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/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  67 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  68 #include "llvm/ADT/SmallBitVector.h"
  69 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
  70 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
  71 #include "llvm/Support/Debug.h"
  72 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
  73 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  74 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  75 #include <algorithm>
  76 using namespace llvm;
  77
  78 namespace {
  79
  80 /// RegSortData - This class holds data which is used to order reuse candidates.
  81 class RegSortData {
  82 public:
  83   /// UsedByIndices - This represents the set of LSRUse indices which reference
  84   /// a particular register.
  85   SmallBitVector UsedByIndices;
  86
  87   RegSortData() {}
  88
  89   void print(raw_ostream &OS) const;
  90   void dump() const;
  91 };
  92
  93 }
  94
  95 void RegSortData::print(raw_ostream &OS) const {
  96   OS << "[NumUses=" << UsedByIndices.count() << ']';
  97 }
  98
  99 void RegSortData::dump() const {
 100   print(errs()); errs() << '\n';
 101 }
 102
 103 namespace {
 104
 105 /// RegUseTracker - Map register candidates to information about how they are
 106 /// used.
 107 class RegUseTracker {
 108   typedef DenseMap<const SCEV *, RegSortData> RegUsesTy;
 109
 110   RegUsesTy RegUsesMap;
 111   SmallVector<const SCEV *, 16> RegSequence;
 112
 113 public:
 114   void CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
 115   void DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
 116   void DropUse(size_t LUIdx);
 117
 118   bool isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const;
 119
 120   const SmallBitVector &getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const;
 121
 122   void clear();
 123
 124   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator iterator;
 125   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator const_iterator;
 126   iterator begin() { return RegSequence.begin(); }
 127   iterator end()   { return RegSequence.end(); }
 128   const_iterator begin() const { return RegSequence.begin(); }
 129   const_iterator end() const   { return RegSequence.end(); }
 130 };
 131
 132 }
 133
 134 void
 135 RegUseTracker::CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
 136   std::pair<RegUsesTy::iterator, bool> Pair =
 137     RegUsesMap.insert(std::make_pair(Reg, RegSortData()));
 138   RegSortData &RSD = Pair.first->second;
 139   if (Pair.second)
 140     RegSequence.push_back(Reg);
 141   RSD.UsedByIndices.resize(std::max(RSD.UsedByIndices.size(), LUIdx + 1));
 142   RSD.UsedByIndices.set(LUIdx);
 143 }
 144
 145 void
 146 RegUseTracker::DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
 147   RegUsesTy::iterator It = RegUsesMap.find(Reg);
 148   assert(It != RegUsesMap.end());
 149   RegSortData &RSD = It->second;
 150   assert(RSD.UsedByIndices.size() > LUIdx);
 151   RSD.UsedByIndices.reset(LUIdx);
 152 }
 153
 154 void
 155 RegUseTracker::DropUse(size_t LUIdx) {
 156   // Remove the use index from every register's use list.
 157   for (RegUsesTy::iterator I = RegUsesMap.begin(), E = RegUsesMap.end();
 158        I != E; ++I)
 159     I->second.UsedByIndices.reset(LUIdx);
 160 }
 161
 162 bool
 163 RegUseTracker::isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const {
 164   if (!RegUsesMap.count(Reg)) return false;
 165   const SmallBitVector &UsedByIndices =
 166     RegUsesMap.find(Reg)->second.UsedByIndices;
 167   int i = UsedByIndices.find_first();
 168   if (i == -1) return false;
 169   if ((size_t)i != LUIdx) return true;
 170   return UsedByIndices.find_next(i) != -1;
 171 }
 172
 173 const SmallBitVector &RegUseTracker::getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const {
 174   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
 175   assert(I != RegUsesMap.end() && "Unknown register!");
 176   return I->second.UsedByIndices;
 177 }
 178
 179 void RegUseTracker::clear() {
 180   RegUsesMap.clear();
 181   RegSequence.clear();
 182 }
 183
 184 namespace {
 185
 186 /// Formula - This class holds information that describes a formula for
 187 /// computing satisfying a use. It may include broken-out immediates and scaled
 188 /// registers.
 189 struct Formula {
 190   /// AM - This is used to represent complex addressing, as well as other kinds
 191   /// of interesting uses.
 192   TargetLowering::AddrMode AM;
 193
 194   /// BaseRegs - The list of "base" registers for this use. When this is
 195   /// non-empty, AM.HasBaseReg should be set to true.
 196   SmallVector<const SCEV *, 2> BaseRegs;
 197
 198   /// ScaledReg - The 'scaled' register for this use. This should be non-null
 199   /// when AM.Scale is not zero.
 200   const SCEV *ScaledReg;
 201
 202   Formula() : ScaledReg(0) {}
 203
 204   void InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
 205                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
 206
 207   unsigned getNumRegs() const;
 208   const Type *getType() const;
 209
 210   void DeleteBaseReg(const SCEV *&S);
 211
 212   bool referencesReg(const SCEV *S) const;
 213   bool hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
 214                                   const RegUseTracker &RegUses) const;
 215
 216   void print(raw_ostream &OS) const;
 217   void dump() const;
 218 };
 219
 220 }
 221
 222 /// DoInitialMatch - Recursion helper for InitialMatch.
 223 static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
 224                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Good,
 225                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Bad,
 226                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
 227   // Collect expressions which properly dominate the loop header.
 228   if (S->properlyDominates(L->getHeader(), &DT)) {
 229     Good.push_back(S);
 230     return;
 231   }
 232
 233   // Look at add operands.
 234   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
 235     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
 236          I != E; ++I)
 237       DoInitialMatch(*I, L, Good, Bad, SE, DT);
 238     return;
 239   }
 240
 241   // Look at addrec operands.
 242   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
 243     if (!AR->getStart()->isZero()) {
 244       DoInitialMatch(AR->getStart(), L, Good, Bad, SE, DT);
 245       DoInitialMatch(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
 246                                       AR->getStepRecurrence(SE),
 247                                       AR->getLoop()),
 248                      L, Good, Bad, SE, DT);
 249       return;
 250     }
 251
 252   // Handle a multiplication by -1 (negation) if it didn't fold.
 253   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
 254     if (Mul->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
 255       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
 256       const SCEV *NewMul = SE.getMulExpr(Ops);
 257
 258       SmallVector<const SCEV *, 4> MyGood;
 259       SmallVector<const SCEV *, 4> MyBad;
 260       DoInitialMatch(NewMul, L, MyGood, MyBad, SE, DT);
 261       const SCEV *NegOne = SE.getSCEV(ConstantInt::getAllOnesValue(
 262         SE.getEffectiveSCEVType(NewMul->getType())));
 263       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyGood.begin(),
 264            E = MyGood.end(); I != E; ++I)
 265         Good.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
 266       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyBad.begin(),
 267            E = MyBad.end(); I != E; ++I)
 268         Bad.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
 269       return;
 270     }
 271
 272   // Ok, we can't do anything interesting. Just stuff the whole thing into a
 273   // register and hope for the best.
 274   Bad.push_back(S);
 275 }
 276
 277 /// InitialMatch - Incorporate loop-variant parts of S into this Formula,
 278 /// attempting to keep all loop-invariant and loop-computable values in a
 279 /// single base register.
 280 void Formula::InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
 281                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
 282   SmallVector<const SCEV *, 4> Good;
 283   SmallVector<const SCEV *, 4> Bad;
 284   DoInitialMatch(S, L, Good, Bad, SE, DT);
 285   if (!Good.empty()) {
 286     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Good);
 287     if (!Sum->isZero())
 288       BaseRegs.push_back(Sum);
 289     AM.HasBaseReg = true;
 290   }
 291   if (!Bad.empty()) {
 292     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Bad);
 293     if (!Sum->isZero())
 294       BaseRegs.push_back(Sum);
 295     AM.HasBaseReg = true;
 296   }
 297 }
 298
 299 /// getNumRegs - Return the total number of register operands used by this
 300 /// formula. This does not include register uses implied by non-constant
 301 /// addrec strides.
 302 unsigned Formula::getNumRegs() const {
 303   return !!ScaledReg + BaseRegs.size();
 304 }
 305
 306 /// getType - Return the type of this formula, if it has one, or null
 307 /// otherwise. This type is meaningless except for the bit size.
 308 const Type *Formula::getType() const {
 309   return !BaseRegs.empty() ? BaseRegs.front()->getType() :
 310          ScaledReg ? ScaledReg->getType() :
 311          AM.BaseGV ? AM.BaseGV->getType() :
 312          0;
 313 }
 314
 315 /// DeleteBaseReg - Delete the given base reg from the BaseRegs list.
 316 void Formula::DeleteBaseReg(const SCEV *&S) {
 317   if (&S != &BaseRegs.back())
 318     std::swap(S, BaseRegs.back());
 319   BaseRegs.pop_back();
 320 }
 321
 322 /// referencesReg - Test if this formula references the given register.
 323 bool Formula::referencesReg(const SCEV *S) const {
 324   return S == ScaledReg ||
 325          std::find(BaseRegs.begin(), BaseRegs.end(), S) != BaseRegs.end();
 326 }
 327
 328 /// hasRegsUsedByUsesOtherThan - Test whether this formula uses registers
 329 /// which are used by uses other than the use with the given index.
 330 bool Formula::hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
 331                                          const RegUseTracker &RegUses) const {
 332   if (ScaledReg)
 333     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(ScaledReg, LUIdx))
 334       return true;
 335   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
 336        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I)
 337     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(*I, LUIdx))
 338       return true;
 339   return false;
 340 }
 341
 342 void Formula::print(raw_ostream &OS) const {
 343   bool First = true;
 344   if (AM.BaseGV) {
 345     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 346     WriteAsOperand(OS, AM.BaseGV, /*PrintType=*/false);
 347   }
 348   if (AM.BaseOffs != 0) {
 349     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 350     OS << AM.BaseOffs;
 351   }
 352   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
 353        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
 354     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 355     OS << "reg(" << **I << ')';
 356   }
 357   if (AM.HasBaseReg && BaseRegs.empty()) {
 358     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 359     OS << "**error: HasBaseReg**";
 360   } else if (!AM.HasBaseReg && !BaseRegs.empty()) {
 361     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 362     OS << "**error: !HasBaseReg**";
 363   }
 364   if (AM.Scale != 0) {
 365     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 366     OS << AM.Scale << "*reg(";
 367     if (ScaledReg)
 368       OS << *ScaledReg;
 369     else
 370       OS << "<unknown>";
 371     OS << ')';
 372   }
 373 }
 374
 375 void Formula::dump() const {
 376   print(errs()); errs() << '\n';
 377 }
 378
 379 /// isAddRecSExtable - Return true if the given addrec can be sign-extended
 380 /// without changing its value.
 381 static bool isAddRecSExtable(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
 382   const Type *WideTy =
 383     IntegerType::get(SE.getContext(),
 384                      SE.getTypeSizeInBits(AR->getType()) + 1);
 385   return isa<SCEVAddRecExpr>(SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
 386 }
 387
 388 /// isAddSExtable - Return true if the given add can be sign-extended
 389 /// without changing its value.
 390 static bool isAddSExtable(const SCEVAddExpr *A, ScalarEvolution &SE) {
 391   const Type *WideTy =
 392     IntegerType::get(SE.getContext(),
 393                      SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) + 1);
 394   return isa<SCEVAddExpr>(SE.getSignExtendExpr(A, WideTy));
 395 }
 396
 397 /// isMulSExtable - Return true if the given add can be sign-extended
 398 /// without changing its value.
 399 static bool isMulSExtable(const SCEVMulExpr *A, ScalarEvolution &SE) {
 400   const Type *WideTy =
 401     IntegerType::get(SE.getContext(),
 402                      SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) + 1);
 403   return isa<SCEVMulExpr>(SE.getSignExtendExpr(A, WideTy));
 404 }
 405
 406 /// getExactSDiv - Return an expression for LHS /s RHS, if it can be determined
 407 /// and if the remainder is known to be zero,  or null otherwise. If
 408 /// IgnoreSignificantBits is true, expressions like (X * Y) /s Y are simplified
 409 /// to Y, ignoring that the multiplication may overflow, which is useful when
 410 /// the result will be used in a context where the most significant bits are
 411 /// ignored.
 412 static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
 413                                 ScalarEvolution &SE,
 414                                 bool IgnoreSignificantBits = false) {
 415   // Handle the trivial case, which works for any SCEV type.
 416   if (LHS == RHS)
 417     return SE.getConstant(LHS->getType(), 1);
 418
 419   // Handle x /s -1 as x * -1, to give ScalarEvolution a chance to do some
 420   // folding.
 421   if (RHS->isAllOnesValue())
 422     return SE.getMulExpr(LHS, RHS);
 423
 424   // Check for a division of a constant by a constant.
 425   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
 426     const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
 427     if (!RC)
 428       return 0;
 429     if (C->getValue()->getValue().srem(RC->getValue()->getValue()) != 0)
 430       return 0;
 431     return SE.getConstant(C->getValue()->getValue()
 432                .sdiv(RC->getValue()->getValue()));
 433   }
 434
 435   // Distribute the sdiv over addrec operands, if the addrec doesn't overflow.
 436   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
 437     if (IgnoreSignificantBits || isAddRecSExtable(AR, SE)) {
 438       const SCEV *Start = getExactSDiv(AR->getStart(), RHS, SE,
 439                                        IgnoreSignificantBits);
 440       if (!Start) return 0;
 441       const SCEV *Step = getExactSDiv(AR->getStepRecurrence(SE), RHS, SE,
 442                                       IgnoreSignificantBits);
 443       if (!Step) return 0;
 444       return SE.getAddRecExpr(Start, Step, AR->getLoop());
 445     }
 446   }
 447
 448   // Distribute the sdiv over add operands, if the add doesn't overflow.
 449   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
 450     if (IgnoreSignificantBits || isAddSExtable(Add, SE)) {
 451       SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
 452       for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
 453            I != E; ++I) {
 454         const SCEV *Op = getExactSDiv(*I, RHS, SE,
 455                                       IgnoreSignificantBits);
 456         if (!Op) return 0;
 457         Ops.push_back(Op);
 458       }
 459       return SE.getAddExpr(Ops);
 460     }
 461   }
 462
 463   // Check for a multiply operand that we can pull RHS out of.
 464   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS))
 465     if (IgnoreSignificantBits || isMulSExtable(Mul, SE)) {
 466       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
 467       bool Found = false;
 468       for (SCEVMulExpr::op_iterator I = Mul->op_begin(), E = Mul->op_end();
 469            I != E; ++I) {
 470         const SCEV *S = *I;
 471         if (!Found)
 472           if (const SCEV *Q = getExactSDiv(S, RHS, SE,
 473                                            IgnoreSignificantBits)) {
 474             S = Q;
 475             Found = true;
 476           }
 477         Ops.push_back(S);
 478       }
 479       return Found ? SE.getMulExpr(Ops) : 0;
 480     }
 481
 482   // Otherwise we don't know.
 483   return 0;
 484 }
 485
 486 /// ExtractImmediate - If S involves the addition of a constant integer value,
 487 /// return that integer value, and mutate S to point to a new SCEV with that
 488 /// value excluded.
 489 static int64_t ExtractImmediate(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
 490   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
 491     if (C->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64) {
 492       S = SE.getConstant(C->getType(), 0);
 493       return C->getValue()->getSExtValue();
 494     }
 495   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
 496     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
 497     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
 498     S = SE.getAddExpr(NewOps);
 499     return Result;
 500   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
 501     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
 502     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
 503     S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop());
 504     return Result;
 505   }
 506   return 0;
 507 }
 508
 509 /// ExtractSymbol - If S involves the addition of a GlobalValue address,
 510 /// return that symbol, and mutate S to point to a new SCEV with that
 511 /// value excluded.
 512 static GlobalValue *ExtractSymbol(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
 513   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
 514     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue())) {
 515       S = SE.getConstant(GV->getType(), 0);
 516       return GV;
 517     }
 518   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
 519     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
 520     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.back(), SE);
 521     S = SE.getAddExpr(NewOps);
 522     return Result;
 523   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
 524     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
 525     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.front(), SE);
 526     S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop());
 527     return Result;
 528   }
 529   return 0;
 530 }
 531
 532 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
 533 /// specified value as an address.
 534 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
 535   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
 536   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
 537     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
 538       isAddress = true;
 539   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
 540     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
 541     // of intrinsics.
 542     switch (II->getIntrinsicID()) {
 543       default: break;
 544       case Intrinsic::prefetch:
 545       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
 546       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
 547       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
 548       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
 549       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
 550       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
 551       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
 552         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
 553           isAddress = true;
 554         break;
 555     }
 556   }
 557   return isAddress;
 558 }
 559
 560 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
 561 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
 562   const Type *AccessTy = Inst->getType();
 563   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
 564     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
 565   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
 566     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
 567     // of intrinsics.
 568     switch (II->getIntrinsicID()) {
 569     default: break;
 570     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
 571     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
 572     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
 573     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
 574       AccessTy = II->getOperand(1)->getType();
 575       break;
 576     }
 577   }
 578
 579   // All pointers have the same requirements, so canonicalize them to an
 580   // arbitrary pointer type to minimize variation.
 581   if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(AccessTy))
 582     AccessTy = PointerType::get(IntegerType::get(PTy->getContext(), 1),
 583                                 PTy->getAddressSpace());
 584
 585   return AccessTy;
 586 }
 587
 588 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
 589 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
 590 /// their operands subsequently dead.
 591 static bool
 592 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
 593   bool Changed = false;
 594
 595   while (!DeadInsts.empty()) {
 596     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
 597
 598     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
 599       continue;
 600
 601     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
 602       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
 603         *OI = 0;
 604         if (U->use_empty())
 605           DeadInsts.push_back(U);
 606       }
 607
 608     I->eraseFromParent();
 609     Changed = true;
 610   }
 611
 612   return Changed;
 613 }
 614
 615 namespace {
 616
 617 /// Cost - This class is used to measure and compare candidate formulae.
 618 class Cost {
 619   /// TODO: Some of these could be merged. Also, a lexical ordering
 620   /// isn't always optimal.
 621   unsigned NumRegs;
 622   unsigned AddRecCost;
 623   unsigned NumIVMuls;
 624   unsigned NumBaseAdds;
 625   unsigned ImmCost;
 626   unsigned SetupCost;
 627
 628 public:
 629   Cost()
 630     : NumRegs(0), AddRecCost(0), NumIVMuls(0), NumBaseAdds(0), ImmCost(0),
 631       SetupCost(0) {}
 632
 633   unsigned getNumRegs() const { return NumRegs; }
 634
 635   bool operator<(const Cost &Other) const;
 636
 637   void Loose();
 638
 639   void RateFormula(const Formula &F,
 640                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 641                    const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
 642                    const Loop *L,
 643                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
 644                    ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
 645
 646   void print(raw_ostream &OS) const;
 647   void dump() const;
 648
 649 private:
 650   void RateRegister(const SCEV *Reg,
 651                     SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 652                     const Loop *L,
 653                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
 654   void RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
 655                            SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 656                            const Loop *L,
 657                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
 658 };
 659
 660 }
 661
 662 /// RateRegister - Tally up interesting quantities from the given register.
 663 void Cost::RateRegister(const SCEV *Reg,
 664                         SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 665                         const Loop *L,
 666                         ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
 667   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)) {
 668     if (AR->getLoop() == L)
 669       AddRecCost += 1; /// TODO: This should be a function of the stride.
 670
 671     // If this is an addrec for a loop that's already been visited by LSR,
 672     // don't second-guess its addrec phi nodes. LSR isn't currently smart
 673     // enough to reason about more than one loop at a time. Consider these
 674     // registers free and leave them alone.
 675     else if (L->contains(AR->getLoop()) ||
 676              (!AR->getLoop()->contains(L) &&
 677               DT.dominates(L->getHeader(), AR->getLoop()->getHeader()))) {
 678       for (BasicBlock::iterator I = AR->getLoop()->getHeader()->begin();
 679            PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
 680         if (SE.isSCEVable(PN->getType()) &&
 681             (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) ==
 682              SE.getEffectiveSCEVType(AR->getType())) &&
 683             SE.getSCEV(PN) == AR)
 684           return;
 685
 686       // If this isn't one of the addrecs that the loop already has, it
 687       // would require a costly new phi and add. TODO: This isn't
 688       // precisely modeled right now.
 689       ++NumBaseAdds;
 690       if (!Regs.count(AR->getStart()))
 691         RateRegister(AR->getStart(), Regs, L, SE, DT);
 692     }
 693
 694     // Add the step value register, if it needs one.
 695     // TODO: The non-affine case isn't precisely modeled here.
 696     if (!AR->isAffine() || !isa<SCEVConstant>(AR->getOperand(1)))
 697       if (!Regs.count(AR->getStart()))
 698         RateRegister(AR->getOperand(1), Regs, L, SE, DT);
 699   }
 700   ++NumRegs;
 701
 702   // Rough heuristic; favor registers which don't require extra setup
 703   // instructions in the preheader.
 704   if (!isa<SCEVUnknown>(Reg) &&
 705       !isa<SCEVConstant>(Reg) &&
 706       !(isa<SCEVAddRecExpr>(Reg) &&
 707         (isa<SCEVUnknown>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()) ||
 708          isa<SCEVConstant>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()))))
 709     ++SetupCost;
 710 }
 711
 712 /// RatePrimaryRegister - Record this register in the set. If we haven't seen it
 713 /// before, rate it.
 714 void Cost::RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
 715                                SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 716                                const Loop *L,
 717                                ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
 718   if (Regs.insert(Reg))
 719     RateRegister(Reg, Regs, L, SE, DT);
 720 }
 721
 722 void Cost::RateFormula(const Formula &F,
 723                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 724                        const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
 725                        const Loop *L,
 726                        const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
 727                        ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
 728   // Tally up the registers.
 729   if (const SCEV *ScaledReg = F.ScaledReg) {
 730     if (VisitedRegs.count(ScaledReg)) {
 731       Loose();
 732       return;
 733     }
 734     RatePrimaryRegister(ScaledReg, Regs, L, SE, DT);
 735   }
 736   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
 737        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
 738     const SCEV *BaseReg = *I;
 739     if (VisitedRegs.count(BaseReg)) {
 740       Loose();
 741       return;
 742     }
 743     RatePrimaryRegister(BaseReg, Regs, L, SE, DT);
 744
 745     NumIVMuls += isa<SCEVMulExpr>(BaseReg) &&
 746                  BaseReg->hasComputableLoopEvolution(L);
 747   }
 748
 749   if (F.BaseRegs.size() > 1)
 750     NumBaseAdds += F.BaseRegs.size() - 1;
 751
 752   // Tally up the non-zero immediates.
 753   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
 754        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
 755     int64_t Offset = (uint64_t)*I + F.AM.BaseOffs;
 756     if (F.AM.BaseGV)
 757       ImmCost += 64; // Handle symbolic values conservatively.
 758                      // TODO: This should probably be the pointer size.
 759     else if (Offset != 0)
 760       ImmCost += APInt(64, Offset, true).getMinSignedBits();
 761   }
 762 }
 763
 764 /// Loose - Set this cost to a loosing value.
 765 void Cost::Loose() {
 766   NumRegs = ~0u;
 767   AddRecCost = ~0u;
 768   NumIVMuls = ~0u;
 769   NumBaseAdds = ~0u;
 770   ImmCost = ~0u;
 771   SetupCost = ~0u;
 772 }
 773
 774 /// operator< - Choose the lower cost.
 775 bool Cost::operator<(const Cost &Other) const {
 776   if (NumRegs != Other.NumRegs)
 777     return NumRegs < Other.NumRegs;
 778   if (AddRecCost != Other.AddRecCost)
 779     return AddRecCost < Other.AddRecCost;
 780   if (NumIVMuls != Other.NumIVMuls)
 781     return NumIVMuls < Other.NumIVMuls;
 782   if (NumBaseAdds != Other.NumBaseAdds)
 783     return NumBaseAdds < Other.NumBaseAdds;
 784   if (ImmCost != Other.ImmCost)
 785     return ImmCost < Other.ImmCost;
 786   if (SetupCost != Other.SetupCost)
 787     return SetupCost < Other.SetupCost;
 788   return false;
 789 }
 790
 791 void Cost::print(raw_ostream &OS) const {
 792   OS << NumRegs << " reg" << (NumRegs == 1 ? "" : "s");
 793   if (AddRecCost != 0)
 794     OS << ", with addrec cost " << AddRecCost;
 795   if (NumIVMuls != 0)
 796     OS << ", plus " << NumIVMuls << " IV mul" << (NumIVMuls == 1 ? "" : "s");
 797   if (NumBaseAdds != 0)
 798     OS << ", plus " << NumBaseAdds << " base add"
 799        << (NumBaseAdds == 1 ? "" : "s");
 800   if (ImmCost != 0)
 801     OS << ", plus " << ImmCost << " imm cost";
 802   if (SetupCost != 0)
 803     OS << ", plus " << SetupCost << " setup cost";
 804 }
 805
 806 void Cost::dump() const {
 807   print(errs()); errs() << '\n';
 808 }
 809
 810 namespace {
 811
 812 /// LSRFixup - An operand value in an instruction which is to be replaced
 813 /// with some equivalent, possibly strength-reduced, replacement.
 814 struct LSRFixup {
 815   /// UserInst - The instruction which will be updated.
 816   Instruction *UserInst;
 817
 818   /// OperandValToReplace - The operand of the instruction which will
 819   /// be replaced. The operand may be used more than once; every instance
 820   /// will be replaced.
 821   Value *OperandValToReplace;
 822
 823   /// PostIncLoops - If this user is to use the post-incremented value of an
 824   /// induction variable, this variable is non-null and holds the loop
 825   /// associated with the induction variable.
 826   PostIncLoopSet PostIncLoops;
 827
 828   /// LUIdx - The index of the LSRUse describing the expression which
 829   /// this fixup needs, minus an offset (below).
 830   size_t LUIdx;
 831
 832   /// Offset - A constant offset to be added to the LSRUse expression.
 833   /// This allows multiple fixups to share the same LSRUse with different
 834   /// offsets, for example in an unrolled loop.
 835   int64_t Offset;
 836
 837   bool isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const;
 838
 839   LSRFixup();
 840
 841   void print(raw_ostream &OS) const;
 842   void dump() const;
 843 };
 844
 845 }
 846
 847 LSRFixup::LSRFixup()
 848   : UserInst(0), OperandValToReplace(0),
 849     LUIdx(~size_t(0)), Offset(0) {}
 850
 851 /// isUseFullyOutsideLoop - Test whether this fixup always uses its
 852 /// value outside of the given loop.
 853 bool LSRFixup::isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const {
 854   // PHI nodes use their value in their incoming blocks.
 855   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
 856     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 857       if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace &&
 858           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
 859         return false;
 860     return true;
 861   }
 862
 863   return !L->contains(UserInst);
 864 }
 865
 866 void LSRFixup::print(raw_ostream &OS) const {
 867   OS << "UserInst=";
 868   // Store is common and interesting enough to be worth special-casing.
 869   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(UserInst)) {
 870     OS << "store ";
 871     WriteAsOperand(OS, Store->getOperand(0), /*PrintType=*/false);
 872   } else if (UserInst->getType()->isVoidTy())
 873     OS << UserInst->getOpcodeName();
 874   else
 875     WriteAsOperand(OS, UserInst, /*PrintType=*/false);
 876
 877   OS << ", OperandValToReplace=";
 878   WriteAsOperand(OS, OperandValToReplace, /*PrintType=*/false);
 879
 880   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = PostIncLoops.begin(),
 881        E = PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
 882     OS << ", PostIncLoop=";
 883     WriteAsOperand(OS, (*I)->getHeader(), /*PrintType=*/false);
 884   }
 885
 886   if (LUIdx != ~size_t(0))
 887     OS << ", LUIdx=" << LUIdx;
 888
 889   if (Offset != 0)
 890     OS << ", Offset=" << Offset;
 891 }
 892
 893 void LSRFixup::dump() const {
 894   print(errs()); errs() << '\n';
 895 }
 896
 897 namespace {
 898
 899 /// UniquifierDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
 900 /// DenseMaps and DenseSets of sorted SmallVectors of const SCEV*.
 901 struct UniquifierDenseMapInfo {
 902   static SmallVector<const SCEV *, 2> getEmptyKey() {
 903     SmallVector<const SCEV *, 2> V;
 904     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1));
 905     return V;
 906   }
 907
 908   static SmallVector<const SCEV *, 2> getTombstoneKey() {
 909     SmallVector<const SCEV *, 2> V;
 910     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2));
 911     return V;
 912   }
 913
 914   static unsigned getHashValue(const SmallVector<const SCEV *, 2> &V) {
 915     unsigned Result = 0;
 916     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = V.begin(),
 917          E = V.end(); I != E; ++I)
 918       Result ^= DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(*I);
 919     return Result;
 920   }
 921
 922   static bool isEqual(const SmallVector<const SCEV *, 2> &LHS,
 923                       const SmallVector<const SCEV *, 2> &RHS) {
 924     return LHS == RHS;
 925   }
 926 };
 927
 928 /// LSRUse - This class holds the state that LSR keeps for each use in
 929 /// IVUsers, as well as uses invented by LSR itself. It includes information
 930 /// about what kinds of things can be folded into the user, information about
 931 /// the user itself, and information about how the use may be satisfied.
 932 /// TODO: Represent multiple users of the same expression in common?
 933 class LSRUse {
 934   DenseSet<SmallVector<const SCEV *, 2>, UniquifierDenseMapInfo> Uniquifier;
 935
 936 public:
 937   /// KindType - An enum for a kind of use, indicating what types of
 938   /// scaled and immediate operands it might support.
 939   enum KindType {
 940     Basic,   ///< A normal use, with no folding.
 941     Special, ///< A special case of basic, allowing -1 scales.
 942     Address, ///< An address use; folding according to TargetLowering
 943     ICmpZero ///< An equality icmp with both operands folded into one.
 944     // TODO: Add a generic icmp too?
 945   };
 946
 947   KindType Kind;
 948   const Type *AccessTy;
 949
 950   SmallVector<int64_t, 8> Offsets;
 951   int64_t MinOffset;
 952   int64_t MaxOffset;
 953
 954   /// AllFixupsOutsideLoop - This records whether all of the fixups using this
 955   /// LSRUse are outside of the loop, in which case some special-case heuristics
 956   /// may be used.
 957   bool AllFixupsOutsideLoop;
 958
 959   /// Formulae - A list of ways to build a value that can satisfy this user.
 960   /// After the list is populated, one of these is selected heuristically and
 961   /// used to formulate a replacement for OperandValToReplace in UserInst.
 962   SmallVector<Formula, 12> Formulae;
 963
 964   /// Regs - The set of register candidates used by all formulae in this LSRUse.
 965   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Regs;
 966
 967   LSRUse(KindType K, const Type *T) : Kind(K), AccessTy(T),
 968                                       MinOffset(INT64_MAX),
 969                                       MaxOffset(INT64_MIN),
 970                                       AllFixupsOutsideLoop(true) {}
 971
 972   bool HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const;
 973   bool InsertFormula(const Formula &F);
 974   void DeleteFormula(Formula &F);
 975   void RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &Reguses);
 976
 977   void check() const;
 978
 979   void print(raw_ostream &OS) const;
 980   void dump() const;
 981 };
 982
 983 /// HasFormula - Test whether this use as a formula which has the same
 984 /// registers as the given formula.
 985 bool LSRUse::HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const {
 986   SmallVector<const SCEV *, 2> Key = F.BaseRegs;
 987   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
 988   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
 989   std::sort(Key.begin(), Key.end());
 990   return Uniquifier.count(Key);
 991 }
 992
 993 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
 994 /// the list, and return true. Return false otherwise.
 995 bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F) {
 996   SmallVector<const SCEV *, 2> Key = F.BaseRegs;
 997   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
 998   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
 999   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1000
1001   if (!Uniquifier.insert(Key).second)
1002     return false;
1003
1004   // Using a register to hold the value of 0 is not profitable.
1005   assert((!F.ScaledReg || !F.ScaledReg->isZero()) &&
1006          "Zero allocated in a scaled register!");
1007 #ifndef NDEBUG
1008   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I =
1009        F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
1010     assert(!(*I)->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
1011 #endif
1012
1013   // Add the formula to the list.
1014   Formulae.push_back(F);
1015
1016   // Record registers now being used by this use.
1017   if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1018   Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1019
1020   return true;
1021 }
1022
1023 /// DeleteFormula - Remove the given formula from this use's list.
1024 void LSRUse::DeleteFormula(Formula &F) {
1025   if (&F != &Formulae.back())
1026     std::swap(F, Formulae.back());
1027   Formulae.pop_back();
1028   assert(!Formulae.empty() && "LSRUse has no formulae left!");
1029 }
1030
1031 /// RecomputeRegs - Recompute the Regs field, and update RegUses.
1032 void LSRUse::RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &RegUses) {
1033   // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
1034   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> OldRegs = Regs;
1035   Regs.clear();
1036   for (size_t FIdx = 0, NumForms = Formulae.size(); FIdx != NumForms; ++FIdx) {
1037     Formula &F = Formulae[FIdx];
1038     if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1039     Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1040   }
1041
1042   // Update the RegTracker.
1043   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 4>::iterator I = OldRegs.begin(),
1044        E = OldRegs.end(); I != E; ++I)
1045     if (!Regs.count(*I))
1046       RegUses.DropRegister(*I, LUIdx);
1047 }
1048
1049 void LSRUse::print(raw_ostream &OS) const {
1050   OS << "LSR Use: Kind=";
1051   switch (Kind) {
1052   case Basic:    OS << "Basic"; break;
1053   case Special:  OS << "Special"; break;
1054   case ICmpZero: OS << "ICmpZero"; break;
1055   case Address:
1056     OS << "Address of ";
1057     if (AccessTy->isPointerTy())
1058       OS << "pointer"; // the full pointer type could be really verbose
1059     else
1060       OS << *AccessTy;
1061   }
1062
1063   OS << ", Offsets={";
1064   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
1065        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
1066     OS << *I;
1067     if (next(I) != E)
1068       OS << ',';
1069   }
1070   OS << '}';
1071
1072   if (AllFixupsOutsideLoop)
1073     OS << ", all-fixups-outside-loop";
1074 }
1075
1076 void LSRUse::dump() const {
1077   print(errs()); errs() << '\n';
1078 }
1079
1080 /// isLegalUse - Test whether the use described by AM is "legal", meaning it can
1081 /// be completely folded into the user instruction at isel time. This includes
1082 /// address-mode folding and special icmp tricks.
1083 static bool isLegalUse(const TargetLowering::AddrMode &AM,
1084                        LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1085                        const TargetLowering *TLI) {
1086   switch (Kind) {
1087   case LSRUse::Address:
1088     // If we have low-level target information, ask the target if it can
1089     // completely fold this address.
1090     if (TLI) return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
1091
1092     // Otherwise, just guess that reg+reg addressing is legal.
1093     return !AM.BaseGV && AM.BaseOffs == 0 && AM.Scale <= 1;
1094
1095   case LSRUse::ICmpZero:
1096     // There's not even a target hook for querying whether it would be legal to
1097     // fold a GV into an ICmp.
1098     if (AM.BaseGV)
1099       return false;
1100
1101     // ICmp only has two operands; don't allow more than two non-trivial parts.
1102     if (AM.Scale != 0 && AM.HasBaseReg && AM.BaseOffs != 0)
1103       return false;
1104
1105     // ICmp only supports no scale or a -1 scale, as we can "fold" a -1 scale by
1106     // putting the scaled register in the other operand of the icmp.
1107     if (AM.Scale != 0 && AM.Scale != -1)
1108       return false;
1109
1110     // If we have low-level target information, ask the target if it can fold an
1111     // integer immediate on an icmp.
1112     if (AM.BaseOffs != 0) {
1113       if (TLI) return TLI->isLegalICmpImmediate(-AM.BaseOffs);
1114       return false;
1115     }
1116
1117     return true;
1118
1119   case LSRUse::Basic:
1120     // Only handle single-register values.
1121     return !AM.BaseGV && AM.Scale == 0 && AM.BaseOffs == 0;
1122
1123   case LSRUse::Special:
1124     // Only handle -1 scales, or no scale.
1125     return AM.Scale == 0 || AM.Scale == -1;
1126   }
1127
1128   return false;
1129 }
1130
1131 static bool isLegalUse(TargetLowering::AddrMode AM,
1132                        int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1133                        LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1134                        const TargetLowering *TLI) {
1135   // Check for overflow.
1136   if (((int64_t)((uint64_t)AM.BaseOffs + MinOffset) > AM.BaseOffs) !=
1137       (MinOffset > 0))
1138     return false;
1139   AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + MinOffset;
1140   if (isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI)) {
1141     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs - MinOffset;
1142     // Check for overflow.
1143     if (((int64_t)((uint64_t)AM.BaseOffs + MaxOffset) > AM.BaseOffs) !=
1144         (MaxOffset > 0))
1145       return false;
1146     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + MaxOffset;
1147     return isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI);
1148   }
1149   return false;
1150 }
1151
1152 static bool isAlwaysFoldable(int64_t BaseOffs,
1153                              GlobalValue *BaseGV,
1154                              bool HasBaseReg,
1155                              LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1156                              const TargetLowering *TLI) {
1157   // Fast-path: zero is always foldable.
1158   if (BaseOffs == 0 && !BaseGV) return true;
1159
1160   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1161   // base and a scale.
1162   TargetLowering::AddrMode AM;
1163   AM.BaseOffs = BaseOffs;
1164   AM.BaseGV = BaseGV;
1165   AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
1166   AM.Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1167
1168   // Canonicalize a scale of 1 to a base register if the formula doesn't
1169   // already have a base register.
1170   if (!AM.HasBaseReg && AM.Scale == 1) {
1171     AM.Scale = 0;
1172     AM.HasBaseReg = true;
1173   }
1174
1175   return isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI);
1176 }
1177
1178 static bool isAlwaysFoldable(const SCEV *S,
1179                              int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1180                              bool HasBaseReg,
1181                              LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1182                              const TargetLowering *TLI,
1183                              ScalarEvolution &SE) {
1184   // Fast-path: zero is always foldable.
1185   if (S->isZero()) return true;
1186
1187   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1188   // base and a scale.
1189   int64_t BaseOffs = ExtractImmediate(S, SE);
1190   GlobalValue *BaseGV = ExtractSymbol(S, SE);
1191
1192   // If there's anything else involved, it's not foldable.
1193   if (!S->isZero()) return false;
1194
1195   // Fast-path: zero is always foldable.
1196   if (BaseOffs == 0 && !BaseGV) return true;
1197
1198   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1199   // base and a scale.
1200   TargetLowering::AddrMode AM;
1201   AM.BaseOffs = BaseOffs;
1202   AM.BaseGV = BaseGV;
1203   AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
1204   AM.Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1205
1206   return isLegalUse(AM, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, TLI);
1207 }
1208
1209 /// FormulaSorter - This class implements an ordering for formulae which sorts
1210 /// the by their standalone cost.
1211 class FormulaSorter {
1212   /// These two sets are kept empty, so that we compute standalone costs.
1213   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
1214   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> Regs;
1215   Loop *L;
1216   LSRUse *LU;
1217   ScalarEvolution &SE;
1218   DominatorTree &DT;
1219
1220 public:
1221   FormulaSorter(Loop *l, LSRUse &lu, ScalarEvolution &se, DominatorTree &dt)
1222     : L(l), LU(&lu), SE(se), DT(dt) {}
1223
1224   bool operator()(const Formula &A, const Formula &B) {
1225     Cost CostA;
1226     CostA.RateFormula(A, Regs, VisitedRegs, L, LU->Offsets, SE, DT);
1227     Regs.clear();
1228     Cost CostB;
1229     CostB.RateFormula(B, Regs, VisitedRegs, L, LU->Offsets, SE, DT);
1230     Regs.clear();
1231     return CostA < CostB;
1232   }
1233 };
1234
1235 /// LSRInstance - This class holds state for the main loop strength reduction
1236 /// logic.
1237 class LSRInstance {
1238   IVUsers &IU;
1239   ScalarEvolution &SE;
1240   DominatorTree &DT;
1241   LoopInfo &LI;
1242   const TargetLowering *const TLI;
1243   Loop *const L;
1244   bool Changed;
1245
1246   /// IVIncInsertPos - This is the insert position that the current loop's
1247   /// induction variable increment should be placed. In simple loops, this is
1248   /// the latch block's terminator. But in more complicated cases, this is a
1249   /// position which will dominate all the in-loop post-increment users.
1250   Instruction *IVIncInsertPos;
1251
1252   /// Factors - Interesting factors between use strides.
1253   SmallSetVector<int64_t, 8> Factors;
1254
1255   /// Types - Interesting use types, to facilitate truncation reuse.
1256   SmallSetVector<const Type *, 4> Types;
1257
1258   /// Fixups - The list of operands which are to be replaced.
1259   SmallVector<LSRFixup, 16> Fixups;
1260
1261   /// Uses - The list of interesting uses.
1262   SmallVector<LSRUse, 16> Uses;
1263
1264   /// RegUses - Track which uses use which register candidates.
1265   RegUseTracker RegUses;
1266
1267   void OptimizeShadowIV();
1268   bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse);
1269   ICmpInst *OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse);
1270   bool OptimizeLoopTermCond();
1271
1272   void CollectInterestingTypesAndFactors();
1273   void CollectFixupsAndInitialFormulae();
1274
1275   LSRFixup &getNewFixup() {
1276     Fixups.push_back(LSRFixup());
1277     return Fixups.back();
1278   }
1279
1280   // Support for sharing of LSRUses between LSRFixups.
1281   typedef DenseMap<const SCEV *, size_t> UseMapTy;
1282   UseMapTy UseMap;
1283
1284   bool reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset,
1285                           bool HasBaseReg,
1286                           LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy);
1287
1288   std::pair<size_t, int64_t> getUse(const SCEV *&Expr,
1289                                     LSRUse::KindType Kind,
1290                                     const Type *AccessTy);
1291
1292   void DeleteUse(LSRUse &LU);
1293
1294   LSRUse *FindUseWithSimilarFormula(const Formula &F, const LSRUse &OrigLU);
1295
1296 public:
1297   void InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1298   void InsertSupplementalFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1299   void CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx);
1300   bool InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F);
1301
1302   void CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
1303
1304   void GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base,
1305                               unsigned Depth = 0);
1306   void GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1307   void GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1308   void GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1309   void GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1310   void GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1311   void GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1312   void GenerateCrossUseConstantOffsets();
1313   void GenerateAllReuseFormulae();
1314
1315   void FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
1316
1317   size_t EstimateSearchSpaceComplexity() const;
1318   void NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
1319
1320   void SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1321                     Cost &SolutionCost,
1322                     SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
1323                     const Cost &CurCost,
1324                     const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
1325                     DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const;
1326   void Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const;
1327
1328   BasicBlock::iterator
1329     HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
1330                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs) const;
1331   BasicBlock::iterator AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
1332                                                      const LSRFixup &LF,
1333                                                      const LSRUse &LU) const;
1334
1335   Value *Expand(const LSRFixup &LF,
1336                 const Formula &F,
1337                 BasicBlock::iterator IP,
1338                 SCEVExpander &Rewriter,
1339                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const;
1340   void RewriteForPHI(PHINode *PN, const LSRFixup &LF,
1341                      const Formula &F,
1342                      SCEVExpander &Rewriter,
1343                      SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1344                      Pass *P) const;
1345   void Rewrite(const LSRFixup &LF,
1346                const Formula &F,
1347                SCEVExpander &Rewriter,
1348                SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1349                Pass *P) const;
1350   void ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1351                          Pass *P);
1352
1353   LSRInstance(const TargetLowering *tli, Loop *l, Pass *P);
1354
1355   bool getChanged() const { return Changed; }
1356
1357   void print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const;
1358   void print_fixups(raw_ostream &OS) const;
1359   void print_uses(raw_ostream &OS) const;
1360   void print(raw_ostream &OS) const;
1361   void dump() const;
1362 };
1363
1364 }
1365
1366 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1367 /// inside the loop then try to eliminate the cast operation.
1368 void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
1369   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1370   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1371     return;
1372
1373   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end();
1374        UI != E; /* empty */) {
1375     IVUsers::const_iterator CandidateUI = UI;
1376     ++UI;
1377     Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
1378     const Type *DestTy = NULL;
1379
1380     /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1381        to eliminate this cast.
1382
1383          for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
1384            foo((double)i);
1385
1386        is transformed into
1387
1388          double d = 0.0;
1389          for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
1390            foo(d);
1391     */
1392     if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
1393       DestTy = UCast->getDestTy();
1394     else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
1395       DestTy = SCast->getDestTy();
1396     if (!DestTy) continue;
1397
1398     if (TLI) {
1399       // If target does not support DestTy natively then do not apply
1400       // this transformation.
1401       EVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
1402       if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
1403     }
1404
1405     PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1406     if (!PH) continue;
1407     if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1408
1409     const Type *SrcTy = PH->getType();
1410     int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1411     if (Mantissa == -1) continue;
1412     if ((int)SE.getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1413       continue;
1414
1415     unsigned Entry, Latch;
1416     if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1417       Entry = 0;
1418       Latch = 1;
1419     } else {
1420       Entry = 1;
1421       Latch = 0;
1422     }
1423
1424     ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1425     if (!Init) continue;
1426     Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
1427
1428     BinaryOperator *Incr =
1429       dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1430     if (!Incr) continue;
1431     if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1432         && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1433       continue;
1434
1435     /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1436     ConstantInt *C = NULL;
1437     if (Incr->getOperand(0) == PH)
1438       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1439     else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1440       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1441     else
1442       continue;
1443
1444     if (!C) continue;
1445
1446     // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
1447     // correctly. TODO: Remove this restriction.
1448     if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
1449
1450     /* Add new PHINode. */
1451     PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
1452
1453     /* create new increment. '++d' in above example. */
1454     Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1455     BinaryOperator *NewIncr =
1456       BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
1457                                Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
1458                              NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1459
1460     NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1461     NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1462
1463     /* Remove cast operation */
1464     ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1465     ShadowUse->eraseFromParent();
1466     break;
1467   }
1468 }
1469
1470 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1471 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1472 /// false.
1473 bool LSRInstance::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond,
1474                                     IVStrideUse *&CondUse) {
1475   for (IVUsers::iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1476     if (UI->getUser() == Cond) {
1477       // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1478       // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1479       // occurs enough in real life to handle.
1480       CondUse = UI;
1481       return true;
1482     }
1483   return false;
1484 }
1485
1486 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1487 /// a max computation.
1488 ///
1489 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1490 /// like this:
1491 ///
1492 ///   i = 0;
1493 ///   do {
1494 ///     p[i] = 0.0;
1495 ///   } while (++i < n);
1496 ///
1497 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
1498 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
1499 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
1500 /// will commonly be lowered like this:
1501 //
1502 ///   if (n > 0) {
1503 ///     i = 0;
1504 ///     do {
1505 ///       p[i] = 0.0;
1506 ///     } while (++i < n);
1507 ///   }
1508 ///
1509 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1510 /// test in such a way that indvars can't find it.
1511 ///
1512 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1513 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
1514 /// induction variable:
1515 ///
1516 ///   i = 0;
1517 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
1518 ///   do {
1519 ///     p[i] = 0.0;
1520 ///   } while (++i != max);
1521 ///
1522 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1523 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1524 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1525 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1526 /// needed, and it does this using a simple analysis that only succeeds if
1527 /// the loop has a canonical induction variable.
1528 ///
1529 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1530 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1531 ///
1532 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1533 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1534 /// the instructions for the maximum computation.
1535 ///
1536 ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
1537   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1538   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1539       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1540     return Cond;
1541
1542   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1543   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1544
1545   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1546   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1547     return Cond;
1548   const SCEV *One = SE.getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 1);
1549
1550   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
1551   const SCEV *IterationCount = SE.getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
1552   if (IterationCount != SE.getSCEV(Sel)) return Cond;
1553
1554   // Check for a max calculation that matches the pattern. There's no check
1555   // for ICMP_ULE here because the comparison would be with zero, which
1556   // isn't interesting.
1557   CmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
1558   const SCEVNAryExpr *Max = 0;
1559   if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(BackedgeTakenCount)) {
1560     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
1561     Max = S;
1562   } else if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount)) {
1563     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1564     Max = S;
1565   } else if (const SCEVUMaxExpr *U = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(IterationCount)) {
1566     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
1567     Max = U;
1568   } else {
1569     // No match; bail.
1570     return Cond;
1571   }
1572
1573   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
1574   // require additional checking and setup.
1575   if (Max->getNumOperands() != 2)
1576     return Cond;
1577
1578   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
1579   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
1580
1581   // ScalarEvolution canonicalizes constants to the left. For < and >, look
1582   // for a comparison with 1. For <= and >=, a comparison with zero.
1583   if (!MaxLHS ||
1584       (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) ? !MaxLHS->isZero() : (MaxLHS != One)))
1585     return Cond;
1586
1587   // Check the relevant induction variable for conformance to
1588   // the pattern.
1589   const SCEV *IV = SE.getSCEV(Cond->getOperand(0));
1590   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1591   if (!AR || !AR->isAffine() ||
1592       AR->getStart() != One ||
1593       AR->getStepRecurrence(SE) != One)
1594     return Cond;
1595
1596   assert(AR->getLoop() == L &&
1597          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
1598
1599   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
1600   // be used in the new comparison instruction.
1601   Value *NewRHS = 0;
1602   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred)) {
1603     // Look for n+1, and grab n.
1604     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(1)))
1605       if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)) &&
1606           cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->isOne() &&
1607           SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1608         NewRHS = BO->getOperand(0);
1609     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(2)))
1610       if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)) &&
1611           cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->isOne() &&
1612           SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1613         NewRHS = BO->getOperand(0);
1614     if (!NewRHS)
1615       return Cond;
1616   } else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
1617     NewRHS = Sel->getOperand(1);
1618   else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
1619     NewRHS = Sel->getOperand(2);
1620   else
1621     llvm_unreachable("Max doesn't match expected pattern!");
1622
1623   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
1624   // and the original comparison may be either equality or inequality.
1625   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
1626     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
1627
1628   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
1629   // delete the max calculation.
1630   ICmpInst *NewCond =
1631     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
1632
1633   // Delete the max calculation instructions.
1634   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
1635   CondUse->setUser(NewCond);
1636   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
1637   Cond->eraseFromParent();
1638   Sel->eraseFromParent();
1639   if (Cmp->use_empty())
1640     Cmp->eraseFromParent();
1641   return NewCond;
1642 }
1643
1644 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
1645 /// postinc iv when possible.
1646 bool
1647 LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
1648   SmallPtrSet<Instruction *, 4> PostIncs;
1649
1650   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1651   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
1652   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
1653
1654   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
1655     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
1656
1657     // Get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1658     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1659     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1660     // one register value.
1661
1662     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
1663     if (!TermBr)
1664       continue;
1665     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
1666     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1667       continue;
1668
1669     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1670     IVStrideUse *CondUse = 0;
1671     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1672     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse))
1673       continue;
1674
1675     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
1676     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
1677     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
1678     // One consequence of doing this now is that it disrupts the count-down
1679     // optimization. That's not always a bad thing though, because in such
1680     // cases it may still be worthwhile to avoid a max.
1681     Cond = OptimizeMax(Cond, CondUse);
1682
1683     // If this exiting block dominates the latch block, it may also use
1684     // the post-inc value if it won't be shared with other uses.
1685     // Check for dominance.
1686     if (!DT.dominates(ExitingBlock, LatchBlock))
1687       continue;
1688
1689     // Conservatively avoid trying to use the post-inc value in non-latch
1690     // exits if there may be pre-inc users in intervening blocks.
1691     if (LatchBlock != ExitingBlock)
1692       for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1693         // Test if the use is reachable from the exiting block. This dominator
1694         // query is a conservative approximation of reachability.
1695         if (&*UI != CondUse &&
1696             !DT.properlyDominates(UI->getUser()->getParent(), ExitingBlock)) {
1697           // Conservatively assume there may be reuse if the quotient of their
1698           // strides could be a legal scale.
1699           const SCEV *A = IU.getStride(*CondUse, L);
1700           const SCEV *B = IU.getStride(*UI, L);
1701           if (!A || !B) continue;
1702           if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) !=
1703               SE.getTypeSizeInBits(B->getType())) {
1704             if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) >
1705                 SE.getTypeSizeInBits(B->getType()))
1706               B = SE.getSignExtendExpr(B, A->getType());
1707             else
1708               A = SE.getSignExtendExpr(A, B->getType());
1709           }
1710           if (const SCEVConstant *D =
1711                 dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(B, A, SE))) {
1712             // Stride of one or negative one can have reuse with non-addresses.
1713             if (D->getValue()->isOne() ||
1714                 D->getValue()->isAllOnesValue())
1715               goto decline_post_inc;
1716             // Avoid weird situations.
1717             if (D->getValue()->getValue().getMinSignedBits() >= 64 ||
1718                 D->getValue()->getValue().isMinSignedValue())
1719               goto decline_post_inc;
1720             // Without TLI, assume that any stride might be valid, and so any
1721             // use might be shared.
1722             if (!TLI)
1723               goto decline_post_inc;
1724             // Check for possible scaled-address reuse.
1725             const Type *AccessTy = getAccessType(UI->getUser());
1726             TargetLowering::AddrMode AM;
1727             AM.Scale = D->getValue()->getSExtValue();
1728             if (TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1729               goto decline_post_inc;
1730             AM.Scale = -AM.Scale;
1731             if (TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1732               goto decline_post_inc;
1733           }
1734         }
1735
1736     DEBUG(dbgs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
1737                  << *Cond << '\n');
1738
1739     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1740     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1741     // the exiting block branch, move it.
1742     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != TermBr) {
1743       if (Cond->hasOneUse()) {
1744         Cond->moveBefore(TermBr);
1745       } else {
1746         // Clone the terminating condition and insert into the loopend.
1747         ICmpInst *OldCond = Cond;
1748         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1749         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1750         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1751
1752         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1753         CondUse = &IU.AddUser(Cond, CondUse->getOperandValToReplace());
1754         TermBr->replaceUsesOfWith(OldCond, Cond);
1755       }
1756     }
1757
1758     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1759     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1760     // live ranges for the IV correctly.
1761     CondUse->transformToPostInc(L);
1762     Changed = true;
1763
1764     PostIncs.insert(Cond);
1765   decline_post_inc:;
1766   }
1767
1768   // Determine an insertion point for the loop induction variable increment. It
1769   // must dominate all the post-inc comparisons we just set up, and it must
1770   // dominate the loop latch edge.
1771   IVIncInsertPos = L->getLoopLatch()->getTerminator();
1772   for (SmallPtrSet<Instruction *, 4>::const_iterator I = PostIncs.begin(),
1773        E = PostIncs.end(); I != E; ++I) {
1774     BasicBlock *BB =
1775       DT.findNearestCommonDominator(IVIncInsertPos->getParent(),
1776                                     (*I)->getParent());
1777     if (BB == (*I)->getParent())
1778       IVIncInsertPos = *I;
1779     else if (BB != IVIncInsertPos->getParent())
1780       IVIncInsertPos = BB->getTerminator();
1781   }
1782
1783   return Changed;
1784 }
1785
1786 bool
1787 LSRInstance::reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset,
1788                                 bool HasBaseReg,
1789                                 LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy) {
1790   int64_t NewMinOffset = LU.MinOffset;
1791   int64_t NewMaxOffset = LU.MaxOffset;
1792   const Type *NewAccessTy = AccessTy;
1793
1794   // Check for a mismatched kind. It's tempting to collapse mismatched kinds to
1795   // something conservative, however this can pessimize in the case that one of
1796   // the uses will have all its uses outside the loop, for example.
1797   if (LU.Kind != Kind)
1798     return false;
1799   // Conservatively assume HasBaseReg is true for now.
1800   if (NewOffset < LU.MinOffset) {
1801     if (!isAlwaysFoldable(LU.MaxOffset - NewOffset, 0, HasBaseReg,
1802                           Kind, AccessTy, TLI))
1803       return false;
1804     NewMinOffset = NewOffset;
1805   } else if (NewOffset > LU.MaxOffset) {
1806     if (!isAlwaysFoldable(NewOffset - LU.MinOffset, 0, HasBaseReg,
1807                           Kind, AccessTy, TLI))
1808       return false;
1809     NewMaxOffset = NewOffset;
1810   }
1811   // Check for a mismatched access type, and fall back conservatively as needed.
1812   if (Kind == LSRUse::Address && AccessTy != LU.AccessTy)
1813     NewAccessTy = Type::getVoidTy(AccessTy->getContext());
1814
1815   // Update the use.
1816   LU.MinOffset = NewMinOffset;
1817   LU.MaxOffset = NewMaxOffset;
1818   LU.AccessTy = NewAccessTy;
1819   if (NewOffset != LU.Offsets.back())
1820     LU.Offsets.push_back(NewOffset);
1821   return true;
1822 }
1823
1824 /// getUse - Return an LSRUse index and an offset value for a fixup which
1825 /// needs the given expression, with the given kind and optional access type.
1826 /// Either reuse an existing use or create a new one, as needed.
1827 std::pair<size_t, int64_t>
1828 LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
1829                     LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy) {
1830   const SCEV *Copy = Expr;
1831   int64_t Offset = ExtractImmediate(Expr, SE);
1832
1833   // Basic uses can't accept any offset, for example.
1834   if (!isAlwaysFoldable(Offset, 0, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy, TLI)) {
1835     Expr = Copy;
1836     Offset = 0;
1837   }
1838
1839   std::pair<UseMapTy::iterator, bool> P =
1840     UseMap.insert(std::make_pair(Expr, 0));
1841   if (!P.second) {
1842     // A use already existed with this base.
1843     size_t LUIdx = P.first->second;
1844     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
1845     if (reconcileNewOffset(LU, Offset, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy))
1846       // Reuse this use.
1847       return std::make_pair(LUIdx, Offset);
1848   }
1849
1850   // Create a new use.
1851   size_t LUIdx = Uses.size();
1852   P.first->second = LUIdx;
1853   Uses.push_back(LSRUse(Kind, AccessTy));
1854   LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
1855
1856   // We don't need to track redundant offsets, but we don't need to go out
1857   // of our way here to avoid them.
1858   if (LU.Offsets.empty() || Offset != LU.Offsets.back())
1859     LU.Offsets.push_back(Offset);
1860
1861   LU.MinOffset = Offset;
1862   LU.MaxOffset = Offset;
1863   return std::make_pair(LUIdx, Offset);
1864 }
1865
1866 /// DeleteUse - Delete the given use from the Uses list.
1867 void LSRInstance::DeleteUse(LSRUse &LU) {
1868   if (&LU != &Uses.back())
1869     std::swap(LU, Uses.back());
1870   Uses.pop_back();
1871 }
1872
1873 /// FindUseWithFormula - Look for a use distinct from OrigLU which is has
1874 /// a formula that has the same registers as the given formula.
1875 LSRUse *
1876 LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
1877                                        const LSRUse &OrigLU) {
1878   // Search all uses for the formula. This could be more clever. Ignore
1879   // ICmpZero uses because they may contain formulae generated by
1880   // GenerateICmpZeroScales, in which case adding fixup offsets may
1881   // be invalid.
1882   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
1883     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
1884     if (&LU != &OrigLU &&
1885         LU.Kind != LSRUse::ICmpZero &&
1886         LU.Kind == OrigLU.Kind && OrigLU.AccessTy == LU.AccessTy &&
1887         LU.HasFormulaWithSameRegs(OrigF)) {
1888       for (size_t FIdx = 0, NumForms = LU.Formulae.size();
1889            FIdx != NumForms; ++FIdx) {
1890         Formula &F = LU.Formulae[FIdx];
1891         if (F.BaseRegs == OrigF.BaseRegs &&
1892             F.ScaledReg == OrigF.ScaledReg &&
1893             F.AM.BaseGV == OrigF.AM.BaseGV &&
1894             F.AM.Scale == OrigF.AM.Scale &&
1895             LU.Kind) {
1896           if (F.AM.BaseOffs == 0)
1897             return &LU;
1898           break;
1899         }
1900       }
1901     }
1902   }
1903
1904   return 0;
1905 }
1906
1907 void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
1908   SmallSetVector<const SCEV *, 4> Strides;
1909
1910   // Collect interesting types and strides.
1911   SmallVector<const SCEV *, 4> Worklist;
1912   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
1913     const SCEV *Expr = IU.getExpr(*UI);
1914
1915     // Collect interesting types.
1916     Types.insert(SE.getEffectiveSCEVType(Expr->getType()));
1917
1918     // Add strides for mentioned loops.
1919     Worklist.push_back(Expr);
1920     do {
1921       const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
1922       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
1923         Strides.insert(AR->getStepRecurrence(SE));
1924         Worklist.push_back(AR->getStart());
1925       } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
1926         Worklist.insert(Worklist.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
1927       }
1928     } while (!Worklist.empty());
1929   }
1930
1931   // Compute interesting factors from the set of interesting strides.
1932   for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator
1933        I = Strides.begin(), E = Strides.end(); I != E; ++I)
1934     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator NewStrideIter =
1935          next(I); NewStrideIter != E; ++NewStrideIter) {
1936       const SCEV *OldStride = *I;
1937       const SCEV *NewStride = *NewStrideIter;
1938
1939       if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) !=
1940           SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType())) {
1941         if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) >
1942             SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType()))
1943           NewStride = SE.getSignExtendExpr(NewStride, OldStride->getType());
1944         else
1945           OldStride = SE.getSignExtendExpr(OldStride, NewStride->getType());
1946       }
1947       if (const SCEVConstant *Factor =
1948             dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(NewStride, OldStride,
1949                                                         SE, true))) {
1950         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
1951           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
1952       } else if (const SCEVConstant *Factor =
1953                    dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(OldStride,
1954                                                                NewStride,
1955                                                                SE, true))) {
1956         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
1957           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
1958       }
1959     }
1960
1961   // If all uses use the same type, don't bother looking for truncation-based
1962   // reuse.
1963   if (Types.size() == 1)
1964     Types.clear();
1965
1966   DEBUG(print_factors_and_types(dbgs()));
1967 }
1968
1969 void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
1970   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
1971     // Record the uses.
1972     LSRFixup &LF = getNewFixup();
1973     LF.UserInst = UI->getUser();
1974     LF.OperandValToReplace = UI->getOperandValToReplace();
1975     LF.PostIncLoops = UI->getPostIncLoops();
1976
1977     LSRUse::KindType Kind = LSRUse::Basic;
1978     const Type *AccessTy = 0;
1979     if (isAddressUse(LF.UserInst, LF.OperandValToReplace)) {
1980       Kind = LSRUse::Address;
1981       AccessTy = getAccessType(LF.UserInst);
1982     }
1983
1984     const SCEV *S = IU.getExpr(*UI);
1985
1986     // Equality (== and !=) ICmps are special. We can rewrite (i == N) as
1987     // (N - i == 0), and this allows (N - i) to be the expression that we work
1988     // with rather than just N or i, so we can consider the register
1989     // requirements for both N and i at the same time. Limiting this code to
1990     // equality icmps is not a problem because all interesting loops use
1991     // equality icmps, thanks to IndVarSimplify.
1992     if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(LF.UserInst))
1993       if (CI->isEquality()) {
1994         // Swap the operands if needed to put the OperandValToReplace on the
1995         // left, for consistency.
1996         Value *NV = CI->getOperand(1);
1997         if (NV == LF.OperandValToReplace) {
1998           CI->setOperand(1, CI->getOperand(0));
1999           CI->setOperand(0, NV);
2000           Changed = true;
2001         }
2002
2003         // x == y  -->  x - y == 0
2004         const SCEV *N = SE.getSCEV(NV);
2005         if (N->isLoopInvariant(L)) {
2006           Kind = LSRUse::ICmpZero;
2007           S = SE.getMinusSCEV(N, S);
2008         }
2009
2010         // -1 and the negations of all interesting strides (except the negation
2011         // of -1) are now also interesting.
2012         for (size_t i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i)
2013           if (Factors[i] != -1)
2014             Factors.insert(-(uint64_t)Factors[i]);
2015         Factors.insert(-1);
2016       }
2017
2018     // Set up the initial formula for this use.
2019     std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, Kind, AccessTy);
2020     LF.LUIdx = P.first;
2021     LF.Offset = P.second;
2022     LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
2023     LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
2024
2025     // If this is the first use of this LSRUse, give it a formula.
2026     if (LU.Formulae.empty()) {
2027       InsertInitialFormula(S, LU, LF.LUIdx);
2028       CountRegisters(LU.Formulae.back(), LF.LUIdx);
2029     }
2030   }
2031
2032   DEBUG(print_fixups(dbgs()));
2033 }
2034
2035 void
2036 LSRInstance::InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2037   Formula F;
2038   F.InitialMatch(S, L, SE, DT);
2039   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2040   assert(Inserted && "Initial formula already exists!"); (void)Inserted;
2041 }
2042
2043 void
2044 LSRInstance::InsertSupplementalFormula(const SCEV *S,
2045                                        LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2046   Formula F;
2047   F.BaseRegs.push_back(S);
2048   F.AM.HasBaseReg = true;
2049   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2050   assert(Inserted && "Supplemental formula already exists!"); (void)Inserted;
2051 }
2052
2053 /// CountRegisters - Note which registers are used by the given formula,
2054 /// updating RegUses.
2055 void LSRInstance::CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx) {
2056   if (F.ScaledReg)
2057     RegUses.CountRegister(F.ScaledReg, LUIdx);
2058   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
2059        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
2060     RegUses.CountRegister(*I, LUIdx);
2061 }
2062
2063 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
2064 /// the list, and return true. Return false otherwise.
2065 bool LSRInstance::InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F) {
2066   if (!LU.InsertFormula(F))
2067     return false;
2068
2069   CountRegisters(F, LUIdx);
2070   return true;
2071 }
2072
2073 /// CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae - Check for other uses of
2074 /// loop-invariant values which we're tracking. These other uses will pin these
2075 /// values in registers, making them less profitable for elimination.
2076 /// TODO: This currently misses non-constant addrec step registers.
2077 /// TODO: Should this give more weight to users inside the loop?
2078 void
2079 LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
2080   SmallVector<const SCEV *, 8> Worklist(RegUses.begin(), RegUses.end());
2081   SmallPtrSet<const SCEV *, 8> Inserted;
2082
2083   while (!Worklist.empty()) {
2084     const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
2085
2086     if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S))
2087       Worklist.insert(Worklist.end(), N->op_begin(), N->op_end());
2088     else if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
2089       Worklist.push_back(C->getOperand());
2090     else if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2091       Worklist.push_back(D->getLHS());
2092       Worklist.push_back(D->getRHS());
2093     } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2094       if (!Inserted.insert(U)) continue;
2095       const Value *V = U->getValue();
2096       if (const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V))
2097         if (L->contains(Inst)) continue;
2098       for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
2099            UI != UE; ++UI) {
2100         const Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(*UI);
2101         // Ignore non-instructions.
2102         if (!UserInst)
2103           continue;
2104         // Ignore instructions in other functions (as can happen with
2105         // Constants).
2106         if (UserInst->getParent()->getParent() != L->getHeader()->getParent())
2107           continue;
2108         // Ignore instructions not dominated by the loop.
2109         const BasicBlock *UseBB = !isa<PHINode>(UserInst) ?
2110           UserInst->getParent() :
2111           cast<PHINode>(UserInst)->getIncomingBlock(
2112             PHINode::getIncomingValueNumForOperand(UI.getOperandNo()));
2113         if (!DT.dominates(L->getHeader(), UseBB))
2114           continue;
2115         // Ignore uses which are part of other SCEV expressions, to avoid
2116         // analyzing them multiple times.
2117         if (SE.isSCEVable(UserInst->getType())) {
2118           const SCEV *UserS = SE.getSCEV(const_cast<Instruction *>(UserInst));
2119           // If the user is a no-op, look through to its uses.
2120           if (!isa<SCEVUnknown>(UserS))
2121             continue;
2122           if (UserS == U) {
2123             Worklist.push_back(
2124               SE.getUnknown(const_cast<Instruction *>(UserInst)));
2125             continue;
2126           }
2127         }
2128         // Ignore icmp instructions which are already being analyzed.
2129         if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UserInst)) {
2130           unsigned OtherIdx = !UI.getOperandNo();
2131           Value *OtherOp = const_cast<Value *>(ICI->getOperand(OtherIdx));
2132           if (SE.getSCEV(OtherOp)->hasComputableLoopEvolution(L))
2133             continue;
2134         }
2135
2136         LSRFixup &LF = getNewFixup();
2137         LF.UserInst = const_cast<Instruction *>(UserInst);
2138         LF.OperandValToReplace = UI.getUse();
2139         std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, LSRUse::Basic, 0);
2140         LF.LUIdx = P.first;
2141         LF.Offset = P.second;
2142         LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
2143         LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
2144         InsertSupplementalFormula(U, LU, LF.LUIdx);
2145         CountRegisters(LU.Formulae.back(), Uses.size() - 1);
2146         break;
2147       }
2148     }
2149   }
2150 }
2151
2152 /// CollectSubexprs - Split S into subexpressions which can be pulled out into
2153 /// separate registers. If C is non-null, multiply each subexpression by C.
2154 static void CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
2155                             SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
2156                             ScalarEvolution &SE) {
2157   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2158     // Break out add operands.
2159     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
2160          I != E; ++I)
2161       CollectSubexprs(*I, C, Ops, SE);
2162     return;
2163   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2164     // Split a non-zero base out of an addrec.
2165     if (!AR->getStart()->isZero()) {
2166       CollectSubexprs(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
2167                                        AR->getStepRecurrence(SE),
2168                                        AR->getLoop()), C, Ops, SE);
2169       CollectSubexprs(AR->getStart(), C, Ops, SE);
2170       return;
2171     }
2172   } else if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2173     // Break (C * (a + b + c)) into C*a + C*b + C*c.
2174     if (Mul->getNumOperands() == 2)
2175       if (const SCEVConstant *Op0 =
2176             dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
2177         CollectSubexprs(Mul->getOperand(1),
2178                         C ? cast<SCEVConstant>(SE.getMulExpr(C, Op0)) : Op0,
2179                         Ops, SE);
2180         return;
2181       }
2182   }
2183
2184   // Otherwise use the value itself.
2185   Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, S) : S);
2186 }
2187
2188 /// GenerateReassociations - Split out subexpressions from adds and the bases of
2189 /// addrecs.
2190 void LSRInstance::GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2191                                          Formula Base,
2192                                          unsigned Depth) {
2193   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
2194   if (Depth >= 3) return;
2195
2196   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2197     const SCEV *BaseReg = Base.BaseRegs[i];
2198
2199     SmallVector<const SCEV *, 8> AddOps;
2200     CollectSubexprs(BaseReg, 0, AddOps, SE);
2201     if (AddOps.size() == 1) continue;
2202
2203     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = AddOps.begin(),
2204          JE = AddOps.end(); J != JE; ++J) {
2205       // Don't pull a constant into a register if the constant could be folded
2206       // into an immediate field.
2207       if (isAlwaysFoldable(*J, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2208                            Base.getNumRegs() > 1,
2209                            LU.Kind, LU.AccessTy, TLI, SE))
2210         continue;
2211
2212       // Collect all operands except *J.
2213       SmallVector<const SCEV *, 8> InnerAddOps;
2214       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator K = AddOps.begin(),
2215            KE = AddOps.end(); K != KE; ++K)
2216         if (K != J)
2217           InnerAddOps.push_back(*K);
2218
2219       // Don't leave just a constant behind in a register if the constant could
2220       // be folded into an immediate field.
2221       if (InnerAddOps.size() == 1 &&
2222           isAlwaysFoldable(InnerAddOps[0], LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2223                            Base.getNumRegs() > 1,
2224                            LU.Kind, LU.AccessTy, TLI, SE))
2225         continue;
2226
2227       const SCEV *InnerSum = SE.getAddExpr(InnerAddOps);
2228       if (InnerSum->isZero())
2229         continue;
2230       Formula F = Base;
2231       F.BaseRegs[i] = InnerSum;
2232       F.BaseRegs.push_back(*J);
2233       if (InsertFormula(LU, LUIdx, F))
2234         // If that formula hadn't been seen before, recurse to find more like
2235         // it.
2236         GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae.back(), Depth+1);
2237     }
2238   }
2239 }
2240
2241 /// GenerateCombinations - Generate a formula consisting of all of the
2242 /// loop-dominating registers added into a single register.
2243 void LSRInstance::GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2244                                        Formula Base) {
2245   // This method is only interesting on a plurality of registers.
2246   if (Base.BaseRegs.size() <= 1) return;
2247
2248   Formula F = Base;
2249   F.BaseRegs.clear();
2250   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
2251   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
2252        I = Base.BaseRegs.begin(), E = Base.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
2253     const SCEV *BaseReg = *I;
2254     if (BaseReg->properlyDominates(L->getHeader(), &DT) &&
2255         !BaseReg->hasComputableLoopEvolution(L))
2256       Ops.push_back(BaseReg);
2257     else
2258       F.BaseRegs.push_back(BaseReg);
2259   }
2260   if (Ops.size() > 1) {
2261     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Ops);
2262     // TODO: If Sum is zero, it probably means ScalarEvolution missed an
2263     // opportunity to fold something. For now, just ignore such cases
2264     // rather than proceed with zero in a register.
2265     if (!Sum->isZero()) {
2266       F.BaseRegs.push_back(Sum);
2267       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2268     }
2269   }
2270 }
2271
2272 /// GenerateSymbolicOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
2273 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2274                                           Formula Base) {
2275   // We can't add a symbolic offset if the address already contains one.
2276   if (Base.AM.BaseGV) return;
2277
2278   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2279     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
2280     GlobalValue *GV = ExtractSymbol(G, SE);
2281     if (G->isZero() || !GV)
2282       continue;
2283     Formula F = Base;
2284     F.AM.BaseGV = GV;
2285     if (!isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2286                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2287       continue;
2288     F.BaseRegs[i] = G;
2289     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2290   }
2291 }
2292
2293 /// GenerateConstantOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
2294 void LSRInstance::GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2295                                           Formula Base) {
2296   // TODO: For now, just add the min and max offset, because it usually isn't
2297   // worthwhile looking at everything inbetween.
2298   SmallVector<int64_t, 4> Worklist;
2299   Worklist.push_back(LU.MinOffset);
2300   if (LU.MaxOffset != LU.MinOffset)
2301     Worklist.push_back(LU.MaxOffset);
2302
2303   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2304     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
2305
2306     for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Worklist.begin(),
2307          E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
2308       Formula F = Base;
2309       F.AM.BaseOffs = (uint64_t)Base.AM.BaseOffs - *I;
2310       if (isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset - *I, LU.MaxOffset - *I,
2311                      LU.Kind, LU.AccessTy, TLI)) {
2312         F.BaseRegs[i] = SE.getAddExpr(G, SE.getConstant(G->getType(), *I));
2313
2314         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2315       }
2316     }
2317
2318     int64_t Imm = ExtractImmediate(G, SE);
2319     if (G->isZero() || Imm == 0)
2320       continue;
2321     Formula F = Base;
2322     F.AM.BaseOffs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + Imm;
2323     if (!isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2324                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2325       continue;
2326     F.BaseRegs[i] = G;
2327     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2328   }
2329 }
2330
2331 /// GenerateICmpZeroScales - For ICmpZero, check to see if we can scale up
2332 /// the comparison. For example, x == y -> x*c == y*c.
2333 void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2334                                          Formula Base) {
2335   if (LU.Kind != LSRUse::ICmpZero) return;
2336
2337   // Determine the integer type for the base formula.
2338   const Type *IntTy = Base.getType();
2339   if (!IntTy) return;
2340   if (SE.getTypeSizeInBits(IntTy) > 64) return;
2341
2342   // Don't do this if there is more than one offset.
2343   if (LU.MinOffset != LU.MaxOffset) return;
2344
2345   assert(!Base.AM.BaseGV && "ICmpZero use is not legal!");
2346
2347   // Check each interesting stride.
2348   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
2349        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
2350     int64_t Factor = *I;
2351     Formula F = Base;
2352
2353     // Check that the multiplication doesn't overflow.
2354     if (F.AM.BaseOffs == INT64_MIN && Factor == -1)
2355       continue;
2356     F.AM.BaseOffs = (uint64_t)Base.AM.BaseOffs * Factor;
2357     if (F.AM.BaseOffs / Factor != Base.AM.BaseOffs)
2358       continue;
2359
2360     // Check that multiplying with the use offset doesn't overflow.
2361     int64_t Offset = LU.MinOffset;
2362     if (Offset == INT64_MIN && Factor == -1)
2363       continue;
2364     Offset = (uint64_t)Offset * Factor;
2365     if (Offset / Factor != LU.MinOffset)
2366       continue;
2367
2368     // Check that this scale is legal.
2369     if (!isLegalUse(F.AM, Offset, Offset, LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2370       continue;
2371
2372     // Compensate for the use having MinOffset built into it.
2373     F.AM.BaseOffs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + Offset - LU.MinOffset;
2374
2375     const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
2376
2377     // Check that multiplying with each base register doesn't overflow.
2378     for (size_t i = 0, e = F.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2379       F.BaseRegs[i] = SE.getMulExpr(F.BaseRegs[i], FactorS);
2380       if (getExactSDiv(F.BaseRegs[i], FactorS, SE) != Base.BaseRegs[i])
2381         goto next;
2382     }
2383
2384     // Check that multiplying with the scaled register doesn't overflow.
2385     if (F.ScaledReg) {
2386       F.ScaledReg = SE.getMulExpr(F.ScaledReg, FactorS);
2387       if (getExactSDiv(F.ScaledReg, FactorS, SE) != Base.ScaledReg)
2388         continue;
2389     }
2390
2391     // If we make it here and it's legal, add it.
2392     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2393   next:;
2394   }
2395 }
2396
2397 /// GenerateScales - Generate stride factor reuse formulae by making use of
2398 /// scaled-offset address modes, for example.
2399 void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2400                                  Formula Base) {
2401   // Determine the integer type for the base formula.
2402   const Type *IntTy = Base.getType();
2403   if (!IntTy) return;
2404
2405   // If this Formula already has a scaled register, we can't add another one.
2406   if (Base.AM.Scale != 0) return;
2407
2408   // Check each interesting stride.
2409   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
2410        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
2411     int64_t Factor = *I;
2412
2413     Base.AM.Scale = Factor;
2414     Base.AM.HasBaseReg = Base.BaseRegs.size() > 1;
2415     // Check whether this scale is going to be legal.
2416     if (!isLegalUse(Base.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2417                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI)) {
2418       // As a special-case, handle special out-of-loop Basic users specially.
2419       // TODO: Reconsider this special case.
2420       if (LU.Kind == LSRUse::Basic &&
2421           isLegalUse(Base.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2422                      LSRUse::Special, LU.AccessTy, TLI) &&
2423           LU.AllFixupsOutsideLoop)
2424         LU.Kind = LSRUse::Special;
2425       else
2426         continue;
2427     }
2428     // For an ICmpZero, negating a solitary base register won't lead to
2429     // new solutions.
2430     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero &&
2431         !Base.AM.HasBaseReg && Base.AM.BaseOffs == 0 && !Base.AM.BaseGV)
2432       continue;
2433     // For each addrec base reg, apply the scale, if possible.
2434     for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
2435       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
2436             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base.BaseRegs[i])) {
2437         const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
2438         if (FactorS->isZero())
2439           continue;
2440         // Divide out the factor, ignoring high bits, since we'll be
2441         // scaling the value back up in the end.
2442         if (const SCEV *Quotient = getExactSDiv(AR, FactorS, SE, true)) {
2443           // TODO: This could be optimized to avoid all the copying.
2444           Formula F = Base;
2445           F.ScaledReg = Quotient;
2446           F.DeleteBaseReg(F.BaseRegs[i]);
2447           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2448         }
2449       }
2450   }
2451 }
2452
2453 /// GenerateTruncates - Generate reuse formulae from different IV types.
2454 void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2455                                     Formula Base) {
2456   // This requires TargetLowering to tell us which truncates are free.
2457   if (!TLI) return;
2458
2459   // Don't bother truncating symbolic values.
2460   if (Base.AM.BaseGV) return;
2461
2462   // Determine the integer type for the base formula.
2463   const Type *DstTy = Base.getType();
2464   if (!DstTy) return;
2465   DstTy = SE.getEffectiveSCEVType(DstTy);
2466
2467   for (SmallSetVector<const Type *, 4>::const_iterator
2468        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
2469     const Type *SrcTy = *I;
2470     if (SrcTy != DstTy && TLI->isTruncateFree(SrcTy, DstTy)) {
2471       Formula F = Base;
2472
2473       if (F.ScaledReg) F.ScaledReg = SE.getAnyExtendExpr(F.ScaledReg, *I);
2474       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator J = F.BaseRegs.begin(),
2475            JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J)
2476         *J = SE.getAnyExtendExpr(*J, SrcTy);
2477
2478       // TODO: This assumes we've done basic processing on all uses and
2479       // have an idea what the register usage is.
2480       if (!F.hasRegsUsedByUsesOtherThan(LUIdx, RegUses))
2481         continue;
2482
2483       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2484     }
2485   }
2486 }
2487
2488 namespace {
2489
2490 /// WorkItem - Helper class for GenerateCrossUseConstantOffsets. It's used to
2491 /// defer modifications so that the search phase doesn't have to worry about
2492 /// the data structures moving underneath it.
2493 struct WorkItem {
2494   size_t LUIdx;
2495   int64_t Imm;
2496   const SCEV *OrigReg;
2497
2498   WorkItem(size_t LI, int64_t I, const SCEV *R)
2499     : LUIdx(LI), Imm(I), OrigReg(R) {}
2500
2501   void print(raw_ostream &OS) const;
2502   void dump() const;
2503 };
2504
2505 }
2506
2507 void WorkItem::print(raw_ostream &OS) const {
2508   OS << "in formulae referencing " << *OrigReg << " in use " << LUIdx
2509      << " , add offset " << Imm;
2510 }
2511
2512 void WorkItem::dump() const {
2513   print(errs()); errs() << '\n';
2514 }
2515
2516 /// GenerateCrossUseConstantOffsets - Look for registers which are a constant
2517 /// distance apart and try to form reuse opportunities between them.
2518 void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
2519   // Group the registers by their value without any added constant offset.
2520   typedef std::map<int64_t, const SCEV *> ImmMapTy;
2521   typedef DenseMap<const SCEV *, ImmMapTy> RegMapTy;
2522   RegMapTy Map;
2523   DenseMap<const SCEV *, SmallBitVector> UsedByIndicesMap;
2524   SmallVector<const SCEV *, 8> Sequence;
2525   for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
2526        I != E; ++I) {
2527     const SCEV *Reg = *I;
2528     int64_t Imm = ExtractImmediate(Reg, SE);
2529     std::pair<RegMapTy::iterator, bool> Pair =
2530       Map.insert(std::make_pair(Reg, ImmMapTy()));
2531     if (Pair.second)
2532       Sequence.push_back(Reg);
2533     Pair.first->second.insert(std::make_pair(Imm, *I));
2534     UsedByIndicesMap[Reg] |= RegUses.getUsedByIndices(*I);
2535   }
2536
2537   // Now examine each set of registers with the same base value. Build up
2538   // a list of work to do and do the work in a separate step so that we're
2539   // not adding formulae and register counts while we're searching.
2540   SmallVector<WorkItem, 32> WorkItems;
2541   SmallSet<std::pair<size_t, int64_t>, 32> UniqueItems;
2542   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Sequence.begin(),
2543        E = Sequence.end(); I != E; ++I) {
2544     const SCEV *Reg = *I;
2545     const ImmMapTy &Imms = Map.find(Reg)->second;
2546
2547     // It's not worthwhile looking for reuse if there's only one offset.
2548     if (Imms.size() == 1)
2549       continue;
2550
2551     DEBUG(dbgs() << "Generating cross-use offsets for " << *Reg << ':';
2552           for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
2553                J != JE; ++J)
2554             dbgs() << ' ' << J->first;
2555           dbgs() << '\n');
2556
2557     // Examine each offset.
2558     for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
2559          J != JE; ++J) {
2560       const SCEV *OrigReg = J->second;
2561
2562       int64_t JImm = J->first;
2563       const SmallBitVector &UsedByIndices = RegUses.getUsedByIndices(OrigReg);
2564
2565       if (!isa<SCEVConstant>(OrigReg) &&
2566           UsedByIndicesMap[Reg].count() == 1) {
2567         DEBUG(dbgs() << "Skipping cross-use reuse for " << *OrigReg << '\n');
2568         continue;
2569       }
2570
2571       // Conservatively examine offsets between this orig reg a few selected
2572       // other orig regs.
2573       ImmMapTy::const_iterator OtherImms[] = {
2574         Imms.begin(), prior(Imms.end()),
2575         Imms.upper_bound((Imms.begin()->first + prior(Imms.end())->first) / 2)
2576       };
2577       for (size_t i = 0, e = array_lengthof(OtherImms); i != e; ++i) {
2578         ImmMapTy::const_iterator M = OtherImms[i];
2579         if (M == J || M == JE) continue;
2580
2581         // Compute the difference between the two.
2582         int64_t Imm = (uint64_t)JImm - M->first;
2583         for (int LUIdx = UsedByIndices.find_first(); LUIdx != -1;
2584              LUIdx = UsedByIndices.find_next(LUIdx))
2585           // Make a memo of this use, offset, and register tuple.
2586           if (UniqueItems.insert(std::make_pair(LUIdx, Imm)))
2587             WorkItems.push_back(WorkItem(LUIdx, Imm, OrigReg));
2588       }
2589     }
2590   }
2591
2592   Map.clear();
2593   Sequence.clear();
2594   UsedByIndicesMap.clear();
2595   UniqueItems.clear();
2596
2597   // Now iterate through the worklist and add new formulae.
2598   for (SmallVectorImpl<WorkItem>::const_iterator I = WorkItems.begin(),
2599        E = WorkItems.end(); I != E; ++I) {
2600     const WorkItem &WI = *I;
2601     size_t LUIdx = WI.LUIdx;
2602     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2603     int64_t Imm = WI.Imm;
2604     const SCEV *OrigReg = WI.OrigReg;
2605
2606     const Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(OrigReg->getType());
2607     const SCEV *NegImmS = SE.getSCEV(ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Imm));
2608     unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(IntTy);
2609
2610     // TODO: Use a more targeted data structure.
2611     for (size_t L = 0, LE = LU.Formulae.size(); L != LE; ++L) {
2612       Formula F = LU.Formulae[L];
2613       // Use the immediate in the scaled register.
2614       if (F.ScaledReg == OrigReg) {
2615         int64_t Offs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs +
2616                        Imm * (uint64_t)F.AM.Scale;
2617         // Don't create 50 + reg(-50).
2618         if (F.referencesReg(SE.getSCEV(
2619                    ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offs))))
2620           continue;
2621         Formula NewF = F;
2622         NewF.AM.BaseOffs = Offs;
2623         if (!isLegalUse(NewF.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2624                         LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2625           continue;
2626         NewF.ScaledReg = SE.getAddExpr(NegImmS, NewF.ScaledReg);
2627
2628         // If the new scale is a constant in a register, and adding the constant
2629         // value to the immediate would produce a value closer to zero than the
2630         // immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
2631         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(NewF.ScaledReg))
2632           if (C->getValue()->getValue().isNegative() !=
2633                 (NewF.AM.BaseOffs < 0) &&
2634               (C->getValue()->getValue().abs() * APInt(BitWidth, F.AM.Scale))
2635                 .ule(abs64(NewF.AM.BaseOffs)))
2636             continue;
2637
2638         // OK, looks good.
2639         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
2640       } else {
2641         // Use the immediate in a base register.
2642         for (size_t N = 0, NE = F.BaseRegs.size(); N != NE; ++N) {
2643           const SCEV *BaseReg = F.BaseRegs[N];
2644           if (BaseReg != OrigReg)
2645             continue;
2646           Formula NewF = F;
2647           NewF.AM.BaseOffs = (uint64_t)NewF.AM.BaseOffs + Imm;
2648           if (!isLegalUse(NewF.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2649                           LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2650             continue;
2651           NewF.BaseRegs[N] = SE.getAddExpr(NegImmS, BaseReg);
2652
2653           // If the new formula has a constant in a register, and adding the
2654           // constant value to the immediate would produce a value closer to
2655           // zero than the immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
2656           for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
2657                J = NewF.BaseRegs.begin(), JE = NewF.BaseRegs.end();
2658                J != JE; ++J)
2659             if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*J))
2660               if ((C->getValue()->getValue() + NewF.AM.BaseOffs).abs().slt(
2661                    abs64(NewF.AM.BaseOffs)) &&
2662                   (C->getValue()->getValue() +
2663                    NewF.AM.BaseOffs).countTrailingZeros() >=
2664                    CountTrailingZeros_64(NewF.AM.BaseOffs))
2665                 goto skip_formula;
2666
2667           // Ok, looks good.
2668           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
2669           break;
2670         skip_formula:;
2671         }
2672       }
2673     }
2674   }
2675 }
2676
2677 /// GenerateAllReuseFormulae - Generate formulae for each use.
2678 void
2679 LSRInstance::GenerateAllReuseFormulae() {
2680   // This is split into multiple loops so that hasRegsUsedByUsesOtherThan
2681   // queries are more precise.
2682   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2683     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2684     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2685       GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2686     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2687       GenerateCombinations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2688   }
2689   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2690     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2691     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2692       GenerateSymbolicOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2693     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2694       GenerateConstantOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2695     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2696       GenerateICmpZeroScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2697     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2698       GenerateScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2699   }
2700   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2701     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2702     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2703       GenerateTruncates(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2704   }
2705
2706   GenerateCrossUseConstantOffsets();
2707 }
2708
2709 /// If their are multiple formulae with the same set of registers used
2710 /// by other uses, pick the best one and delete the others.
2711 void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
2712 #ifndef NDEBUG
2713   bool Changed = false;
2714 #endif
2715
2716   // Collect the best formula for each unique set of shared registers. This
2717   // is reset for each use.
2718   typedef DenseMap<SmallVector<const SCEV *, 2>, size_t, UniquifierDenseMapInfo>
2719     BestFormulaeTy;
2720   BestFormulaeTy BestFormulae;
2721
2722   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2723     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2724     FormulaSorter Sorter(L, LU, SE, DT);
2725     DEBUG(dbgs() << "Filtering for use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << "\n");
2726
2727     bool Any = false;
2728     for (size_t FIdx = 0, NumForms = LU.Formulae.size();
2729          FIdx != NumForms; ++FIdx) {
2730       Formula &F = LU.Formulae[FIdx];
2731
2732       SmallVector<const SCEV *, 2> Key;
2733       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = F.BaseRegs.begin(),
2734            JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J) {
2735         const SCEV *Reg = *J;
2736         if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(Reg, LUIdx))
2737           Key.push_back(Reg);
2738       }
2739       if (F.ScaledReg &&
2740           RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(F.ScaledReg, LUIdx))
2741         Key.push_back(F.ScaledReg);
2742       // Unstable sort by host order ok, because this is only used for
2743       // uniquifying.
2744       std::sort(Key.begin(), Key.end());
2745
2746       std::pair<BestFormulaeTy::const_iterator, bool> P =
2747         BestFormulae.insert(std::make_pair(Key, FIdx));
2748       if (!P.second) {
2749         Formula &Best = LU.Formulae[P.first->second];
2750         if (Sorter.operator()(F, Best))
2751           std::swap(F, Best);
2752         DEBUG(dbgs() << "  Filtering out formula "; F.print(dbgs());
2753               dbgs() << "\n"
2754                         "    in favor of formula "; Best.print(dbgs());
2755               dbgs() << '\n');
2756 #ifndef NDEBUG
2757         Changed = true;
2758 #endif
2759         LU.DeleteFormula(F);
2760         --FIdx;
2761         --NumForms;
2762         Any = true;
2763         continue;
2764       }
2765     }
2766
2767     // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
2768     if (Any)
2769       LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
2770
2771     // Reset this to prepare for the next use.
2772     BestFormulae.clear();
2773   }
2774
2775   DEBUG(if (Changed) {
2776           dbgs() << "\n"
2777                     "After filtering out undesirable candidates:\n";
2778           print_uses(dbgs());
2779         });
2780 }
2781
2782 // This is a rough guess that seems to work fairly well.
2783 static const size_t ComplexityLimit = UINT16_MAX;
2784
2785 /// EstimateSearchSpaceComplexity - Estimate the worst-case number of
2786 /// solutions the solver might have to consider. It almost never considers
2787 /// this many solutions because it prune the search space, but the pruning
2788 /// isn't always sufficient.
2789 size_t LSRInstance::EstimateSearchSpaceComplexity() const {
2790   uint32_t Power = 1;
2791   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
2792        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
2793     size_t FSize = I->Formulae.size();
2794     if (FSize >= ComplexityLimit) {
2795       Power = ComplexityLimit;
2796       break;
2797     }
2798     Power *= FSize;
2799     if (Power >= ComplexityLimit)
2800       break;
2801   }
2802   return Power;
2803 }
2804
2805 /// NarrowSearchSpaceUsingHeuristics - If there are an extraordinary number of
2806 /// formulae to choose from, use some rough heuristics to prune down the number
2807 /// of formulae. This keeps the main solver from taking an extraordinary amount
2808 /// of time in some worst-case scenarios.
2809 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceUsingHeuristics() {
2810   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
2811     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
2812
2813     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by eliminating formulae "
2814                     "which use a superset of registers used by other "
2815                     "formulae.\n");
2816
2817     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2818       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2819       bool Any = false;
2820       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
2821         Formula &F = LU.Formulae[i];
2822         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
2823              I = F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
2824           if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*I)) {
2825             Formula NewF = F;
2826             NewF.AM.BaseOffs += C->getValue()->getSExtValue();
2827             NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
2828                                 (I - F.BaseRegs.begin()));
2829             if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
2830               DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
2831               LU.DeleteFormula(F);
2832               --i;
2833               --e;
2834               Any = true;
2835               break;
2836             }
2837           } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(*I)) {
2838             if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue()))
2839               if (!F.AM.BaseGV) {
2840                 Formula NewF = F;
2841                 NewF.AM.BaseGV = GV;
2842                 NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
2843                                     (I - F.BaseRegs.begin()));
2844                 if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
2845                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
2846                         dbgs() << '\n');
2847                   LU.DeleteFormula(F);
2848                   --i;
2849                   --e;
2850                   Any = true;
2851                   break;
2852                 }
2853               }
2854           }
2855         }
2856       }
2857       if (Any)
2858         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
2859     }
2860
2861     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
2862           print_uses(dbgs()));
2863   }
2864
2865   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
2866     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
2867
2868     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming that uses "
2869                     "separated by a constant offset will use the same "
2870                     "registers.\n");
2871
2872     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2873       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2874       for (size_t FIdx = 0, NumForms = LU.Formulae.size();
2875            FIdx != NumForms; ++FIdx) {
2876         Formula &F = LU.Formulae[FIdx];
2877         if (F.AM.BaseOffs != 0 && F.AM.Scale == 0) {
2878           if (LSRUse *LUThatHas = FindUseWithSimilarFormula(F, LU)) {
2879             if (reconcileNewOffset(*LUThatHas, F.AM.BaseOffs,
2880                                    /*HasBaseReg=*/false,
2881                                    LU.Kind, LU.AccessTy)) {
2882               DEBUG(dbgs() << "  Deleting use "; LU.print(dbgs());
2883                     dbgs() << '\n');
2884
2885               LUThatHas->AllFixupsOutsideLoop &= LU.AllFixupsOutsideLoop;
2886
2887               // Delete formulae from the new use which are no longer legal.
2888               bool Any = false;
2889               for (size_t i = 0, e = LUThatHas->Formulae.size(); i != e; ++i) {
2890                 Formula &F = LUThatHas->Formulae[i];
2891                 if (!isLegalUse(F.AM,
2892                                 LUThatHas->MinOffset, LUThatHas->MaxOffset,
2893                                 LUThatHas->Kind, LUThatHas->AccessTy, TLI)) {
2894                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
2895                         dbgs() << '\n');
2896                   LUThatHas->DeleteFormula(F);
2897                   --i;
2898                   --e;
2899                   Any = true;
2900                 }
2901               }
2902               if (Any)
2903                 LUThatHas->RecomputeRegs(LUThatHas - &Uses.front(), RegUses);
2904
2905               // Update the relocs to reference the new use.
2906               for (size_t i = 0, e = Fixups.size(); i != e; ++i) {
2907                 if (Fixups[i].LUIdx == LUIdx) {
2908                   Fixups[i].LUIdx = LUThatHas - &Uses.front();
2909                   Fixups[i].Offset += F.AM.BaseOffs;
2910                   DEBUG(errs() << "New fixup has offset "
2911                                << Fixups[i].Offset << "\n");
2912                 }
2913                 if (Fixups[i].LUIdx == NumUses-1)
2914                   Fixups[i].LUIdx = LUIdx;
2915               }
2916
2917               // Delete the old use.
2918               DeleteUse(LU);
2919               --LUIdx;
2920               --NumUses;
2921               break;
2922             }
2923           }
2924         }
2925       }
2926     }
2927
2928     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
2929           print_uses(dbgs()));
2930   }
2931
2932   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Taken;
2933   while (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
2934     // Ok, we have too many of formulae on our hands to conveniently handle.
2935     // Use a rough heuristic to thin out the list.
2936     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
2937
2938     // Pick the register which is used by the most LSRUses, which is likely
2939     // to be a good reuse register candidate.
2940     const SCEV *Best = 0;
2941     unsigned BestNum = 0;
2942     for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
2943          I != E; ++I) {
2944       const SCEV *Reg = *I;
2945       if (Taken.count(Reg))
2946         continue;
2947       if (!Best)
2948         Best = Reg;
2949       else {
2950         unsigned Count = RegUses.getUsedByIndices(Reg).count();
2951         if (Count > BestNum) {
2952           Best = Reg;
2953           BestNum = Count;
2954         }
2955       }
2956     }
2957
2958     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming " << *Best
2959                  << " will yield profitable reuse.\n");
2960     Taken.insert(Best);
2961
2962     // In any use with formulae which references this register, delete formulae
2963     // which don't reference it.
2964     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2965       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2966       if (!LU.Regs.count(Best)) continue;
2967
2968       bool Any = false;
2969       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
2970         Formula &F = LU.Formulae[i];
2971         if (!F.referencesReg(Best)) {
2972           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
2973           LU.DeleteFormula(F);
2974           --e;
2975           --i;
2976           Any = true;
2977           assert(e != 0 && "Use has no formulae left! Is Regs inconsistent?");
2978           continue;
2979         }
2980       }
2981
2982       if (Any)
2983         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
2984     }
2985
2986     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
2987           print_uses(dbgs()));
2988   }
2989 }
2990
2991 /// SolveRecurse - This is the recursive solver.
2992 void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
2993                                Cost &SolutionCost,
2994                                SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
2995                                const Cost &CurCost,
2996                                const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
2997                                DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const {
2998   // Some ideas:
2999   //  - prune more:
3000   //    - use more aggressive filtering
3001   //    - sort the formula so that the most profitable solutions are found first
3002   //    - sort the uses too
3003   //  - search faster:
3004   //    - don't compute a cost, and then compare. compare while computing a cost
3005   //      and bail early.
3006   //    - track register sets with SmallBitVector
3007
3008   const LSRUse &LU = Uses[Workspace.size()];
3009
3010   // If this use references any register that's already a part of the
3011   // in-progress solution, consider it a requirement that a formula must
3012   // reference that register in order to be considered. This prunes out
3013   // unprofitable searching.
3014   SmallSetVector<const SCEV *, 4> ReqRegs;
3015   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator I = CurRegs.begin(),
3016        E = CurRegs.end(); I != E; ++I)
3017     if (LU.Regs.count(*I))
3018       ReqRegs.insert(*I);
3019
3020   bool AnySatisfiedReqRegs = false;
3021   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> NewRegs;
3022   Cost NewCost;
3023 retry:
3024   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
3025        E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
3026     const Formula &F = *I;
3027
3028     // Ignore formulae which do not use any of the required registers.
3029     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator J = ReqRegs.begin(),
3030          JE = ReqRegs.end(); J != JE; ++J) {
3031       const SCEV *Reg = *J;
3032       if ((!F.ScaledReg || F.ScaledReg != Reg) &&
3033           std::find(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end(), Reg) ==
3034           F.BaseRegs.end())
3035         goto skip;
3036     }
3037     AnySatisfiedReqRegs = true;
3038
3039     // Evaluate the cost of the current formula. If it's already worse than
3040     // the current best, prune the search at that point.
3041     NewCost = CurCost;
3042     NewRegs = CurRegs;
3043     NewCost.RateFormula(F, NewRegs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT);
3044     if (NewCost < SolutionCost) {
3045       Workspace.push_back(&F);
3046       if (Workspace.size() != Uses.size()) {
3047         SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, NewCost,
3048                      NewRegs, VisitedRegs);
3049         if (F.getNumRegs() == 1 && Workspace.size() == 1)
3050           VisitedRegs.insert(F.ScaledReg ? F.ScaledReg : F.BaseRegs[0]);
3051       } else {
3052         DEBUG(dbgs() << "New best at "; NewCost.print(dbgs());
3053               dbgs() << ". Regs:";
3054               for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator
3055                    I = NewRegs.begin(), E = NewRegs.end(); I != E; ++I)
3056                 dbgs() << ' ' << **I;
3057               dbgs() << '\n');
3058
3059         SolutionCost = NewCost;
3060         Solution = Workspace;
3061       }
3062       Workspace.pop_back();
3063     }
3064   skip:;
3065   }
3066
3067   // If none of the formulae had all of the required registers, relax the
3068   // constraint so that we don't exclude all formulae.
3069   if (!AnySatisfiedReqRegs) {
3070     assert(!ReqRegs.empty() && "Solver failed even without required registers");
3071     ReqRegs.clear();
3072     goto retry;
3073   }
3074 }
3075
3076 void LSRInstance::Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const {
3077   SmallVector<const Formula *, 8> Workspace;
3078   Cost SolutionCost;
3079   SolutionCost.Loose();
3080   Cost CurCost;
3081   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> CurRegs;
3082   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
3083   Workspace.reserve(Uses.size());
3084
3085   SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, CurCost,
3086                CurRegs, VisitedRegs);
3087
3088   // Ok, we've now made all our decisions.
3089   DEBUG(dbgs() << "\n"
3090                   "The chosen solution requires "; SolutionCost.print(dbgs());
3091         dbgs() << ":\n";
3092         for (size_t i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
3093           dbgs() << "  ";
3094           Uses[i].print(dbgs());
3095           dbgs() << "\n"
3096                     "    ";
3097           Solution[i]->print(dbgs());
3098           dbgs() << '\n';
3099         });
3100 }
3101
3102 /// getImmediateDominator - A handy utility for the specific DominatorTree
3103 /// query that we need here.
3104 ///
3105 static BasicBlock *getImmediateDominator(BasicBlock *BB, DominatorTree &DT) {
3106   DomTreeNode *Node = DT.getNode(BB);
3107   if (!Node) return 0;
3108   Node = Node->getIDom();
3109   if (!Node) return 0;
3110   return Node->getBlock();
3111 }
3112
3113 /// HoistInsertPosition - Helper for AdjustInsertPositionForExpand. Climb up
3114 /// the dominator tree far as we can go while still being dominated by the
3115 /// input positions. This helps canonicalize the insert position, which
3116 /// encourages sharing.
3117 BasicBlock::iterator
3118 LSRInstance::HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
3119                                  const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs)
3120                                                                          const {
3121   for (;;) {
3122     const Loop *IPLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
3123     unsigned IPLoopDepth = IPLoop ? IPLoop->getLoopDepth() : 0;
3124
3125     BasicBlock *IDom;
3126     for (BasicBlock *Rung = IP->getParent(); ; Rung = IDom) {
3127       IDom = getImmediateDominator(Rung, DT);
3128       if (!IDom) return IP;
3129
3130       // Don't climb into a loop though.
3131       const Loop *IDomLoop = LI.getLoopFor(IDom);
3132       unsigned IDomDepth = IDomLoop ? IDomLoop->getLoopDepth() : 0;
3133       if (IDomDepth <= IPLoopDepth &&
3134           (IDomDepth != IPLoopDepth || IDomLoop == IPLoop))
3135         break;
3136     }
3137
3138     bool AllDominate = true;
3139     Instruction *BetterPos = 0;
3140     Instruction *Tentative = IDom->getTerminator();
3141     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator I = Inputs.begin(),
3142          E = Inputs.end(); I != E; ++I) {
3143       Instruction *Inst = *I;
3144       if (Inst == Tentative || !DT.dominates(Inst, Tentative)) {
3145         AllDominate = false;
3146         break;
3147       }
3148       // Attempt to find an insert position in the middle of the block,
3149       // instead of at the end, so that it can be used for other expansions.
3150       if (IDom == Inst->getParent() &&
3151           (!BetterPos || DT.dominates(BetterPos, Inst)))
3152         BetterPos = llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst));
3153     }
3154     if (!AllDominate)
3155       break;
3156     if (BetterPos)
3157       IP = BetterPos;
3158     else
3159       IP = Tentative;
3160   }
3161
3162   return IP;
3163 }
3164
3165 /// AdjustInsertPositionForExpand - Determine an input position which will be
3166 /// dominated by the operands and which will dominate the result.
3167 BasicBlock::iterator
3168 LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
3169                                            const LSRFixup &LF,
3170                                            const LSRUse &LU) const {
3171   // Collect some instructions which must be dominated by the
3172   // expanding replacement. These must be dominated by any operands that
3173   // will be required in the expansion.
3174   SmallVector<Instruction *, 4> Inputs;
3175   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(LF.OperandValToReplace))
3176     Inputs.push_back(I);
3177   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero)
3178     if (Instruction *I =
3179           dyn_cast<Instruction>(cast<ICmpInst>(LF.UserInst)->getOperand(1)))
3180       Inputs.push_back(I);
3181   if (LF.PostIncLoops.count(L)) {
3182     if (LF.isUseFullyOutsideLoop(L))
3183       Inputs.push_back(L->getLoopLatch()->getTerminator());
3184     else
3185       Inputs.push_back(IVIncInsertPos);
3186   }
3187   // The expansion must also be dominated by the increment positions of any
3188   // loops it for which it is using post-inc mode.
3189   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = LF.PostIncLoops.begin(),
3190        E = LF.PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
3191     const Loop *PIL = *I;
3192     if (PIL == L) continue;
3193
3194     // Be dominated by the loop exit.
3195     SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
3196     PIL->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
3197     if (!ExitingBlocks.empty()) {
3198       BasicBlock *BB = ExitingBlocks[0];
3199       for (unsigned i = 1, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
3200         BB = DT.findNearestCommonDominator(BB, ExitingBlocks[i]);
3201       Inputs.push_back(BB->getTerminator());
3202     }
3203   }
3204
3205   // Then, climb up the immediate dominator tree as far as we can go while
3206   // still being dominated by the input positions.
3207   IP = HoistInsertPosition(IP, Inputs);
3208
3209   // Don't insert instructions before PHI nodes.
3210   while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
3211
3212   // Ignore debug intrinsics.
3213   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP)) ++IP;
3214
3215   return IP;
3216 }
3217
3218 Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
3219                            const Formula &F,
3220                            BasicBlock::iterator IP,
3221                            SCEVExpander &Rewriter,
3222                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const {
3223   const LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
3224
3225   // Determine an input position which will be dominated by the operands and
3226   // which will dominate the result.
3227   IP = AdjustInsertPositionForExpand(IP, LF, LU);
3228
3229   // Inform the Rewriter if we have a post-increment use, so that it can
3230   // perform an advantageous expansion.
3231   Rewriter.setPostInc(LF.PostIncLoops);
3232
3233   // This is the type that the user actually needs.
3234   const Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
3235   // This will be the type that we'll initially expand to.
3236   const Type *Ty = F.getType();
3237   if (!Ty)
3238     // No type known; just expand directly to the ultimate type.
3239     Ty = OpTy;
3240   else if (SE.getEffectiveSCEVType(Ty) == SE.getEffectiveSCEVType(OpTy))
3241     // Expand directly to the ultimate type if it's the right size.
3242     Ty = OpTy;
3243   // This is the type to do integer arithmetic in.
3244   const Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
3245
3246   // Build up a list of operands to add together to form the full base.
3247   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
3248
3249   // Expand the BaseRegs portion.
3250   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
3251        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3252     const SCEV *Reg = *I;
3253     assert(!Reg->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
3254
3255     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
3256     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
3257     Reg = TransformForPostIncUse(Denormalize, Reg,
3258                                  LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
3259                                  Loops, SE, DT);
3260
3261     Ops.push_back(SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(Reg, 0, IP)));
3262   }
3263
3264   // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
3265   if (!Ops.empty()) {
3266     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
3267     Ops.clear();
3268     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
3269   }
3270
3271   // Expand the ScaledReg portion.
3272   Value *ICmpScaledV = 0;
3273   if (F.AM.Scale != 0) {
3274     const SCEV *ScaledS = F.ScaledReg;
3275
3276     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
3277     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
3278     ScaledS = TransformForPostIncUse(Denormalize, ScaledS,
3279                                      LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
3280                                      Loops, SE, DT);
3281
3282     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
3283       // An interesting way of "folding" with an icmp is to use a negated
3284       // scale, which we'll implement by inserting it into the other operand
3285       // of the icmp.
3286       assert(F.AM.Scale == -1 &&
3287              "The only scale supported by ICmpZero uses is -1!");
3288       ICmpScaledV = Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP);
3289     } else {
3290       // Otherwise just expand the scaled register and an explicit scale,
3291       // which is expected to be matched as part of the address.
3292       ScaledS = SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP));
3293       ScaledS = SE.getMulExpr(ScaledS,
3294                               SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.AM.Scale));
3295       Ops.push_back(ScaledS);
3296
3297       // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
3298       Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
3299       Ops.clear();
3300       Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
3301     }
3302   }
3303
3304   // Expand the GV portion.
3305   if (F.AM.BaseGV) {
3306     Ops.push_back(SE.getUnknown(F.AM.BaseGV));
3307
3308     // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
3309     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
3310     Ops.clear();
3311     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
3312   }
3313
3314   // Expand the immediate portion.
3315   int64_t Offset = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + LF.Offset;
3316   if (Offset != 0) {
3317     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
3318       // The other interesting way of "folding" with an ICmpZero is to use a
3319       // negated immediate.
3320       if (!ICmpScaledV)
3321         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, -Offset);
3322       else {
3323         Ops.push_back(SE.getUnknown(ICmpScaledV));
3324         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, Offset);
3325       }
3326     } else {
3327       // Just add the immediate values. These again are expected to be matched
3328       // as part of the address.
3329       Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy, Offset)));
3330     }
3331   }
3332
3333   // Emit instructions summing all the operands.
3334   const SCEV *FullS = Ops.empty() ?
3335                       SE.getConstant(IntTy, 0) :
3336                       SE.getAddExpr(Ops);
3337   Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(FullS, Ty, IP);
3338
3339   // We're done expanding now, so reset the rewriter.
3340   Rewriter.clearPostInc();
3341
3342   // An ICmpZero Formula represents an ICmp which we're handling as a
3343   // comparison against zero. Now that we've expanded an expression for that
3344   // form, update the ICmp's other operand.
3345   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
3346     ICmpInst *CI = cast<ICmpInst>(LF.UserInst);
3347     DeadInsts.push_back(CI->getOperand(1));
3348     assert(!F.AM.BaseGV && "ICmp does not support folding a global value and "
3349                            "a scale at the same time!");
3350     if (F.AM.Scale == -1) {
3351       if (ICmpScaledV->getType() != OpTy) {
3352         Instruction *Cast =
3353           CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(ICmpScaledV, false,
3354                                                    OpTy, false),
3355                            ICmpScaledV, OpTy, "tmp", CI);
3356         ICmpScaledV = Cast;
3357       }
3358       CI->setOperand(1, ICmpScaledV);
3359     } else {
3360       assert(F.AM.Scale == 0 &&
3361              "ICmp does not support folding a global value and "
3362              "a scale at the same time!");
3363       Constant *C = ConstantInt::getSigned(SE.getEffectiveSCEVType(OpTy),
3364                                            -(uint64_t)Offset);
3365       if (C->getType() != OpTy)
3366         C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
3367                                                           OpTy, false),
3368                                   C, OpTy);
3369
3370       CI->setOperand(1, C);
3371     }
3372   }
3373
3374   return FullV;
3375 }
3376
3377 /// RewriteForPHI - Helper for Rewrite. PHI nodes are special because the use
3378 /// of their operands effectively happens in their predecessor blocks, so the
3379 /// expression may need to be expanded in multiple places.
3380 void LSRInstance::RewriteForPHI(PHINode *PN,
3381                                 const LSRFixup &LF,
3382                                 const Formula &F,
3383                                 SCEVExpander &Rewriter,
3384                                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
3385                                 Pass *P) const {
3386   DenseMap<BasicBlock *, Value *> Inserted;
3387   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
3388     if (PN->getIncomingValue(i) == LF.OperandValToReplace) {
3389       BasicBlock *BB = PN->getIncomingBlock(i);
3390
3391       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
3392       // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
3393       // is the canonical backedge for this loop, which complicates post-inc
3394       // users.
3395       if (e != 1 && BB->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
3396           !isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator()) &&
3397           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(BB))) {
3398         // Split the critical edge.
3399         BasicBlock *NewBB = SplitCriticalEdge(BB, PN->getParent(), P);
3400
3401         // If PN is outside of the loop and BB is in the loop, we want to
3402         // move the block to be immediately before the PHI block, not
3403         // immediately after BB.
3404         if (L->contains(BB) && !L->contains(PN))
3405           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
3406
3407         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
3408         e = PN->getNumIncomingValues();
3409         BB = NewBB;
3410         i = PN->getBasicBlockIndex(BB);
3411       }
3412
3413       std::pair<DenseMap<BasicBlock *, Value *>::iterator, bool> Pair =
3414         Inserted.insert(std::make_pair(BB, static_cast<Value *>(0)));
3415       if (!Pair.second)
3416         PN->setIncomingValue(i, Pair.first->second);
3417       else {
3418         Value *FullV = Expand(LF, F, BB->getTerminator(), Rewriter, DeadInsts);
3419
3420         // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
3421         const Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
3422         if (FullV->getType() != OpTy)
3423           FullV =
3424             CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false,
3425                                                      OpTy, false),
3426                              FullV, LF.OperandValToReplace->getType(),
3427                              "tmp", BB->getTerminator());
3428
3429         PN->setIncomingValue(i, FullV);
3430         Pair.first->second = FullV;
3431       }
3432     }
3433 }
3434
3435 /// Rewrite - Emit instructions for the leading candidate expression for this
3436 /// LSRUse (this is called "expanding"), and update the UserInst to reference
3437 /// the newly expanded value.
3438 void LSRInstance::Rewrite(const LSRFixup &LF,
3439                           const Formula &F,
3440                           SCEVExpander &Rewriter,
3441                           SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
3442                           Pass *P) const {
3443   // First, find an insertion point that dominates UserInst. For PHI nodes,
3444   // find the nearest block which dominates all the relevant uses.
3445   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(LF.UserInst)) {
3446     RewriteForPHI(PN, LF, F, Rewriter, DeadInsts, P);
3447   } else {
3448     Value *FullV = Expand(LF, F, LF.UserInst, Rewriter, DeadInsts);
3449
3450     // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
3451     const Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
3452     if (FullV->getType() != OpTy) {
3453       Instruction *Cast =
3454         CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false, OpTy, false),
3455                          FullV, OpTy, "tmp", LF.UserInst);
3456       FullV = Cast;
3457     }
3458
3459     // Update the user. ICmpZero is handled specially here (for now) because
3460     // Expand may have updated one of the operands of the icmp already, and
3461     // its new value may happen to be equal to LF.OperandValToReplace, in
3462     // which case doing replaceUsesOfWith leads to replacing both operands
3463     // with the same value. TODO: Reorganize this.
3464     if (Uses[LF.LUIdx].Kind == LSRUse::ICmpZero)
3465       LF.UserInst->setOperand(0, FullV);
3466     else
3467       LF.UserInst->replaceUsesOfWith(LF.OperandValToReplace, FullV);
3468   }
3469
3470   DeadInsts.push_back(LF.OperandValToReplace);
3471 }
3472
3473 void
3474 LSRInstance::ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
3475                                Pass *P) {
3476   // Keep track of instructions we may have made dead, so that
3477   // we can remove them after we are done working.
3478   SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
3479
3480   SCEVExpander Rewriter(SE);
3481   Rewriter.disableCanonicalMode();
3482   Rewriter.setIVIncInsertPos(L, IVIncInsertPos);
3483
3484   // Expand the new value definitions and update the users.
3485   for (size_t i = 0, e = Fixups.size(); i != e; ++i) {
3486     size_t LUIdx = Fixups[i].LUIdx;
3487
3488     Rewrite(Fixups[i], *Solution[LUIdx], Rewriter, DeadInsts, P);
3489
3490     Changed = true;
3491   }
3492
3493   // Clean up after ourselves. This must be done before deleting any
3494   // instructions.
3495   Rewriter.clear();
3496
3497   Changed |= DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
3498 }
3499
3500 LSRInstance::LSRInstance(const TargetLowering *tli, Loop *l, Pass *P)
3501   : IU(P->getAnalysis<IVUsers>()),
3502     SE(P->getAnalysis<ScalarEvolution>()),
3503     DT(P->getAnalysis<DominatorTree>()),
3504     LI(P->getAnalysis<LoopInfo>()),
3505     TLI(tli), L(l), Changed(false), IVIncInsertPos(0) {
3506
3507   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
3508   if (!L->isLoopSimplifyForm()) return;
3509
3510   // If there's no interesting work to be done, bail early.
3511   if (IU.empty()) return;
3512
3513   DEBUG(dbgs() << "\nLSR on loop ";
3514         WriteAsOperand(dbgs(), L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
3515         dbgs() << ":\n");
3516
3517   /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
3518   /// inside the loop then try to eliminate the cast operation.
3519   OptimizeShadowIV();
3520
3521   // Change loop terminating condition to use the postinc iv when possible.
3522   Changed |= OptimizeLoopTermCond();
3523
3524   CollectInterestingTypesAndFactors();
3525   CollectFixupsAndInitialFormulae();
3526   CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
3527
3528   DEBUG(dbgs() << "LSR found " << Uses.size() << " uses:\n";
3529         print_uses(dbgs()));
3530
3531   // Now use the reuse data to generate a bunch of interesting ways
3532   // to formulate the values needed for the uses.
3533   GenerateAllReuseFormulae();
3534
3535   DEBUG(dbgs() << "\n"
3536                   "After generating reuse formulae:\n";
3537         print_uses(dbgs()));
3538
3539   FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
3540   NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
3541
3542   SmallVector<const Formula *, 8> Solution;
3543   Solve(Solution);
3544   assert(Solution.size() == Uses.size() && "Malformed solution!");
3545
3546   // Release memory that is no longer needed.
3547   Factors.clear();
3548   Types.clear();
3549   RegUses.clear();
3550
3551 #ifndef NDEBUG
3552   // Formulae should be legal.
3553   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
3554        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
3555      const LSRUse &LU = *I;
3556      for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
3557           JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J)
3558         assert(isLegalUse(J->AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3559                           LU.Kind, LU.AccessTy, TLI) &&
3560                "Illegal formula generated!");
3561   };
3562 #endif
3563
3564   // Now that we've decided what we want, make it so.
3565   ImplementSolution(Solution, P);
3566 }
3567
3568 void LSRInstance::print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const {
3569   if (Factors.empty() && Types.empty()) return;
3570
3571   OS << "LSR has identified the following interesting factors and types: ";
3572   bool First = true;
3573
3574   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3575        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3576     if (!First) OS << ", ";
3577     First = false;
3578     OS << '*' << *I;
3579   }
3580
3581   for (SmallSetVector<const Type *, 4>::const_iterator
3582        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
3583     if (!First) OS << ", ";
3584     First = false;
3585     OS << '(' << **I << ')';
3586   }
3587   OS << '\n';
3588 }
3589
3590 void LSRInstance::print_fixups(raw_ostream &OS) const {
3591   OS << "LSR is examining the following fixup sites:\n";
3592   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
3593        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
3594     const LSRFixup &LF = *I;
3595     dbgs() << "  ";
3596     LF.print(OS);
3597     OS << '\n';
3598   }
3599 }
3600
3601 void LSRInstance::print_uses(raw_ostream &OS) const {
3602   OS << "LSR is examining the following uses:\n";
3603   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
3604        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
3605     const LSRUse &LU = *I;
3606     dbgs() << "  ";
3607     LU.print(OS);
3608     OS << '\n';
3609     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
3610          JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J) {
3611       OS << "    ";
3612       J->print(OS);
3613       OS << '\n';
3614     }
3615   }
3616 }
3617
3618 void LSRInstance::print(raw_ostream &OS) const {
3619   print_factors_and_types(OS);
3620   print_fixups(OS);
3621   print_uses(OS);
3622 }
3623
3624 void LSRInstance::dump() const {
3625   print(errs()); errs() << '\n';
3626 }
3627
3628 namespace {
3629
3630 class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
3631   /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
3632   /// transformation profitability.
3633   const TargetLowering *const TLI;
3634
3635 public:
3636   static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
3637   explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = 0);
3638
3639 private:
3640   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
3641   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
3642 };
3643
3644 }
3645
3646 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
3647 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
3648 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
3649
3650 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
3651   return new LoopStrengthReduce(TLI);
3652 }
3653
3654 LoopStrengthReduce::LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli)
3655   : LoopPass(&ID), TLI(tli) {}
3656
3657 void LoopStrengthReduce::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3658   // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
3659   // many analyses if they are around.
3660   AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
3661   AU.addPreserved("domfrontier");
3662
3663   AU.addRequired<LoopInfo>();
3664   AU.addPreserved<LoopInfo>();
3665   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
3666   AU.addRequired<DominatorTree>();
3667   AU.addPreserved<DominatorTree>();
3668   AU.addRequired<ScalarEvolution>();
3669   AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
3670   AU.addRequired<IVUsers>();
3671   AU.addPreserved<IVUsers>();
3672 }
3673
3674 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
3675   bool Changed = false;
3676
3677   // Run the main LSR transformation.
3678   Changed |= LSRInstance(TLI, L, this).getChanged();
3679
3680   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
3681   // dead, so that we can remove them as well.
3682   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
3683
3684   return Changed;
3685 }