Don't bind a reference to a dereferenced null pointer (for return value of WeakVH...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs in Loops --------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This transformation analyzes and transforms the induction variables (and
11 // computations derived from them) into forms suitable for efficient execution
12 // on the target.
13 //
14 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
15 // have as one or more of their components the loop induction variable, it
16 // rewrites expressions to take advantage of scaled-index addressing modes
17 // available on the target, and it performs a variety of other optimizations
18 // related to loop induction variables.
19 //
20 // Terminology note: this code has a lot of handling for "post-increment" or
21 // "post-inc" users. This is not talking about post-increment addressing modes;
22 // it is instead talking about code like this:
23 //
24 //   %i = phi [ 0, %entry ], [ %i.next, %latch ]
25 //   ...
26 //   %i.next = add %i, 1
27 //   %c = icmp eq %i.next, %n
28 //
29 // The SCEV for %i is {0,+,1}<%L>. The SCEV for %i.next is {1,+,1}<%L>, however
30 // it's useful to think about these as the same register, with some uses using
31 // the value of the register before the add and some using // it after. In this
32 // example, the icmp is a post-increment user, since it uses %i.next, which is
33 // the value of the induction variable after the increment. The other common
34 // case of post-increment users is users outside the loop.
35 //
36 // TODO: More sophistication in the way Formulae are generated and filtered.
37 //
38 // TODO: Handle multiple loops at a time.
39 //
40 // TODO: Should TargetLowering::AddrMode::BaseGV be changed to a ConstantExpr
41 //       instead of a GlobalValue?
42 //
43 // TODO: When truncation is free, truncate ICmp users' operands to make it a
44 //       smaller encoding (on x86 at least).
45 //
46 // TODO: When a negated register is used by an add (such as in a list of
47 //       multiple base registers, or as the increment expression in an addrec),
48 //       we may not actually need both reg and (-1 * reg) in registers; the
49 //       negation can be implemented by using a sub instead of an add. The
50 //       lack of support for taking this into consideration when making
51 //       register pressure decisions is partly worked around by the "Special"
52 //       use kind.
53 //
54 //===----------------------------------------------------------------------===//
55
56 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
57 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
58 #include "llvm/Constants.h"
59 #include "llvm/Instructions.h"
60 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
61 #include "llvm/DerivedTypes.h"
62 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
63 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
64 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
65 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
66 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
67 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
68 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
69 #include "llvm/ADT/SmallBitVector.h"
70 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
71 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
72 #include "llvm/Support/Debug.h"
73 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
74 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
75 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
76 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
77 #include <algorithm>
78 using namespace llvm;
79
80 /// MaxIVUsers is an arbitrary threshold that provides an early opportunitiy for
81 /// bail out. This threshold is far beyond the number of users that LSR can
82 /// conceivably solve, so it should not affect generated code, but catches the
83 /// worst cases before LSR burns too much compile time and stack space.
84 static const unsigned MaxIVUsers = 200;
85
86 // Temporary flag to cleanup congruent phis after LSR phi expansion.
87 // It's currently disabled until we can determine whether it's truly useful or
88 // not. The flag should be removed after the v3.0 release.
89 // This is now needed for ivchains.
90 static cl::opt<bool> EnablePhiElim(
91   "enable-lsr-phielim", cl::Hidden, cl::init(true),
92   cl::desc("Enable LSR phi elimination"));
93
94 #ifndef NDEBUG
95 // Stress test IV chain generation.
96 static cl::opt<bool> StressIVChain(
97   "stress-ivchain", cl::Hidden, cl::init(false),
98   cl::desc("Stress test LSR IV chains"));
99 #else
100 static bool StressIVChain = false;
101 #endif
102
103 namespace {
104
105 /// RegSortData - This class holds data which is used to order reuse candidates.
106 class RegSortData {
107 public:
108   /// UsedByIndices - This represents the set of LSRUse indices which reference
109   /// a particular register.
110   SmallBitVector UsedByIndices;
111
112   RegSortData() {}
113
114   void print(raw_ostream &OS) const;
115   void dump() const;
116 };
117
118 }
119
120 void RegSortData::print(raw_ostream &OS) const {
121   OS << "[NumUses=" << UsedByIndices.count() << ']';
122 }
123
124 void RegSortData::dump() const {
125   print(errs()); errs() << '\n';
126 }
127
128 namespace {
129
130 /// RegUseTracker - Map register candidates to information about how they are
131 /// used.
132 class RegUseTracker {
133   typedef DenseMap<const SCEV *, RegSortData> RegUsesTy;
134
135   RegUsesTy RegUsesMap;
136   SmallVector<const SCEV *, 16> RegSequence;
137
138 public:
139   void CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
140   void DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
141   void SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx);
142
143   bool isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const;
144
145   const SmallBitVector &getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const;
146
147   void clear();
148
149   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator iterator;
150   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator const_iterator;
151   iterator begin() { return RegSequence.begin(); }
152   iterator end()   { return RegSequence.end(); }
153   const_iterator begin() const { return RegSequence.begin(); }
154   const_iterator end() const   { return RegSequence.end(); }
155 };
156
157 }
158
159 void
160 RegUseTracker::CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
161   std::pair<RegUsesTy::iterator, bool> Pair =
162     RegUsesMap.insert(std::make_pair(Reg, RegSortData()));
163   RegSortData &RSD = Pair.first->second;
164   if (Pair.second)
165     RegSequence.push_back(Reg);
166   RSD.UsedByIndices.resize(std::max(RSD.UsedByIndices.size(), LUIdx + 1));
167   RSD.UsedByIndices.set(LUIdx);
168 }
169
170 void
171 RegUseTracker::DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
172   RegUsesTy::iterator It = RegUsesMap.find(Reg);
173   assert(It != RegUsesMap.end());
174   RegSortData &RSD = It->second;
175   assert(RSD.UsedByIndices.size() > LUIdx);
176   RSD.UsedByIndices.reset(LUIdx);
177 }
178
179 void
180 RegUseTracker::SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx) {
181   assert(LUIdx <= LastLUIdx);
182
183   // Update RegUses. The data structure is not optimized for this purpose;
184   // we must iterate through it and update each of the bit vectors.
185   for (RegUsesTy::iterator I = RegUsesMap.begin(), E = RegUsesMap.end();
186        I != E; ++I) {
187     SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
188     if (LUIdx < UsedByIndices.size())
189       UsedByIndices[LUIdx] =
190         LastLUIdx < UsedByIndices.size() ? UsedByIndices[LastLUIdx] : 0;
191     UsedByIndices.resize(std::min(UsedByIndices.size(), LastLUIdx));
192   }
193 }
194
195 bool
196 RegUseTracker::isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const {
197   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
198   if (I == RegUsesMap.end())
199     return false;
200   const SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
201   int i = UsedByIndices.find_first();
202   if (i == -1) return false;
203   if ((size_t)i != LUIdx) return true;
204   return UsedByIndices.find_next(i) != -1;
205 }
206
207 const SmallBitVector &RegUseTracker::getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const {
208   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
209   assert(I != RegUsesMap.end() && "Unknown register!");
210   return I->second.UsedByIndices;
211 }
212
213 void RegUseTracker::clear() {
214   RegUsesMap.clear();
215   RegSequence.clear();
216 }
217
218 namespace {
219
220 /// Formula - This class holds information that describes a formula for
221 /// computing satisfying a use. It may include broken-out immediates and scaled
222 /// registers.
223 struct Formula {
224   /// AM - This is used to represent complex addressing, as well as other kinds
225   /// of interesting uses.
226   TargetLowering::AddrMode AM;
227
228   /// BaseRegs - The list of "base" registers for this use. When this is
229   /// non-empty, AM.HasBaseReg should be set to true.
230   SmallVector<const SCEV *, 2> BaseRegs;
231
232   /// ScaledReg - The 'scaled' register for this use. This should be non-null
233   /// when AM.Scale is not zero.
234   const SCEV *ScaledReg;
235
236   /// UnfoldedOffset - An additional constant offset which added near the
237   /// use. This requires a temporary register, but the offset itself can
238   /// live in an add immediate field rather than a register.
239   int64_t UnfoldedOffset;
240
241   Formula() : ScaledReg(0), UnfoldedOffset(0) {}
242
243   void InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE);
244
245   unsigned getNumRegs() const;
246   Type *getType() const;
247
248   void DeleteBaseReg(const SCEV *&S);
249
250   bool referencesReg(const SCEV *S) const;
251   bool hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
252                                   const RegUseTracker &RegUses) const;
253
254   void print(raw_ostream &OS) const;
255   void dump() const;
256 };
257
258 }
259
260 /// DoInitialMatch - Recursion helper for InitialMatch.
261 static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
262                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Good,
263                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Bad,
264                            ScalarEvolution &SE) {
265   // Collect expressions which properly dominate the loop header.
266   if (SE.properlyDominates(S, L->getHeader())) {
267     Good.push_back(S);
268     return;
269   }
270
271   // Look at add operands.
272   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
273     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
274          I != E; ++I)
275       DoInitialMatch(*I, L, Good, Bad, SE);
276     return;
277   }
278
279   // Look at addrec operands.
280   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
281     if (!AR->getStart()->isZero()) {
282       DoInitialMatch(AR->getStart(), L, Good, Bad, SE);
283       DoInitialMatch(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
284                                       AR->getStepRecurrence(SE),
285                                       // FIXME: AR->getNoWrapFlags()
286                                       AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap),
287                      L, Good, Bad, SE);
288       return;
289     }
290
291   // Handle a multiplication by -1 (negation) if it didn't fold.
292   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
293     if (Mul->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
294       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
295       const SCEV *NewMul = SE.getMulExpr(Ops);
296
297       SmallVector<const SCEV *, 4> MyGood;
298       SmallVector<const SCEV *, 4> MyBad;
299       DoInitialMatch(NewMul, L, MyGood, MyBad, SE);
300       const SCEV *NegOne = SE.getSCEV(ConstantInt::getAllOnesValue(
301         SE.getEffectiveSCEVType(NewMul->getType())));
302       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyGood.begin(),
303            E = MyGood.end(); I != E; ++I)
304         Good.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
305       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyBad.begin(),
306            E = MyBad.end(); I != E; ++I)
307         Bad.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
308       return;
309     }
310
311   // Ok, we can't do anything interesting. Just stuff the whole thing into a
312   // register and hope for the best.
313   Bad.push_back(S);
314 }
315
316 /// InitialMatch - Incorporate loop-variant parts of S into this Formula,
317 /// attempting to keep all loop-invariant and loop-computable values in a
318 /// single base register.
319 void Formula::InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
320   SmallVector<const SCEV *, 4> Good;
321   SmallVector<const SCEV *, 4> Bad;
322   DoInitialMatch(S, L, Good, Bad, SE);
323   if (!Good.empty()) {
324     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Good);
325     if (!Sum->isZero())
326       BaseRegs.push_back(Sum);
327     AM.HasBaseReg = true;
328   }
329   if (!Bad.empty()) {
330     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Bad);
331     if (!Sum->isZero())
332       BaseRegs.push_back(Sum);
333     AM.HasBaseReg = true;
334   }
335 }
336
337 /// getNumRegs - Return the total number of register operands used by this
338 /// formula. This does not include register uses implied by non-constant
339 /// addrec strides.
340 unsigned Formula::getNumRegs() const {
341   return !!ScaledReg + BaseRegs.size();
342 }
343
344 /// getType - Return the type of this formula, if it has one, or null
345 /// otherwise. This type is meaningless except for the bit size.
346 Type *Formula::getType() const {
347   return !BaseRegs.empty() ? BaseRegs.front()->getType() :
348          ScaledReg ? ScaledReg->getType() :
349          AM.BaseGV ? AM.BaseGV->getType() :
350          0;
351 }
352
353 /// DeleteBaseReg - Delete the given base reg from the BaseRegs list.
354 void Formula::DeleteBaseReg(const SCEV *&S) {
355   if (&S != &BaseRegs.back())
356     std::swap(S, BaseRegs.back());
357   BaseRegs.pop_back();
358 }
359
360 /// referencesReg - Test if this formula references the given register.
361 bool Formula::referencesReg(const SCEV *S) const {
362   return S == ScaledReg ||
363          std::find(BaseRegs.begin(), BaseRegs.end(), S) != BaseRegs.end();
364 }
365
366 /// hasRegsUsedByUsesOtherThan - Test whether this formula uses registers
367 /// which are used by uses other than the use with the given index.
368 bool Formula::hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
369                                          const RegUseTracker &RegUses) const {
370   if (ScaledReg)
371     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(ScaledReg, LUIdx))
372       return true;
373   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
374        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I)
375     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(*I, LUIdx))
376       return true;
377   return false;
378 }
379
380 void Formula::print(raw_ostream &OS) const {
381   bool First = true;
382   if (AM.BaseGV) {
383     if (!First) OS << " + "; else First = false;
384     WriteAsOperand(OS, AM.BaseGV, /*PrintType=*/false);
385   }
386   if (AM.BaseOffs != 0) {
387     if (!First) OS << " + "; else First = false;
388     OS << AM.BaseOffs;
389   }
390   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
391        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
392     if (!First) OS << " + "; else First = false;
393     OS << "reg(" << **I << ')';
394   }
395   if (AM.HasBaseReg && BaseRegs.empty()) {
396     if (!First) OS << " + "; else First = false;
397     OS << "**error: HasBaseReg**";
398   } else if (!AM.HasBaseReg && !BaseRegs.empty()) {
399     if (!First) OS << " + "; else First = false;
400     OS << "**error: !HasBaseReg**";
401   }
402   if (AM.Scale != 0) {
403     if (!First) OS << " + "; else First = false;
404     OS << AM.Scale << "*reg(";
405     if (ScaledReg)
406       OS << *ScaledReg;
407     else
408       OS << "<unknown>";
409     OS << ')';
410   }
411   if (UnfoldedOffset != 0) {
412     if (!First) OS << " + "; else First = false;
413     OS << "imm(" << UnfoldedOffset << ')';
414   }
415 }
416
417 void Formula::dump() const {
418   print(errs()); errs() << '\n';
419 }
420
421 /// isAddRecSExtable - Return true if the given addrec can be sign-extended
422 /// without changing its value.
423 static bool isAddRecSExtable(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
424   Type *WideTy =
425     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(AR->getType()) + 1);
426   return isa<SCEVAddRecExpr>(SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
427 }
428
429 /// isAddSExtable - Return true if the given add can be sign-extended
430 /// without changing its value.
431 static bool isAddSExtable(const SCEVAddExpr *A, ScalarEvolution &SE) {
432   Type *WideTy =
433     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) + 1);
434   return isa<SCEVAddExpr>(SE.getSignExtendExpr(A, WideTy));
435 }
436
437 /// isMulSExtable - Return true if the given mul can be sign-extended
438 /// without changing its value.
439 static bool isMulSExtable(const SCEVMulExpr *M, ScalarEvolution &SE) {
440   Type *WideTy =
441     IntegerType::get(SE.getContext(),
442                      SE.getTypeSizeInBits(M->getType()) * M->getNumOperands());
443   return isa<SCEVMulExpr>(SE.getSignExtendExpr(M, WideTy));
444 }
445
446 /// getExactSDiv - Return an expression for LHS /s RHS, if it can be determined
447 /// and if the remainder is known to be zero,  or null otherwise. If
448 /// IgnoreSignificantBits is true, expressions like (X * Y) /s Y are simplified
449 /// to Y, ignoring that the multiplication may overflow, which is useful when
450 /// the result will be used in a context where the most significant bits are
451 /// ignored.
452 static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
453                                 ScalarEvolution &SE,
454                                 bool IgnoreSignificantBits = false) {
455   // Handle the trivial case, which works for any SCEV type.
456   if (LHS == RHS)
457     return SE.getConstant(LHS->getType(), 1);
458
459   // Handle a few RHS special cases.
460   const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
461   if (RC) {
462     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
463     // Handle x /s -1 as x * -1, to give ScalarEvolution a chance to do
464     // some folding.
465     if (RA.isAllOnesValue())
466       return SE.getMulExpr(LHS, RC);
467     // Handle x /s 1 as x.
468     if (RA == 1)
469       return LHS;
470   }
471
472   // Check for a division of a constant by a constant.
473   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
474     if (!RC)
475       return 0;
476     const APInt &LA = C->getValue()->getValue();
477     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
478     if (LA.srem(RA) != 0)
479       return 0;
480     return SE.getConstant(LA.sdiv(RA));
481   }
482
483   // Distribute the sdiv over addrec operands, if the addrec doesn't overflow.
484   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
485     if (IgnoreSignificantBits || isAddRecSExtable(AR, SE)) {
486       const SCEV *Step = getExactSDiv(AR->getStepRecurrence(SE), RHS, SE,
487                                       IgnoreSignificantBits);
488       if (!Step) return 0;
489       const SCEV *Start = getExactSDiv(AR->getStart(), RHS, SE,
490                                        IgnoreSignificantBits);
491       if (!Start) return 0;
492       // FlagNW is independent of the start value, step direction, and is
493       // preserved with smaller magnitude steps.
494       // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
495       return SE.getAddRecExpr(Start, Step, AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
496     }
497     return 0;
498   }
499
500   // Distribute the sdiv over add operands, if the add doesn't overflow.
501   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
502     if (IgnoreSignificantBits || isAddSExtable(Add, SE)) {
503       SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
504       for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
505            I != E; ++I) {
506         const SCEV *Op = getExactSDiv(*I, RHS, SE,
507                                       IgnoreSignificantBits);
508         if (!Op) return 0;
509         Ops.push_back(Op);
510       }
511       return SE.getAddExpr(Ops);
512     }
513     return 0;
514   }
515
516   // Check for a multiply operand that we can pull RHS out of.
517   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
518     if (IgnoreSignificantBits || isMulSExtable(Mul, SE)) {
519       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
520       bool Found = false;
521       for (SCEVMulExpr::op_iterator I = Mul->op_begin(), E = Mul->op_end();
522            I != E; ++I) {
523         const SCEV *S = *I;
524         if (!Found)
525           if (const SCEV *Q = getExactSDiv(S, RHS, SE,
526                                            IgnoreSignificantBits)) {
527             S = Q;
528             Found = true;
529           }
530         Ops.push_back(S);
531       }
532       return Found ? SE.getMulExpr(Ops) : 0;
533     }
534     return 0;
535   }
536
537   // Otherwise we don't know.
538   return 0;
539 }
540
541 /// ExtractImmediate - If S involves the addition of a constant integer value,
542 /// return that integer value, and mutate S to point to a new SCEV with that
543 /// value excluded.
544 static int64_t ExtractImmediate(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
545   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
546     if (C->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64) {
547       S = SE.getConstant(C->getType(), 0);
548       return C->getValue()->getSExtValue();
549     }
550   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
551     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
552     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
553     if (Result != 0)
554       S = SE.getAddExpr(NewOps);
555     return Result;
556   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
557     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
558     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
559     if (Result != 0)
560       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
561                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
562                            SCEV::FlagAnyWrap);
563     return Result;
564   }
565   return 0;
566 }
567
568 /// ExtractSymbol - If S involves the addition of a GlobalValue address,
569 /// return that symbol, and mutate S to point to a new SCEV with that
570 /// value excluded.
571 static GlobalValue *ExtractSymbol(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
572   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
573     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue())) {
574       S = SE.getConstant(GV->getType(), 0);
575       return GV;
576     }
577   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
578     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
579     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.back(), SE);
580     if (Result)
581       S = SE.getAddExpr(NewOps);
582     return Result;
583   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
584     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
585     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.front(), SE);
586     if (Result)
587       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
588                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
589                            SCEV::FlagAnyWrap);
590     return Result;
591   }
592   return 0;
593 }
594
595 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
596 /// specified value as an address.
597 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
598   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
599   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
600     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
601       isAddress = true;
602   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
603     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
604     // of intrinsics.
605     switch (II->getIntrinsicID()) {
606       default: break;
607       case Intrinsic::prefetch:
608       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
609       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
610       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
611       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
612         if (II->getArgOperand(0) == OperandVal)
613           isAddress = true;
614         break;
615     }
616   }
617   return isAddress;
618 }
619
620 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
621 static Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
622   Type *AccessTy = Inst->getType();
623   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
624     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
625   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
626     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
627     // of intrinsics.
628     switch (II->getIntrinsicID()) {
629     default: break;
630     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
631     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
632     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
633     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
634       AccessTy = II->getArgOperand(0)->getType();
635       break;
636     }
637   }
638
639   // All pointers have the same requirements, so canonicalize them to an
640   // arbitrary pointer type to minimize variation.
641   if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(AccessTy))
642     AccessTy = PointerType::get(IntegerType::get(PTy->getContext(), 1),
643                                 PTy->getAddressSpace());
644
645   return AccessTy;
646 }
647
648 /// isExistingPhi - Return true if this AddRec is already a phi in its loop.
649 static bool isExistingPhi(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
650   for (BasicBlock::iterator I = AR->getLoop()->getHeader()->begin();
651        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
652     if (SE.isSCEVable(PN->getType()) &&
653         (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) ==
654          SE.getEffectiveSCEVType(AR->getType())) &&
655         SE.getSCEV(PN) == AR)
656       return true;
657   }
658   return false;
659 }
660
661 /// Check if expanding this expression is likely to incur significant cost. This
662 /// is tricky because SCEV doesn't track which expressions are actually computed
663 /// by the current IR.
664 ///
665 /// We currently allow expansion of IV increments that involve adds,
666 /// multiplication by constants, and AddRecs from existing phis.
667 ///
668 /// TODO: Allow UDivExpr if we can find an existing IV increment that is an
669 /// obvious multiple of the UDivExpr.
670 static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S,
671                                 SmallPtrSet<const SCEV*, 8> &Processed,
672                                 ScalarEvolution &SE) {
673   // Zero/One operand expressions
674   switch (S->getSCEVType()) {
675   case scUnknown:
676   case scConstant:
677     return false;
678   case scTruncate:
679     return isHighCostExpansion(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand(),
680                                Processed, SE);
681   case scZeroExtend:
682     return isHighCostExpansion(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand(),
683                                Processed, SE);
684   case scSignExtend:
685     return isHighCostExpansion(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand(),
686                                Processed, SE);
687   }
688
689   if (!Processed.insert(S))
690     return false;
691
692   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
693     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
694          I != E; ++I) {
695       if (isHighCostExpansion(*I, Processed, SE))
696         return true;
697     }
698     return false;
699   }
700
701   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
702     if (Mul->getNumOperands() == 2) {
703       // Multiplication by a constant is ok
704       if (isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0)))
705         return isHighCostExpansion(Mul->getOperand(1), Processed, SE);
706
707       // If we have the value of one operand, check if an existing
708       // multiplication already generates this expression.
709       if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Mul->getOperand(1))) {
710         Value *UVal = U->getValue();
711         for (Value::use_iterator UI = UVal->use_begin(), UE = UVal->use_end();
712              UI != UE; ++UI) {
713           // If U is a constant, it may be used by a ConstantExpr.
714           Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(*UI);
715           if (User && User->getOpcode() == Instruction::Mul
716               && SE.isSCEVable(User->getType())) {
717             return SE.getSCEV(User) == Mul;
718           }
719         }
720       }
721     }
722   }
723
724   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
725     if (isExistingPhi(AR, SE))
726       return false;
727   }
728
729   // Fow now, consider any other type of expression (div/mul/min/max) high cost.
730   return true;
731 }
732
733 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
734 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
735 /// their operands subsequently dead.
736 static bool
737 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
738   bool Changed = false;
739
740   while (!DeadInsts.empty()) {
741     Value *V = DeadInsts.pop_back_val();
742     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(V);
743
744     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
745       continue;
746
747     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
748       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
749         *OI = 0;
750         if (U->use_empty())
751           DeadInsts.push_back(U);
752       }
753
754     I->eraseFromParent();
755     Changed = true;
756   }
757
758   return Changed;
759 }
760
761 namespace {
762
763 /// Cost - This class is used to measure and compare candidate formulae.
764 class Cost {
765   /// TODO: Some of these could be merged. Also, a lexical ordering
766   /// isn't always optimal.
767   unsigned NumRegs;
768   unsigned AddRecCost;
769   unsigned NumIVMuls;
770   unsigned NumBaseAdds;
771   unsigned ImmCost;
772   unsigned SetupCost;
773
774 public:
775   Cost()
776     : NumRegs(0), AddRecCost(0), NumIVMuls(0), NumBaseAdds(0), ImmCost(0),
777       SetupCost(0) {}
778
779   bool operator<(const Cost &Other) const;
780
781   void Loose();
782
783 #ifndef NDEBUG
784   // Once any of the metrics loses, they must all remain losers.
785   bool isValid() {
786     return ((NumRegs | AddRecCost | NumIVMuls | NumBaseAdds
787              | ImmCost | SetupCost) != ~0u)
788       || ((NumRegs & AddRecCost & NumIVMuls & NumBaseAdds
789            & ImmCost & SetupCost) == ~0u);
790   }
791 #endif
792
793   bool isLoser() {
794     assert(isValid() && "invalid cost");
795     return NumRegs == ~0u;
796   }
797
798   void RateFormula(const Formula &F,
799                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
800                    const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
801                    const Loop *L,
802                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
803                    ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
804                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs = 0);
805
806   void print(raw_ostream &OS) const;
807   void dump() const;
808
809 private:
810   void RateRegister(const SCEV *Reg,
811                     SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
812                     const Loop *L,
813                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
814   void RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
815                            SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
816                            const Loop *L,
817                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
818                            SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs);
819 };
820
821 }
822
823 /// RateRegister - Tally up interesting quantities from the given register.
824 void Cost::RateRegister(const SCEV *Reg,
825                         SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
826                         const Loop *L,
827                         ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
828   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)) {
829     // If this is an addrec for another loop, don't second-guess its addrec phi
830     // nodes. LSR isn't currently smart enough to reason about more than one
831     // loop at a time. LSR has already run on inner loops, will not run on outer
832     // loops, and cannot be expected to change sibling loops.
833     if (AR->getLoop() != L) {
834       // If the AddRec exists, consider it's register free and leave it alone.
835       if (isExistingPhi(AR, SE))
836         return;
837
838       // Otherwise, do not consider this formula at all.
839       Loose();
840       return;
841     }
842     AddRecCost += 1; /// TODO: This should be a function of the stride.
843
844     // Add the step value register, if it needs one.
845     // TODO: The non-affine case isn't precisely modeled here.
846     if (!AR->isAffine() || !isa<SCEVConstant>(AR->getOperand(1))) {
847       if (!Regs.count(AR->getOperand(1))) {
848         RateRegister(AR->getOperand(1), Regs, L, SE, DT);
849         if (isLoser())
850           return;
851       }
852     }
853   }
854   ++NumRegs;
855
856   // Rough heuristic; favor registers which don't require extra setup
857   // instructions in the preheader.
858   if (!isa<SCEVUnknown>(Reg) &&
859       !isa<SCEVConstant>(Reg) &&
860       !(isa<SCEVAddRecExpr>(Reg) &&
861         (isa<SCEVUnknown>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()) ||
862          isa<SCEVConstant>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()))))
863     ++SetupCost;
864
865     NumIVMuls += isa<SCEVMulExpr>(Reg) &&
866                  SE.hasComputableLoopEvolution(Reg, L);
867 }
868
869 /// RatePrimaryRegister - Record this register in the set. If we haven't seen it
870 /// before, rate it. Optional LoserRegs provides a way to declare any formula
871 /// that refers to one of those regs an instant loser.
872 void Cost::RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
873                                SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
874                                const Loop *L,
875                                ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
876                                SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs) {
877   if (LoserRegs && LoserRegs->count(Reg)) {
878     Loose();
879     return;
880   }
881   if (Regs.insert(Reg)) {
882     RateRegister(Reg, Regs, L, SE, DT);
883     if (isLoser())
884       LoserRegs->insert(Reg);
885   }
886 }
887
888 void Cost::RateFormula(const Formula &F,
889                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
890                        const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
891                        const Loop *L,
892                        const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
893                        ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
894                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs) {
895   // Tally up the registers.
896   if (const SCEV *ScaledReg = F.ScaledReg) {
897     if (VisitedRegs.count(ScaledReg)) {
898       Loose();
899       return;
900     }
901     RatePrimaryRegister(ScaledReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
902     if (isLoser())
903       return;
904   }
905   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
906        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
907     const SCEV *BaseReg = *I;
908     if (VisitedRegs.count(BaseReg)) {
909       Loose();
910       return;
911     }
912     RatePrimaryRegister(BaseReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
913     if (isLoser())
914       return;
915   }
916
917   // Determine how many (unfolded) adds we'll need inside the loop.
918   size_t NumBaseParts = F.BaseRegs.size() + (F.UnfoldedOffset != 0);
919   if (NumBaseParts > 1)
920     NumBaseAdds += NumBaseParts - 1;
921
922   // Tally up the non-zero immediates.
923   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
924        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
925     int64_t Offset = (uint64_t)*I + F.AM.BaseOffs;
926     if (F.AM.BaseGV)
927       ImmCost += 64; // Handle symbolic values conservatively.
928                      // TODO: This should probably be the pointer size.
929     else if (Offset != 0)
930       ImmCost += APInt(64, Offset, true).getMinSignedBits();
931   }
932   assert(isValid() && "invalid cost");
933 }
934
935 /// Loose - Set this cost to a losing value.
936 void Cost::Loose() {
937   NumRegs = ~0u;
938   AddRecCost = ~0u;
939   NumIVMuls = ~0u;
940   NumBaseAdds = ~0u;
941   ImmCost = ~0u;
942   SetupCost = ~0u;
943 }
944
945 /// operator< - Choose the lower cost.
946 bool Cost::operator<(const Cost &Other) const {
947   if (NumRegs != Other.NumRegs)
948     return NumRegs < Other.NumRegs;
949   if (AddRecCost != Other.AddRecCost)
950     return AddRecCost < Other.AddRecCost;
951   if (NumIVMuls != Other.NumIVMuls)
952     return NumIVMuls < Other.NumIVMuls;
953   if (NumBaseAdds != Other.NumBaseAdds)
954     return NumBaseAdds < Other.NumBaseAdds;
955   if (ImmCost != Other.ImmCost)
956     return ImmCost < Other.ImmCost;
957   if (SetupCost != Other.SetupCost)
958     return SetupCost < Other.SetupCost;
959   return false;
960 }
961
962 void Cost::print(raw_ostream &OS) const {
963   OS << NumRegs << " reg" << (NumRegs == 1 ? "" : "s");
964   if (AddRecCost != 0)
965     OS << ", with addrec cost " << AddRecCost;
966   if (NumIVMuls != 0)
967     OS << ", plus " << NumIVMuls << " IV mul" << (NumIVMuls == 1 ? "" : "s");
968   if (NumBaseAdds != 0)
969     OS << ", plus " << NumBaseAdds << " base add"
970        << (NumBaseAdds == 1 ? "" : "s");
971   if (ImmCost != 0)
972     OS << ", plus " << ImmCost << " imm cost";
973   if (SetupCost != 0)
974     OS << ", plus " << SetupCost << " setup cost";
975 }
976
977 void Cost::dump() const {
978   print(errs()); errs() << '\n';
979 }
980
981 namespace {
982
983 /// LSRFixup - An operand value in an instruction which is to be replaced
984 /// with some equivalent, possibly strength-reduced, replacement.
985 struct LSRFixup {
986   /// UserInst - The instruction which will be updated.
987   Instruction *UserInst;
988
989   /// OperandValToReplace - The operand of the instruction which will
990   /// be replaced. The operand may be used more than once; every instance
991   /// will be replaced.
992   Value *OperandValToReplace;
993
994   /// PostIncLoops - If this user is to use the post-incremented value of an
995   /// induction variable, this variable is non-null and holds the loop
996   /// associated with the induction variable.
997   PostIncLoopSet PostIncLoops;
998
999   /// LUIdx - The index of the LSRUse describing the expression which
1000   /// this fixup needs, minus an offset (below).
1001   size_t LUIdx;
1002
1003   /// Offset - A constant offset to be added to the LSRUse expression.
1004   /// This allows multiple fixups to share the same LSRUse with different
1005   /// offsets, for example in an unrolled loop.
1006   int64_t Offset;
1007
1008   bool isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const;
1009
1010   LSRFixup();
1011
1012   void print(raw_ostream &OS) const;
1013   void dump() const;
1014 };
1015
1016 }
1017
1018 LSRFixup::LSRFixup()
1019   : UserInst(0), OperandValToReplace(0), LUIdx(~size_t(0)), Offset(0) {}
1020
1021 /// isUseFullyOutsideLoop - Test whether this fixup always uses its
1022 /// value outside of the given loop.
1023 bool LSRFixup::isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const {
1024   // PHI nodes use their value in their incoming blocks.
1025   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
1026     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1027       if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace &&
1028           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
1029         return false;
1030     return true;
1031   }
1032
1033   return !L->contains(UserInst);
1034 }
1035
1036 void LSRFixup::print(raw_ostream &OS) const {
1037   OS << "UserInst=";
1038   // Store is common and interesting enough to be worth special-casing.
1039   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(UserInst)) {
1040     OS << "store ";
1041     WriteAsOperand(OS, Store->getOperand(0), /*PrintType=*/false);
1042   } else if (UserInst->getType()->isVoidTy())
1043     OS << UserInst->getOpcodeName();
1044   else
1045     WriteAsOperand(OS, UserInst, /*PrintType=*/false);
1046
1047   OS << ", OperandValToReplace=";
1048   WriteAsOperand(OS, OperandValToReplace, /*PrintType=*/false);
1049
1050   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = PostIncLoops.begin(),
1051        E = PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
1052     OS << ", PostIncLoop=";
1053     WriteAsOperand(OS, (*I)->getHeader(), /*PrintType=*/false);
1054   }
1055
1056   if (LUIdx != ~size_t(0))
1057     OS << ", LUIdx=" << LUIdx;
1058
1059   if (Offset != 0)
1060     OS << ", Offset=" << Offset;
1061 }
1062
1063 void LSRFixup::dump() const {
1064   print(errs()); errs() << '\n';
1065 }
1066
1067 namespace {
1068
1069 /// UniquifierDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
1070 /// DenseMaps and DenseSets of sorted SmallVectors of const SCEV*.
1071 struct UniquifierDenseMapInfo {
1072   static SmallVector<const SCEV *, 2> getEmptyKey() {
1073     SmallVector<const SCEV *, 2> V;
1074     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1));
1075     return V;
1076   }
1077
1078   static SmallVector<const SCEV *, 2> getTombstoneKey() {
1079     SmallVector<const SCEV *, 2> V;
1080     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2));
1081     return V;
1082   }
1083
1084   static unsigned getHashValue(const SmallVector<const SCEV *, 2> &V) {
1085     unsigned Result = 0;
1086     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = V.begin(),
1087          E = V.end(); I != E; ++I)
1088       Result ^= DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(*I);
1089     return Result;
1090   }
1091
1092   static bool isEqual(const SmallVector<const SCEV *, 2> &LHS,
1093                       const SmallVector<const SCEV *, 2> &RHS) {
1094     return LHS == RHS;
1095   }
1096 };
1097
1098 /// LSRUse - This class holds the state that LSR keeps for each use in
1099 /// IVUsers, as well as uses invented by LSR itself. It includes information
1100 /// about what kinds of things can be folded into the user, information about
1101 /// the user itself, and information about how the use may be satisfied.
1102 /// TODO: Represent multiple users of the same expression in common?
1103 class LSRUse {
1104   DenseSet<SmallVector<const SCEV *, 2>, UniquifierDenseMapInfo> Uniquifier;
1105
1106 public:
1107   /// KindType - An enum for a kind of use, indicating what types of
1108   /// scaled and immediate operands it might support.
1109   enum KindType {
1110     Basic,   ///< A normal use, with no folding.
1111     Special, ///< A special case of basic, allowing -1 scales.
1112     Address, ///< An address use; folding according to TargetLowering
1113     ICmpZero ///< An equality icmp with both operands folded into one.
1114     // TODO: Add a generic icmp too?
1115   };
1116
1117   KindType Kind;
1118   Type *AccessTy;
1119
1120   SmallVector<int64_t, 8> Offsets;
1121   int64_t MinOffset;
1122   int64_t MaxOffset;
1123
1124   /// AllFixupsOutsideLoop - This records whether all of the fixups using this
1125   /// LSRUse are outside of the loop, in which case some special-case heuristics
1126   /// may be used.
1127   bool AllFixupsOutsideLoop;
1128
1129   /// WidestFixupType - This records the widest use type for any fixup using
1130   /// this LSRUse. FindUseWithSimilarFormula can't consider uses with different
1131   /// max fixup widths to be equivalent, because the narrower one may be relying
1132   /// on the implicit truncation to truncate away bogus bits.
1133   Type *WidestFixupType;
1134
1135   /// Formulae - A list of ways to build a value that can satisfy this user.
1136   /// After the list is populated, one of these is selected heuristically and
1137   /// used to formulate a replacement for OperandValToReplace in UserInst.
1138   SmallVector<Formula, 12> Formulae;
1139
1140   /// Regs - The set of register candidates used by all formulae in this LSRUse.
1141   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Regs;
1142
1143   LSRUse(KindType K, Type *T) : Kind(K), AccessTy(T),
1144                                       MinOffset(INT64_MAX),
1145                                       MaxOffset(INT64_MIN),
1146                                       AllFixupsOutsideLoop(true),
1147                                       WidestFixupType(0) {}
1148
1149   bool HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const;
1150   bool InsertFormula(const Formula &F);
1151   void DeleteFormula(Formula &F);
1152   void RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &Reguses);
1153
1154   void print(raw_ostream &OS) const;
1155   void dump() const;
1156 };
1157
1158 }
1159
1160 /// HasFormula - Test whether this use as a formula which has the same
1161 /// registers as the given formula.
1162 bool LSRUse::HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const {
1163   SmallVector<const SCEV *, 2> Key = F.BaseRegs;
1164   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1165   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1166   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1167   return Uniquifier.count(Key);
1168 }
1169
1170 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
1171 /// the list, and return true. Return false otherwise.
1172 bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F) {
1173   SmallVector<const SCEV *, 2> Key = F.BaseRegs;
1174   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1175   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1176   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1177
1178   if (!Uniquifier.insert(Key).second)
1179     return false;
1180
1181   // Using a register to hold the value of 0 is not profitable.
1182   assert((!F.ScaledReg || !F.ScaledReg->isZero()) &&
1183          "Zero allocated in a scaled register!");
1184 #ifndef NDEBUG
1185   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I =
1186        F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
1187     assert(!(*I)->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
1188 #endif
1189
1190   // Add the formula to the list.
1191   Formulae.push_back(F);
1192
1193   // Record registers now being used by this use.
1194   Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1195
1196   return true;
1197 }
1198
1199 /// DeleteFormula - Remove the given formula from this use's list.
1200 void LSRUse::DeleteFormula(Formula &F) {
1201   if (&F != &Formulae.back())
1202     std::swap(F, Formulae.back());
1203   Formulae.pop_back();
1204 }
1205
1206 /// RecomputeRegs - Recompute the Regs field, and update RegUses.
1207 void LSRUse::RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &RegUses) {
1208   // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
1209   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> OldRegs = Regs;
1210   Regs.clear();
1211   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = Formulae.begin(),
1212        E = Formulae.end(); I != E; ++I) {
1213     const Formula &F = *I;
1214     if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1215     Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1216   }
1217
1218   // Update the RegTracker.
1219   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 4>::iterator I = OldRegs.begin(),
1220        E = OldRegs.end(); I != E; ++I)
1221     if (!Regs.count(*I))
1222       RegUses.DropRegister(*I, LUIdx);
1223 }
1224
1225 void LSRUse::print(raw_ostream &OS) const {
1226   OS << "LSR Use: Kind=";
1227   switch (Kind) {
1228   case Basic:    OS << "Basic"; break;
1229   case Special:  OS << "Special"; break;
1230   case ICmpZero: OS << "ICmpZero"; break;
1231   case Address:
1232     OS << "Address of ";
1233     if (AccessTy->isPointerTy())
1234       OS << "pointer"; // the full pointer type could be really verbose
1235     else
1236       OS << *AccessTy;
1237   }
1238
1239   OS << ", Offsets={";
1240   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
1241        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
1242     OS << *I;
1243     if (llvm::next(I) != E)
1244       OS << ',';
1245   }
1246   OS << '}';
1247
1248   if (AllFixupsOutsideLoop)
1249     OS << ", all-fixups-outside-loop";
1250
1251   if (WidestFixupType)
1252     OS << ", widest fixup type: " << *WidestFixupType;
1253 }
1254
1255 void LSRUse::dump() const {
1256   print(errs()); errs() << '\n';
1257 }
1258
1259 /// isLegalUse - Test whether the use described by AM is "legal", meaning it can
1260 /// be completely folded into the user instruction at isel time. This includes
1261 /// address-mode folding and special icmp tricks.
1262 static bool isLegalUse(const TargetLowering::AddrMode &AM,
1263                        LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1264                        const TargetLowering *TLI) {
1265   switch (Kind) {
1266   case LSRUse::Address:
1267     // If we have low-level target information, ask the target if it can
1268     // completely fold this address.
1269     if (TLI) return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
1270
1271     // Otherwise, just guess that reg+reg addressing is legal.
1272     return !AM.BaseGV && AM.BaseOffs == 0 && AM.Scale <= 1;
1273
1274   case LSRUse::ICmpZero:
1275     // There's not even a target hook for querying whether it would be legal to
1276     // fold a GV into an ICmp.
1277     if (AM.BaseGV)
1278       return false;
1279
1280     // ICmp only has two operands; don't allow more than two non-trivial parts.
1281     if (AM.Scale != 0 && AM.HasBaseReg && AM.BaseOffs != 0)
1282       return false;
1283
1284     // ICmp only supports no scale or a -1 scale, as we can "fold" a -1 scale by
1285     // putting the scaled register in the other operand of the icmp.
1286     if (AM.Scale != 0 && AM.Scale != -1)
1287       return false;
1288
1289     // If we have low-level target information, ask the target if it can fold an
1290     // integer immediate on an icmp.
1291     if (AM.BaseOffs != 0) {
1292       if (!TLI)
1293         return false;
1294       // We have one of:
1295       // ICmpZero     BaseReg + Offset => ICmp BaseReg, -Offset
1296       // ICmpZero -1*ScaleReg + Offset => ICmp ScaleReg, Offset
1297       // Offs is the ICmp immediate.
1298       int64_t Offs = AM.BaseOffs;
1299       if (AM.Scale == 0)
1300         Offs = -(uint64_t)Offs; // The cast does the right thing with INT64_MIN.
1301       return TLI->isLegalICmpImmediate(Offs);
1302     }
1303
1304     // ICmpZero BaseReg + -1*ScaleReg => ICmp BaseReg, ScaleReg
1305     return true;
1306
1307   case LSRUse::Basic:
1308     // Only handle single-register values.
1309     return !AM.BaseGV && AM.Scale == 0 && AM.BaseOffs == 0;
1310
1311   case LSRUse::Special:
1312     // Special case Basic to handle -1 scales.
1313     return !AM.BaseGV && (AM.Scale == 0 || AM.Scale == -1) && AM.BaseOffs == 0;
1314   }
1315
1316   llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
1317 }
1318
1319 static bool isLegalUse(TargetLowering::AddrMode AM,
1320                        int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1321                        LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1322                        const TargetLowering *TLI) {
1323   // Check for overflow.
1324   if (((int64_t)((uint64_t)AM.BaseOffs + MinOffset) > AM.BaseOffs) !=
1325       (MinOffset > 0))
1326     return false;
1327   AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + MinOffset;
1328   if (isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI)) {
1329     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs - MinOffset;
1330     // Check for overflow.
1331     if (((int64_t)((uint64_t)AM.BaseOffs + MaxOffset) > AM.BaseOffs) !=
1332         (MaxOffset > 0))
1333       return false;
1334     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + MaxOffset;
1335     return isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI);
1336   }
1337   return false;
1338 }
1339
1340 static bool isAlwaysFoldable(int64_t BaseOffs,
1341                              GlobalValue *BaseGV,
1342                              bool HasBaseReg,
1343                              LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1344                              const TargetLowering *TLI) {
1345   // Fast-path: zero is always foldable.
1346   if (BaseOffs == 0 && !BaseGV) return true;
1347
1348   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1349   // base and a scale.
1350   TargetLowering::AddrMode AM;
1351   AM.BaseOffs = BaseOffs;
1352   AM.BaseGV = BaseGV;
1353   AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
1354   AM.Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1355
1356   // Canonicalize a scale of 1 to a base register if the formula doesn't
1357   // already have a base register.
1358   if (!AM.HasBaseReg && AM.Scale == 1) {
1359     AM.Scale = 0;
1360     AM.HasBaseReg = true;
1361   }
1362
1363   return isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI);
1364 }
1365
1366 static bool isAlwaysFoldable(const SCEV *S,
1367                              int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1368                              bool HasBaseReg,
1369                              LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1370                              const TargetLowering *TLI,
1371                              ScalarEvolution &SE) {
1372   // Fast-path: zero is always foldable.
1373   if (S->isZero()) return true;
1374
1375   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1376   // base and a scale.
1377   int64_t BaseOffs = ExtractImmediate(S, SE);
1378   GlobalValue *BaseGV = ExtractSymbol(S, SE);
1379
1380   // If there's anything else involved, it's not foldable.
1381   if (!S->isZero()) return false;
1382
1383   // Fast-path: zero is always foldable.
1384   if (BaseOffs == 0 && !BaseGV) return true;
1385
1386   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1387   // base and a scale.
1388   TargetLowering::AddrMode AM;
1389   AM.BaseOffs = BaseOffs;
1390   AM.BaseGV = BaseGV;
1391   AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
1392   AM.Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1393
1394   return isLegalUse(AM, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, TLI);
1395 }
1396
1397 namespace {
1398
1399 /// UseMapDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
1400 /// DenseMaps and DenseSets of pairs of const SCEV* and LSRUse::Kind.
1401 struct UseMapDenseMapInfo {
1402   static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getEmptyKey() {
1403     return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1), LSRUse::Basic);
1404   }
1405
1406   static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getTombstoneKey() {
1407     return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2), LSRUse::Basic);
1408   }
1409
1410   static unsigned
1411   getHashValue(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &V) {
1412     unsigned Result = DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(V.first);
1413     Result ^= DenseMapInfo<unsigned>::getHashValue(unsigned(V.second));
1414     return Result;
1415   }
1416
1417   static bool isEqual(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &LHS,
1418                       const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &RHS) {
1419     return LHS == RHS;
1420   }
1421 };
1422
1423 /// IVInc - An individual increment in a Chain of IV increments.
1424 /// Relate an IV user to an expression that computes the IV it uses from the IV
1425 /// used by the previous link in the Chain.
1426 ///
1427 /// For the head of a chain, IncExpr holds the absolute SCEV expression for the
1428 /// original IVOperand. The head of the chain's IVOperand is only valid during
1429 /// chain collection, before LSR replaces IV users. During chain generation,
1430 /// IncExpr can be used to find the new IVOperand that computes the same
1431 /// expression.
1432 struct IVInc {
1433   Instruction *UserInst;
1434   Value* IVOperand;
1435   const SCEV *IncExpr;
1436
1437   IVInc(Instruction *U, Value *O, const SCEV *E):
1438     UserInst(U), IVOperand(O), IncExpr(E) {}
1439 };
1440
1441 // IVChain - The list of IV increments in program order.
1442 // We typically add the head of a chain without finding subsequent links.
1443 struct IVChain {
1444   SmallVector<IVInc,1> Incs;
1445   const SCEV *ExprBase;
1446
1447   IVChain() : ExprBase(0) {}
1448
1449   IVChain(const IVInc &Head, const SCEV *Base)
1450     : Incs(1, Head), ExprBase(Base) {}
1451
1452   typedef SmallVectorImpl<IVInc>::const_iterator const_iterator;
1453
1454   // begin - return the first increment in the chain.
1455   const_iterator begin() const {
1456     assert(!Incs.empty());
1457     return llvm::next(Incs.begin());
1458   }
1459   const_iterator end() const {
1460     return Incs.end();
1461   }
1462
1463   // hasIncs - Returns true if this chain contains any increments.
1464   bool hasIncs() const { return Incs.size() >= 2; }
1465
1466   // add - Add an IVInc to the end of this chain.
1467   void add(const IVInc &X) { Incs.push_back(X); }
1468
1469   // tailUserInst - Returns the last UserInst in the chain.
1470   Instruction *tailUserInst() const { return Incs.back().UserInst; }
1471
1472   // isProfitableIncrement - Returns true if IncExpr can be profitably added to
1473   // this chain.
1474   bool isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
1475                              const SCEV *IncExpr,
1476                              ScalarEvolution&);
1477 };
1478
1479 /// ChainUsers - Helper for CollectChains to track multiple IV increment uses.
1480 /// Distinguish between FarUsers that definitely cross IV increments and
1481 /// NearUsers that may be used between IV increments.
1482 struct ChainUsers {
1483   SmallPtrSet<Instruction*, 4> FarUsers;
1484   SmallPtrSet<Instruction*, 4> NearUsers;
1485 };
1486
1487 /// LSRInstance - This class holds state for the main loop strength reduction
1488 /// logic.
1489 class LSRInstance {
1490   IVUsers &IU;
1491   ScalarEvolution &SE;
1492   DominatorTree &DT;
1493   LoopInfo &LI;
1494   const TargetLowering *const TLI;
1495   Loop *const L;
1496   bool Changed;
1497
1498   /// IVIncInsertPos - This is the insert position that the current loop's
1499   /// induction variable increment should be placed. In simple loops, this is
1500   /// the latch block's terminator. But in more complicated cases, this is a
1501   /// position which will dominate all the in-loop post-increment users.
1502   Instruction *IVIncInsertPos;
1503
1504   /// Factors - Interesting factors between use strides.
1505   SmallSetVector<int64_t, 8> Factors;
1506
1507   /// Types - Interesting use types, to facilitate truncation reuse.
1508   SmallSetVector<Type *, 4> Types;
1509
1510   /// Fixups - The list of operands which are to be replaced.
1511   SmallVector<LSRFixup, 16> Fixups;
1512
1513   /// Uses - The list of interesting uses.
1514   SmallVector<LSRUse, 16> Uses;
1515
1516   /// RegUses - Track which uses use which register candidates.
1517   RegUseTracker RegUses;
1518
1519   // Limit the number of chains to avoid quadratic behavior. We don't expect to
1520   // have more than a few IV increment chains in a loop. Missing a Chain falls
1521   // back to normal LSR behavior for those uses.
1522   static const unsigned MaxChains = 8;
1523
1524   /// IVChainVec - IV users can form a chain of IV increments.
1525   SmallVector<IVChain, MaxChains> IVChainVec;
1526
1527   /// IVIncSet - IV users that belong to profitable IVChains.
1528   SmallPtrSet<Use*, MaxChains> IVIncSet;
1529
1530   void OptimizeShadowIV();
1531   bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse);
1532   ICmpInst *OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse);
1533   void OptimizeLoopTermCond();
1534
1535   void ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
1536                         SmallVectorImpl<ChainUsers> &ChainUsersVec);
1537   void FinalizeChain(IVChain &Chain);
1538   void CollectChains();
1539   void GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
1540                        SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts);
1541
1542   void CollectInterestingTypesAndFactors();
1543   void CollectFixupsAndInitialFormulae();
1544
1545   LSRFixup &getNewFixup() {
1546     Fixups.push_back(LSRFixup());
1547     return Fixups.back();
1548   }
1549
1550   // Support for sharing of LSRUses between LSRFixups.
1551   typedef DenseMap<std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType>,
1552                    size_t,
1553                    UseMapDenseMapInfo> UseMapTy;
1554   UseMapTy UseMap;
1555
1556   bool reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
1557                           LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy);
1558
1559   std::pair<size_t, int64_t> getUse(const SCEV *&Expr,
1560                                     LSRUse::KindType Kind,
1561                                     Type *AccessTy);
1562
1563   void DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1564
1565   LSRUse *FindUseWithSimilarFormula(const Formula &F, const LSRUse &OrigLU);
1566
1567   void InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1568   void InsertSupplementalFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1569   void CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx);
1570   bool InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F);
1571
1572   void CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
1573
1574   void GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base,
1575                               unsigned Depth = 0);
1576   void GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1577   void GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1578   void GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1579   void GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1580   void GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1581   void GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1582   void GenerateCrossUseConstantOffsets();
1583   void GenerateAllReuseFormulae();
1584
1585   void FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
1586
1587   size_t EstimateSearchSpaceComplexity() const;
1588   void NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
1589   void NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
1590   void NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
1591   void NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
1592   void NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
1593
1594   void SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1595                     Cost &SolutionCost,
1596                     SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
1597                     const Cost &CurCost,
1598                     const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
1599                     DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const;
1600   void Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const;
1601
1602   BasicBlock::iterator
1603     HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
1604                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs) const;
1605   BasicBlock::iterator
1606     AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
1607                                   const LSRFixup &LF,
1608                                   const LSRUse &LU,
1609                                   SCEVExpander &Rewriter) const;
1610
1611   Value *Expand(const LSRFixup &LF,
1612                 const Formula &F,
1613                 BasicBlock::iterator IP,
1614                 SCEVExpander &Rewriter,
1615                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const;
1616   void RewriteForPHI(PHINode *PN, const LSRFixup &LF,
1617                      const Formula &F,
1618                      SCEVExpander &Rewriter,
1619                      SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1620                      Pass *P) const;
1621   void Rewrite(const LSRFixup &LF,
1622                const Formula &F,
1623                SCEVExpander &Rewriter,
1624                SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1625                Pass *P) const;
1626   void ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1627                          Pass *P);
1628
1629 public:
1630   LSRInstance(const TargetLowering *tli, Loop *l, Pass *P);
1631
1632   bool getChanged() const { return Changed; }
1633
1634   void print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const;
1635   void print_fixups(raw_ostream &OS) const;
1636   void print_uses(raw_ostream &OS) const;
1637   void print(raw_ostream &OS) const;
1638   void dump() const;
1639 };
1640
1641 }
1642
1643 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1644 /// inside the loop then try to eliminate the cast operation.
1645 void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
1646   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1647   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1648     return;
1649
1650   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end();
1651        UI != E; /* empty */) {
1652     IVUsers::const_iterator CandidateUI = UI;
1653     ++UI;
1654     Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
1655     Type *DestTy = NULL;
1656     bool IsSigned = false;
1657
1658     /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1659        to eliminate this cast.
1660
1661          for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
1662            foo((double)i);
1663
1664        is transformed into
1665
1666          double d = 0.0;
1667          for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
1668            foo(d);
1669     */
1670     if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1671       IsSigned = false;
1672       DestTy = UCast->getDestTy();
1673     }
1674     else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1675       IsSigned = true;
1676       DestTy = SCast->getDestTy();
1677     }
1678     if (!DestTy) continue;
1679
1680     if (TLI) {
1681       // If target does not support DestTy natively then do not apply
1682       // this transformation.
1683       EVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
1684       if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
1685     }
1686
1687     PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1688     if (!PH) continue;
1689     if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1690
1691     Type *SrcTy = PH->getType();
1692     int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1693     if (Mantissa == -1) continue;
1694     if ((int)SE.getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1695       continue;
1696
1697     unsigned Entry, Latch;
1698     if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1699       Entry = 0;
1700       Latch = 1;
1701     } else {
1702       Entry = 1;
1703       Latch = 0;
1704     }
1705
1706     ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1707     if (!Init) continue;
1708     Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, IsSigned ?
1709                                         (double)Init->getSExtValue() :
1710                                         (double)Init->getZExtValue());
1711
1712     BinaryOperator *Incr =
1713       dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1714     if (!Incr) continue;
1715     if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1716         && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1717       continue;
1718
1719     /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1720     ConstantInt *C = NULL;
1721     if (Incr->getOperand(0) == PH)
1722       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1723     else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1724       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1725     else
1726       continue;
1727
1728     if (!C) continue;
1729
1730     // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
1731     // correctly. TODO: Remove this restriction.
1732     if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
1733
1734     /* Add new PHINode. */
1735     PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, 2, "IV.S.", PH);
1736
1737     /* create new increment. '++d' in above example. */
1738     Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1739     BinaryOperator *NewIncr =
1740       BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
1741                                Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
1742                              NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1743
1744     NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1745     NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1746
1747     /* Remove cast operation */
1748     ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1749     ShadowUse->eraseFromParent();
1750     Changed = true;
1751     break;
1752   }
1753 }
1754
1755 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1756 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1757 /// false.
1758 bool LSRInstance::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse) {
1759   for (IVUsers::iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1760     if (UI->getUser() == Cond) {
1761       // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1762       // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1763       // occurs enough in real life to handle.
1764       CondUse = UI;
1765       return true;
1766     }
1767   return false;
1768 }
1769
1770 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1771 /// a max computation.
1772 ///
1773 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1774 /// like this:
1775 ///
1776 ///   i = 0;
1777 ///   do {
1778 ///     p[i] = 0.0;
1779 ///   } while (++i < n);
1780 ///
1781 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
1782 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
1783 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
1784 /// will commonly be lowered like this:
1785 //
1786 ///   if (n > 0) {
1787 ///     i = 0;
1788 ///     do {
1789 ///       p[i] = 0.0;
1790 ///     } while (++i < n);
1791 ///   }
1792 ///
1793 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1794 /// test in such a way that indvars can't find it.
1795 ///
1796 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1797 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
1798 /// induction variable:
1799 ///
1800 ///   i = 0;
1801 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
1802 ///   do {
1803 ///     p[i] = 0.0;
1804 ///   } while (++i != max);
1805 ///
1806 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1807 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1808 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1809 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1810 /// needed, and it does this using a simple analysis that only succeeds if
1811 /// the loop has a canonical induction variable.
1812 ///
1813 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1814 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1815 ///
1816 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1817 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1818 /// the instructions for the maximum computation.
1819 ///
1820 ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
1821   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1822   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1823       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1824     return Cond;
1825
1826   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1827   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1828
1829   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1830   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1831     return Cond;
1832   const SCEV *One = SE.getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 1);
1833
1834   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
1835   const SCEV *IterationCount = SE.getAddExpr(One, BackedgeTakenCount);
1836   if (IterationCount != SE.getSCEV(Sel)) return Cond;
1837
1838   // Check for a max calculation that matches the pattern. There's no check
1839   // for ICMP_ULE here because the comparison would be with zero, which
1840   // isn't interesting.
1841   CmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
1842   const SCEVNAryExpr *Max = 0;
1843   if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(BackedgeTakenCount)) {
1844     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
1845     Max = S;
1846   } else if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount)) {
1847     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1848     Max = S;
1849   } else if (const SCEVUMaxExpr *U = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(IterationCount)) {
1850     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
1851     Max = U;
1852   } else {
1853     // No match; bail.
1854     return Cond;
1855   }
1856
1857   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
1858   // require additional checking and setup.
1859   if (Max->getNumOperands() != 2)
1860     return Cond;
1861
1862   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
1863   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
1864
1865   // ScalarEvolution canonicalizes constants to the left. For < and >, look
1866   // for a comparison with 1. For <= and >=, a comparison with zero.
1867   if (!MaxLHS ||
1868       (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) ? !MaxLHS->isZero() : (MaxLHS != One)))
1869     return Cond;
1870
1871   // Check the relevant induction variable for conformance to
1872   // the pattern.
1873   const SCEV *IV = SE.getSCEV(Cond->getOperand(0));
1874   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1875   if (!AR || !AR->isAffine() ||
1876       AR->getStart() != One ||
1877       AR->getStepRecurrence(SE) != One)
1878     return Cond;
1879
1880   assert(AR->getLoop() == L &&
1881          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
1882
1883   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
1884   // be used in the new comparison instruction.
1885   Value *NewRHS = 0;
1886   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred)) {
1887     // Look for n+1, and grab n.
1888     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(1)))
1889       if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)) &&
1890           cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->isOne() &&
1891           SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1892         NewRHS = BO->getOperand(0);
1893     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(2)))
1894       if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)) &&
1895           cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->isOne() &&
1896           SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1897         NewRHS = BO->getOperand(0);
1898     if (!NewRHS)
1899       return Cond;
1900   } else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
1901     NewRHS = Sel->getOperand(1);
1902   else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
1903     NewRHS = Sel->getOperand(2);
1904   else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(MaxRHS))
1905     NewRHS = SU->getValue();
1906   else
1907     // Max doesn't match expected pattern.
1908     return Cond;
1909
1910   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
1911   // and the original comparison may be either equality or inequality.
1912   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
1913     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
1914
1915   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
1916   // delete the max calculation.
1917   ICmpInst *NewCond =
1918     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
1919
1920   // Delete the max calculation instructions.
1921   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
1922   CondUse->setUser(NewCond);
1923   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
1924   Cond->eraseFromParent();
1925   Sel->eraseFromParent();
1926   if (Cmp->use_empty())
1927     Cmp->eraseFromParent();
1928   return NewCond;
1929 }
1930
1931 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
1932 /// postinc iv when possible.
1933 void
1934 LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
1935   SmallPtrSet<Instruction *, 4> PostIncs;
1936
1937   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1938   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
1939   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
1940
1941   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
1942     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
1943
1944     // Get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1945     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1946     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1947     // one register value.
1948
1949     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
1950     if (!TermBr)
1951       continue;
1952     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
1953     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1954       continue;
1955
1956     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1957     IVStrideUse *CondUse = 0;
1958     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1959     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse))
1960       continue;
1961
1962     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
1963     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
1964     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
1965     // One consequence of doing this now is that it disrupts the count-down
1966     // optimization. That's not always a bad thing though, because in such
1967     // cases it may still be worthwhile to avoid a max.
1968     Cond = OptimizeMax(Cond, CondUse);
1969
1970     // If this exiting block dominates the latch block, it may also use
1971     // the post-inc value if it won't be shared with other uses.
1972     // Check for dominance.
1973     if (!DT.dominates(ExitingBlock, LatchBlock))
1974       continue;
1975
1976     // Conservatively avoid trying to use the post-inc value in non-latch
1977     // exits if there may be pre-inc users in intervening blocks.
1978     if (LatchBlock != ExitingBlock)
1979       for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1980         // Test if the use is reachable from the exiting block. This dominator
1981         // query is a conservative approximation of reachability.
1982         if (&*UI != CondUse &&
1983             !DT.properlyDominates(UI->getUser()->getParent(), ExitingBlock)) {
1984           // Conservatively assume there may be reuse if the quotient of their
1985           // strides could be a legal scale.
1986           const SCEV *A = IU.getStride(*CondUse, L);
1987           const SCEV *B = IU.getStride(*UI, L);
1988           if (!A || !B) continue;
1989           if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) !=
1990               SE.getTypeSizeInBits(B->getType())) {
1991             if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) >
1992                 SE.getTypeSizeInBits(B->getType()))
1993               B = SE.getSignExtendExpr(B, A->getType());
1994             else
1995               A = SE.getSignExtendExpr(A, B->getType());
1996           }
1997           if (const SCEVConstant *D =
1998                 dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(B, A, SE))) {
1999             const ConstantInt *C = D->getValue();
2000             // Stride of one or negative one can have reuse with non-addresses.
2001             if (C->isOne() || C->isAllOnesValue())
2002               goto decline_post_inc;
2003             // Avoid weird situations.
2004             if (C->getValue().getMinSignedBits() >= 64 ||
2005                 C->getValue().isMinSignedValue())
2006               goto decline_post_inc;
2007             // Without TLI, assume that any stride might be valid, and so any
2008             // use might be shared.
2009             if (!TLI)
2010               goto decline_post_inc;
2011             // Check for possible scaled-address reuse.
2012             Type *AccessTy = getAccessType(UI->getUser());
2013             TargetLowering::AddrMode AM;
2014             AM.Scale = C->getSExtValue();
2015             if (TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
2016               goto decline_post_inc;
2017             AM.Scale = -AM.Scale;
2018             if (TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
2019               goto decline_post_inc;
2020           }
2021         }
2022
2023     DEBUG(dbgs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
2024                  << *Cond << '\n');
2025
2026     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2027     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2028     // the exiting block branch, move it.
2029     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != TermBr) {
2030       if (Cond->hasOneUse()) {
2031         Cond->moveBefore(TermBr);
2032       } else {
2033         // Clone the terminating condition and insert into the loopend.
2034         ICmpInst *OldCond = Cond;
2035         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2036         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2037         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2038
2039         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2040         CondUse = &IU.AddUser(Cond, CondUse->getOperandValToReplace());
2041         TermBr->replaceUsesOfWith(OldCond, Cond);
2042       }
2043     }
2044
2045     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2046     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2047     // live ranges for the IV correctly.
2048     CondUse->transformToPostInc(L);
2049     Changed = true;
2050
2051     PostIncs.insert(Cond);
2052   decline_post_inc:;
2053   }
2054
2055   // Determine an insertion point for the loop induction variable increment. It
2056   // must dominate all the post-inc comparisons we just set up, and it must
2057   // dominate the loop latch edge.
2058   IVIncInsertPos = L->getLoopLatch()->getTerminator();
2059   for (SmallPtrSet<Instruction *, 4>::const_iterator I = PostIncs.begin(),
2060        E = PostIncs.end(); I != E; ++I) {
2061     BasicBlock *BB =
2062       DT.findNearestCommonDominator(IVIncInsertPos->getParent(),
2063                                     (*I)->getParent());
2064     if (BB == (*I)->getParent())
2065       IVIncInsertPos = *I;
2066     else if (BB != IVIncInsertPos->getParent())
2067       IVIncInsertPos = BB->getTerminator();
2068   }
2069 }
2070
2071 /// reconcileNewOffset - Determine if the given use can accommodate a fixup
2072 /// at the given offset and other details. If so, update the use and
2073 /// return true.
2074 bool
2075 LSRInstance::reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
2076                                 LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
2077   int64_t NewMinOffset = LU.MinOffset;
2078   int64_t NewMaxOffset = LU.MaxOffset;
2079   Type *NewAccessTy = AccessTy;
2080
2081   // Check for a mismatched kind. It's tempting to collapse mismatched kinds to
2082   // something conservative, however this can pessimize in the case that one of
2083   // the uses will have all its uses outside the loop, for example.
2084   if (LU.Kind != Kind)
2085     return false;
2086   // Conservatively assume HasBaseReg is true for now.
2087   if (NewOffset < LU.MinOffset) {
2088     if (!isAlwaysFoldable(LU.MaxOffset - NewOffset, 0, HasBaseReg,
2089                           Kind, AccessTy, TLI))
2090       return false;
2091     NewMinOffset = NewOffset;
2092   } else if (NewOffset > LU.MaxOffset) {
2093     if (!isAlwaysFoldable(NewOffset - LU.MinOffset, 0, HasBaseReg,
2094                           Kind, AccessTy, TLI))
2095       return false;
2096     NewMaxOffset = NewOffset;
2097   }
2098   // Check for a mismatched access type, and fall back conservatively as needed.
2099   // TODO: Be less conservative when the type is similar and can use the same
2100   // addressing modes.
2101   if (Kind == LSRUse::Address && AccessTy != LU.AccessTy)
2102     NewAccessTy = Type::getVoidTy(AccessTy->getContext());
2103
2104   // Update the use.
2105   LU.MinOffset = NewMinOffset;
2106   LU.MaxOffset = NewMaxOffset;
2107   LU.AccessTy = NewAccessTy;
2108   if (NewOffset != LU.Offsets.back())
2109     LU.Offsets.push_back(NewOffset);
2110   return true;
2111 }
2112
2113 /// getUse - Return an LSRUse index and an offset value for a fixup which
2114 /// needs the given expression, with the given kind and optional access type.
2115 /// Either reuse an existing use or create a new one, as needed.
2116 std::pair<size_t, int64_t>
2117 LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
2118                     LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
2119   const SCEV *Copy = Expr;
2120   int64_t Offset = ExtractImmediate(Expr, SE);
2121
2122   // Basic uses can't accept any offset, for example.
2123   if (!isAlwaysFoldable(Offset, 0, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy, TLI)) {
2124     Expr = Copy;
2125     Offset = 0;
2126   }
2127
2128   std::pair<UseMapTy::iterator, bool> P =
2129     UseMap.insert(std::make_pair(std::make_pair(Expr, Kind), 0));
2130   if (!P.second) {
2131     // A use already existed with this base.
2132     size_t LUIdx = P.first->second;
2133     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2134     if (reconcileNewOffset(LU, Offset, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy))
2135       // Reuse this use.
2136       return std::make_pair(LUIdx, Offset);
2137   }
2138
2139   // Create a new use.
2140   size_t LUIdx = Uses.size();
2141   P.first->second = LUIdx;
2142   Uses.push_back(LSRUse(Kind, AccessTy));
2143   LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2144
2145   // We don't need to track redundant offsets, but we don't need to go out
2146   // of our way here to avoid them.
2147   if (LU.Offsets.empty() || Offset != LU.Offsets.back())
2148     LU.Offsets.push_back(Offset);
2149
2150   LU.MinOffset = Offset;
2151   LU.MaxOffset = Offset;
2152   return std::make_pair(LUIdx, Offset);
2153 }
2154
2155 /// DeleteUse - Delete the given use from the Uses list.
2156 void LSRInstance::DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2157   if (&LU != &Uses.back())
2158     std::swap(LU, Uses.back());
2159   Uses.pop_back();
2160
2161   // Update RegUses.
2162   RegUses.SwapAndDropUse(LUIdx, Uses.size());
2163 }
2164
2165 /// FindUseWithFormula - Look for a use distinct from OrigLU which is has
2166 /// a formula that has the same registers as the given formula.
2167 LSRUse *
2168 LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
2169                                        const LSRUse &OrigLU) {
2170   // Search all uses for the formula. This could be more clever.
2171   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2172     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2173     // Check whether this use is close enough to OrigLU, to see whether it's
2174     // worthwhile looking through its formulae.
2175     // Ignore ICmpZero uses because they may contain formulae generated by
2176     // GenerateICmpZeroScales, in which case adding fixup offsets may
2177     // be invalid.
2178     if (&LU != &OrigLU &&
2179         LU.Kind != LSRUse::ICmpZero &&
2180         LU.Kind == OrigLU.Kind && OrigLU.AccessTy == LU.AccessTy &&
2181         LU.WidestFixupType == OrigLU.WidestFixupType &&
2182         LU.HasFormulaWithSameRegs(OrigF)) {
2183       // Scan through this use's formulae.
2184       for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
2185            E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
2186         const Formula &F = *I;
2187         // Check to see if this formula has the same registers and symbols
2188         // as OrigF.
2189         if (F.BaseRegs == OrigF.BaseRegs &&
2190             F.ScaledReg == OrigF.ScaledReg &&
2191             F.AM.BaseGV == OrigF.AM.BaseGV &&
2192             F.AM.Scale == OrigF.AM.Scale &&
2193             F.UnfoldedOffset == OrigF.UnfoldedOffset) {
2194           if (F.AM.BaseOffs == 0)
2195             return &LU;
2196           // This is the formula where all the registers and symbols matched;
2197           // there aren't going to be any others. Since we declined it, we
2198           // can skip the rest of the formulae and proceed to the next LSRUse.
2199           break;
2200         }
2201       }
2202     }
2203   }
2204
2205   // Nothing looked good.
2206   return 0;
2207 }
2208
2209 void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
2210   SmallSetVector<const SCEV *, 4> Strides;
2211
2212   // Collect interesting types and strides.
2213   SmallVector<const SCEV *, 4> Worklist;
2214   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2215     const SCEV *Expr = IU.getExpr(*UI);
2216
2217     // Collect interesting types.
2218     Types.insert(SE.getEffectiveSCEVType(Expr->getType()));
2219
2220     // Add strides for mentioned loops.
2221     Worklist.push_back(Expr);
2222     do {
2223       const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
2224       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2225         if (AR->getLoop() == L)
2226           Strides.insert(AR->getStepRecurrence(SE));
2227         Worklist.push_back(AR->getStart());
2228       } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2229         Worklist.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
2230       }
2231     } while (!Worklist.empty());
2232   }
2233
2234   // Compute interesting factors from the set of interesting strides.
2235   for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator
2236        I = Strides.begin(), E = Strides.end(); I != E; ++I)
2237     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator NewStrideIter =
2238          llvm::next(I); NewStrideIter != E; ++NewStrideIter) {
2239       const SCEV *OldStride = *I;
2240       const SCEV *NewStride = *NewStrideIter;
2241
2242       if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) !=
2243           SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType())) {
2244         if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) >
2245             SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType()))
2246           NewStride = SE.getSignExtendExpr(NewStride, OldStride->getType());
2247         else
2248           OldStride = SE.getSignExtendExpr(OldStride, NewStride->getType());
2249       }
2250       if (const SCEVConstant *Factor =
2251             dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(NewStride, OldStride,
2252                                                         SE, true))) {
2253         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2254           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2255       } else if (const SCEVConstant *Factor =
2256                    dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(OldStride,
2257                                                                NewStride,
2258                                                                SE, true))) {
2259         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2260           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2261       }
2262     }
2263
2264   // If all uses use the same type, don't bother looking for truncation-based
2265   // reuse.
2266   if (Types.size() == 1)
2267     Types.clear();
2268
2269   DEBUG(print_factors_and_types(dbgs()));
2270 }
2271
2272 /// findIVOperand - Helper for CollectChains that finds an IV operand (computed
2273 /// by an AddRec in this loop) within [OI,OE) or returns OE. If IVUsers mapped
2274 /// Instructions to IVStrideUses, we could partially skip this.
2275 static User::op_iterator
2276 findIVOperand(User::op_iterator OI, User::op_iterator OE,
2277               Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
2278   for(; OI != OE; ++OI) {
2279     if (Instruction *Oper = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
2280       if (!SE.isSCEVable(Oper->getType()))
2281         continue;
2282
2283       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
2284           dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(Oper))) {
2285         if (AR->getLoop() == L)
2286           break;
2287       }
2288     }
2289   }
2290   return OI;
2291 }
2292
2293 /// getWideOperand - IVChain logic must consistenctly peek base TruncInst
2294 /// operands, so wrap it in a convenient helper.
2295 static Value *getWideOperand(Value *Oper) {
2296   if (TruncInst *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(Oper))
2297     return Trunc->getOperand(0);
2298   return Oper;
2299 }
2300
2301 /// isCompatibleIVType - Return true if we allow an IV chain to include both
2302 /// types.
2303 static bool isCompatibleIVType(Value *LVal, Value *RVal) {
2304   Type *LType = LVal->getType();
2305   Type *RType = RVal->getType();
2306   return (LType == RType) || (LType->isPointerTy() && RType->isPointerTy());
2307 }
2308
2309 /// getExprBase - Return an approximation of this SCEV expression's "base", or
2310 /// NULL for any constant. Returning the expression itself is
2311 /// conservative. Returning a deeper subexpression is more precise and valid as
2312 /// long as it isn't less complex than another subexpression. For expressions
2313 /// involving multiple unscaled values, we need to return the pointer-type
2314 /// SCEVUnknown. This avoids forming chains across objects, such as:
2315 /// PrevOper==a[i], IVOper==b[i], IVInc==b-a.
2316 ///
2317 /// Since SCEVUnknown is the rightmost type, and pointers are the rightmost
2318 /// SCEVUnknown, we simply return the rightmost SCEV operand.
2319 static const SCEV *getExprBase(const SCEV *S) {
2320   switch (S->getSCEVType()) {
2321   default: // uncluding scUnknown.
2322     return S;
2323   case scConstant:
2324     return 0;
2325   case scTruncate:
2326     return getExprBase(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand());
2327   case scZeroExtend:
2328     return getExprBase(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand());
2329   case scSignExtend:
2330     return getExprBase(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand());
2331   case scAddExpr: {
2332     // Skip over scaled operands (scMulExpr) to follow add operands as long as
2333     // there's nothing more complex.
2334     // FIXME: not sure if we want to recognize negation.
2335     const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(S);
2336     for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(Add->op_end()),
2337            E(Add->op_begin()); I != E; ++I) {
2338       const SCEV *SubExpr = *I;
2339       if (SubExpr->getSCEVType() == scAddExpr)
2340         return getExprBase(SubExpr);
2341
2342       if (SubExpr->getSCEVType() != scMulExpr)
2343         return SubExpr;
2344     }
2345     return S; // all operands are scaled, be conservative.
2346   }
2347   case scAddRecExpr:
2348     return getExprBase(cast<SCEVAddRecExpr>(S)->getStart());
2349   }
2350 }
2351
2352 /// Return true if the chain increment is profitable to expand into a loop
2353 /// invariant value, which may require its own register. A profitable chain
2354 /// increment will be an offset relative to the same base. We allow such offsets
2355 /// to potentially be used as chain increment as long as it's not obviously
2356 /// expensive to expand using real instructions.
2357 bool IVChain::isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
2358                                     const SCEV *IncExpr,
2359                                     ScalarEvolution &SE) {
2360   // Aggressively form chains when -stress-ivchain.
2361   if (StressIVChain)
2362     return true;
2363
2364   // Do not replace a constant offset from IV head with a nonconstant IV
2365   // increment.
2366   if (!isa<SCEVConstant>(IncExpr)) {
2367     const SCEV *HeadExpr = SE.getSCEV(getWideOperand(Incs[0].IVOperand));
2368     if (isa<SCEVConstant>(SE.getMinusSCEV(OperExpr, HeadExpr)))
2369       return 0;
2370   }
2371
2372   SmallPtrSet<const SCEV*, 8> Processed;
2373   return !isHighCostExpansion(IncExpr, Processed, SE);
2374 }
2375
2376 /// Return true if the number of registers needed for the chain is estimated to
2377 /// be less than the number required for the individual IV users. First prohibit
2378 /// any IV users that keep the IV live across increments (the Users set should
2379 /// be empty). Next count the number and type of increments in the chain.
2380 ///
2381 /// Chaining IVs can lead to considerable code bloat if ISEL doesn't
2382 /// effectively use postinc addressing modes. Only consider it profitable it the
2383 /// increments can be computed in fewer registers when chained.
2384 ///
2385 /// TODO: Consider IVInc free if it's already used in another chains.
2386 static bool
2387 isProfitableChain(IVChain &Chain, SmallPtrSet<Instruction*, 4> &Users,
2388                   ScalarEvolution &SE, const TargetLowering *TLI) {
2389   if (StressIVChain)
2390     return true;
2391
2392   if (!Chain.hasIncs())
2393     return false;
2394
2395   if (!Users.empty()) {
2396     DEBUG(dbgs() << "Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << " users:\n";
2397           for (SmallPtrSet<Instruction*, 4>::const_iterator I = Users.begin(),
2398                  E = Users.end(); I != E; ++I) {
2399             dbgs() << "  " << **I << "\n";
2400           });
2401     return false;
2402   }
2403   assert(!Chain.Incs.empty() && "empty IV chains are not allowed");
2404
2405   // The chain itself may require a register, so intialize cost to 1.
2406   int cost = 1;
2407
2408   // A complete chain likely eliminates the need for keeping the original IV in
2409   // a register. LSR does not currently know how to form a complete chain unless
2410   // the header phi already exists.
2411   if (isa<PHINode>(Chain.tailUserInst())
2412       && SE.getSCEV(Chain.tailUserInst()) == Chain.Incs[0].IncExpr) {
2413     --cost;
2414   }
2415   const SCEV *LastIncExpr = 0;
2416   unsigned NumConstIncrements = 0;
2417   unsigned NumVarIncrements = 0;
2418   unsigned NumReusedIncrements = 0;
2419   for (IVChain::const_iterator I = Chain.begin(), E = Chain.end();
2420        I != E; ++I) {
2421
2422     if (I->IncExpr->isZero())
2423       continue;
2424
2425     // Incrementing by zero or some constant is neutral. We assume constants can
2426     // be folded into an addressing mode or an add's immediate operand.
2427     if (isa<SCEVConstant>(I->IncExpr)) {
2428       ++NumConstIncrements;
2429       continue;
2430     }
2431
2432     if (I->IncExpr == LastIncExpr)
2433       ++NumReusedIncrements;
2434     else
2435       ++NumVarIncrements;
2436
2437     LastIncExpr = I->IncExpr;
2438   }
2439   // An IV chain with a single increment is handled by LSR's postinc
2440   // uses. However, a chain with multiple increments requires keeping the IV's
2441   // value live longer than it needs to be if chained.
2442   if (NumConstIncrements > 1)
2443     --cost;
2444
2445   // Materializing increment expressions in the preheader that didn't exist in
2446   // the original code may cost a register. For example, sign-extended array
2447   // indices can produce ridiculous increments like this:
2448   // IV + ((sext i32 (2 * %s) to i64) + (-1 * (sext i32 %s to i64)))
2449   cost += NumVarIncrements;
2450
2451   // Reusing variable increments likely saves a register to hold the multiple of
2452   // the stride.
2453   cost -= NumReusedIncrements;
2454
2455   DEBUG(dbgs() << "Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << " Cost: " << cost
2456                << "\n");
2457
2458   return cost < 0;
2459 }
2460
2461 /// ChainInstruction - Add this IV user to an existing chain or make it the head
2462 /// of a new chain.
2463 void LSRInstance::ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
2464                                    SmallVectorImpl<ChainUsers> &ChainUsersVec) {
2465   // When IVs are used as types of varying widths, they are generally converted
2466   // to a wider type with some uses remaining narrow under a (free) trunc.
2467   Value *const NextIV = getWideOperand(IVOper);
2468   const SCEV *const OperExpr = SE.getSCEV(NextIV);
2469   const SCEV *const OperExprBase = getExprBase(OperExpr);
2470
2471   // Visit all existing chains. Check if its IVOper can be computed as a
2472   // profitable loop invariant increment from the last link in the Chain.
2473   unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2474   const SCEV *LastIncExpr = 0;
2475   for (; ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
2476     IVChain &Chain = IVChainVec[ChainIdx];
2477
2478     // Prune the solution space aggressively by checking that both IV operands
2479     // are expressions that operate on the same unscaled SCEVUnknown. This
2480     // "base" will be canceled by the subsequent getMinusSCEV call. Checking
2481     // first avoids creating extra SCEV expressions.
2482     if (!StressIVChain && Chain.ExprBase != OperExprBase)
2483       continue;
2484
2485     Value *PrevIV = getWideOperand(Chain.Incs.back().IVOperand);
2486     if (!isCompatibleIVType(PrevIV, NextIV))
2487       continue;
2488
2489     // A phi node terminates a chain.
2490     if (isa<PHINode>(UserInst) && isa<PHINode>(Chain.tailUserInst()))
2491       continue;
2492
2493     // The increment must be loop-invariant so it can be kept in a register.
2494     const SCEV *PrevExpr = SE.getSCEV(PrevIV);
2495     const SCEV *IncExpr = SE.getMinusSCEV(OperExpr, PrevExpr);
2496     if (!SE.isLoopInvariant(IncExpr, L))
2497       continue;
2498
2499     if (Chain.isProfitableIncrement(OperExpr, IncExpr, SE)) {
2500       LastIncExpr = IncExpr;
2501       break;
2502     }
2503   }
2504   // If we haven't found a chain, create a new one, unless we hit the max. Don't
2505   // bother for phi nodes, because they must be last in the chain.
2506   if (ChainIdx == NChains) {
2507     if (isa<PHINode>(UserInst))
2508       return;
2509     if (NChains >= MaxChains && !StressIVChain) {
2510       DEBUG(dbgs() << "IV Chain Limit\n");
2511       return;
2512     }
2513     LastIncExpr = OperExpr;
2514     // IVUsers may have skipped over sign/zero extensions. We don't currently
2515     // attempt to form chains involving extensions unless they can be hoisted
2516     // into this loop's AddRec.
2517     if (!isa<SCEVAddRecExpr>(LastIncExpr))
2518       return;
2519     ++NChains;
2520     IVChainVec.push_back(IVChain(IVInc(UserInst, IVOper, LastIncExpr),
2521                                  OperExprBase));
2522     ChainUsersVec.resize(NChains);
2523     DEBUG(dbgs() << "IV Chain#" << ChainIdx << " Head: (" << *UserInst
2524                  << ") IV=" << *LastIncExpr << "\n");
2525   } else {
2526     DEBUG(dbgs() << "IV Chain#" << ChainIdx << "  Inc: (" << *UserInst
2527                  << ") IV+" << *LastIncExpr << "\n");
2528     // Add this IV user to the end of the chain.
2529     IVChainVec[ChainIdx].add(IVInc(UserInst, IVOper, LastIncExpr));
2530   }
2531
2532   SmallPtrSet<Instruction*,4> &NearUsers = ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers;
2533   // This chain's NearUsers become FarUsers.
2534   if (!LastIncExpr->isZero()) {
2535     ChainUsersVec[ChainIdx].FarUsers.insert(NearUsers.begin(),
2536                                             NearUsers.end());
2537     NearUsers.clear();
2538   }
2539
2540   // All other uses of IVOperand become near uses of the chain.
2541   // We currently ignore intermediate values within SCEV expressions, assuming
2542   // they will eventually be used be the current chain, or can be computed
2543   // from one of the chain increments. To be more precise we could
2544   // transitively follow its user and only add leaf IV users to the set.
2545   for (Value::use_iterator UseIter = IVOper->use_begin(),
2546          UseEnd = IVOper->use_end(); UseIter != UseEnd; ++UseIter) {
2547     Instruction *OtherUse = dyn_cast<Instruction>(*UseIter);
2548     if (!OtherUse || OtherUse == UserInst)
2549       continue;
2550     if (SE.isSCEVable(OtherUse->getType())
2551         && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(OtherUse))
2552         && IU.isIVUserOrOperand(OtherUse)) {
2553       continue;
2554     }
2555     NearUsers.insert(OtherUse);
2556   }
2557
2558   // Since this user is part of the chain, it's no longer considered a use
2559   // of the chain.
2560   ChainUsersVec[ChainIdx].FarUsers.erase(UserInst);
2561 }
2562
2563 /// CollectChains - Populate the vector of Chains.
2564 ///
2565 /// This decreases ILP at the architecture level. Targets with ample registers,
2566 /// multiple memory ports, and no register renaming probably don't want
2567 /// this. However, such targets should probably disable LSR altogether.
2568 ///
2569 /// The job of LSR is to make a reasonable choice of induction variables across
2570 /// the loop. Subsequent passes can easily "unchain" computation exposing more
2571 /// ILP *within the loop* if the target wants it.
2572 ///
2573 /// Finding the best IV chain is potentially a scheduling problem. Since LSR
2574 /// will not reorder memory operations, it will recognize this as a chain, but
2575 /// will generate redundant IV increments. Ideally this would be corrected later
2576 /// by a smart scheduler:
2577 ///        = A[i]
2578 ///        = A[i+x]
2579 /// A[i]   =
2580 /// A[i+x] =
2581 ///
2582 /// TODO: Walk the entire domtree within this loop, not just the path to the
2583 /// loop latch. This will discover chains on side paths, but requires
2584 /// maintaining multiple copies of the Chains state.
2585 void LSRInstance::CollectChains() {
2586   DEBUG(dbgs() << "Collecting IV Chains.\n");
2587   SmallVector<ChainUsers, 8> ChainUsersVec;
2588
2589   SmallVector<BasicBlock *,8> LatchPath;
2590   BasicBlock *LoopHeader = L->getHeader();
2591   for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(L->getLoopLatch());
2592        Rung->getBlock() != LoopHeader; Rung = Rung->getIDom()) {
2593     LatchPath.push_back(Rung->getBlock());
2594   }
2595   LatchPath.push_back(LoopHeader);
2596
2597   // Walk the instruction stream from the loop header to the loop latch.
2598   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::reverse_iterator
2599          BBIter = LatchPath.rbegin(), BBEnd = LatchPath.rend();
2600        BBIter != BBEnd; ++BBIter) {
2601     for (BasicBlock::iterator I = (*BBIter)->begin(), E = (*BBIter)->end();
2602          I != E; ++I) {
2603       // Skip instructions that weren't seen by IVUsers analysis.
2604       if (isa<PHINode>(I) || !IU.isIVUserOrOperand(I))
2605         continue;
2606
2607       // Ignore users that are part of a SCEV expression. This way we only
2608       // consider leaf IV Users. This effectively rediscovers a portion of
2609       // IVUsers analysis but in program order this time.
2610       if (SE.isSCEVable(I->getType()) && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(I)))
2611         continue;
2612
2613       // Remove this instruction from any NearUsers set it may be in.
2614       for (unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2615            ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
2616         ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers.erase(I);
2617       }
2618       // Search for operands that can be chained.
2619       SmallPtrSet<Instruction*, 4> UniqueOperands;
2620       User::op_iterator IVOpEnd = I->op_end();
2621       User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(I->op_begin(), IVOpEnd, L, SE);
2622       while (IVOpIter != IVOpEnd) {
2623         Instruction *IVOpInst = cast<Instruction>(*IVOpIter);
2624         if (UniqueOperands.insert(IVOpInst))
2625           ChainInstruction(I, IVOpInst, ChainUsersVec);
2626         IVOpIter = findIVOperand(llvm::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
2627       }
2628     } // Continue walking down the instructions.
2629   } // Continue walking down the domtree.
2630   // Visit phi backedges to determine if the chain can generate the IV postinc.
2631   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2632        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2633     if (!SE.isSCEVable(PN->getType()))
2634       continue;
2635
2636     Instruction *IncV =
2637       dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch()));
2638     if (IncV)
2639       ChainInstruction(PN, IncV, ChainUsersVec);
2640   }
2641   // Remove any unprofitable chains.
2642   unsigned ChainIdx = 0;
2643   for (unsigned UsersIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2644        UsersIdx < NChains; ++UsersIdx) {
2645     if (!isProfitableChain(IVChainVec[UsersIdx],
2646                            ChainUsersVec[UsersIdx].FarUsers, SE, TLI))
2647       continue;
2648     // Preserve the chain at UsesIdx.
2649     if (ChainIdx != UsersIdx)
2650       IVChainVec[ChainIdx] = IVChainVec[UsersIdx];
2651     FinalizeChain(IVChainVec[ChainIdx]);
2652     ++ChainIdx;
2653   }
2654   IVChainVec.resize(ChainIdx);
2655 }
2656
2657 void LSRInstance::FinalizeChain(IVChain &Chain) {
2658   assert(!Chain.Incs.empty() && "empty IV chains are not allowed");
2659   DEBUG(dbgs() << "Final Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << "\n");
2660
2661   for (IVChain::const_iterator I = Chain.begin(), E = Chain.end();
2662        I != E; ++I) {
2663     DEBUG(dbgs() << "        Inc: " << *I->UserInst << "\n");
2664     User::op_iterator UseI =
2665       std::find(I->UserInst->op_begin(), I->UserInst->op_end(), I->IVOperand);
2666     assert(UseI != I->UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
2667     IVIncSet.insert(UseI);
2668   }
2669 }
2670
2671 /// Return true if the IVInc can be folded into an addressing mode.
2672 static bool canFoldIVIncExpr(const SCEV *IncExpr, Instruction *UserInst,
2673                              Value *Operand, const TargetLowering *TLI) {
2674   const SCEVConstant *IncConst = dyn_cast<SCEVConstant>(IncExpr);
2675   if (!IncConst || !isAddressUse(UserInst, Operand))
2676     return false;
2677
2678   if (IncConst->getValue()->getValue().getMinSignedBits() > 64)
2679     return false;
2680
2681   int64_t IncOffset = IncConst->getValue()->getSExtValue();
2682   if (!isAlwaysFoldable(IncOffset, /*BaseGV=*/0, /*HaseBaseReg=*/false,
2683                        LSRUse::Address, getAccessType(UserInst), TLI))
2684     return false;
2685
2686   return true;
2687 }
2688
2689 /// GenerateIVChains - Generate an add or subtract for each IVInc in a chain to
2690 /// materialize the IV user's operand from the previous IV user's operand.
2691 void LSRInstance::GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
2692                                   SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
2693   // Find the new IVOperand for the head of the chain. It may have been replaced
2694   // by LSR.
2695   const IVInc &Head = Chain.Incs[0];
2696   User::op_iterator IVOpEnd = Head.UserInst->op_end();
2697   User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(Head.UserInst->op_begin(),
2698                                              IVOpEnd, L, SE);
2699   Value *IVSrc = 0;
2700   while (IVOpIter != IVOpEnd) {
2701     IVSrc = getWideOperand(*IVOpIter);
2702
2703     // If this operand computes the expression that the chain needs, we may use
2704     // it. (Check this after setting IVSrc which is used below.)
2705     //
2706     // Note that if Head.IncExpr is wider than IVSrc, then this phi is too
2707     // narrow for the chain, so we can no longer use it. We do allow using a
2708     // wider phi, assuming the LSR checked for free truncation. In that case we
2709     // should already have a truncate on this operand such that
2710     // getSCEV(IVSrc) == IncExpr.
2711     if (SE.getSCEV(*IVOpIter) == Head.IncExpr
2712         || SE.getSCEV(IVSrc) == Head.IncExpr) {
2713       break;
2714     }
2715     IVOpIter = findIVOperand(llvm::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
2716   }
2717   if (IVOpIter == IVOpEnd) {
2718     // Gracefully give up on this chain.
2719     DEBUG(dbgs() << "Concealed chain head: " << *Head.UserInst << "\n");
2720     return;
2721   }
2722
2723   DEBUG(dbgs() << "Generate chain at: " << *IVSrc << "\n");
2724   Type *IVTy = IVSrc->getType();
2725   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(IVTy);
2726   const SCEV *LeftOverExpr = 0;
2727   for (IVChain::const_iterator IncI = Chain.begin(),
2728          IncE = Chain.end(); IncI != IncE; ++IncI) {
2729
2730     Instruction *InsertPt = IncI->UserInst;
2731     if (isa<PHINode>(InsertPt))
2732       InsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
2733
2734     // IVOper will replace the current IV User's operand. IVSrc is the IV
2735     // value currently held in a register.
2736     Value *IVOper = IVSrc;
2737     if (!IncI->IncExpr->isZero()) {
2738       // IncExpr was the result of subtraction of two narrow values, so must
2739       // be signed.
2740       const SCEV *IncExpr = SE.getNoopOrSignExtend(IncI->IncExpr, IntTy);
2741       LeftOverExpr = LeftOverExpr ?
2742         SE.getAddExpr(LeftOverExpr, IncExpr) : IncExpr;
2743     }
2744     if (LeftOverExpr && !LeftOverExpr->isZero()) {
2745       // Expand the IV increment.
2746       Rewriter.clearPostInc();
2747       Value *IncV = Rewriter.expandCodeFor(LeftOverExpr, IntTy, InsertPt);
2748       const SCEV *IVOperExpr = SE.getAddExpr(SE.getUnknown(IVSrc),
2749                                              SE.getUnknown(IncV));
2750       IVOper = Rewriter.expandCodeFor(IVOperExpr, IVTy, InsertPt);
2751
2752       // If an IV increment can't be folded, use it as the next IV value.
2753       if (!canFoldIVIncExpr(LeftOverExpr, IncI->UserInst, IncI->IVOperand,
2754                             TLI)) {
2755         assert(IVTy == IVOper->getType() && "inconsistent IV increment type");
2756         IVSrc = IVOper;
2757         LeftOverExpr = 0;
2758       }
2759     }
2760     Type *OperTy = IncI->IVOperand->getType();
2761     if (IVTy != OperTy) {
2762       assert(SE.getTypeSizeInBits(IVTy) >= SE.getTypeSizeInBits(OperTy) &&
2763              "cannot extend a chained IV");
2764       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
2765       IVOper = Builder.CreateTruncOrBitCast(IVOper, OperTy, "lsr.chain");
2766     }
2767     IncI->UserInst->replaceUsesOfWith(IncI->IVOperand, IVOper);
2768     DeadInsts.push_back(IncI->IVOperand);
2769   }
2770   // If LSR created a new, wider phi, we may also replace its postinc. We only
2771   // do this if we also found a wide value for the head of the chain.
2772   if (isa<PHINode>(Chain.tailUserInst())) {
2773     for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2774          PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2775       if (!isCompatibleIVType(Phi, IVSrc))
2776         continue;
2777       Instruction *PostIncV = dyn_cast<Instruction>(
2778         Phi->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch()));
2779       if (!PostIncV || (SE.getSCEV(PostIncV) != SE.getSCEV(IVSrc)))
2780         continue;
2781       Value *IVOper = IVSrc;
2782       Type *PostIncTy = PostIncV->getType();
2783       if (IVTy != PostIncTy) {
2784         assert(PostIncTy->isPointerTy() && "mixing int/ptr IV types");
2785         IRBuilder<> Builder(L->getLoopLatch()->getTerminator());
2786         Builder.SetCurrentDebugLocation(PostIncV->getDebugLoc());
2787         IVOper = Builder.CreatePointerCast(IVSrc, PostIncTy, "lsr.chain");
2788       }
2789       Phi->replaceUsesOfWith(PostIncV, IVOper);
2790       DeadInsts.push_back(PostIncV);
2791     }
2792   }
2793 }
2794
2795 void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
2796   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2797     Instruction *UserInst = UI->getUser();
2798     // Skip IV users that are part of profitable IV Chains.
2799     User::op_iterator UseI = std::find(UserInst->op_begin(), UserInst->op_end(),
2800                                        UI->getOperandValToReplace());
2801     assert(UseI != UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
2802     if (IVIncSet.count(UseI))
2803       continue;
2804
2805     // Record the uses.
2806     LSRFixup &LF = getNewFixup();
2807     LF.UserInst = UserInst;
2808     LF.OperandValToReplace = UI->getOperandValToReplace();
2809     LF.PostIncLoops = UI->getPostIncLoops();
2810
2811     LSRUse::KindType Kind = LSRUse::Basic;
2812     Type *AccessTy = 0;
2813     if (isAddressUse(LF.UserInst, LF.OperandValToReplace)) {
2814       Kind = LSRUse::Address;
2815       AccessTy = getAccessType(LF.UserInst);
2816     }
2817
2818     const SCEV *S = IU.getExpr(*UI);
2819
2820     // Equality (== and !=) ICmps are special. We can rewrite (i == N) as
2821     // (N - i == 0), and this allows (N - i) to be the expression that we work
2822     // with rather than just N or i, so we can consider the register
2823     // requirements for both N and i at the same time. Limiting this code to
2824     // equality icmps is not a problem because all interesting loops use
2825     // equality icmps, thanks to IndVarSimplify.
2826     if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(LF.UserInst))
2827       if (CI->isEquality()) {
2828         // Swap the operands if needed to put the OperandValToReplace on the
2829         // left, for consistency.
2830         Value *NV = CI->getOperand(1);
2831         if (NV == LF.OperandValToReplace) {
2832           CI->setOperand(1, CI->getOperand(0));
2833           CI->setOperand(0, NV);
2834           NV = CI->getOperand(1);
2835           Changed = true;
2836         }
2837
2838         // x == y  -->  x - y == 0
2839         const SCEV *N = SE.getSCEV(NV);
2840         if (SE.isLoopInvariant(N, L) && isSafeToExpand(N)) {
2841           // S is normalized, so normalize N before folding it into S
2842           // to keep the result normalized.
2843           N = TransformForPostIncUse(Normalize, N, CI, 0,
2844                                      LF.PostIncLoops, SE, DT);
2845           Kind = LSRUse::ICmpZero;
2846           S = SE.getMinusSCEV(N, S);
2847         }
2848
2849         // -1 and the negations of all interesting strides (except the negation
2850         // of -1) are now also interesting.
2851         for (size_t i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i)
2852           if (Factors[i] != -1)
2853             Factors.insert(-(uint64_t)Factors[i]);
2854         Factors.insert(-1);
2855       }
2856
2857     // Set up the initial formula for this use.
2858     std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, Kind, AccessTy);
2859     LF.LUIdx = P.first;
2860     LF.Offset = P.second;
2861     LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
2862     LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
2863     if (!LU.WidestFixupType ||
2864         SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
2865         SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
2866       LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
2867
2868     // If this is the first use of this LSRUse, give it a formula.
2869     if (LU.Formulae.empty()) {
2870       InsertInitialFormula(S, LU, LF.LUIdx);
2871       CountRegisters(LU.Formulae.back(), LF.LUIdx);
2872     }
2873   }
2874
2875   DEBUG(print_fixups(dbgs()));
2876 }
2877
2878 /// InsertInitialFormula - Insert a formula for the given expression into
2879 /// the given use, separating out loop-variant portions from loop-invariant
2880 /// and loop-computable portions.
2881 void
2882 LSRInstance::InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2883   Formula F;
2884   F.InitialMatch(S, L, SE);
2885   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2886   assert(Inserted && "Initial formula already exists!"); (void)Inserted;
2887 }
2888
2889 /// InsertSupplementalFormula - Insert a simple single-register formula for
2890 /// the given expression into the given use.
2891 void
2892 LSRInstance::InsertSupplementalFormula(const SCEV *S,
2893                                        LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2894   Formula F;
2895   F.BaseRegs.push_back(S);
2896   F.AM.HasBaseReg = true;
2897   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2898   assert(Inserted && "Supplemental formula already exists!"); (void)Inserted;
2899 }
2900
2901 /// CountRegisters - Note which registers are used by the given formula,
2902 /// updating RegUses.
2903 void LSRInstance::CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx) {
2904   if (F.ScaledReg)
2905     RegUses.CountRegister(F.ScaledReg, LUIdx);
2906   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
2907        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
2908     RegUses.CountRegister(*I, LUIdx);
2909 }
2910
2911 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
2912 /// the list, and return true. Return false otherwise.
2913 bool LSRInstance::InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F) {
2914   if (!LU.InsertFormula(F))
2915     return false;
2916
2917   CountRegisters(F, LUIdx);
2918   return true;
2919 }
2920
2921 /// CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae - Check for other uses of
2922 /// loop-invariant values which we're tracking. These other uses will pin these
2923 /// values in registers, making them less profitable for elimination.
2924 /// TODO: This currently misses non-constant addrec step registers.
2925 /// TODO: Should this give more weight to users inside the loop?
2926 void
2927 LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
2928   SmallVector<const SCEV *, 8> Worklist(RegUses.begin(), RegUses.end());
2929   SmallPtrSet<const SCEV *, 8> Inserted;
2930
2931   while (!Worklist.empty()) {
2932     const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
2933
2934     if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S))
2935       Worklist.append(N->op_begin(), N->op_end());
2936     else if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
2937       Worklist.push_back(C->getOperand());
2938     else if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2939       Worklist.push_back(D->getLHS());
2940       Worklist.push_back(D->getRHS());
2941     } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2942       if (!Inserted.insert(U)) continue;
2943       const Value *V = U->getValue();
2944       if (const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2945         // Look for instructions defined outside the loop.
2946         if (L->contains(Inst)) continue;
2947       } else if (isa<UndefValue>(V))
2948         // Undef doesn't have a live range, so it doesn't matter.
2949         continue;
2950       for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
2951            UI != UE; ++UI) {
2952         const Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(*UI);
2953         // Ignore non-instructions.
2954         if (!UserInst)
2955           continue;
2956         // Ignore instructions in other functions (as can happen with
2957         // Constants).
2958         if (UserInst->getParent()->getParent() != L->getHeader()->getParent())
2959           continue;
2960         // Ignore instructions not dominated by the loop.
2961         const BasicBlock *UseBB = !isa<PHINode>(UserInst) ?
2962           UserInst->getParent() :
2963           cast<PHINode>(UserInst)->getIncomingBlock(
2964             PHINode::getIncomingValueNumForOperand(UI.getOperandNo()));
2965         if (!DT.dominates(L->getHeader(), UseBB))
2966           continue;
2967         // Ignore uses which are part of other SCEV expressions, to avoid
2968         // analyzing them multiple times.
2969         if (SE.isSCEVable(UserInst->getType())) {
2970           const SCEV *UserS = SE.getSCEV(const_cast<Instruction *>(UserInst));
2971           // If the user is a no-op, look through to its uses.
2972           if (!isa<SCEVUnknown>(UserS))
2973             continue;
2974           if (UserS == U) {
2975             Worklist.push_back(
2976               SE.getUnknown(const_cast<Instruction *>(UserInst)));
2977             continue;
2978           }
2979         }
2980         // Ignore icmp instructions which are already being analyzed.
2981         if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UserInst)) {
2982           unsigned OtherIdx = !UI.getOperandNo();
2983           Value *OtherOp = const_cast<Value *>(ICI->getOperand(OtherIdx));
2984           if (SE.hasComputableLoopEvolution(SE.getSCEV(OtherOp), L))
2985             continue;
2986         }
2987
2988         LSRFixup &LF = getNewFixup();
2989         LF.UserInst = const_cast<Instruction *>(UserInst);
2990         LF.OperandValToReplace = UI.getUse();
2991         std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, LSRUse::Basic, 0);
2992         LF.LUIdx = P.first;
2993         LF.Offset = P.second;
2994         LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
2995         LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
2996         if (!LU.WidestFixupType ||
2997             SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
2998             SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
2999           LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
3000         InsertSupplementalFormula(U, LU, LF.LUIdx);
3001         CountRegisters(LU.Formulae.back(), Uses.size() - 1);
3002         break;
3003       }
3004     }
3005   }
3006 }
3007
3008 /// CollectSubexprs - Split S into subexpressions which can be pulled out into
3009 /// separate registers. If C is non-null, multiply each subexpression by C.
3010 ///
3011 /// Return remainder expression after factoring the subexpressions captured by
3012 /// Ops. If Ops is complete, return NULL.
3013 static const SCEV *CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
3014                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
3015                                    const Loop *L,
3016                                    ScalarEvolution &SE,
3017                                    unsigned Depth = 0) {
3018   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
3019   if (Depth >= 3)
3020     return S;
3021
3022   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3023     // Break out add operands.
3024     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
3025          I != E; ++I) {
3026       const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(*I, C, Ops, L, SE, Depth+1);
3027       if (Remainder)
3028         Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
3029     }
3030     return NULL;
3031   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3032     // Split a non-zero base out of an addrec.
3033     if (AR->getStart()->isZero())
3034       return S;
3035
3036     const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(AR->getStart(),
3037                                             C, Ops, L, SE, Depth+1);
3038     // Split the non-zero AddRec unless it is part of a nested recurrence that
3039     // does not pertain to this loop.
3040     if (Remainder && (AR->getLoop() == L || !isa<SCEVAddRecExpr>(Remainder))) {
3041       Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
3042       Remainder = NULL;
3043     }
3044     if (Remainder != AR->getStart()) {
3045       if (!Remainder)
3046         Remainder = SE.getConstant(AR->getType(), 0);
3047       return SE.getAddRecExpr(Remainder,
3048                               AR->getStepRecurrence(SE),
3049                               AR->getLoop(),
3050                               //FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
3051                               SCEV::FlagAnyWrap);
3052     }
3053   } else if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3054     // Break (C * (a + b + c)) into C*a + C*b + C*c.
3055     if (Mul->getNumOperands() != 2)
3056       return S;
3057     if (const SCEVConstant *Op0 =
3058         dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
3059       C = C ? cast<SCEVConstant>(SE.getMulExpr(C, Op0)) : Op0;
3060       const SCEV *Remainder =
3061         CollectSubexprs(Mul->getOperand(1), C, Ops, L, SE, Depth+1);
3062       if (Remainder)
3063         Ops.push_back(SE.getMulExpr(C, Remainder));
3064       return NULL;
3065     }
3066   }
3067   return S;
3068 }
3069
3070 /// GenerateReassociations - Split out subexpressions from adds and the bases of
3071 /// addrecs.
3072 void LSRInstance::GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3073                                          Formula Base,
3074                                          unsigned Depth) {
3075   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
3076   if (Depth >= 3) return;
3077
3078   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3079     const SCEV *BaseReg = Base.BaseRegs[i];
3080
3081     SmallVector<const SCEV *, 8> AddOps;
3082     const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(BaseReg, 0, AddOps, L, SE);
3083     if (Remainder)
3084       AddOps.push_back(Remainder);
3085
3086     if (AddOps.size() == 1) continue;
3087
3088     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = AddOps.begin(),
3089          JE = AddOps.end(); J != JE; ++J) {
3090
3091       // Loop-variant "unknown" values are uninteresting; we won't be able to
3092       // do anything meaningful with them.
3093       if (isa<SCEVUnknown>(*J) && !SE.isLoopInvariant(*J, L))
3094         continue;
3095
3096       // Don't pull a constant into a register if the constant could be folded
3097       // into an immediate field.
3098       if (isAlwaysFoldable(*J, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3099                            Base.getNumRegs() > 1,
3100                            LU.Kind, LU.AccessTy, TLI, SE))
3101         continue;
3102
3103       // Collect all operands except *J.
3104       SmallVector<const SCEV *, 8> InnerAddOps
3105         (((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).begin(), J);
3106       InnerAddOps.append
3107         (llvm::next(J), ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).end());
3108
3109       // Don't leave just a constant behind in a register if the constant could
3110       // be folded into an immediate field.
3111       if (InnerAddOps.size() == 1 &&
3112           isAlwaysFoldable(InnerAddOps[0], LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3113                            Base.getNumRegs() > 1,
3114                            LU.Kind, LU.AccessTy, TLI, SE))
3115         continue;
3116
3117       const SCEV *InnerSum = SE.getAddExpr(InnerAddOps);
3118       if (InnerSum->isZero())
3119         continue;
3120       Formula F = Base;
3121
3122       // Add the remaining pieces of the add back into the new formula.
3123       const SCEVConstant *InnerSumSC = dyn_cast<SCEVConstant>(InnerSum);
3124       if (TLI && InnerSumSC &&
3125           SE.getTypeSizeInBits(InnerSumSC->getType()) <= 64 &&
3126           TLI->isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3127                                    InnerSumSC->getValue()->getZExtValue())) {
3128         F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3129                            InnerSumSC->getValue()->getZExtValue();
3130         F.BaseRegs.erase(F.BaseRegs.begin() + i);
3131       } else
3132         F.BaseRegs[i] = InnerSum;
3133
3134       // Add J as its own register, or an unfolded immediate.
3135       const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*J);
3136       if (TLI && SC && SE.getTypeSizeInBits(SC->getType()) <= 64 &&
3137           TLI->isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3138                                    SC->getValue()->getZExtValue()))
3139         F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3140                            SC->getValue()->getZExtValue();
3141       else
3142         F.BaseRegs.push_back(*J);
3143
3144       if (InsertFormula(LU, LUIdx, F))
3145         // If that formula hadn't been seen before, recurse to find more like
3146         // it.
3147         GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae.back(), Depth+1);
3148     }
3149   }
3150 }
3151
3152 /// GenerateCombinations - Generate a formula consisting of all of the
3153 /// loop-dominating registers added into a single register.
3154 void LSRInstance::GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3155                                        Formula Base) {
3156   // This method is only interesting on a plurality of registers.
3157   if (Base.BaseRegs.size() <= 1) return;
3158
3159   Formula F = Base;
3160   F.BaseRegs.clear();
3161   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
3162   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3163        I = Base.BaseRegs.begin(), E = Base.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3164     const SCEV *BaseReg = *I;
3165     if (SE.properlyDominates(BaseReg, L->getHeader()) &&
3166         !SE.hasComputableLoopEvolution(BaseReg, L))
3167       Ops.push_back(BaseReg);
3168     else
3169       F.BaseRegs.push_back(BaseReg);
3170   }
3171   if (Ops.size() > 1) {
3172     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Ops);
3173     // TODO: If Sum is zero, it probably means ScalarEvolution missed an
3174     // opportunity to fold something. For now, just ignore such cases
3175     // rather than proceed with zero in a register.
3176     if (!Sum->isZero()) {
3177       F.BaseRegs.push_back(Sum);
3178       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3179     }
3180   }
3181 }
3182
3183 /// GenerateSymbolicOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
3184 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3185                                           Formula Base) {
3186   // We can't add a symbolic offset if the address already contains one.
3187   if (Base.AM.BaseGV) return;
3188
3189   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3190     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
3191     GlobalValue *GV = ExtractSymbol(G, SE);
3192     if (G->isZero() || !GV)
3193       continue;
3194     Formula F = Base;
3195     F.AM.BaseGV = GV;
3196     if (!isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3197                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
3198       continue;
3199     F.BaseRegs[i] = G;
3200     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3201   }
3202 }
3203
3204 /// GenerateConstantOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
3205 void LSRInstance::GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3206                                           Formula Base) {
3207   // TODO: For now, just add the min and max offset, because it usually isn't
3208   // worthwhile looking at everything inbetween.
3209   SmallVector<int64_t, 2> Worklist;
3210   Worklist.push_back(LU.MinOffset);
3211   if (LU.MaxOffset != LU.MinOffset)
3212     Worklist.push_back(LU.MaxOffset);
3213
3214   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3215     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
3216
3217     for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Worklist.begin(),
3218          E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
3219       Formula F = Base;
3220       F.AM.BaseOffs = (uint64_t)Base.AM.BaseOffs - *I;
3221       if (isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset - *I, LU.MaxOffset - *I,
3222                      LU.Kind, LU.AccessTy, TLI)) {
3223         // Add the offset to the base register.
3224         const SCEV *NewG = SE.getAddExpr(SE.getConstant(G->getType(), *I), G);
3225         // If it cancelled out, drop the base register, otherwise update it.
3226         if (NewG->isZero()) {
3227           std::swap(F.BaseRegs[i], F.BaseRegs.back());
3228           F.BaseRegs.pop_back();
3229         } else
3230           F.BaseRegs[i] = NewG;
3231
3232         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3233       }
3234     }
3235
3236     int64_t Imm = ExtractImmediate(G, SE);
3237     if (G->isZero() || Imm == 0)
3238       continue;
3239     Formula F = Base;
3240     F.AM.BaseOffs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + Imm;
3241     if (!isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3242                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
3243       continue;
3244     F.BaseRegs[i] = G;
3245     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3246   }
3247 }
3248
3249 /// GenerateICmpZeroScales - For ICmpZero, check to see if we can scale up
3250 /// the comparison. For example, x == y -> x*c == y*c.
3251 void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3252                                          Formula Base) {
3253   if (LU.Kind != LSRUse::ICmpZero) return;
3254
3255   // Determine the integer type for the base formula.
3256   Type *IntTy = Base.getType();
3257   if (!IntTy) return;
3258   if (SE.getTypeSizeInBits(IntTy) > 64) return;
3259
3260   // Don't do this if there is more than one offset.
3261   if (LU.MinOffset != LU.MaxOffset) return;
3262
3263   assert(!Base.AM.BaseGV && "ICmpZero use is not legal!");
3264
3265   // Check each interesting stride.
3266   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3267        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3268     int64_t Factor = *I;
3269
3270     // Check that the multiplication doesn't overflow.
3271     if (Base.AM.BaseOffs == INT64_MIN && Factor == -1)
3272       continue;
3273     int64_t NewBaseOffs = (uint64_t)Base.AM.BaseOffs * Factor;
3274     if (NewBaseOffs / Factor != Base.AM.BaseOffs)
3275       continue;
3276
3277     // Check that multiplying with the use offset doesn't overflow.
3278     int64_t Offset = LU.MinOffset;
3279     if (Offset == INT64_MIN && Factor == -1)
3280       continue;
3281     Offset = (uint64_t)Offset * Factor;
3282     if (Offset / Factor != LU.MinOffset)
3283       continue;
3284
3285     Formula F = Base;
3286     F.AM.BaseOffs = NewBaseOffs;
3287
3288     // Check that this scale is legal.
3289     if (!isLegalUse(F.AM, Offset, Offset, LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
3290       continue;
3291
3292     // Compensate for the use having MinOffset built into it.
3293     F.AM.BaseOffs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + Offset - LU.MinOffset;
3294
3295     const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
3296
3297     // Check that multiplying with each base register doesn't overflow.
3298     for (size_t i = 0, e = F.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3299       F.BaseRegs[i] = SE.getMulExpr(F.BaseRegs[i], FactorS);
3300       if (getExactSDiv(F.BaseRegs[i], FactorS, SE) != Base.BaseRegs[i])
3301         goto next;
3302     }
3303
3304     // Check that multiplying with the scaled register doesn't overflow.
3305     if (F.ScaledReg) {
3306       F.ScaledReg = SE.getMulExpr(F.ScaledReg, FactorS);
3307       if (getExactSDiv(F.ScaledReg, FactorS, SE) != Base.ScaledReg)
3308         continue;
3309     }
3310
3311     // Check that multiplying with the unfolded offset doesn't overflow.
3312     if (F.UnfoldedOffset != 0) {
3313       if (F.UnfoldedOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
3314         continue;
3315       F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset * Factor;
3316       if (F.UnfoldedOffset / Factor != Base.UnfoldedOffset)
3317         continue;
3318     }
3319
3320     // If we make it here and it's legal, add it.
3321     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3322   next:;
3323   }
3324 }
3325
3326 /// GenerateScales - Generate stride factor reuse formulae by making use of
3327 /// scaled-offset address modes, for example.
3328 void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
3329   // Determine the integer type for the base formula.
3330   Type *IntTy = Base.getType();
3331   if (!IntTy) return;
3332
3333   // If this Formula already has a scaled register, we can't add another one.
3334   if (Base.AM.Scale != 0) return;
3335
3336   // Check each interesting stride.
3337   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3338        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3339     int64_t Factor = *I;
3340
3341     Base.AM.Scale = Factor;
3342     Base.AM.HasBaseReg = Base.BaseRegs.size() > 1;
3343     // Check whether this scale is going to be legal.
3344     if (!isLegalUse(Base.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3345                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI)) {
3346       // As a special-case, handle special out-of-loop Basic users specially.
3347       // TODO: Reconsider this special case.
3348       if (LU.Kind == LSRUse::Basic &&
3349           isLegalUse(Base.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3350                      LSRUse::Special, LU.AccessTy, TLI) &&
3351           LU.AllFixupsOutsideLoop)
3352         LU.Kind = LSRUse::Special;
3353       else
3354         continue;
3355     }
3356     // For an ICmpZero, negating a solitary base register won't lead to
3357     // new solutions.
3358     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero &&
3359         !Base.AM.HasBaseReg && Base.AM.BaseOffs == 0 && !Base.AM.BaseGV)
3360       continue;
3361     // For each addrec base reg, apply the scale, if possible.
3362     for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
3363       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
3364             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base.BaseRegs[i])) {
3365         const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
3366         if (FactorS->isZero())
3367           continue;
3368         // Divide out the factor, ignoring high bits, since we'll be
3369         // scaling the value back up in the end.
3370         if (const SCEV *Quotient = getExactSDiv(AR, FactorS, SE, true)) {
3371           // TODO: This could be optimized to avoid all the copying.
3372           Formula F = Base;
3373           F.ScaledReg = Quotient;
3374           F.DeleteBaseReg(F.BaseRegs[i]);
3375           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3376         }
3377       }
3378   }
3379 }
3380
3381 /// GenerateTruncates - Generate reuse formulae from different IV types.
3382 void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
3383   // This requires TargetLowering to tell us which truncates are free.
3384   if (!TLI) return;
3385
3386   // Don't bother truncating symbolic values.
3387   if (Base.AM.BaseGV) return;
3388
3389   // Determine the integer type for the base formula.
3390   Type *DstTy = Base.getType();
3391   if (!DstTy) return;
3392   DstTy = SE.getEffectiveSCEVType(DstTy);
3393
3394   for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
3395        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
3396     Type *SrcTy = *I;
3397     if (SrcTy != DstTy && TLI->isTruncateFree(SrcTy, DstTy)) {
3398       Formula F = Base;
3399
3400       if (F.ScaledReg) F.ScaledReg = SE.getAnyExtendExpr(F.ScaledReg, *I);
3401       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator J = F.BaseRegs.begin(),
3402            JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J)
3403         *J = SE.getAnyExtendExpr(*J, SrcTy);
3404
3405       // TODO: This assumes we've done basic processing on all uses and
3406       // have an idea what the register usage is.
3407       if (!F.hasRegsUsedByUsesOtherThan(LUIdx, RegUses))
3408         continue;
3409
3410       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3411     }
3412   }
3413 }
3414
3415 namespace {
3416
3417 /// WorkItem - Helper class for GenerateCrossUseConstantOffsets. It's used to
3418 /// defer modifications so that the search phase doesn't have to worry about
3419 /// the data structures moving underneath it.
3420 struct WorkItem {
3421   size_t LUIdx;
3422   int64_t Imm;
3423   const SCEV *OrigReg;
3424
3425   WorkItem(size_t LI, int64_t I, const SCEV *R)
3426     : LUIdx(LI), Imm(I), OrigReg(R) {}
3427
3428   void print(raw_ostream &OS) const;
3429   void dump() const;
3430 };
3431
3432 }
3433
3434 void WorkItem::print(raw_ostream &OS) const {
3435   OS << "in formulae referencing " << *OrigReg << " in use " << LUIdx
3436      << " , add offset " << Imm;
3437 }
3438
3439 void WorkItem::dump() const {
3440   print(errs()); errs() << '\n';
3441 }
3442
3443 /// GenerateCrossUseConstantOffsets - Look for registers which are a constant
3444 /// distance apart and try to form reuse opportunities between them.
3445 void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
3446   // Group the registers by their value without any added constant offset.
3447   typedef std::map<int64_t, const SCEV *> ImmMapTy;
3448   typedef DenseMap<const SCEV *, ImmMapTy> RegMapTy;
3449   RegMapTy Map;
3450   DenseMap<const SCEV *, SmallBitVector> UsedByIndicesMap;
3451   SmallVector<const SCEV *, 8> Sequence;
3452   for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
3453        I != E; ++I) {
3454     const SCEV *Reg = *I;
3455     int64_t Imm = ExtractImmediate(Reg, SE);
3456     std::pair<RegMapTy::iterator, bool> Pair =
3457       Map.insert(std::make_pair(Reg, ImmMapTy()));
3458     if (Pair.second)
3459       Sequence.push_back(Reg);
3460     Pair.first->second.insert(std::make_pair(Imm, *I));
3461     UsedByIndicesMap[Reg] |= RegUses.getUsedByIndices(*I);
3462   }
3463
3464   // Now examine each set of registers with the same base value. Build up
3465   // a list of work to do and do the work in a separate step so that we're
3466   // not adding formulae and register counts while we're searching.
3467   SmallVector<WorkItem, 32> WorkItems;
3468   SmallSet<std::pair<size_t, int64_t>, 32> UniqueItems;
3469   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Sequence.begin(),
3470        E = Sequence.end(); I != E; ++I) {
3471     const SCEV *Reg = *I;
3472     const ImmMapTy &Imms = Map.find(Reg)->second;
3473
3474     // It's not worthwhile looking for reuse if there's only one offset.
3475     if (Imms.size() == 1)
3476       continue;
3477
3478     DEBUG(dbgs() << "Generating cross-use offsets for " << *Reg << ':';
3479           for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
3480                J != JE; ++J)
3481             dbgs() << ' ' << J->first;
3482           dbgs() << '\n');
3483
3484     // Examine each offset.
3485     for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
3486          J != JE; ++J) {
3487       const SCEV *OrigReg = J->second;
3488
3489       int64_t JImm = J->first;
3490       const SmallBitVector &UsedByIndices = RegUses.getUsedByIndices(OrigReg);
3491
3492       if (!isa<SCEVConstant>(OrigReg) &&
3493           UsedByIndicesMap[Reg].count() == 1) {
3494         DEBUG(dbgs() << "Skipping cross-use reuse for " << *OrigReg << '\n');
3495         continue;
3496       }
3497
3498       // Conservatively examine offsets between this orig reg a few selected
3499       // other orig regs.
3500       ImmMapTy::const_iterator OtherImms[] = {
3501         Imms.begin(), prior(Imms.end()),
3502         Imms.lower_bound((Imms.begin()->first + prior(Imms.end())->first) / 2)
3503       };
3504       for (size_t i = 0, e = array_lengthof(OtherImms); i != e; ++i) {
3505         ImmMapTy::const_iterator M = OtherImms[i];
3506         if (M == J || M == JE) continue;
3507
3508         // Compute the difference between the two.
3509         int64_t Imm = (uint64_t)JImm - M->first;
3510         for (int LUIdx = UsedByIndices.find_first(); LUIdx != -1;
3511              LUIdx = UsedByIndices.find_next(LUIdx))
3512           // Make a memo of this use, offset, and register tuple.
3513           if (UniqueItems.insert(std::make_pair(LUIdx, Imm)))
3514             WorkItems.push_back(WorkItem(LUIdx, Imm, OrigReg));
3515       }
3516     }
3517   }
3518
3519   Map.clear();
3520   Sequence.clear();
3521   UsedByIndicesMap.clear();
3522   UniqueItems.clear();
3523
3524   // Now iterate through the worklist and add new formulae.
3525   for (SmallVectorImpl<WorkItem>::const_iterator I = WorkItems.begin(),
3526        E = WorkItems.end(); I != E; ++I) {
3527     const WorkItem &WI = *I;
3528     size_t LUIdx = WI.LUIdx;
3529     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3530     int64_t Imm = WI.Imm;
3531     const SCEV *OrigReg = WI.OrigReg;
3532
3533     Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(OrigReg->getType());
3534     const SCEV *NegImmS = SE.getSCEV(ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Imm));
3535     unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(IntTy);
3536
3537     // TODO: Use a more targeted data structure.
3538     for (size_t L = 0, LE = LU.Formulae.size(); L != LE; ++L) {
3539       const Formula &F = LU.Formulae[L];
3540       // Use the immediate in the scaled register.
3541       if (F.ScaledReg == OrigReg) {
3542         int64_t Offs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs +
3543                        Imm * (uint64_t)F.AM.Scale;
3544         // Don't create 50 + reg(-50).
3545         if (F.referencesReg(SE.getSCEV(
3546                    ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offs))))
3547           continue;
3548         Formula NewF = F;
3549         NewF.AM.BaseOffs = Offs;
3550         if (!isLegalUse(NewF.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3551                         LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
3552           continue;
3553         NewF.ScaledReg = SE.getAddExpr(NegImmS, NewF.ScaledReg);
3554
3555         // If the new scale is a constant in a register, and adding the constant
3556         // value to the immediate would produce a value closer to zero than the
3557         // immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
3558         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(NewF.ScaledReg))
3559           if (C->getValue()->isNegative() !=
3560                 (NewF.AM.BaseOffs < 0) &&
3561               (C->getValue()->getValue().abs() * APInt(BitWidth, F.AM.Scale))
3562                 .ule(abs64(NewF.AM.BaseOffs)))
3563             continue;
3564
3565         // OK, looks good.
3566         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
3567       } else {
3568         // Use the immediate in a base register.
3569         for (size_t N = 0, NE = F.BaseRegs.size(); N != NE; ++N) {
3570           const SCEV *BaseReg = F.BaseRegs[N];
3571           if (BaseReg != OrigReg)
3572             continue;
3573           Formula NewF = F;
3574           NewF.AM.BaseOffs = (uint64_t)NewF.AM.BaseOffs + Imm;
3575           if (!isLegalUse(NewF.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3576                           LU.Kind, LU.AccessTy, TLI)) {
3577             if (!TLI ||
3578                 !TLI->isLegalAddImmediate((uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm))
3579               continue;
3580             NewF = F;
3581             NewF.UnfoldedOffset = (uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm;
3582           }
3583           NewF.BaseRegs[N] = SE.getAddExpr(NegImmS, BaseReg);
3584
3585           // If the new formula has a constant in a register, and adding the
3586           // constant value to the immediate would produce a value closer to
3587           // zero than the immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
3588           for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3589                J = NewF.BaseRegs.begin(), JE = NewF.BaseRegs.end();
3590                J != JE; ++J)
3591             if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*J))
3592               if ((C->getValue()->getValue() + NewF.AM.BaseOffs).abs().slt(
3593                    abs64(NewF.AM.BaseOffs)) &&
3594                   (C->getValue()->getValue() +
3595                    NewF.AM.BaseOffs).countTrailingZeros() >=
3596                    CountTrailingZeros_64(NewF.AM.BaseOffs))
3597                 goto skip_formula;
3598
3599           // Ok, looks good.
3600           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
3601           break;
3602         skip_formula:;
3603         }
3604       }
3605     }
3606   }
3607 }
3608
3609 /// GenerateAllReuseFormulae - Generate formulae for each use.
3610 void
3611 LSRInstance::GenerateAllReuseFormulae() {
3612   // This is split into multiple loops so that hasRegsUsedByUsesOtherThan
3613   // queries are more precise.
3614   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3615     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3616     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3617       GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3618     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3619       GenerateCombinations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3620   }
3621   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3622     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3623     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3624       GenerateSymbolicOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3625     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3626       GenerateConstantOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3627     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3628       GenerateICmpZeroScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3629     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3630       GenerateScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3631   }
3632   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3633     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3634     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3635       GenerateTruncates(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3636   }
3637
3638   GenerateCrossUseConstantOffsets();
3639
3640   DEBUG(dbgs() << "\n"
3641                   "After generating reuse formulae:\n";
3642         print_uses(dbgs()));
3643 }
3644
3645 /// If there are multiple formulae with the same set of registers used
3646 /// by other uses, pick the best one and delete the others.
3647 void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
3648   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
3649   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> Regs;
3650   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> LoserRegs;
3651 #ifndef NDEBUG
3652   bool ChangedFormulae = false;
3653 #endif
3654
3655   // Collect the best formula for each unique set of shared registers. This
3656   // is reset for each use.
3657   typedef DenseMap<SmallVector<const SCEV *, 2>, size_t, UniquifierDenseMapInfo>
3658     BestFormulaeTy;
3659   BestFormulaeTy BestFormulae;
3660
3661   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3662     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3663     DEBUG(dbgs() << "Filtering for use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3664
3665     bool Any = false;
3666     for (size_t FIdx = 0, NumForms = LU.Formulae.size();
3667          FIdx != NumForms; ++FIdx) {
3668       Formula &F = LU.Formulae[FIdx];
3669
3670       // Some formulas are instant losers. For example, they may depend on
3671       // nonexistent AddRecs from other loops. These need to be filtered
3672       // immediately, otherwise heuristics could choose them over others leading
3673       // to an unsatisfactory solution. Passing LoserRegs into RateFormula here
3674       // avoids the need to recompute this information across formulae using the
3675       // same bad AddRec. Passing LoserRegs is also essential unless we remove
3676       // the corresponding bad register from the Regs set.
3677       Cost CostF;
3678       Regs.clear();
3679       CostF.RateFormula(F, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT,
3680                         &LoserRegs);
3681       if (CostF.isLoser()) {
3682         // During initial formula generation, undesirable formulae are generated
3683         // by uses within other loops that have some non-trivial address mode or
3684         // use the postinc form of the IV. LSR needs to provide these formulae
3685         // as the basis of rediscovering the desired formula that uses an AddRec
3686         // corresponding to the existing phi. Once all formulae have been
3687         // generated, these initial losers may be pruned.
3688         DEBUG(dbgs() << "  Filtering loser "; F.print(dbgs());
3689               dbgs() << "\n");
3690       }
3691       else {
3692         SmallVector<const SCEV *, 2> Key;
3693         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = F.BaseRegs.begin(),
3694                JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J) {
3695           const SCEV *Reg = *J;
3696           if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(Reg, LUIdx))
3697             Key.push_back(Reg);
3698         }
3699         if (F.ScaledReg &&
3700             RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(F.ScaledReg, LUIdx))
3701           Key.push_back(F.ScaledReg);
3702         // Unstable sort by host order ok, because this is only used for
3703         // uniquifying.
3704         std::sort(Key.begin(), Key.end());
3705
3706         std::pair<BestFormulaeTy::const_iterator, bool> P =
3707           BestFormulae.insert(std::make_pair(Key, FIdx));
3708         if (P.second)
3709           continue;
3710
3711         Formula &Best = LU.Formulae[P.first->second];
3712
3713         Cost CostBest;
3714         Regs.clear();
3715         CostBest.RateFormula(Best, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT);
3716         if (CostF < CostBest)
3717           std::swap(F, Best);
3718         DEBUG(dbgs() << "  Filtering out formula "; F.print(dbgs());
3719               dbgs() << "\n"
3720                         "    in favor of formula "; Best.print(dbgs());
3721               dbgs() << '\n');
3722       }
3723 #ifndef NDEBUG
3724       ChangedFormulae = true;
3725 #endif
3726       LU.DeleteFormula(F);
3727       --FIdx;
3728       --NumForms;
3729       Any = true;
3730     }
3731
3732     // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
3733     if (Any)
3734       LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3735
3736     // Reset this to prepare for the next use.
3737     BestFormulae.clear();
3738   }
3739
3740   DEBUG(if (ChangedFormulae) {
3741           dbgs() << "\n"
3742                     "After filtering out undesirable candidates:\n";
3743           print_uses(dbgs());
3744         });
3745 }
3746
3747 // This is a rough guess that seems to work fairly well.
3748 static const size_t ComplexityLimit = UINT16_MAX;
3749
3750 /// EstimateSearchSpaceComplexity - Estimate the worst-case number of
3751 /// solutions the solver might have to consider. It almost never considers
3752 /// this many solutions because it prune the search space, but the pruning
3753 /// isn't always sufficient.
3754 size_t LSRInstance::EstimateSearchSpaceComplexity() const {
3755   size_t Power = 1;
3756   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
3757        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
3758     size_t FSize = I->Formulae.size();
3759     if (FSize >= ComplexityLimit) {
3760       Power = ComplexityLimit;
3761       break;
3762     }
3763     Power *= FSize;
3764     if (Power >= ComplexityLimit)
3765       break;
3766   }
3767   return Power;
3768 }
3769
3770 /// NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets - When one formula uses a superset
3771 /// of the registers of another formula, it won't help reduce register
3772 /// pressure (though it may not necessarily hurt register pressure); remove
3773 /// it to simplify the system.
3774 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets() {
3775   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
3776     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
3777
3778     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by eliminating formulae "
3779                     "which use a superset of registers used by other "
3780                     "formulae.\n");
3781
3782     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3783       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3784       bool Any = false;
3785       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
3786         Formula &F = LU.Formulae[i];
3787         // Look for a formula with a constant or GV in a register. If the use
3788         // also has a formula with that same value in an immediate field,
3789         // delete the one that uses a register.
3790         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3791              I = F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3792           if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*I)) {
3793             Formula NewF = F;
3794             NewF.AM.BaseOffs += C->getValue()->getSExtValue();
3795             NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
3796                                 (I - F.BaseRegs.begin()));
3797             if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
3798               DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3799               LU.DeleteFormula(F);
3800               --i;
3801               --e;
3802               Any = true;
3803               break;
3804             }
3805           } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(*I)) {
3806             if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue()))
3807               if (!F.AM.BaseGV) {
3808                 Formula NewF = F;
3809                 NewF.AM.BaseGV = GV;
3810                 NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
3811                                     (I - F.BaseRegs.begin()));
3812                 if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
3813                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
3814                         dbgs() << '\n');
3815                   LU.DeleteFormula(F);
3816                   --i;
3817                   --e;
3818                   Any = true;
3819                   break;
3820                 }
3821               }
3822           }
3823         }
3824       }
3825       if (Any)
3826         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3827     }
3828
3829     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3830           print_uses(dbgs()));
3831   }
3832 }
3833
3834 /// NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode - When there are many registers
3835 /// for expressions like A, A+1, A+2, etc., allocate a single register for
3836 /// them.
3837 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode() {
3838   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
3839     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
3840
3841     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming that uses "
3842                     "separated by a constant offset will use the same "
3843                     "registers.\n");
3844
3845     // This is especially useful for unrolled loops.
3846
3847     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3848       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3849       for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
3850            E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
3851         const Formula &F = *I;
3852         if (F.AM.BaseOffs != 0 && F.AM.Scale == 0) {
3853           if (LSRUse *LUThatHas = FindUseWithSimilarFormula(F, LU)) {
3854             if (reconcileNewOffset(*LUThatHas, F.AM.BaseOffs,
3855                                    /*HasBaseReg=*/false,
3856                                    LU.Kind, LU.AccessTy)) {
3857               DEBUG(dbgs() << "  Deleting use "; LU.print(dbgs());
3858                     dbgs() << '\n');
3859
3860               LUThatHas->AllFixupsOutsideLoop &= LU.AllFixupsOutsideLoop;
3861
3862               // Update the relocs to reference the new use.
3863               for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::iterator I = Fixups.begin(),
3864                    E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
3865                 LSRFixup &Fixup = *I;
3866                 if (Fixup.LUIdx == LUIdx) {
3867                   Fixup.LUIdx = LUThatHas - &Uses.front();
3868                   Fixup.Offset += F.AM.BaseOffs;
3869                   // Add the new offset to LUThatHas' offset list.
3870                   if (LUThatHas->Offsets.back() != Fixup.Offset) {
3871                     LUThatHas->Offsets.push_back(Fixup.Offset);
3872                     if (Fixup.Offset > LUThatHas->MaxOffset)
3873                       LUThatHas->MaxOffset = Fixup.Offset;
3874                     if (Fixup.Offset < LUThatHas->MinOffset)
3875                       LUThatHas->MinOffset = Fixup.Offset;
3876                   }
3877                   DEBUG(dbgs() << "New fixup has offset "
3878                                << Fixup.Offset << '\n');
3879                 }
3880                 if (Fixup.LUIdx == NumUses-1)
3881                   Fixup.LUIdx = LUIdx;
3882               }
3883
3884               // Delete formulae from the new use which are no longer legal.
3885               bool Any = false;
3886               for (size_t i = 0, e = LUThatHas->Formulae.size(); i != e; ++i) {
3887                 Formula &F = LUThatHas->Formulae[i];
3888                 if (!isLegalUse(F.AM,
3889                                 LUThatHas->MinOffset, LUThatHas->MaxOffset,
3890                                 LUThatHas->Kind, LUThatHas->AccessTy, TLI)) {
3891                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
3892                         dbgs() << '\n');
3893                   LUThatHas->DeleteFormula(F);
3894                   --i;
3895                   --e;
3896                   Any = true;
3897                 }
3898               }
3899               if (Any)
3900                 LUThatHas->RecomputeRegs(LUThatHas - &Uses.front(), RegUses);
3901
3902               // Delete the old use.
3903               DeleteUse(LU, LUIdx);
3904               --LUIdx;
3905               --NumUses;
3906               break;
3907             }
3908           }
3909         }
3910       }
3911     }
3912
3913     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3914           print_uses(dbgs()));
3915   }
3916 }
3917
3918 /// NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters - Call
3919 /// FilterOutUndesirableDedicatedRegisters again, if necessary, now that
3920 /// we've done more filtering, as it may be able to find more formulae to
3921 /// eliminate.
3922 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters(){
3923   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
3924     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
3925
3926     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by re-filtering out "
3927                     "undesirable dedicated registers.\n");
3928
3929     FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
3930
3931     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3932           print_uses(dbgs()));
3933   }
3934 }
3935
3936 /// NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs - Pick a register which seems likely
3937 /// to be profitable, and then in any use which has any reference to that
3938 /// register, delete all formulae which do not reference that register.
3939 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs() {
3940   // With all other options exhausted, loop until the system is simple
3941   // enough to handle.
3942   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Taken;
3943   while (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
3944     // Ok, we have too many of formulae on our hands to conveniently handle.
3945     // Use a rough heuristic to thin out the list.
3946     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
3947
3948     // Pick the register which is used by the most LSRUses, which is likely
3949     // to be a good reuse register candidate.
3950     const SCEV *Best = 0;
3951     unsigned BestNum = 0;
3952     for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
3953          I != E; ++I) {
3954       const SCEV *Reg = *I;
3955       if (Taken.count(Reg))
3956         continue;
3957       if (!Best)
3958         Best = Reg;
3959       else {
3960         unsigned Count = RegUses.getUsedByIndices(Reg).count();
3961         if (Count > BestNum) {
3962           Best = Reg;
3963           BestNum = Count;
3964         }
3965       }
3966     }
3967
3968     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming " << *Best
3969                  << " will yield profitable reuse.\n");
3970     Taken.insert(Best);
3971
3972     // In any use with formulae which references this register, delete formulae
3973     // which don't reference it.
3974     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3975       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3976       if (!LU.Regs.count(Best)) continue;
3977
3978       bool Any = false;
3979       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
3980         Formula &F = LU.Formulae[i];
3981         if (!F.referencesReg(Best)) {
3982           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3983           LU.DeleteFormula(F);
3984           --e;
3985           --i;
3986           Any = true;
3987           assert(e != 0 && "Use has no formulae left! Is Regs inconsistent?");
3988           continue;
3989         }
3990       }
3991
3992       if (Any)
3993         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3994     }
3995
3996     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3997           print_uses(dbgs()));
3998   }
3999 }
4000
4001 /// NarrowSearchSpaceUsingHeuristics - If there are an extraordinary number of
4002 /// formulae to choose from, use some rough heuristics to prune down the number
4003 /// of formulae. This keeps the main solver from taking an extraordinary amount
4004 /// of time in some worst-case scenarios.
4005 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceUsingHeuristics() {
4006   NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
4007   NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
4008   NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
4009   NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
4010 }
4011
4012 /// SolveRecurse - This is the recursive solver.
4013 void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
4014                                Cost &SolutionCost,
4015                                SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
4016                                const Cost &CurCost,
4017                                const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
4018                                DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const {
4019   // Some ideas:
4020   //  - prune more:
4021   //    - use more aggressive filtering
4022   //    - sort the formula so that the most profitable solutions are found first
4023   //    - sort the uses too
4024   //  - search faster:
4025   //    - don't compute a cost, and then compare. compare while computing a cost
4026   //      and bail early.
4027   //    - track register sets with SmallBitVector
4028
4029   const LSRUse &LU = Uses[Workspace.size()];
4030
4031   // If this use references any register that's already a part of the
4032   // in-progress solution, consider it a requirement that a formula must
4033   // reference that register in order to be considered. This prunes out
4034   // unprofitable searching.
4035   SmallSetVector<const SCEV *, 4> ReqRegs;
4036   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator I = CurRegs.begin(),
4037        E = CurRegs.end(); I != E; ++I)
4038     if (LU.Regs.count(*I))
4039       ReqRegs.insert(*I);
4040
4041   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> NewRegs;
4042   Cost NewCost;
4043   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
4044        E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
4045     const Formula &F = *I;
4046
4047     // Ignore formulae which do not use any of the required registers.
4048     bool SatisfiedReqReg = true;
4049     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator J = ReqRegs.begin(),
4050          JE = ReqRegs.end(); J != JE; ++J) {
4051       const SCEV *Reg = *J;
4052       if ((!F.ScaledReg || F.ScaledReg != Reg) &&
4053           std::find(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end(), Reg) ==
4054           F.BaseRegs.end()) {
4055         SatisfiedReqReg = false;
4056         break;
4057       }
4058     }
4059     if (!SatisfiedReqReg) {
4060       // If none of the formulae satisfied the required registers, then we could
4061       // clear ReqRegs and try again. Currently, we simply give up in this case.
4062       continue;
4063     }
4064
4065     // Evaluate the cost of the current formula. If it's already worse than
4066     // the current best, prune the search at that point.
4067     NewCost = CurCost;
4068     NewRegs = CurRegs;
4069     NewCost.RateFormula(F, NewRegs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT);
4070     if (NewCost < SolutionCost) {
4071       Workspace.push_back(&F);
4072       if (Workspace.size() != Uses.size()) {
4073         SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, NewCost,
4074                      NewRegs, VisitedRegs);
4075         if (F.getNumRegs() == 1 && Workspace.size() == 1)
4076           VisitedRegs.insert(F.ScaledReg ? F.ScaledReg : F.BaseRegs[0]);
4077       } else {
4078         DEBUG(dbgs() << "New best at "; NewCost.print(dbgs());
4079               dbgs() << ".\n Regs:";
4080               for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator
4081                    I = NewRegs.begin(), E = NewRegs.end(); I != E; ++I)
4082                 dbgs() << ' ' << **I;
4083               dbgs() << '\n');
4084
4085         SolutionCost = NewCost;
4086         Solution = Workspace;
4087       }
4088       Workspace.pop_back();
4089     }
4090   }
4091 }
4092
4093 /// Solve - Choose one formula from each use. Return the results in the given
4094 /// Solution vector.
4095 void LSRInstance::Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const {
4096   SmallVector<const Formula *, 8> Workspace;
4097   Cost SolutionCost;
4098   SolutionCost.Loose();
4099   Cost CurCost;
4100   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> CurRegs;
4101   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
4102   Workspace.reserve(Uses.size());
4103
4104   // SolveRecurse does all the work.
4105   SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, CurCost,
4106                CurRegs, VisitedRegs);
4107   if (Solution.empty()) {
4108     DEBUG(dbgs() << "\nNo Satisfactory Solution\n");
4109     return;
4110   }
4111
4112   // Ok, we've now made all our decisions.
4113   DEBUG(dbgs() << "\n"
4114                   "The chosen solution requires "; SolutionCost.print(dbgs());
4115         dbgs() << ":\n";
4116         for (size_t i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
4117           dbgs() << "  ";
4118           Uses[i].print(dbgs());
4119           dbgs() << "\n"
4120                     "    ";
4121           Solution[i]->print(dbgs());
4122           dbgs() << '\n';
4123         });
4124
4125   assert(Solution.size() == Uses.size() && "Malformed solution!");
4126 }
4127
4128 /// HoistInsertPosition - Helper for AdjustInsertPositionForExpand. Climb up
4129 /// the dominator tree far as we can go while still being dominated by the
4130 /// input positions. This helps canonicalize the insert position, which
4131 /// encourages sharing.
4132 BasicBlock::iterator
4133 LSRInstance::HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
4134                                  const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs)
4135                                                                          const {
4136   for (;;) {
4137     const Loop *IPLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
4138     unsigned IPLoopDepth = IPLoop ? IPLoop->getLoopDepth() : 0;
4139
4140     BasicBlock *IDom;
4141     for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(IP->getParent()); ; ) {
4142       if (!Rung) return IP;
4143       Rung = Rung->getIDom();
4144       if (!Rung) return IP;
4145       IDom = Rung->getBlock();
4146
4147       // Don't climb into a loop though.
4148       const Loop *IDomLoop = LI.getLoopFor(IDom);
4149       unsigned IDomDepth = IDomLoop ? IDomLoop->getLoopDepth() : 0;
4150       if (IDomDepth <= IPLoopDepth &&
4151           (IDomDepth != IPLoopDepth || IDomLoop == IPLoop))
4152         break;
4153     }
4154
4155     bool AllDominate = true;
4156     Instruction *BetterPos = 0;
4157     Instruction *Tentative = IDom->getTerminator();
4158     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator I = Inputs.begin(),
4159          E = Inputs.end(); I != E; ++I) {
4160       Instruction *Inst = *I;
4161       if (Inst == Tentative || !DT.dominates(Inst, Tentative)) {
4162         AllDominate = false;
4163         break;
4164       }
4165       // Attempt to find an insert position in the middle of the block,
4166       // instead of at the end, so that it can be used for other expansions.
4167       if (IDom == Inst->getParent() &&
4168           (!BetterPos || !DT.dominates(Inst, BetterPos)))
4169         BetterPos = llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst));
4170     }
4171     if (!AllDominate)
4172       break;
4173     if (BetterPos)
4174       IP = BetterPos;
4175     else
4176       IP = Tentative;
4177   }
4178
4179   return IP;
4180 }
4181
4182 /// AdjustInsertPositionForExpand - Determine an input position which will be
4183 /// dominated by the operands and which will dominate the result.
4184 BasicBlock::iterator
4185 LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator LowestIP,
4186                                            const LSRFixup &LF,
4187                                            const LSRUse &LU,
4188                                            SCEVExpander &Rewriter) const {
4189   // Collect some instructions which must be dominated by the
4190   // expanding replacement. These must be dominated by any operands that
4191   // will be required in the expansion.
4192   SmallVector<Instruction *, 4> Inputs;
4193   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(LF.OperandValToReplace))
4194     Inputs.push_back(I);
4195   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero)
4196     if (Instruction *I =
4197           dyn_cast<Instruction>(cast<ICmpInst>(LF.UserInst)->getOperand(1)))
4198       Inputs.push_back(I);
4199   if (LF.PostIncLoops.count(L)) {
4200     if (LF.isUseFullyOutsideLoop(L))
4201       Inputs.push_back(L->getLoopLatch()->getTerminator());
4202     else
4203       Inputs.push_back(IVIncInsertPos);
4204   }
4205   // The expansion must also be dominated by the increment positions of any
4206   // loops it for which it is using post-inc mode.
4207   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = LF.PostIncLoops.begin(),
4208        E = LF.PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
4209     const Loop *PIL = *I;
4210     if (PIL == L) continue;
4211
4212     // Be dominated by the loop exit.
4213     SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
4214     PIL->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
4215     if (!ExitingBlocks.empty()) {
4216       BasicBlock *BB = ExitingBlocks[0];
4217       for (unsigned i = 1, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
4218         BB = DT.findNearestCommonDominator(BB, ExitingBlocks[i]);
4219       Inputs.push_back(BB->getTerminator());
4220     }
4221   }
4222
4223   assert(!isa<PHINode>(LowestIP) && !isa<LandingPadInst>(LowestIP)
4224          && !isa<DbgInfoIntrinsic>(LowestIP) &&
4225          "Insertion point must be a normal instruction");
4226
4227   // Then, climb up the immediate dominator tree as far as we can go while
4228   // still being dominated by the input positions.
4229   BasicBlock::iterator IP = HoistInsertPosition(LowestIP, Inputs);
4230
4231   // Don't insert instructions before PHI nodes.
4232   while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
4233
4234   // Ignore landingpad instructions.
4235   while (isa<LandingPadInst>(IP)) ++IP;
4236
4237   // Ignore debug intrinsics.
4238   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP)) ++IP;
4239
4240   // Set IP below instructions recently inserted by SCEVExpander. This keeps the
4241   // IP consistent across expansions and allows the previously inserted
4242   // instructions to be reused by subsequent expansion.
4243   while (Rewriter.isInsertedInstruction(IP) && IP != LowestIP) ++IP;
4244
4245   return IP;
4246 }
4247
4248 /// Expand - Emit instructions for the leading candidate expression for this
4249 /// LSRUse (this is called "expanding").
4250 Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
4251                            const Formula &F,
4252                            BasicBlock::iterator IP,
4253                            SCEVExpander &Rewriter,
4254                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const {
4255   const LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
4256
4257   // Determine an input position which will be dominated by the operands and
4258   // which will dominate the result.
4259   IP = AdjustInsertPositionForExpand(IP, LF, LU, Rewriter);
4260
4261   // Inform the Rewriter if we have a post-increment use, so that it can
4262   // perform an advantageous expansion.
4263   Rewriter.setPostInc(LF.PostIncLoops);
4264
4265   // This is the type that the user actually needs.
4266   Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4267   // This will be the type that we'll initially expand to.
4268   Type *Ty = F.getType();
4269   if (!Ty)
4270     // No type known; just expand directly to the ultimate type.
4271     Ty = OpTy;
4272   else if (SE.getEffectiveSCEVType(Ty) == SE.getEffectiveSCEVType(OpTy))
4273     // Expand directly to the ultimate type if it's the right size.
4274     Ty = OpTy;
4275   // This is the type to do integer arithmetic in.
4276   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
4277
4278   // Build up a list of operands to add together to form the full base.
4279   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
4280
4281   // Expand the BaseRegs portion.
4282   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
4283        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
4284     const SCEV *Reg = *I;
4285     assert(!Reg->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
4286
4287     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
4288     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
4289     Reg = TransformForPostIncUse(Denormalize, Reg,
4290                                  LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
4291                                  Loops, SE, DT);
4292
4293     Ops.push_back(SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(Reg, 0, IP)));
4294   }
4295
4296   // Expand the ScaledReg portion.
4297   Value *ICmpScaledV = 0;
4298   if (F.AM.Scale != 0) {
4299     const SCEV *ScaledS = F.ScaledReg;
4300
4301     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
4302     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
4303     ScaledS = TransformForPostIncUse(Denormalize, ScaledS,
4304                                      LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
4305                                      Loops, SE, DT);
4306
4307     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4308       // An interesting way of "folding" with an icmp is to use a negated
4309       // scale, which we'll implement by inserting it into the other operand
4310       // of the icmp.
4311       assert(F.AM.Scale == -1 &&
4312              "The only scale supported by ICmpZero uses is -1!");
4313       ICmpScaledV = Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP);
4314     } else {
4315       // Otherwise just expand the scaled register and an explicit scale,
4316       // which is expected to be matched as part of the address.
4317
4318       // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting address modes.
4319       if (!Ops.empty() && LU.Kind == LSRUse::Address) {
4320         Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4321         Ops.clear();
4322         Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4323       }
4324       ScaledS = SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP));
4325       ScaledS = SE.getMulExpr(ScaledS,
4326                               SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.AM.Scale));
4327       Ops.push_back(ScaledS);
4328     }
4329   }
4330
4331   // Expand the GV portion.
4332   if (F.AM.BaseGV) {
4333     // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
4334     if (!Ops.empty()) {
4335       Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4336       Ops.clear();
4337       Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4338     }
4339     Ops.push_back(SE.getUnknown(F.AM.BaseGV));
4340   }
4341
4342   // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting of both folded and
4343   // unfolded offsets. LSR assumes they both live next to their uses.
4344   if (!Ops.empty()) {
4345     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4346     Ops.clear();
4347     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4348   }
4349
4350   // Expand the immediate portion.
4351   int64_t Offset = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + LF.Offset;
4352   if (Offset != 0) {
4353     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4354       // The other interesting way of "folding" with an ICmpZero is to use a
4355       // negated immediate.
4356       if (!ICmpScaledV)
4357         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offset);
4358       else {
4359         Ops.push_back(SE.getUnknown(ICmpScaledV));
4360         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, Offset);
4361       }
4362     } else {
4363       // Just add the immediate values. These again are expected to be matched
4364       // as part of the address.
4365       Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy, Offset)));
4366     }
4367   }
4368
4369   // Expand the unfolded offset portion.
4370   int64_t UnfoldedOffset = F.UnfoldedOffset;
4371   if (UnfoldedOffset != 0) {
4372     // Just add the immediate values.
4373     Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy,
4374                                                        UnfoldedOffset)));
4375   }
4376
4377   // Emit instructions summing all the operands.
4378   const SCEV *FullS = Ops.empty() ?
4379                       SE.getConstant(IntTy, 0) :
4380                       SE.getAddExpr(Ops);
4381   Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(FullS, Ty, IP);
4382
4383   // We're done expanding now, so reset the rewriter.
4384   Rewriter.clearPostInc();
4385
4386   // An ICmpZero Formula represents an ICmp which we're handling as a
4387   // comparison against zero. Now that we've expanded an expression for that
4388   // form, update the ICmp's other operand.
4389   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4390     ICmpInst *CI = cast<ICmpInst>(LF.UserInst);
4391     DeadInsts.push_back(CI->getOperand(1));
4392     assert(!F.AM.BaseGV && "ICmp does not support folding a global value and "
4393                            "a scale at the same time!");
4394     if (F.AM.Scale == -1) {
4395       if (ICmpScaledV->getType() != OpTy) {
4396         Instruction *Cast =
4397           CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(ICmpScaledV, false,
4398                                                    OpTy, false),
4399                            ICmpScaledV, OpTy, "tmp", CI);
4400         ICmpScaledV = Cast;
4401       }
4402       CI->setOperand(1, ICmpScaledV);
4403     } else {
4404       assert(F.AM.Scale == 0 &&
4405              "ICmp does not support folding a global value and "
4406              "a scale at the same time!");
4407       Constant *C = ConstantInt::getSigned(SE.getEffectiveSCEVType(OpTy),
4408                                            -(uint64_t)Offset);
4409       if (C->getType() != OpTy)
4410         C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4411                                                           OpTy, false),
4412                                   C, OpTy);
4413
4414       CI->setOperand(1, C);
4415     }
4416   }
4417
4418   return FullV;
4419 }
4420
4421 /// RewriteForPHI - Helper for Rewrite. PHI nodes are special because the use
4422 /// of their operands effectively happens in their predecessor blocks, so the
4423 /// expression may need to be expanded in multiple places.
4424 void LSRInstance::RewriteForPHI(PHINode *PN,
4425                                 const LSRFixup &LF,
4426                                 const Formula &F,
4427                                 SCEVExpander &Rewriter,
4428                                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
4429                                 Pass *P) const {
4430   DenseMap<BasicBlock *, Value *> Inserted;
4431   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4432     if (PN->getIncomingValue(i) == LF.OperandValToReplace) {
4433       BasicBlock *BB = PN->getIncomingBlock(i);
4434
4435       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
4436       // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
4437       // is the canonical backedge for this loop, which complicates post-inc
4438       // users.
4439       if (e != 1 && BB->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
4440           !isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4441         BasicBlock *Parent = PN->getParent();
4442         Loop *PNLoop = LI.getLoopFor(Parent);
4443         if (!PNLoop || Parent != PNLoop->getHeader()) {
4444           // Split the critical edge.
4445           BasicBlock *NewBB = 0;
4446           if (!Parent->isLandingPad()) {
4447             NewBB = SplitCriticalEdge(BB, Parent, P,
4448                                       /*MergeIdenticalEdges=*/true,
4449                                       /*DontDeleteUselessPhis=*/true);
4450           } else {
4451             SmallVector<BasicBlock*, 2> NewBBs;
4452             SplitLandingPadPredecessors(Parent, BB, "", "", P, NewBBs);
4453             NewBB = NewBBs[0];
4454           }
4455
4456           // If PN is outside of the loop and BB is in the loop, we want to
4457           // move the block to be immediately before the PHI block, not
4458           // immediately after BB.
4459           if (L->contains(BB) && !L->contains(PN))
4460             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
4461
4462           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
4463           e = PN->getNumIncomingValues();
4464           BB = NewBB;
4465           i = PN->getBasicBlockIndex(BB);
4466         }
4467       }
4468
4469       std::pair<DenseMap<BasicBlock *, Value *>::iterator, bool> Pair =
4470         Inserted.insert(std::make_pair(BB, static_cast<Value *>(0)));
4471       if (!Pair.second)
4472         PN->setIncomingValue(i, Pair.first->second);
4473       else {
4474         Value *FullV = Expand(LF, F, BB->getTerminator(), Rewriter, DeadInsts);
4475
4476         // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
4477         Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4478         if (FullV->getType() != OpTy)
4479           FullV =
4480             CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false,
4481                                                      OpTy, false),
4482                              FullV, LF.OperandValToReplace->getType(),
4483                              "tmp", BB->getTerminator());
4484
4485         PN->setIncomingValue(i, FullV);
4486         Pair.first->second = FullV;
4487       }
4488     }
4489 }
4490
4491 /// Rewrite - Emit instructions for the leading candidate expression for this
4492 /// LSRUse (this is called "expanding"), and update the UserInst to reference
4493 /// the newly expanded value.
4494 void LSRInstance::Rewrite(const LSRFixup &LF,
4495                           const Formula &F,
4496                           SCEVExpander &Rewriter,
4497                           SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
4498                           Pass *P) const {
4499   // First, find an insertion point that dominates UserInst. For PHI nodes,
4500   // find the nearest block which dominates all the relevant uses.
4501   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(LF.UserInst)) {
4502     RewriteForPHI(PN, LF, F, Rewriter, DeadInsts, P);
4503   } else {
4504     Value *FullV = Expand(LF, F, LF.UserInst, Rewriter, DeadInsts);
4505
4506     // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
4507     Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4508     if (FullV->getType() != OpTy) {
4509       Instruction *Cast =
4510         CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false, OpTy, false),
4511                          FullV, OpTy, "tmp", LF.UserInst);
4512       FullV = Cast;
4513     }
4514
4515     // Update the user. ICmpZero is handled specially here (for now) because
4516     // Expand may have updated one of the operands of the icmp already, and
4517     // its new value may happen to be equal to LF.OperandValToReplace, in
4518     // which case doing replaceUsesOfWith leads to replacing both operands
4519     // with the same value. TODO: Reorganize this.
4520     if (Uses[LF.LUIdx].Kind == LSRUse::ICmpZero)
4521       LF.UserInst->setOperand(0, FullV);
4522     else
4523       LF.UserInst->replaceUsesOfWith(LF.OperandValToReplace, FullV);
4524   }
4525
4526   DeadInsts.push_back(LF.OperandValToReplace);
4527 }
4528
4529 /// ImplementSolution - Rewrite all the fixup locations with new values,
4530 /// following the chosen solution.
4531 void
4532 LSRInstance::ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
4533                                Pass *P) {
4534   // Keep track of instructions we may have made dead, so that
4535   // we can remove them after we are done working.
4536   SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
4537
4538   SCEVExpander Rewriter(SE, "lsr");
4539 #ifndef NDEBUG
4540   Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
4541 #endif
4542   Rewriter.disableCanonicalMode();
4543   Rewriter.enableLSRMode();
4544   Rewriter.setIVIncInsertPos(L, IVIncInsertPos);
4545
4546   // Mark phi nodes that terminate chains so the expander tries to reuse them.
4547   for (SmallVectorImpl<IVChain>::const_iterator ChainI = IVChainVec.begin(),
4548          ChainE = IVChainVec.end(); ChainI != ChainE; ++ChainI) {
4549     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(ChainI->tailUserInst()))
4550       Rewriter.setChainedPhi(PN);
4551   }
4552
4553   // Expand the new value definitions and update the users.
4554   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
4555        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
4556     const LSRFixup &Fixup = *I;
4557
4558     Rewrite(Fixup, *Solution[Fixup.LUIdx], Rewriter, DeadInsts, P);
4559
4560     Changed = true;
4561   }
4562
4563   for (SmallVectorImpl<IVChain>::const_iterator ChainI = IVChainVec.begin(),
4564          ChainE = IVChainVec.end(); ChainI != ChainE; ++ChainI) {
4565     GenerateIVChain(*ChainI, Rewriter, DeadInsts);
4566     Changed = true;
4567   }
4568   // Clean up after ourselves. This must be done before deleting any
4569   // instructions.
4570   Rewriter.clear();
4571
4572   Changed |= DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
4573 }
4574
4575 LSRInstance::LSRInstance(const TargetLowering *tli, Loop *l, Pass *P)
4576   : IU(P->getAnalysis<IVUsers>()),
4577     SE(P->getAnalysis<ScalarEvolution>()),
4578     DT(P->getAnalysis<DominatorTree>()),
4579     LI(P->getAnalysis<LoopInfo>()),
4580     TLI(tli), L(l), Changed(false), IVIncInsertPos(0) {
4581
4582   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
4583   if (!L->isLoopSimplifyForm())
4584     return;
4585
4586   // If there's no interesting work to be done, bail early.
4587   if (IU.empty()) return;
4588
4589   // If there's too much analysis to be done, bail early. We won't be able to
4590   // model the problem anyway.
4591   unsigned NumUsers = 0;
4592   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
4593     if (++NumUsers > MaxIVUsers) {
4594       DEBUG(dbgs() << "LSR skipping loop, too many IV Users in " << *L
4595             << "\n");
4596       return;
4597     }
4598   }
4599
4600 #ifndef NDEBUG
4601   // All dominating loops must have preheaders, or SCEVExpander may not be able
4602   // to materialize an AddRecExpr whose Start is an outer AddRecExpr.
4603   //
4604   // IVUsers analysis should only create users that are dominated by simple loop
4605   // headers. Since this loop should dominate all of its users, its user list
4606   // should be empty if this loop itself is not within a simple loop nest.
4607   for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(L->getLoopPreheader());
4608        Rung; Rung = Rung->getIDom()) {
4609     BasicBlock *BB = Rung->getBlock();
4610     const Loop *DomLoop = LI.getLoopFor(BB);
4611     if (DomLoop && DomLoop->getHeader() == BB) {
4612       assert(DomLoop->getLoopPreheader() && "LSR needs a simplified loop nest");
4613     }
4614   }
4615 #endif // DEBUG
4616
4617   DEBUG(dbgs() << "\nLSR on loop ";
4618         WriteAsOperand(dbgs(), L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
4619         dbgs() << ":\n");
4620
4621   // First, perform some low-level loop optimizations.
4622   OptimizeShadowIV();
4623   OptimizeLoopTermCond();
4624
4625   // If loop preparation eliminates all interesting IV users, bail.
4626   if (IU.empty()) return;
4627
4628   // Skip nested loops until we can model them better with formulae.
4629   if (!L->empty()) {
4630     DEBUG(dbgs() << "LSR skipping outer loop " << *L << "\n");
4631     return;
4632   }
4633
4634   // Start collecting data and preparing for the solver.
4635   CollectChains();
4636   CollectInterestingTypesAndFactors();
4637   CollectFixupsAndInitialFormulae();
4638   CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
4639
4640   assert(!Uses.empty() && "IVUsers reported at least one use");
4641   DEBUG(dbgs() << "LSR found " << Uses.size() << " uses:\n";
4642         print_uses(dbgs()));
4643
4644   // Now use the reuse data to generate a bunch of interesting ways
4645   // to formulate the values needed for the uses.
4646   GenerateAllReuseFormulae();
4647
4648   FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
4649   NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
4650
4651   SmallVector<const Formula *, 8> Solution;
4652   Solve(Solution);
4653
4654   // Release memory that is no longer needed.
4655   Factors.clear();
4656   Types.clear();
4657   RegUses.clear();
4658
4659   if (Solution.empty())
4660     return;
4661
4662 #ifndef NDEBUG
4663   // Formulae should be legal.
4664   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
4665        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
4666      const LSRUse &LU = *I;
4667      for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
4668           JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J)
4669         assert(isLegalUse(J->AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
4670                           LU.Kind, LU.AccessTy, TLI) &&
4671                "Illegal formula generated!");
4672   };
4673 #endif
4674
4675   // Now that we've decided what we want, make it so.
4676   ImplementSolution(Solution, P);
4677 }
4678
4679 void LSRInstance::print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const {
4680   if (Factors.empty() && Types.empty()) return;
4681
4682   OS << "LSR has identified the following interesting factors and types: ";
4683   bool First = true;
4684
4685   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
4686        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
4687     if (!First) OS << ", ";
4688     First = false;
4689     OS << '*' << *I;
4690   }
4691
4692   for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
4693        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
4694     if (!First) OS << ", ";
4695     First = false;
4696     OS << '(' << **I << ')';
4697   }
4698   OS << '\n';
4699 }
4700
4701 void LSRInstance::print_fixups(raw_ostream &OS) const {
4702   OS << "LSR is examining the following fixup sites:\n";
4703   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
4704        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
4705     dbgs() << "  ";
4706     I->print(OS);
4707     OS << '\n';
4708   }
4709 }
4710
4711 void LSRInstance::print_uses(raw_ostream &OS) const {
4712   OS << "LSR is examining the following uses:\n";
4713   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
4714        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
4715     const LSRUse &LU = *I;
4716     dbgs() << "  ";
4717     LU.print(OS);
4718     OS << '\n';
4719     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
4720          JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J) {
4721       OS << "    ";
4722       J->print(OS);
4723       OS << '\n';
4724     }
4725   }
4726 }
4727
4728 void LSRInstance::print(raw_ostream &OS) const {
4729   print_factors_and_types(OS);
4730   print_fixups(OS);
4731   print_uses(OS);
4732 }
4733
4734 void LSRInstance::dump() const {
4735   print(errs()); errs() << '\n';
4736 }
4737
4738 namespace {
4739
4740 class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
4741   /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
4742   /// transformation profitability.
4743   const TargetLowering *const TLI;
4744
4745 public:
4746   static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
4747   explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = 0);
4748
4749 private:
4750   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
4751   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
4752 };
4753
4754 }
4755
4756 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
4757 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
4758                 "Loop Strength Reduction", false, false)
4759 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
4760 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
4761 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(IVUsers)
4762 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
4763 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
4764 INITIALIZE_PASS_END(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
4765                 "Loop Strength Reduction", false, false)
4766
4767
4768 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
4769   return new LoopStrengthReduce(TLI);
4770 }
4771
4772 LoopStrengthReduce::LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli)
4773   : LoopPass(ID), TLI(tli) {
4774     initializeLoopStrengthReducePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
4775   }
4776
4777 void LoopStrengthReduce::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
4778   // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
4779   // many analyses if they are around.
4780   AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
4781
4782   AU.addRequired<LoopInfo>();
4783   AU.addPreserved<LoopInfo>();
4784   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
4785   AU.addRequired<DominatorTree>();
4786   AU.addPreserved<DominatorTree>();
4787   AU.addRequired<ScalarEvolution>();
4788   AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
4789   // Requiring LoopSimplify a second time here prevents IVUsers from running
4790   // twice, since LoopSimplify was invalidated by running ScalarEvolution.
4791   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
4792   AU.addRequired<IVUsers>();
4793   AU.addPreserved<IVUsers>();
4794 }
4795
4796 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
4797   bool Changed = false;
4798
4799   // Run the main LSR transformation.
4800   Changed |= LSRInstance(TLI, L, this).getChanged();
4801
4802   // Remove any extra phis created by processing inner loops.
4803   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
4804   if (EnablePhiElim) {
4805     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
4806     SCEVExpander Rewriter(getAnalysis<ScalarEvolution>(), "lsr");
4807 #ifndef NDEBUG
4808     Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
4809 #endif
4810     unsigned numFolded = Rewriter.
4811       replaceCongruentIVs(L, &getAnalysis<DominatorTree>(), DeadInsts, TLI);
4812     if (numFolded) {
4813       Changed = true;
4814       DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
4815       DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
4816     }
4817   }
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