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