incoming values to the Phi are the same, we can replace the Phi
249       // with that value.
250       if (Value *PNV = PN->hasConstantValue()) {
251         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(PNV))
252           Insts.insert(U);
253         SE->deleteValueFromRecords(PN);
254         PN->replaceAllUsesWith(PNV);
255         PN->eraseFromParent();
256         Changed = true;
257         continue;
258       }
259     }
260
261     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
262       for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
263         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*i))
264           Insts.insert(U);
265       SE->deleteValueFromRecords(I);
266       I->eraseFromParent();
267       Changed = true;
268     }
269   }
270 }
271
272
273 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
274 /// instruction.
275 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
276   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
277   // operand.
278   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
279     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
280       return SE->getSCEV(BCI);
281     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
282     SE->setSCEV(BCI, R);
283     return R;
284   }
285
286   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
287   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
288   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
289   // SE figure it out.
290   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
291   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
292     return SE->getSCEV(Exp);
293     
294   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
295   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
296   // all operands the are not dependent on the IV.
297
298   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
299   // uintptr_t first.
300   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
301       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
302
303   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
304   
305   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
306        i != e; ++i, ++GTI) {
307     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
308     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
309     // operand.
310     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
311       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
312       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(*i)->getZExtValue();
313       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
314       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
315                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
316     } else {
317       unsigned GEPOpiBits = 
318         (*i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
319       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
320       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
321           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
322             Instruction::BitCast));
323       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, *i);
324       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
325
326       uint64_t TypeSize = TD->getABITypeSize(GTI.getIndexedType());
327       if (TypeSize != 1)
328         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
329                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
330                                                              TypeSize)));
331       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
332     }
333   }
334
335   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
336   return GEPVal;
337 }
338
339 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
340 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
341 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
342 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
343 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
344                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
345                                   ScalarEvolution *SE) {
346   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
347
348   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
349   // for a nested AddRecExpr.
350   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
351     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
352       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
353              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
354         if (AddRec->getLoop() == L)
355           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
356         else
357           return false;  // Nested IV of some sort?
358       } else {
359         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
360       }
361         
362   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
363     TheAddRec = SH;
364   } else {
365     return false;  // not analyzable.
366   }
367   
368   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
369   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
370   
371   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
372   if (!AddRec->isAffine()) return false;
373
374   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
375   
376   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
377     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
378          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
379
380   Stride = AddRec->getOperand(1);
381   return true;
382 }
383
384 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
385 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
386 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
387 ///
388 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
389 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
390 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
391 /// should use the post-inc value).
392 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
393                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
394                                        SetVector<Instruction*> &DeadInsts){
395   // If the user is in the loop, use the preinc value.
396   if (L->contains(User->getParent())) return false;
397   
398   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
399   
400   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
401   // block, use the post-inc value.
402   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
403     return true;
404
405   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
406   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
407   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
408   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
409   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
410   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
411   
412   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
413   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
414   // preincremented value.
415   unsigned NumUses = 0;
416   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
417     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
418       ++NumUses;
419       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
420         return false;
421     }
422
423   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
424   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
425   // post-incremented value.
426   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
427     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
428       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
429       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
430       // PHI.
431       e = PN->getNumIncomingValues();
432       if (--NumUses == 0) break;
433     }
434
435   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
436   DeadInsts.insert(User);
437   
438   return true;
439 }
440
441   
442
443 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
444 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
445 /// return true.  Otherwise, return false.
446 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
447                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
448   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
449     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
450   if (!Processed.insert(I))
451     return true;    // Instruction already handled.
452   
453   // Get the symbolic expression for this instruction.
454   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
455   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
456   
457   // Get the start and stride for this expression.
458   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
459   SCEVHandle Stride = Start;
460   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE))
461     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
462
463   std::vector<Instruction *> IUsers;
464   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
465   // invalidate use_iterator.
466   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
467     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
468
469   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
470        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
471
472     Instruction *User = IUsers[iused_index];
473
474     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
475     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
476       continue;
477
478     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
479     // don't recurse into it.
480     bool AddUserToIVUsers = false;
481     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
482       DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
483            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
484       AddUserToIVUsers = true;
485     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
486       DOUT << "FOUND USER: " << *User
487            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
488       AddUserToIVUsers = true;
489     }
490
491     if (AddUserToIVUsers) {
492       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
493       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
494         StrideOrder.push_back(Stride);
495       
496       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
497       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
498       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
499       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
500         // The value used will be incremented by the stride more than we are
501         // expecting, so subtract this off.
502         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
503         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
504         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
505         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
506       } else {        
507         StrideUses.addUser(Start, User, I);
508       }
509     }
510   }
511   return true;
512 }
513
514 namespace {
515   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
516   /// partitioned the expression so far.
517   struct BasedUser {
518     /// SE - The current ScalarEvolution object.
519     ScalarEvolution *SE;
520
521     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
522     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
523     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
524     /// field.
525     SCEVHandle Base;
526     
527     /// Inst - The instruction using the induction variable.
528     Instruction *Inst;
529
530     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
531     /// EmittedBase.
532     Value *OperandValToReplace;
533
534     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
535     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
536     /// instruction.
537     SCEVHandle Imm;
538
539     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
540     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
541     Value *EmittedBase;
542
543     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
544     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
545     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
546     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
547     // the loop.
548     bool isUseOfPostIncrementedValue;
549     
550     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
551       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
552         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
553         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
554         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
555
556     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
557     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
558     // to it.
559     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
560                                         Instruction *InsertPt,
561                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
562                                        SetVector<Instruction*> &DeadInsts);
563     
564     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
565                                        SCEVExpander &Rewriter,
566                                        Instruction *IP, Loop *L);
567     void dump() const;
568   };
569 }
570
571 void BasedUser::dump() const {
572   cerr << " Base=" << *Base;
573   cerr << " Imm=" << *Imm;
574   if (EmittedBase)
575     cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
576
577   cerr << "   Inst: " << *Inst;
578 }
579
580 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
581                                               SCEVExpander &Rewriter,
582                                               Instruction *IP, Loop *L) {
583   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
584   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
585   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
586   // many loops as possible.
587   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
588   Instruction *BaseInsertPt = IP;
589   
590   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
591   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
592   
593   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
594   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
595   while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
596     BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
597     InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
598   }
599   
600   // If there is no immediate value, skip the next part.
601   if (Imm->isZero())
602     return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
603
604   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
605
606   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
607   // adjust the IP position if insertion reused a result.
608   if (IP == BaseInsertPt)
609     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
610   
611   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
612   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
613   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
614   
615 }
616
617
618 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
619 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
620 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
621 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
622 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
623 //
624 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
625                                                Instruction *NewBasePt,
626                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
627                                       SetVector<Instruction*> &DeadInsts) {
628   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
629     // By default, insert code at the user instruction.
630     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
631     
632     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
633     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
634     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
635     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
636     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
637     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
638     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
639     // In this case, we have to back off.
640     if (!isUseOfPostIncrementedValue) {
641       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
642         InsertPt = NewBasePt;
643         ++InsertPt;
644       } else if (Instruction *OpInst
645                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
646         InsertPt = OpInst;
647         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
648       }
649     }
650     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
651     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
652     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
653     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
654     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
655       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
656                                             NewVal,
657                                             OperandValToReplace->getType());
658     }
659     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
660     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
661     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm;
662     DOUT << "  \tNEWBASE =" << *NewBase;
663     DOUT << "  \tInst = " << *Inst;
664     return;
665   }
666   
667   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
668   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
669   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
670   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
671   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
672   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
673   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
674   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
675     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
676       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
677       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
678       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
679       // be in an illegal position.
680       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
681       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
682           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
683         
684         // First step, split the critical edge.
685         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
686             
687         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
688         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
689         // move the block to be immediately before the PHI block, not
690         // immediately after PredTI.
691         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
692           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
693           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
694         }
695         
696         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
697         e = PN->getNumIncomingValues();
698       }
699
700       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
701       if (!Code) {
702         // Insert the code into the end of the predecessor block.
703         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
704         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
705
706         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
707         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
708         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
709         // redundant expressions.
710         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
711           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
712                                               Code,
713                                               PN->getType());
714         }
715       }
716       
717       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
718       PN->setIncomingValue(i, Code);
719       Rewriter.clear();
720     }
721   }
722
723   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
724   DeadInsts.insert(Inst);
725
726   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
727 }
728
729
730 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
731 /// immediate field of a target instruction.
732 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
733                              const TargetLowering *TLI) {
734   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
735     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
736     if (TLI) {
737       TargetLowering::AddrMode AM;
738       AM.BaseOffs = VC;
739       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
740     } else {
741       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
742       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
743     }
744   }
745
746   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
747     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
748       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
749         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
750         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
751           TargetLowering::AddrMode AM;
752           AM.BaseGV = GV;
753           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
754         }
755       }
756   return false;
757 }
758
759 /// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
760 /// loop varying to the Imm operand.
761 static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
762                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
763   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
764   
765   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
766     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
767     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
768     
769     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
770       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
771         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
772         // field of the expression.
773         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
774       } else {
775         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
776       }
777
778     if (NewOps.empty())
779       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
780     else
781       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
782   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
783     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
784     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
785     MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L, SE);
786     
787     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
788     Ops[0] = Start;
789     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
790   } else {
791     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
792     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
793     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
794   }
795 }
796
797
798 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
799 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
800 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
801 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
802                                 Instruction *User,
803                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
804                                 bool isAddress, Loop *L,
805                                 ScalarEvolution *SE) {
806   const Type *UseTy = User->getType();
807   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
808     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
809
810   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
811     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
812     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
813     
814     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
815       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
816       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
817       
818       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
819         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
820         // field of the expression.
821         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
822       } else {
823         NewOps.push_back(NewOp);
824       }
825     }
826
827     if (NewOps.empty())
828       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
829     else
830       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
831     return;
832   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
833     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
834     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
835     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L, SE);
836     
837     if (Start != SARE->getStart()) {
838       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
839       Ops[0] = Start;
840       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
841     }
842     return;
843   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
844     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
845     if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), UseTy, TLI) &&
846         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
847
848       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
849       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
850       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
851       
852       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
853       // simplify this!
854       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
855         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
856         // good.
857         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
858         if (isTargetConstant(SubImm, UseTy, TLI)) {
859           // Accumulate the immediate.
860           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
861           
862           // Update what is left of 'Val'.
863           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
864           return;
865         }
866       }
867     }
868   }
869
870   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
871   // expression.
872   if ((isAddress && isTargetConstant(Val, UseTy, TLI)) ||
873       !Val->isLoopInvariant(L)) {
874     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
875     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
876     return;
877   }
878
879   // Otherwise, no immediates to move.
880 }
881
882
883 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
884 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
885 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
886 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
887                              SCEVHandle Expr,
888                              ScalarEvolution *SE) {
889   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
890     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
891       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
892   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
893     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
894     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
895       SubExprs.push_back(Expr);
896     } else {
897       // Compute the addrec with zero as its base.
898       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
899       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
900       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
901       
902
903       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
904     }
905   } else if (!Expr->isZero()) {
906     // Do not add zero.
907     SubExprs.push_back(Expr);
908   }
909 }
910
911
912 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
913 /// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
914 /// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
915 /// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
916 static SCEVHandle 
917 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
918                                     ScalarEvolution *SE) {
919   unsigned NumUses = Uses.size();
920
921   // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
922   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
923   SCEVHandle Result = Zero;
924   if (NumUses == 1) {
925     std::swap(Result, Uses[0].Base);
926     return Result;
927   }
928
929   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
930   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
931   std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
932   
933   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
934   // order we see them.
935   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
936
937   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
938   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
939     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
940     // CSEs we can find.
941     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
942
943     // Split the expression into subexprs.
944     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
945     // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
946     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
947       if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
948         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
949     SubExprs.clear();
950   }
951
952   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
953   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
954   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
955     std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
956        SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
957     assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
958     if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
959       Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
960     } else {
961       // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
962       SubExpressionUseCounts.erase(I);
963     }
964   }
965   
966   // If we found no CSE's, return now.
967   if (Result == Zero) return Result;
968   
969   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
970   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
971     // Split the expression into subexprs.
972     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
973
974     // Remove any common subexpressions.
975     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
976       if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
977         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
978         --j; --e;
979       }
980     
981     // Finally, the non-shared expressions together.
982     if (SubExprs.empty())
983       Uses[i].Base = Zero;
984     else
985       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
986     SubExprs.clear();
987   }
988  
989   return Result;
990 }
991
992 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
993 /// stores in UsersToProcess.
994 ///
995 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
996                                int64_t Scale, 
997                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
998   if (!TLI)
999     return true;
1000
1001   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1002     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1003     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1004     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1005       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
1006     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1007       AccessTy = LI->getType();
1008     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1009       continue;
1010     
1011     TargetLowering::AddrMode AM;
1012     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1013       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1014     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1015     AM.Scale = Scale;
1016
1017     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1018     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1019       return false;
1020   }
1021   return true;
1022 }
1023
1024 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty to NewTy is not
1025 /// a nop.
1026 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1027                                                 const Type *Ty2) {
1028   if (Ty1 == Ty2)
1029     return false;
1030   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1031     return false;
1032   return (!Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2) &&
1033           !(isa<PointerType>(Ty2) &&
1034             Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)) &&
1035           !(isa<PointerType>(Ty1) &&
1036             Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)));
1037 }
1038
1039 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1040 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1041 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1042 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1043 /// reuse is possible.
1044 unsigned LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1045                                 bool AllUsesAreAddresses,
1046                                 const SCEVHandle &Stride, 
1047                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1048                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1049   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1050     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1051     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1052          ++NewStride) {
1053       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1054                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1055       if (SI == IVsByStride.end()) 
1056         continue;
1057       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1058       if (SI->first != Stride &&
1059           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1060         continue;
1061       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1062       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1063       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1064       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1065       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1066       // multiplications.
1067       if (Scale == 1 ||
1068           (AllUsesAreAddresses &&
1069            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1070         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1071                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1072           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1073           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1074           if (II->Base->isZero() &&
1075               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1076             IV = *II;
1077             return Scale;
1078           }
1079     }
1080   }
1081   return 0;
1082 }
1083
1084 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1085 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1086 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1087   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1088 }
1089
1090 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1091 /// not a constant.
1092 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1093   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1094   if (!Mul) return false;
1095   
1096   // If there is a constant factor, it will be first.
1097   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1098   if (!SC) return false;
1099   
1100   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1101   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1102 }
1103
1104 /// isAddress - Returns true if the specified instruction is using the
1105 /// specified value as an address.
1106 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
1107   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
1108   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1109     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
1110       isAddress = true;
1111   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
1112     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
1113     // of intrinsics.
1114     switch (II->getIntrinsicID()) {
1115       default: break;
1116       case Intrinsic::prefetch:
1117       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
1118       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
1119       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
1120       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
1121       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
1122       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
1123       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
1124         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
1125           isAddress = true;
1126         break;
1127     }
1128   }
1129   return isAddress;
1130 }
1131
1132 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1133 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1134 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1135 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1136 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1137 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1138                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1139                                               Loop *L,
1140                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1141                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1142   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1143   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1144     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1145     
1146     // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
1147     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1148     // computed.
1149     MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
1150                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1151     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1152            "Base value is not loop invariant!");
1153   }
1154
1155   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1156   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1157   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1158   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1159   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1160   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1161   // UsersToProcess base values.
1162   SCEVHandle CommonExprs =
1163     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE);
1164
1165   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1166   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1167   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1168   // of the remaining uses.
1169   unsigned NumPHI = 0;
1170   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1171     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1172     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1173     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1174     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1175       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1176                                              UsersToProcess[i].Base);
1177       UsersToProcess[i].Base = 
1178         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1179     } else {
1180       
1181       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1182       // the store is through the expression, not of the expression though.
1183       bool isPHI = false;
1184       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1185                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1186       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1187         isPHI = true;
1188         ++NumPHI;
1189       }
1190
1191       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1192       if (!isAddress && !isPHI)
1193         AllUsesAreAddresses = false;
1194       
1195       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1196                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1197     }
1198   }
1199
1200   // If one of the use if a PHI node and all other uses are addresses, still
1201   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1202   // for one fewer iv.
1203   if (NumPHI > 1)
1204     AllUsesAreAddresses = false;
1205
1206   return CommonExprs;
1207 }
1208
1209 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1210 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1211 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1212 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1213                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1214                                                       Loop *L,
1215                                                       bool isOnlyStride) {
1216   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1217   if (Uses.Users.empty())
1218     return;
1219
1220   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1221   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1222   // smaller-stride IV.
1223   bool AllUsesAreAddresses = true;
1224
1225   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1226   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1227   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1228   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1229   // have the full access expression to rewrite the use.
1230   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1231   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1232                                           UsersToProcess);
1233
1234   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1235   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1236   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1237   // valid.
1238   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1239   
1240   // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1241   // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1242   // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1243   // that we will have a valid instruction after this substition, including the
1244   // immediate field, if any.
1245   PHINode *NewPHI = NULL;
1246   Value   *IncV   = NULL;
1247   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1248                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1249                    0, 0);
1250   unsigned RewriteFactor = 0;
1251   RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1252                                   Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1253                                   UsersToProcess);
1254   if (RewriteFactor != 0) {
1255     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1256          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
1257     NewPHI = ReuseIV.PHI;
1258     IncV   = ReuseIV.IncV;
1259   }
1260
1261   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1262   
1263   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1264   //
1265   DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1266        << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << ": ";
1267
1268   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1269   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1270   
1271   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1272   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1273   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1274   
1275   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1276
1277
1278   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1279   Value *CommonBaseV
1280     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1281
1282   if (RewriteFactor == 0) {
1283     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1284     NewPHI = PHINode::Create(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1285     ++NumInserted;
1286   
1287     // Add common base to the new Phi node.
1288     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1289
1290     // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1291     // increment.
1292     bool isNegative = isNonConstantNegative(Stride);
1293     SCEVHandle IncAmount = Stride;
1294     if (isNegative)
1295       IncAmount = SE->getNegativeSCEV(Stride);
1296     
1297     // Insert the stride into the preheader.
1298     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(IncAmount, PreInsertPt);
1299     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1300
1301     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1302     // latch block, and add it to the Phi node.
1303     SCEVHandle IncExp = SE->getUnknown(StrideV);
1304     if (isNegative)
1305       IncExp = SE->getNegativeSCEV(IncExp);
1306     IncExp = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(NewPHI), IncExp);
1307   
1308     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator());
1309     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1310     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1311
1312     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1313     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1314     
1315     DOUT << " IV=%" << NewPHI->getNameStr() << " INC=%" << IncV->getNameStr();
1316   } else {
1317     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1318     if (!C ||
1319         (!C->isNullValue() &&
1320          !isTargetConstant(SE->getUnknown(CommonBaseV), ReplacedTy, TLI)))
1321       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1322       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1323       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1324                                     "commonbase", PreInsertPt);
1325   }
1326   DOUT << "\n";
1327
1328   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1329   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1330   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1331   // vector (so we handle them first).
1332   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1333                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1334   
1335   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1336   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1337   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1338   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1339   //
1340   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1341   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1342   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1343   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1344   // ==.
1345   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1346     // Get a base value.
1347     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1348     
1349     // Compact everything with this base to be consequtive with this one.
1350     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1351       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1352         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1353         ++i;
1354       }
1355     }
1356   }
1357
1358   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1359   // loop handles all users of a particular base.
1360   while (!UsersToProcess.empty()) {
1361     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1362
1363     // Emit the code for Base into the preheader.
1364     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1365
1366     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1367     if (BaseV->hasName())
1368       DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1369     DOUT << "\n";
1370
1371     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1372     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1373     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1374     // in this case.
1375     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1376       if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, ReplacedTy, TLI)) {
1377         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1378         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1379         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1380                                 PreInsertPt);       
1381       }
1382     }
1383
1384     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1385     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1386     do {
1387       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1388       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1389
1390       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1391       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1392       Value *RewriteOp = NewPHI;
1393       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1394         RewriteOp = IncV;
1395
1396         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1397         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1398         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1399           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1400       }
1401       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1402         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1403         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1404             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1405           opcode = Instruction::BitCast;
1406         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1407       }
1408
1409       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1410
1411       // If we had to insert new instrutions for RewriteOp, we have to
1412       // consider that they may not have been able to end up immediately
1413       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1414       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1415       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1416       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1417       // RewriteExpr.
1418       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1419       if (RewriteOp == NewPHI) NewBasePt = 0;
1420
1421       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1422       // to have the code emitted where we expect it.
1423       Rewriter.clear();
1424
1425       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1426       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1427       if (RewriteFactor != 0) {
1428         RewriteExpr = SE->getMulExpr(SE->getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1429                                                         RewriteExpr->getType()),
1430                                      RewriteExpr);
1431
1432         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1433         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1434         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1435         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1436             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
1437           RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1438                                       SE->getUnknown(CommonBaseV));
1439       }
1440
1441       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1442       // immediate and any loop-variant expressions.
1443       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1444         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1445         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1446
1447       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1448                                           Rewriter, L, this,
1449                                           DeadInsts);
1450
1451       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
1452       // if we just replaced the last use of that value.
1453       DeadInsts.insert(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1454
1455       UsersToProcess.pop_back();
1456       ++NumReduced;
1457
1458       // If there are any more users to process with the same base, process them
1459       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1460     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1461     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1462   }
1463
1464   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1465   // different starting values, into different PHIs.
1466 }
1467
1468 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1469 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1470 /// false.
1471 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1472                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1473   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1474        ++Stride) {
1475     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1476     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1477     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1478     
1479     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1480          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1481       if (UI->User == Cond) {
1482         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1483         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1484         // occurs enough in real life to handle.
1485         CondUse = &*UI;
1486         CondStride = &SI->first;
1487         return true;
1488       }
1489   }
1490   return false;
1491 }    
1492
1493 namespace {
1494   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1495   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1496   // e.g.
1497   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1498   struct StrideCompare {
1499     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1500       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1501       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1502       if (LHSC && RHSC) {
1503         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1504         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1505         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1506         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1507         if (ALV == ARV)
1508           return LV > RV;
1509         else
1510           return ALV < ARV;
1511       }
1512       return (LHSC && !RHSC);
1513     }
1514   };
1515 }
1516
1517 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1518 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1519 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1520 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1521 ///
1522 /// loop:
1523 /// ...
1524 /// v1 = v1 + 3
1525 /// v2 = v2 + 1
1526 /// if (v2 < 10) goto loop
1527 /// =>
1528 /// loop:
1529 /// ...
1530 /// v1 = v1 + 3
1531 /// if (v1 < 30) goto loop
1532 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1533                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1534                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1535   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1536       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1537     return Cond;
1538   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1539   if (!SC) return Cond;
1540   ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
1541   if (!C) return Cond;
1542
1543   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1544   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1545   int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1546   unsigned BitWidth = C->getValue().getBitWidth();
1547   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1548   const Type *CmpTy = C->getType();
1549   const Type *NewCmpTy = NULL;
1550   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1551   unsigned NewTyBits = 0;
1552   int64_t NewCmpVal = CmpVal;
1553   SCEVHandle *NewStride = NULL;
1554   Value *NewIncV = NULL;
1555   int64_t Scale = 1;
1556
1557   // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1558   // overflow.
1559   if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1560     return Cond;
1561
1562   // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1563   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1564   for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1565     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1566       IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
1567     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1568       continue;
1569     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1570     if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1571       continue;
1572
1573     Scale = SSInt / CmpSSInt;
1574     NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1575     APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
1576     // Check for overflow.
1577     if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal) {
1578       NewCmpVal = CmpVal;
1579       continue;
1580     }
1581
1582     // Watch out for overflow.
1583     if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1584         (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1585       NewCmpVal = CmpVal;
1586
1587     if (NewCmpVal != CmpVal) {
1588       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1589       NewIncV = NULL;
1590       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1591              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
1592         NewIncV = UI->OperandValToReplace;
1593         if (NewIncV->getType() == CmpTy)
1594           break;
1595       }
1596       if (!NewIncV) {
1597         NewCmpVal = CmpVal;
1598         continue;
1599       }
1600
1601       NewCmpTy = NewIncV->getType();
1602       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
1603         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
1604         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1605       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1606         // Check if it is possible to rewrite it using
1607         // an iv / stride of a smaller integer type.
1608         bool TruncOk = false;
1609         if (NewCmpTy->isInteger()) {
1610           unsigned Bits = NewTyBits;
1611           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1612             --Bits;
1613           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1614           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
1615             TruncOk = true;
1616         }
1617         if (!TruncOk) {
1618           NewCmpVal = CmpVal;
1619           continue;
1620         }
1621       }
1622
1623       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1624       // of a different type.
1625       // FIXME: too conservative?
1626       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset)) {
1627         NewCmpVal = CmpVal;
1628         continue;
1629       }
1630
1631       bool AllUsesAreAddresses = true;
1632       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1633       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
1634                                               AllUsesAreAddresses,
1635                                               UsersToProcess);
1636       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1637       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1638       if (AllUsesAreAddresses &&
1639           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
1640         NewCmpVal = CmpVal;
1641         continue;
1642       }
1643
1644       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
1645       // for equality.
1646       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1647         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
1648
1649       NewStride = &StrideOrder[i];
1650       break;
1651     }
1652   }
1653
1654   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
1655   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
1656   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
1657   // before the branch. See
1658   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
1659   // for an example of this situation.
1660   if (!Cond->hasOneUse()) {
1661     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
1662          I != E; ++I)
1663       if (I == NewIncV)
1664         return Cond;
1665   }
1666
1667   if (NewCmpVal != CmpVal) {
1668     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
1669     ICmpInst *OldCond = Cond;
1670     Value *RHS;
1671     if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1672       RHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1673     else {
1674       RHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
1675       RHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr, RHS, NewCmpTy);
1676     }
1677     // Insert new compare instruction.
1678     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewIncV, RHS,
1679                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
1680                         OldCond);
1681
1682     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
1683     DeadInsts.insert(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
1684     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
1685     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
1686     OldCond->eraseFromParent();
1687
1688     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
1689     SCEVHandle NewOffset = TyBits == NewTyBits
1690       ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
1691                        SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
1692       : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
1693         cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
1694     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewIncV);
1695     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
1696     CondStride = NewStride;
1697     ++NumEliminated;
1698   }
1699
1700   return Cond;
1701 }
1702
1703 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1704 /// an smax computation.
1705 ///
1706 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1707 /// like this:
1708 ///
1709 ///   i = 0;
1710 ///   do {
1711 ///     p[i] = 0.0;
1712 ///   } while (++i < n);
1713 ///
1714 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
1715 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
1716 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
1717 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
1718 //
1719 ///   if (n > 0) {
1720 ///     i = 0;
1721 ///     do {
1722 ///       p[i] = 0.0;
1723 ///     } while (++i < n);
1724 ///   }
1725 ///
1726 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1727 /// test in such a way that indvars can't find it.
1728 ///
1729 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1730 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
1731 /// induction variable:
1732 ///
1733 ///   i = 0;
1734 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
1735 ///   do {
1736 ///     p[i] = 0.0;
1737 ///   } while (++i != smax);
1738 ///
1739 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1740 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1741 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1742 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1743 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
1744 /// the loop has a canonical induction variable.
1745 ///
1746 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1747 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1748 ///
1749 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1750 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1751 /// the instructions for the maximum computation.
1752 ///
1753 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1754                                            IVStrideUse* &CondUse) {
1755   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1756   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1757       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1758     return Cond;
1759
1760   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1761   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1762
1763   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
1764   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
1765     return Cond;
1766   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, IterationCount->getType());
1767
1768   // Adjust for an annoying getIterationCount quirk.
1769   IterationCount = SE->getAddExpr(IterationCount, One);
1770
1771   // Check for a max calculation that matches the pattern.
1772   SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
1773   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
1774
1775   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
1776   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
1777   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
1778
1779   // Check the relevant induction variable for conformance to
1780   // the pattern.
1781   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
1782   SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1783   if (!AR || !AR->isAffine() ||
1784       AR->getStart() != One ||
1785       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
1786     return Cond;
1787
1788   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
1789   // be used in the new comparison instruction.
1790   Value *NewRHS = 0;
1791   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
1792     NewRHS = Sel->getOperand(1);
1793   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
1794     NewRHS = Sel->getOperand(2);
1795   if (!NewRHS) return Cond;
1796
1797   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
1798   // delete the max calculation.
1799   ICmpInst *NewCond =
1800     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
1801                    CmpInst::ICMP_SLT :
1802                    CmpInst::ICMP_SGE,
1803                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
1804
1805   // Delete the max calculation instructions.
1806   SE->deleteValueFromRecords(Cond);
1807   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
1808   Cond->eraseFromParent();
1809   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
1810   SE->deleteValueFromRecords(Sel);
1811   Sel->eraseFromParent();
1812   if (Cmp->use_empty()) {
1813     SE->deleteValueFromRecords(Cmp);
1814     Cmp->eraseFromParent();
1815   }
1816   CondUse->User = NewCond;
1817   return NewCond;
1818 }
1819
1820 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1821 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
1822 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
1823
1824   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
1825   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
1826     return;
1827
1828   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
1829        ++Stride) {
1830     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1831       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1832     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1833     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1834       continue;
1835
1836     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1837            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
1838       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
1839       ++UI;
1840       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
1841       const Type *DestTy = NULL;
1842
1843       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1844          to eliminate this cast.
1845
1846            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
1847              foo((double)i);
1848
1849          is transformed into
1850
1851            double d = 0.0;
1852            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
1853              foo(d);
1854       */
1855       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
1856         DestTy = UCast->getDestTy();
1857       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
1858         DestTy = SCast->getDestTy();
1859       if (!DestTy) continue;
1860
1861       if (TLI) {
1862         /* If target does not support DestTy natively then do not apply
1863            this transformation. */
1864         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
1865         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
1866       }
1867
1868       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1869       if (!PH) continue;
1870       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1871
1872       const Type *SrcTy = PH->getType();
1873       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1874       if (Mantissa == -1) continue; 
1875       if ((int)TD->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1876         continue;
1877
1878       unsigned Entry, Latch;
1879       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1880         Entry = 0;
1881         Latch = 1;
1882       } else {
1883         Entry = 1;
1884         Latch = 0;
1885       }
1886         
1887       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1888       if (!Init) continue;
1889       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
1890
1891       BinaryOperator *Incr = 
1892         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1893       if (!Incr) continue;
1894       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1895           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1896         continue;
1897
1898       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1899       ConstantInt *C = NULL;
1900       if (Incr->getOperand(0) == PH)
1901         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1902       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1903         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1904       else
1905         continue;
1906
1907       if (!C) continue;
1908
1909       /* Add new PHINode. */
1910       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
1911
1912       /* create new increment. '++d' in above example. */
1913       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1914       BinaryOperator *NewIncr = 
1915         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
1916                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1917
1918       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1919       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1920
1921       /* Remove cast operation */
1922       SE->deleteValueFromRecords(ShadowUse);
1923       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1924       ShadowUse->eraseFromParent();
1925       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
1926       NumShadow++;
1927       break;
1928     }
1929   }
1930 }
1931
1932 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
1933 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
1934 // common indvars for the different uses.
1935 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
1936   // TODO: implement optzns here.
1937
1938   OptimizeShadowIV(L);
1939
1940   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1941   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1942   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1943   // one register value.
1944   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
1945   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1946   BasicBlock *LatchBlock =
1947    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
1948   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
1949   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
1950       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1951     return;
1952   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1953
1954   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1955   IVStrideUse *CondUse = 0;
1956   const SCEVHandle *CondStride = 0;
1957
1958   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
1959     return; // setcc doesn't use the IV.
1960
1961   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
1962   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
1963   // comparison to use SLT instead of NE.
1964   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
1965
1966   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
1967   // eliminate one stride.
1968   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
1969
1970   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1971   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1972   // the latch block branch, move it.
1973   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
1974     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
1975       Cond->moveBefore(TermBr);
1976     } else {
1977       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
1978       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1979       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1980       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1981       
1982       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1983       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
1984                                          CondUse->OperandValToReplace);
1985       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
1986     }
1987   }
1988
1989   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1990   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1991   // live ranges for the IV correctly.
1992   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
1993   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
1994   Changed = true;
1995 }
1996
1997 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
1998
1999   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2000   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2001   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2002   TD = &getAnalysis<TargetData>();
2003   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
2004   Changed = false;
2005
2006   // Find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
2007   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
2008   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
2009   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
2010   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2011     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
2012
2013   if (!IVUsesByStride.empty()) {
2014     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2015     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2016     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2017     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2018     OptimizeIndvars(L);
2019
2020     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
2021     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
2022
2023     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2024     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2025     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2026     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2027     // intptr_t indvars.
2028
2029     // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some
2030     // things.
2031     bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
2032
2033 #ifndef NDEBUG
2034     DOUT << "\nLSR on ";
2035     DEBUG(L->dump());
2036 #endif
2037
2038     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2039     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2040
2041     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2042     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
2043
2044     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2045     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2046     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2047     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2048     // strides deterministic - not dependent on map order.
2049     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
2050       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2051         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2052       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2053       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
2054     }
2055   }
2056
2057   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2058   CastedPointers.clear();
2059   IVUsesByStride.clear();
2060   IVsByStride.clear();
2061   StrideOrder.clear();
2062
2063   // Clean up after ourselves
2064   if (!DeadInsts.empty()) {
2065     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
2066
2067     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2068     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2069       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
2070       // It is worth checking to see if the cann indvar is also
2071       // dead, so that we can remove it as well.
2072       //
2073       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
2074       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
2075       // and is an instruction with no side effects.
2076       //
2077       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
2078       // compared against some value to decide loop termination.
2079       if (PN->hasOneUse()) {
2080         SmallPtrSet<PHINode *, 2> PHIs;
2081         for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
2082              J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
2083              J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
2084           // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
2085           if (J == PN) {
2086             // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
2087             SE->deleteValueFromRecords(PN);
2088             PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
2089             DeadInsts.insert(PN);
2090             Changed = true;
2091             break;
2092           }
2093           // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
2094           // won't prove fruitful.
2095           if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
2096             break;
2097         }
2098       }
2099     }
2100     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
2101   }
2102   return Changed;
2103 }