Properly parenthesize this expression, fixing a real bug in the new
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/Type.h"
24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
28 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
29 #include "llvm/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
30 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
32 #include "llvm/Target/TargetData.h"
33 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/Support/CFG.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/Compiler.h"
38 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
39 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
40 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
41 #include <algorithm>
42 using namespace llvm;
43
44 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of GEPs strength reduced");
45 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
46 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
47 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
48 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
49 STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
50
51 static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
52                                        cl::init(false),
53                                        cl::Hidden);
54
55 namespace {
56
57   struct BasedUser;
58
59   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
60   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
61   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
62   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
63   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
64     SCEVHandle Offset;
65     Instruction *User;
66     Value *OperandValToReplace;
67
68     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
69     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
70     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
71     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
72     bool isUseOfPostIncrementedValue;
73     
74     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
75       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
76         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
77   };
78   
79   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
80   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
81   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
82   /// structure.
83   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
84     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
85     /// initial value and the operand that uses the IV.
86     std::vector<IVStrideUse> Users;
87     
88     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
89       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
90     }
91   };
92
93   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
94   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
95   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
96   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
97     SCEVHandle  Stride;
98     SCEVHandle  Base;
99     PHINode    *PHI;
100     Value      *IncV;
101
102     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
103            Value *incv)
104       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
105   };
106
107   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
108   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
109   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
110     std::vector<IVExpr> IVs;
111
112     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
113                Value *IncV) {
114       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
115     }
116   };
117
118   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
119     LoopInfo *LI;
120     DominatorTree *DT;
121     ScalarEvolution *SE;
122     const TargetData *TD;
123     const Type *UIntPtrTy;
124     bool Changed;
125
126     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
127     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
128     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
129
130     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
131     /// particular stride.
132     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
133
134     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
135     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
136     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
137     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
138
139     /// GEPlist - A list of the GEP's that have been remembered in the SCEV
140     /// data structures.  SCEV does not know to update these when the operands
141     /// of the GEP are changed, which means we cannot leave them live across
142     /// loops.
143     SmallVector<GetElementPtrInst *, 16> GEPlist;
144
145     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
146     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
147     /// getCastedVersionOf.
148     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
149
150     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
151     /// we can remove them after we are done working.
152     SmallVector<Instruction*, 16> DeadInsts;
153
154     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
155     /// transformation profitability.
156     const TargetLowering *TLI;
157
158   public:
159     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
160     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
161       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
162     }
163
164     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
165
166     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
167       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
168       // many analyses if they are around.
169       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
170       AU.addPreserved<LoopInfo>();
171       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
172       AU.addPreserved<DominatorTree>();
173
174       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
175       AU.addRequired<LoopInfo>();
176       AU.addRequired<DominatorTree>();
177       AU.addRequired<TargetData>();
178       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
179       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
180     }
181     
182     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
183     ///
184     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
185 private:
186     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
187                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
188     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
189     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
190                                   IVStrideUse* &CondUse,
191                                   const SCEVHandle* &CondStride);
192     void OptimizeIndvars(Loop *L);
193
194     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
195     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
196     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
197
198     /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
199     /// if it uses an smax computation.
200     ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
201                            IVStrideUse* &CondUse);
202
203     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
204                            const SCEVHandle *&CondStride);
205     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
206     SCEVHandle CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEVHandle&,
207                              IVExpr&, const Type*,
208                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
209     bool ValidStride(bool, int64_t,
210                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
211     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
212                               IVUsersOfOneStride &Uses,
213                               Loop *L,
214                               bool &AllUsesAreAddresses,
215                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
216                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
217     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
218                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
219                                 const Loop *L,
220                                 bool AllUsesAreAddresses,
221                                 SCEVHandle Stride);
222     void PrepareToStrengthReduceFully(
223                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
224                              SCEVHandle Stride,
225                              SCEVHandle CommonExprs,
226                              const Loop *L,
227                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
228     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
229                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
230                                          Value *CommonBaseV,
231                                          const IVExpr &ReuseIV,
232                                          Instruction *PreInsertPt);
233     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
234                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
235                                   SCEVHandle Stride,
236                                   SCEVHandle CommonExprs,
237                                   Value *CommonBaseV,
238                                   const Loop *L,
239                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
240     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
241                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
242                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
243     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
244   };
245 }
246
247 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
248 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
249 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
250
251 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
252   return new LoopStrengthReduce(TLI);
253 }
254
255 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
256 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
257 ///
258 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
259                                               Value *V) {
260   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
261   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
262     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
263
264   Value *&New = CastedPointers[V];
265   if (New) return New;
266   
267   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
268   DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(New));
269   return New;
270 }
271
272
273 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
274 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
275 /// their operands subsequently dead.
276 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
277   if (DeadInsts.empty()) return;
278   
279   // Sort the deadinsts list so that we can trivially eliminate duplicates as we
280   // go.  The code below never adds a non-dead instruction to the worklist, but
281   // callers may not be so careful.
282   array_pod_sort(DeadInsts.begin(), DeadInsts.end());
283
284   // Drop duplicate instructions and those with uses.
285   for (unsigned i = 0, e = DeadInsts.size()-1; i < e; ++i) {
286     Instruction *I = DeadInsts[i];
287     if (!I->use_empty()) DeadInsts[i] = 0;
288     while (i != e && DeadInsts[i+1] == I)
289       DeadInsts[++i] = 0;
290   }
291   
292   while (!DeadInsts.empty()) {
293     Instruction *I = DeadInsts.back();
294     DeadInsts.pop_back();
295     
296     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
297       continue;
298
299     SE->deleteValueFromRecords(I);
300
301     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
302       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
303         *OI = 0;
304         if (U->use_empty())
305           DeadInsts.push_back(U);
306       }
307     }
308     
309     I->eraseFromParent();
310     Changed = true;
311   }
312 }
313
314
315 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
316 /// instruction.
317 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
318   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
319   // operand.
320   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
321     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
322       return SE->getSCEV(BCI);
323     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
324     SE->setSCEV(BCI, R);
325     return R;
326   }
327
328   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
329   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
330   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
331   // SE figure it out.
332   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
333   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
334     return SE->getSCEV(Exp);
335     
336   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
337   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
338   // all operands the are not dependent on the IV.
339
340   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
341   // uintptr_t first.
342   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
343       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
344
345   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
346   
347   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
348        i != e; ++i, ++GTI) {
349     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
350     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
351     // operand.
352     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
353       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
354       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(*i)->getZExtValue();
355       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
356       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
357                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
358     } else {
359       unsigned GEPOpiBits = 
360         (*i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
361       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
362       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
363           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
364             Instruction::BitCast));
365       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, *i);
366       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
367
368       uint64_t TypeSize = TD->getTypePaddedSize(GTI.getIndexedType());
369       if (TypeSize != 1)
370         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
371                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
372                                                              TypeSize)));
373       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
374     }
375   }
376
377   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
378   GEPlist.push_back(GEP);
379   return GEPVal;
380 }
381
382 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a 
383 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop 
384 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
385 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(SCEVHandle S, Loop *L) {
386   // This is very common, put it first.
387   if (isa<SCEVConstant>(S))
388     return false;
389   if (SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
390     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
391       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
392         return true;
393     return false;
394   }
395   if (SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
396     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
397       if (newLoop == L)
398         return false;
399       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
400       if (!LoopInfoBase<BasicBlock>::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
401         return false;
402     }
403     return true;
404   }
405   if (SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
406     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
407            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
408 #if 0
409   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll 
410   // need this when it is.
411   if (SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
412     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
413            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
414 #endif
415   if (SCEVTruncateExpr *TE = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
416     return containsAddRecFromDifferentLoop(TE->getOperand(), L);
417   if (SCEVZeroExtendExpr *ZE = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S))
418     return containsAddRecFromDifferentLoop(ZE->getOperand(), L);
419   if (SCEVSignExtendExpr *SE = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S))
420     return containsAddRecFromDifferentLoop(SE->getOperand(), L);
421   return false;
422 }
423
424 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
425 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
426 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
427 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.  The start cannot,
428 /// however, contain an AddRec from a different loop, unless that loop is an
429 /// outer loop of the current loop.
430 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
431                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
432                                   ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT) {
433   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
434
435   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
436   // for a nested AddRecExpr.
437   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
438     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
439       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
440              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
441         if (AddRec->getLoop() == L)
442           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
443         else
444           return false;  // Nested IV of some sort?
445       } else {
446         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
447       }
448         
449   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
450     TheAddRec = SH;
451   } else {
452     return false;  // not analyzable.
453   }
454   
455   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
456   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
457   
458   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
459   if (!AddRec->isAffine()) return false;
460
461   // If Start contains an SCEVAddRecExpr from a different loop, other than an
462   // outer loop of the current loop, reject it.  SCEV has no concept of 
463   // operating on one loop at a time so don't confuse it with such expressions.
464   if (containsAddRecFromDifferentLoop(AddRec->getOperand(0), L))
465     return false;
466
467   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
468   
469   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1))) {
470     // If stride is an instruction, make sure it dominates the loop preheader.
471     // Otherwise we could end up with a use before def situation.
472     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
473     if (!AddRec->getOperand(1)->dominates(Preheader, DT))
474       return false;
475
476     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
477          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
478   }
479
480   Stride = AddRec->getOperand(1);
481   return true;
482 }
483
484 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
485 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
486 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
487 ///
488 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
489 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
490 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
491 /// should use the post-inc value).
492 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
493                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
494                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
495   // If the user is in the loop, use the preinc value.
496   if (L->contains(User->getParent())) return false;
497   
498   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
499   
500   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
501   // block, use the post-inc value.
502   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
503     return true;
504
505   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
506   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
507   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
508   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
509   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
510   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
511   
512   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
513   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
514   // preincremented value.
515   unsigned NumUses = 0;
516   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
517     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
518       ++NumUses;
519       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
520         return false;
521     }
522
523   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
524   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
525   // post-incremented value.
526   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
527     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
528       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
529       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
530       // PHI.
531       e = PN->getNumIncomingValues();
532       if (--NumUses == 0) break;
533     }
534
535   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
536   DeadInsts.push_back(User);
537   
538   return true;
539 }
540
541 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
542 /// specified value as an address.
543 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
544   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
545   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
546     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
547       isAddress = true;
548   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
549     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
550     // of intrinsics.
551     switch (II->getIntrinsicID()) {
552       default: break;
553       case Intrinsic::prefetch:
554       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
555       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
556       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
557       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
558       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
559       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
560       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
561         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
562           isAddress = true;
563         break;
564     }
565   }
566   return isAddress;
567 }
568
569 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
570 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
571 /// return true.  Otherwise, return false.
572 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
573                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
574   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
575     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
576   if (!Processed.insert(I))
577     return true;    // Instruction already handled.
578   
579   // Get the symbolic expression for this instruction.
580   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
581   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
582   
583   // Get the start and stride for this expression.
584   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
585   SCEVHandle Stride = Start;
586   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE, DT))
587     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
588
589   std::vector<Instruction *> IUsers;
590   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
591   // invalidate use_iterator.
592   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
593     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
594
595   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
596        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
597
598     Instruction *User = IUsers[iused_index];
599
600     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
601     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
602       continue;
603
604     // Descend recursively, but not into PHI nodes outside the current loop.
605     // It's important to see the entire expression outside the loop to get
606     // choices that depend on addressing mode use right, although we won't
607     // consider references ouside the loop in all cases.
608     // If User is already in Processed, we don't want to recurse into it again,
609     // but do want to record a second reference in the same instruction.
610     bool AddUserToIVUsers = false;
611     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
612       if (isa<PHINode>(User) || Processed.count(User) ||
613           !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
614         DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
615              << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
616         AddUserToIVUsers = true;
617       }
618     } else if (Processed.count(User) || 
619                !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
620       DOUT << "FOUND USER: " << *User
621            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
622       AddUserToIVUsers = true;
623     }
624
625     if (AddUserToIVUsers) {
626       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
627       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurrence of this stride?
628         StrideOrder.push_back(Stride);
629       
630       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
631       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
632       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
633       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
634         // The value used will be incremented by the stride more than we are
635         // expecting, so subtract this off.
636         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
637         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
638         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
639         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
640       } else {        
641         StrideUses.addUser(Start, User, I);
642       }
643     }
644   }
645   return true;
646 }
647
648 namespace {
649   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
650   /// partitioned the expression so far.
651   struct BasedUser {
652     /// SE - The current ScalarEvolution object.
653     ScalarEvolution *SE;
654
655     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
656     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
657     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
658     /// field.
659     SCEVHandle Base;
660     
661     /// Inst - The instruction using the induction variable.
662     Instruction *Inst;
663
664     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
665     /// EmittedBase.
666     Value *OperandValToReplace;
667
668     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
669     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
670     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
671     /// must be added inside the loop.
672     SCEVHandle Imm;
673
674     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
675     /// should be used for this user.
676     Value *Phi;
677
678     /// IncV - The post-incremented value of Phi.
679     Value *IncV;
680
681     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
682     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
683     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
684     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
685     // the loop.
686     bool isUseOfPostIncrementedValue;
687     
688     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
689       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
690         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
691         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
692         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
693
694     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
695     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
696     // to it.
697     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
698                                         Instruction *InsertPt,
699                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
700                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts);
701     
702     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
703                                        SCEVExpander &Rewriter,
704                                        Instruction *IP, Loop *L);
705     void dump() const;
706   };
707 }
708
709 void BasedUser::dump() const {
710   cerr << " Base=" << *Base;
711   cerr << " Imm=" << *Imm;
712   cerr << "   Inst: " << *Inst;
713 }
714
715 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
716                                               SCEVExpander &Rewriter,
717                                               Instruction *IP, Loop *L) {
718   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
719   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
720   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
721   // many loops as possible.
722   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
723   Instruction *BaseInsertPt = IP;
724   
725   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
726   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
727   
728   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
729   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
730   if (L->contains(IP->getParent()))
731     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
732       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
733       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
734     }
735   
736   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
737
738   // If there is no immediate value, skip the next part.
739   if (Imm->isZero())
740     return Base;
741
742   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
743   // adjust the IP position if insertion reused a result.
744   if (IP == BaseInsertPt)
745     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
746   
747   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
748   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
749   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
750   
751 }
752
753
754 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
755 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
756 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
757 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
758 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
759 //
760 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
761                                                Instruction *NewBasePt,
762                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
763                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
764   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
765     // By default, insert code at the user instruction.
766     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
767     
768     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
769     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
770     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
771     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
772     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
773     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
774     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
775     // In this case, we have to back off.
776     //
777     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
778     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
779     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
780     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
781       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
782         InsertPt = NewBasePt;
783         ++InsertPt;
784       } else if (Instruction *OpInst
785                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
786         InsertPt = OpInst;
787         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
788       }
789     }
790     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
791     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
792     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
793     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
794     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
795       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
796                                             NewVal,
797                                             OperandValToReplace->getType());
798     }
799     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
800     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
801
802     DOUT << "      Replacing with ";
803     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, NewVal, /*PrintType=*/false));
804     DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
805     return;
806   }
807
808   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
809   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
810   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
811   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
812   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
813   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
814   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
815   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
816     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
817       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
818       // code in the same place as the original expression,
819       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
820       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
821       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
822       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
823       // that case(?).
824       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
825       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
826         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
827         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
828         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
829         // inserted code be in an illegal position.
830         BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
831         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
832             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
833
834           // First step, split the critical edge.
835           SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
836
837           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
838           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
839           // move the block to be immediately before the PHI block, not
840           // immediately after PredTI.
841           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
842             BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
843             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
844           }
845
846           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
847           e = PN->getNumIncomingValues();
848         }
849       }
850       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
851       if (!Code) {
852         // Insert the code into the end of the predecessor block.
853         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
854                                 PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
855                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
856         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
857
858         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
859         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
860         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
861         // redundant expressions.
862         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
863           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
864                                               Code,
865                                               PN->getType());
866         }
867
868         DOUT << "      Changing PHI use to ";
869         DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Code, /*PrintType=*/false));
870         DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
871       }
872
873       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
874       PN->setIncomingValue(i, Code);
875       Rewriter.clear();
876     }
877   }
878
879   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
880   DeadInsts.push_back(Inst);
881 }
882
883
884 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
885 /// mode, and does not need to be put in a register first.
886 static bool fitsInAddressMode(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
887                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
888   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
889     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
890     if (TLI) {
891       TargetLowering::AddrMode AM;
892       AM.BaseOffs = VC;
893       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
894       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
895     } else {
896       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
897       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
898     }
899   }
900
901   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
902     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
903       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
904         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
905         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
906           TargetLowering::AddrMode AM;
907           AM.BaseGV = GV;
908           AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
909           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
910         }
911       }
912   return false;
913 }
914
915 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
916 /// loop varying to the Imm operand.
917 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
918                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
919   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
920   
921   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
922     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
923     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
924     
925     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
926       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
927         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
928         // field of the expression.
929         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
930       } else {
931         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
932       }
933
934     if (NewOps.empty())
935       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
936     else
937       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
938   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
939     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
940     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
941     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
942     
943     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
944     Ops[0] = Start;
945     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
946   } else {
947     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
948     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
949     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
950   }
951 }
952
953
954 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
955 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
956 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
957 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
958                                 const Type *UseTy,
959                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
960                                 bool isAddress, Loop *L,
961                                 ScalarEvolution *SE) {
962   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
963     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
964     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
965     
966     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
967       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
968       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
969       
970       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
971         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
972         // field of the expression.
973         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
974       } else {
975         NewOps.push_back(NewOp);
976       }
977     }
978
979     if (NewOps.empty())
980       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
981     else
982       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
983     return;
984   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
985     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
986     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
987     MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
988     
989     if (Start != SARE->getStart()) {
990       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
991       Ops[0] = Start;
992       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
993     }
994     return;
995   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
996     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
997     if (isAddress && fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), UseTy, TLI, false) &&
998         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
999
1000       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
1001       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
1002       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
1003       
1004       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
1005       // simplify this!
1006       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
1007         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
1008         // good.
1009         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
1010         if (fitsInAddressMode(SubImm, UseTy, TLI, false)) {
1011           // Accumulate the immediate.
1012           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
1013           
1014           // Update what is left of 'Val'.
1015           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
1016           return;
1017         }
1018       }
1019     }
1020   }
1021
1022   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
1023   // expression.
1024   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, UseTy, TLI, false)) ||
1025       !Val->isLoopInvariant(L)) {
1026     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
1027     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
1028     return;
1029   }
1030
1031   // Otherwise, no immediates to move.
1032 }
1033
1034 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
1035                                 Instruction *User,
1036                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
1037                                 bool isAddress, Loop *L,
1038                                 ScalarEvolution *SE) {
1039   const Type *UseTy = User->getType();
1040   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
1041     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1042   MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
1043 }
1044
1045 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
1046 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
1047 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
1048 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
1049                              SCEVHandle Expr,
1050                              ScalarEvolution *SE) {
1051   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
1052     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
1053       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
1054   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
1055     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
1056     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
1057       SubExprs.push_back(Expr);
1058     } else {
1059       // Compute the addrec with zero as its base.
1060       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
1061       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
1062       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
1063       
1064
1065       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
1066     }
1067   } else if (!Expr->isZero()) {
1068     // Do not add zero.
1069     SubExprs.push_back(Expr);
1070   }
1071 }
1072
1073 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
1074 // to make it file scope.
1075 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
1076
1077 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
1078 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
1079 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
1080 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
1081 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
1082 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
1083 /// is *removed* from the Bases and returned.
1084 static SCEVHandle 
1085 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
1086                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
1087                                     const TargetLowering *TLI) {
1088   unsigned NumUses = Uses.size();
1089
1090   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
1091   // cheaply.
1092   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
1093   SCEVHandle Result = Zero;
1094   SCEVHandle FreeResult = Zero;
1095   if (NumUses == 1) {
1096     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
1097     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
1098     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
1099     // so just use 0 as the base.
1100     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
1101       std::swap(Result, Uses[0].Base);
1102     return Result;
1103   }
1104
1105   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
1106   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
1107   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
1108   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
1109   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
1110   std::map<SCEVHandle, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
1111   
1112   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
1113   // order we see them.
1114   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
1115
1116   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
1117   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
1118   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1119     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
1120     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
1121     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
1122     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
1123     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
1124     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
1125     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1126       continue;
1127     NumUsesInsideLoop++;
1128     
1129     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
1130     // CSEs we can find.
1131     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
1132
1133     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
1134     // mode rather than hoisting them.
1135     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
1136     // We may need the UseTy below, but only when isAddrUse, so compute it
1137     // only in that case.
1138     const Type *UseTy = 0;
1139     if (isAddrUse) {
1140       UseTy  = Uses[i].Inst->getType();
1141       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Uses[i].Inst))
1142         UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1143     }
1144
1145     // Split the expression into subexprs.
1146     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1147     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
1148     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
1149     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
1150     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
1151     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1152       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
1153         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
1154       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], UseTy, TLI, false))
1155         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
1156     }
1157     SubExprs.clear();
1158   }
1159
1160   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
1161   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
1162   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
1163     std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1164        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
1165     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
1166     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
1167       if (I->second.notAllUsesAreFree)
1168         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
1169       else 
1170         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
1171     } else
1172       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
1173       SubExpressionUseData.erase(I);
1174   }
1175
1176   if (FreeResult != Zero) {
1177     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
1178     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
1179     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
1180     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
1181     // and a Result in the same instruction (for example because it would
1182     // require too many registers).  Check this.
1183     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
1184       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1185         continue;
1186       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
1187       // are not, FreeResult would be Zero.
1188       const Type *UseTy = Uses[i].Inst->getType();
1189       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Uses[i].Inst))
1190         UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1191       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, UseTy, TLI, Result!=Zero)) {
1192         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
1193         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
1194         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
1195         FreeResult = Zero;
1196         break;
1197       }
1198     }
1199   }
1200
1201   // If we found no CSE's, return now.
1202   if (Result == Zero) return Result;
1203   
1204   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
1205   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
1206   if (FreeResult != Zero) {
1207     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
1208     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1209       std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1210          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
1211       SubExpressionUseData.erase(I);
1212     }
1213     SubExprs.clear();
1214   }
1215
1216   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
1217   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1218     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
1219     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
1220     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
1221     // subtract off the base to compensate for this.
1222     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
1223       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
1224       continue;
1225     }
1226
1227     // Split the expression into subexprs.
1228     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1229
1230     // Remove any common subexpressions.
1231     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
1232       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
1233         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
1234         --j; --e;
1235       }
1236     
1237     // Finally, add the non-shared expressions together.
1238     if (SubExprs.empty())
1239       Uses[i].Base = Zero;
1240     else
1241       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
1242     SubExprs.clear();
1243   }
1244  
1245   return Result;
1246 }
1247
1248 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
1249 /// stores in UsersToProcess.
1250 ///
1251 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
1252                                int64_t Scale, 
1253                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1254   if (!TLI)
1255     return true;
1256
1257   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1258     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1259     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1260     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1261       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
1262     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1263       AccessTy = LI->getType();
1264     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1265       continue;
1266     
1267     TargetLowering::AddrMode AM;
1268     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1269       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1270     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1271     AM.Scale = Scale;
1272
1273     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1274     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1275       return false;
1276   }
1277   return true;
1278 }
1279
1280 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
1281 /// a nop.
1282 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1283                                                 const Type *Ty2) {
1284   if (Ty1 == Ty2)
1285     return false;
1286   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
1287     return false;
1288   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1289     return false;
1290   if (isa<PointerType>(Ty2) && Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy))
1291     return false;
1292   if (isa<PointerType>(Ty1) && Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy))
1293     return false;
1294   return true;
1295 }
1296
1297 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1298 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1299 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1300 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1301 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1302 ///
1303 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
1304 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant; 
1305 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV 
1306 /// within.  Well, usually.
1307 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1308                                 bool AllUsesAreAddresses,
1309                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1310                                 const SCEVHandle &Stride, 
1311                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1312                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1313   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1314     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1315     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1316          ++NewStride) {
1317       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1318                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1319       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1320         continue;
1321       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1322       if (SI->first != Stride &&
1323           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1324         continue;
1325       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1326       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1327       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1328       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1329       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1330       // multiplications.
1331       if (Scale == 1 ||
1332           (AllUsesAreAddresses &&
1333            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1334         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1335                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1336           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1337           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1338           if (II->Base->isZero() &&
1339               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1340             IV = *II;
1341             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1342           }
1343     }
1344   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1345     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1346     // an existing IV if we can.
1347     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1348          ++NewStride) {
1349       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1350                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1351       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1352         continue;
1353       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1354       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1355         continue;
1356       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1357              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1358         // Accept nonzero base here.
1359         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1360         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1361           IV = *II;
1362           return Stride;
1363         }
1364     }
1365     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1366     // -1*old.
1367     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1368          ++NewStride) {
1369       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1370                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1371       if (SI == IVsByStride.end()) 
1372         continue;
1373       if (SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1374         if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1375           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1376               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1377             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1378                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1379               // Accept nonzero base here.
1380               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1381               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1382                 IV = *II;
1383                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1384               }
1385     }
1386   }
1387   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1388 }
1389
1390 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1391 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1392 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1393   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1394 }
1395
1396 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1397 /// not a constant.
1398 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1399   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1400   if (!Mul) return false;
1401   
1402   // If there is a constant factor, it will be first.
1403   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1404   if (!SC) return false;
1405   
1406   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1407   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1408 }
1409
1410 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1411 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1412 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1413 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1414 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1415 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1416                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1417                                               Loop *L,
1418                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1419                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1420                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1421   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1422   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1423     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1424     
1425     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1426     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1427     // computed.
1428     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1429                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1430     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1431            "Base value is not loop invariant!");
1432   }
1433
1434   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1435   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1436   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1437   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1438   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1439   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1440   // UsersToProcess base values.
1441   SCEVHandle CommonExprs =
1442     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1443
1444   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1445   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1446   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1447   // of the remaining uses.
1448   unsigned NumPHI = 0;
1449   bool HasAddress = false;
1450   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1451     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1452     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1453     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1454     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1455       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1456                                              UsersToProcess[i].Base);
1457       UsersToProcess[i].Base = 
1458         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1459     } else {
1460       // Not all uses are outside the loop.
1461       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1462
1463       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1464       // the store is through the expression, not of the expression though.
1465       bool isPHI = false;
1466       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1467                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1468       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1469         isPHI = true;
1470         ++NumPHI;
1471       }
1472
1473       if (isAddress)
1474         HasAddress = true;
1475      
1476       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1477       if (!isAddress && !isPHI)
1478         AllUsesAreAddresses = false;
1479       
1480       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1481                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1482     }
1483   }
1484
1485   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1486   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1487   // for one fewer iv.
1488   if (NumPHI > 1)
1489     AllUsesAreAddresses = false;
1490     
1491   // There are no in-loop address uses.
1492   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1493     AllUsesAreAddresses = false;
1494
1495   return CommonExprs;
1496 }
1497
1498 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1499 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1500 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1501 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1502 ///
1503 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1504                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1505                                    const Loop *L,
1506                                    bool AllUsesAreAddresses,
1507                                    SCEVHandle Stride) {
1508   if (!EnableFullLSRMode)
1509     return false;
1510
1511   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1512   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1513   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1514   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1515   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1516   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1517     return false;
1518
1519   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1520   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1521   // which could reuse the current stride IV.
1522   if (StrideOrder.back() != Stride)
1523     return false;
1524
1525   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1526   // full-lsr mode.
1527   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1528     SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1529     SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1530     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1531     // strength-reduced.
1532     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1533       return false;
1534     // If there are to users with the same base and the difference between
1535     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1536     // strength reduction would increase register pressure.
1537     do {
1538       SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1539       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1540         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1541         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1542         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1543         const Type *UseTy = Inst->getType();
1544         if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1545           UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1546         SCEVHandle Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1547         if (!Diff->isZero() &&
1548             (!AllUsesAreAddresses ||
1549              !fitsInAddressMode(Diff, UseTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1550           return false;
1551       }
1552     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1553   }
1554
1555   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1556   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1557   // it'll be simpler this way.
1558   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1559     return true;
1560
1561   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1562   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1563   // register pressure.
1564   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1565     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1566       return false;
1567
1568   // Otherwise, go for it.
1569   return true;
1570 }
1571
1572 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1573 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1574 ///
1575 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1576 /// subtract instead of an add.
1577 ///
1578 /// Return the created phi node, and return the step instruction by
1579 /// reference in IncV.
1580 ///
1581 static PHINode *InsertAffinePhi(SCEVHandle Start, SCEVHandle Step,
1582                                 const Loop *L,
1583                                 SCEVExpander &Rewriter,
1584                                 Value *&IncV) {
1585   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1586   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1587
1588   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1589   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1590
1591   PHINode *PN = PHINode::Create(Start->getType(), "lsr.iv", Header->begin());
1592   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Preheader->getTerminator()),
1593                   Preheader);
1594
1595   pred_iterator HPI = pred_begin(Header);
1596   assert(HPI != pred_end(Header) && "Loop with zero preds???");
1597   if (!L->contains(*HPI)) ++HPI;
1598   assert(HPI != pred_end(Header) && L->contains(*HPI) &&
1599          "No backedge in loop?");
1600
1601   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1602   // increment.
1603   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1604   SCEVHandle IncAmount = Step;
1605   if (isNegative)
1606     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1607
1608   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1609   // to the back-edge.
1610   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Preheader->getTerminator());
1611   if (isNegative) {
1612     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1613                                      (*HPI)->getTerminator());
1614   } else {
1615     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1616                                      (*HPI)->getTerminator());
1617   }
1618   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1619
1620   pred_iterator PI = pred_begin(Header);
1621   if (*PI == L->getLoopPreheader())
1622     ++PI;
1623   PN->addIncoming(IncV, *PI);
1624
1625   ++NumInserted;
1626   return PN;
1627 }
1628
1629 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1630   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1631   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1632   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1633   // vector (so we handle them first).
1634   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1635                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1636
1637   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1638   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1639   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1640   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1641   //
1642   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1643   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1644   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1645   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1646   // ==.
1647   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1648     // Get a base value.
1649     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1650
1651     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1652     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1653       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1654         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1655         ++i;
1656       }
1657     }
1658   }
1659 }
1660
1661 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1662 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1663 /// pointer arithmetic.
1664 ///
1665 void
1666 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1667                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1668                                         SCEVHandle Stride,
1669                                         SCEVHandle CommonExprs,
1670                                         const Loop *L,
1671                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1672   DOUT << "  Fully reducing all users\n";
1673
1674   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1675   // unique Base value.
1676   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1677     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1678     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1679     // other uses.
1680     SCEVHandle Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1681     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1682     SCEVHandle Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1683     Value *IncV;
1684     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, L,
1685                                    PreheaderRewriter,
1686                                    IncV);
1687     // Loop over all the users with the same base.
1688     do {
1689       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1690       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1691       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1692       UsersToProcess[i].IncV = IncV;
1693       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1694              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1695     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1696   }
1697 }
1698
1699 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1700 /// given users to share.
1701 ///
1702 void
1703 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1704                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1705                                          SCEVHandle Stride,
1706                                          SCEVHandle CommonExprs,
1707                                          Value *CommonBaseV,
1708                                          const Loop *L,
1709                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1710   DOUT << "  Inserting new PHI:\n";
1711
1712   Value *IncV;
1713   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1714                                  Stride, L,
1715                                  PreheaderRewriter,
1716                                  IncV);
1717
1718   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1719   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi, IncV);
1720
1721   // All the users will share this new IV.
1722   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1723     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1724     UsersToProcess[i].IncV = IncV;
1725   }
1726
1727   DOUT << "    IV=";
1728   DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Phi, /*PrintType=*/false));
1729   DOUT << ", INC=";
1730   DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, IncV, /*PrintType=*/false));
1731   DOUT << "\n";
1732 }
1733
1734 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Prepare for the given users to reuse
1735 /// an induction variable with a stride that is a factor of the current
1736 /// induction variable.
1737 ///
1738 void
1739 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1740                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1741                                          Value *CommonBaseV,
1742                                          const IVExpr &ReuseIV,
1743                                          Instruction *PreInsertPt) {
1744   DOUT << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1745        << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n";
1746
1747   // All the users will share the reused IV.
1748   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1749     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1750     UsersToProcess[i].IncV = ReuseIV.IncV;
1751   }
1752
1753   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1754   if (C &&
1755       (!C->isNullValue() &&
1756        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1757                          TLI, false)))
1758     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1759     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1760     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1761                                   "commonbase", PreInsertPt);
1762 }
1763
1764 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1765                                     const Type *ReplacedTy,
1766                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1767                                    const TargetLowering *TLI) {
1768   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1769   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1770     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1771       continue;
1772     ExtAddrMode AddrMode =
1773       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1774                                    ReplacedTy, UsersToProcess[i].Inst,
1775                                    AddrModeInsts, *TLI);
1776     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1777       return false;
1778     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1779       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1780       return false;
1781     AddrModeInsts.clear();
1782   }
1783   return true;
1784 }
1785
1786 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1787 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1788 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1789 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1790                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1791                                                       Loop *L,
1792                                                       bool isOnlyStride) {
1793   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1794   if (Uses.Users.empty())
1795     return;
1796
1797   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1798   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1799   // smaller-stride IV.
1800   bool AllUsesAreAddresses = true;
1801
1802   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1803   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1804   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1805   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1806
1807   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1808   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1809   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1810   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1811   // have the full access expression to rewrite the use.
1812   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1813   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1814                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1815                                           UsersToProcess);
1816
1817   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1818   // next to each other.
1819   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1820
1821   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1822   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1823   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1824   // valid.
1825   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1826
1827   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1828
1829   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1830   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1831   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1832     SCEVHandle NewCommon = CommonExprs;
1833     SCEVHandle Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1834     MoveImmediateValues(TLI, ReplacedTy, NewCommon, Imm, true, L, SE);
1835     if (!Imm->isZero()) {
1836       bool DoSink = true;
1837
1838       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1839       // possible to fold it into the target addressing mode.
1840       GlobalValue *GV = 0;
1841       if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm)) {
1842         if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
1843           if (CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
1844             GV = dyn_cast<GlobalValue>(CE->getOperand(0));
1845       }
1846       int64_t Offset = 0;
1847       if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1848         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1849       if (GV || Offset)
1850         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset, ReplacedTy,
1851                                          UsersToProcess, TLI);
1852
1853       if (DoSink) {
1854         DOUT << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n";
1855         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1856           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1857         CommonExprs = NewCommon;
1858         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1859         ++NumImmSunk;
1860       }
1861     }
1862   }
1863
1864   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1865   //
1866   DOUT << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1867        << *Stride << ":\n"
1868        << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n";
1869
1870   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1871   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1872
1873   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1874   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1875   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1876
1877   Value *CommonBaseV = ConstantInt::get(ReplacedTy, 0);
1878
1879   SCEVHandle RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1880   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1881                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1882                    0, 0);
1883
1884   /// Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1885   /// the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1886   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1887                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1888     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1889                                  PreheaderRewriter);
1890   } else {
1891     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1892     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1893
1894     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1895     // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1896     // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1897     // that we will have a valid instruction after this substition, including
1898     // the immediate field, if any.
1899     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1900                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1901                                     Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1902                                     UsersToProcess);
1903     if (isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) &&
1904         cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero())
1905       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1906                                         CommonBaseV, L, PreheaderRewriter);
1907     else
1908       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1909                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1910   }
1911
1912   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1913   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1914   // loop handles all users of a particular base.
1915   while (!UsersToProcess.empty()) {
1916     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1917     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1918
1919     // Emit the code for Base into the preheader.
1920     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1921
1922     DOUT << "  Examining uses with BASE ";
1923     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, BaseV, /*PrintType=*/false));
1924     DOUT << ":\n";
1925
1926     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1927     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1928     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1929     // in this case.
1930     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1931       if (!C->isNullValue() && !fitsInAddressMode(Base, ReplacedTy, 
1932                                                  TLI, false)) {
1933         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1934         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1935         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1936                                 PreInsertPt);       
1937       }
1938     }
1939
1940     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1941     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1942     do {
1943       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1944       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1945
1946       DOUT << "    Examining use ";
1947       DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1948                            /*PrintType=*/false));
1949       DOUT << " in Inst: " << *Inst;
1950
1951       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1952       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1953       Value *RewriteOp = User.Phi;
1954       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1955         RewriteOp = User.IncV;
1956
1957         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1958         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1959         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1960           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1961       }
1962       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1963         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1964         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1965             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1966           opcode = Instruction::BitCast;
1967         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1968       }
1969
1970       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1971
1972       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1973       // consider that they may not have been able to end up immediately
1974       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1975       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1976       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1977       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1978       // RewriteExpr.
1979       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1980       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1981
1982       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1983       // to have the code emitted where we expect it.
1984       Rewriter.clear();
1985
1986       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1987       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1988       if (!isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) ||
1989           !cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero()) {
1990         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1991         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1992         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1993         // it here.
1994         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1995           SCEVHandle typedBase = ReuseIV.Base;
1996           if (RewriteExpr->getType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
1997               ReuseIV.Base->getType()->getPrimitiveSizeInBits()) {
1998             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1999             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
2000             // RequiresTypeConversion that this is valid.
2001             assert (RewriteExpr->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2002                     ReuseIV.Base->getType()->getPrimitiveSizeInBits() &&
2003                     "Unexpected lengthening conversion!");
2004             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base, 
2005                                             RewriteExpr->getType());
2006           }
2007           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
2008         }
2009
2010         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
2011         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
2012                                      RewriteExpr);
2013
2014         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
2015         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
2016         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
2017         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
2018         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
2019         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
2020         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
2021             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero()) {
2022           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
2023             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
2024                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
2025           else
2026             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
2027         }
2028       }
2029
2030       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
2031       // immediate and any loop-variant expressions.
2032       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
2033         // Add BaseV to the PHI value if needed.
2034         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
2035
2036       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
2037                                           Rewriter, L, this,
2038                                           DeadInsts);
2039
2040       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
2041       // if we just replaced the last use of that value.
2042       DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
2043
2044       UsersToProcess.pop_back();
2045       ++NumReduced;
2046
2047       // If there are any more users to process with the same base, process them
2048       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
2049     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
2050     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
2051   }
2052
2053   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
2054   // different starting values, into different PHIs.
2055 }
2056
2057 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
2058 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
2059 /// false.
2060 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
2061                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
2062   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
2063        ++Stride) {
2064     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2065     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2066     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2067     
2068     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2069          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
2070       if (UI->User == Cond) {
2071         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
2072         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
2073         // occurs enough in real life to handle.
2074         CondUse = &*UI;
2075         CondStride = &SI->first;
2076         return true;
2077       }
2078   }
2079   return false;
2080 }    
2081
2082 namespace {
2083   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
2084   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
2085   // e.g.
2086   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
2087   struct StrideCompare {
2088     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
2089       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
2090       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
2091       if (LHSC && RHSC) {
2092         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
2093         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
2094         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
2095         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
2096         if (ALV == ARV) {
2097           if (LV != RV)
2098             return LV > RV;
2099         } else {
2100           return ALV < ARV;
2101         }
2102
2103         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
2104         // that we emit larger induction variables before smaller
2105         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
2106         return RHS->getBitWidth() < LHS->getBitWidth();
2107       }
2108       return LHSC && !RHSC;
2109     }
2110   };
2111 }
2112
2113 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
2114 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
2115 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
2116 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
2117 ///
2118 /// loop:
2119 /// ...
2120 /// v1 = v1 + 3
2121 /// v2 = v2 + 1
2122 /// if (v2 < 10) goto loop
2123 /// =>
2124 /// loop:
2125 /// ...
2126 /// v1 = v1 + 3
2127 /// if (v1 < 30) goto loop
2128 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2129                                                 IVStrideUse* &CondUse,
2130                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
2131   if (StrideOrder.size() < 2 ||
2132       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
2133     return Cond;
2134   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
2135   if (!SC) return Cond;
2136   ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
2137   if (!C) return Cond;
2138
2139   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
2140   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
2141   int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
2142   unsigned BitWidth = C->getValue().getBitWidth();
2143   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
2144   const Type *CmpTy = C->getType();
2145   const Type *NewCmpTy = NULL;
2146   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
2147   unsigned NewTyBits = 0;
2148   SCEVHandle *NewStride = NULL;
2149   Value *NewCmpLHS = NULL;
2150   Value *NewCmpRHS = NULL;
2151   int64_t Scale = 1;
2152
2153   // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
2154   // overflow.
2155   if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
2156     return Cond;
2157
2158   // Look for a suitable stride / iv as replacement.
2159   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
2160   for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2161     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2162       IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
2163     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2164       continue;
2165     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
2166     if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
2167       continue;
2168
2169     Scale = SSInt / CmpSSInt;
2170     int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
2171     APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
2172     // Check for overflow.
2173     if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal)
2174       continue;
2175
2176     // Watch out for overflow.
2177     if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
2178         (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
2179       continue;
2180
2181     if (NewCmpVal == CmpVal)
2182       continue;
2183     // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
2184     NewCmpLHS = NULL;
2185     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2186            E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
2187       NewCmpLHS = UI->OperandValToReplace;
2188       if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
2189         break;
2190     }
2191     if (!NewCmpLHS)
2192       continue;
2193
2194     NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
2195     NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
2196       ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
2197       : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
2198     if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
2199       // Check if it is possible to rewrite it using
2200       // an iv / stride of a smaller integer type.
2201       bool TruncOk = false;
2202       if (NewCmpTy->isInteger()) {
2203         unsigned Bits = NewTyBits;
2204         if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
2205           --Bits;
2206         uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
2207         if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
2208           TruncOk = true;
2209       }
2210       if (!TruncOk)
2211         continue;
2212     }
2213
2214     // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
2215     // of a different type.
2216     // FIXME: too conservative?
2217     if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset))
2218       continue;
2219
2220     bool AllUsesAreAddresses = true;
2221     bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2222     std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2223     SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
2224                                             AllUsesAreAddresses,
2225                                             AllUsesAreOutsideLoop,
2226                                             UsersToProcess);
2227     // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2228     // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2229     // stride of the compare instruction.
2230     if (AllUsesAreAddresses &&
2231         ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2232       continue;
2233
2234     // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
2235     // for equality.
2236     if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
2237       Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
2238
2239     NewStride = &StrideOrder[i];
2240     if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
2241       NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
2242     else {
2243       NewCmpRHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
2244       NewCmpRHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
2245                                                NewCmpRHS, NewCmpTy);
2246     }
2247     break;
2248   }
2249
2250   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2251   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2252   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2253   // before the branch. See
2254   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2255   // for an example of this situation.
2256   if (!Cond->hasOneUse()) {
2257     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2258          I != E; ++I)
2259       if (I == NewCmpLHS)
2260         return Cond;
2261   }
2262
2263   if (NewCmpRHS) {
2264     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2265     ICmpInst *OldCond = Cond;
2266     // Insert new compare instruction.
2267     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2268                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
2269                         OldCond);
2270
2271     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2272     DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
2273     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
2274     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2275     OldCond->eraseFromParent();
2276
2277     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
2278     SCEVHandle NewOffset = TyBits == NewTyBits
2279       ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
2280                        SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
2281       : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
2282         cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
2283     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2284     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
2285     CondStride = NewStride;
2286     ++NumEliminated;
2287   }
2288
2289   return Cond;
2290 }
2291
2292 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2293 /// an smax computation.
2294 ///
2295 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2296 /// like this:
2297 ///
2298 ///   i = 0;
2299 ///   do {
2300 ///     p[i] = 0.0;
2301 ///   } while (++i < n);
2302 ///
2303 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
2304 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
2305 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
2306 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
2307 //
2308 ///   if (n > 0) {
2309 ///     i = 0;
2310 ///     do {
2311 ///       p[i] = 0.0;
2312 ///     } while (++i < n);
2313 ///   }
2314 ///
2315 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2316 /// test in such a way that indvars can't find it.
2317 ///
2318 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2319 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
2320 /// induction variable:
2321 ///
2322 ///   i = 0;
2323 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
2324 ///   do {
2325 ///     p[i] = 0.0;
2326 ///   } while (++i != smax);
2327 ///
2328 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2329 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2330 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2331 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2332 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2333 /// the loop has a canonical induction variable.
2334 ///
2335 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2336 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2337 ///
2338 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2339 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2340 /// the instructions for the maximum computation.
2341 ///
2342 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2343                                            IVStrideUse* &CondUse) {
2344   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2345   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2346       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2347     return Cond;
2348
2349   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2350   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2351
2352   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
2353   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
2354     return Cond;
2355   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, IterationCount->getType());
2356
2357   // Adjust for an annoying getIterationCount quirk.
2358   IterationCount = SE->getAddExpr(IterationCount, One);
2359
2360   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2361   SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
2362   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2363
2364   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
2365   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
2366   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
2367
2368   // Check the relevant induction variable for conformance to
2369   // the pattern.
2370   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2371   SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2372   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2373       AR->getStart() != One ||
2374       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2375     return Cond;
2376
2377   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2378   // be used in the new comparison instruction.
2379   Value *NewRHS = 0;
2380   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
2381     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2382   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
2383     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2384   if (!NewRHS) return Cond;
2385
2386   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2387   // delete the max calculation.
2388   ICmpInst *NewCond =
2389     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
2390                    CmpInst::ICMP_SLT :
2391                    CmpInst::ICMP_SGE,
2392                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
2393
2394   // Delete the max calculation instructions.
2395   SE->deleteValueFromRecords(Cond);
2396   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2397   Cond->eraseFromParent();
2398   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2399   SE->deleteValueFromRecords(Sel);
2400   Sel->eraseFromParent();
2401   if (Cmp->use_empty()) {
2402     SE->deleteValueFromRecords(Cmp);
2403     Cmp->eraseFromParent();
2404   }
2405   CondUse->User = NewCond;
2406   return NewCond;
2407 }
2408
2409 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2410 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2411 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2412
2413   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
2414   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
2415     return;
2416
2417   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
2418        ++Stride) {
2419     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2420       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2421     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2422     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2423       continue;
2424
2425     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2426            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2427       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2428       ++UI;
2429       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
2430       const Type *DestTy = NULL;
2431
2432       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2433          to eliminate this cast.
2434
2435            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2436              foo((double)i);
2437
2438          is transformed into
2439
2440            double d = 0.0;
2441            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2442              foo(d);
2443       */
2444       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
2445         DestTy = UCast->getDestTy();
2446       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
2447         DestTy = SCast->getDestTy();
2448       if (!DestTy) continue;
2449
2450       if (TLI) {
2451         /* If target does not support DestTy natively then do not apply
2452            this transformation. */
2453         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2454         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2455       }
2456
2457       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2458       if (!PH) continue;
2459       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2460
2461       const Type *SrcTy = PH->getType();
2462       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2463       if (Mantissa == -1) continue; 
2464       if ((int)TD->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2465         continue;
2466
2467       unsigned Entry, Latch;
2468       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2469         Entry = 0;
2470         Latch = 1;
2471       } else {
2472         Entry = 1;
2473         Latch = 0;
2474       }
2475         
2476       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2477       if (!Init) continue;
2478       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2479
2480       BinaryOperator *Incr = 
2481         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2482       if (!Incr) continue;
2483       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2484           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2485         continue;
2486
2487       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2488       ConstantInt *C = NULL;
2489       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2490         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2491       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2492         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2493       else
2494         continue;
2495
2496       if (!C) continue;
2497
2498       /* Add new PHINode. */
2499       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2500
2501       /* create new increment. '++d' in above example. */
2502       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2503       BinaryOperator *NewIncr = 
2504         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
2505                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2506
2507       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2508       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2509
2510       /* Remove cast operation */
2511       SE->deleteValueFromRecords(ShadowUse);
2512       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2513       ShadowUse->eraseFromParent();
2514       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
2515       NumShadow++;
2516       break;
2517     }
2518   }
2519 }
2520
2521 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2522 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2523 // common indvars for the different uses.
2524 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2525   // TODO: implement optzns here.
2526
2527   OptimizeShadowIV(L);
2528
2529   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2530   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2531   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2532   // one register value.
2533   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
2534   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2535   BasicBlock *LatchBlock =
2536    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
2537   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
2538   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
2539       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2540     return;
2541   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2542
2543   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2544   IVStrideUse *CondUse = 0;
2545   const SCEVHandle *CondStride = 0;
2546
2547   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2548     return; // setcc doesn't use the IV.
2549
2550   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
2551   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2552   // comparison to use SLT instead of NE.
2553   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
2554
2555   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2556   // eliminate one stride.
2557   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2558
2559   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2560   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2561   // the latch block branch, move it.
2562   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2563     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2564       Cond->moveBefore(TermBr);
2565     } else {
2566       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2567       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2568       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2569       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2570       
2571       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2572       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
2573                                          CondUse->OperandValToReplace);
2574       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
2575     }
2576   }
2577
2578   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2579   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2580   // live ranges for the IV correctly.
2581   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
2582   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
2583   Changed = true;
2584 }
2585
2586 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2587
2588   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2589   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2590   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2591   TD = &getAnalysis<TargetData>();
2592   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
2593   Changed = false;
2594
2595   // Find all uses of induction variables in this loop, and categorize
2596   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
2597   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
2598   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
2599   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2600     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
2601
2602   if (!IVUsesByStride.empty()) {
2603     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2604     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2605     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2606     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2607     OptimizeIndvars(L);
2608
2609     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
2610     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
2611
2612     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2613     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2614     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2615     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2616     // intptr_t indvars.
2617
2618     // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some
2619     // things.
2620     bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
2621
2622 #ifndef NDEBUG
2623     DOUT << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getNameStart()
2624          << "\" ";
2625     DEBUG(L->dump());
2626 #endif
2627
2628     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2629     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2630
2631     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2632     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
2633
2634     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2635     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2636     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2637     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2638     // strides deterministic - not dependent on map order.
2639     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
2640       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2641         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2642       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2643       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
2644     }
2645   }
2646
2647   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2648   CastedPointers.clear();
2649   IVUsesByStride.clear();
2650   IVsByStride.clear();
2651   StrideOrder.clear();
2652   for (unsigned i=0; i<GEPlist.size(); i++)
2653     SE->deleteValueFromRecords(GEPlist[i]);
2654   GEPlist.clear();  
2655
2656   // Clean up after ourselves
2657   if (!DeadInsts.empty()) {
2658     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2659
2660     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2661     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2662       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
2663       // It is worth checking to see if the cannonical indvar is also
2664       // dead, so that we can remove it as well.
2665       //
2666       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
2667       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
2668       // and is an instruction with no side effects.
2669       //
2670       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
2671       // compared against some value to decide loop termination.
2672       if (!PN->hasOneUse())
2673         continue;
2674       
2675       SmallPtrSet<PHINode *, 4> PHIs;
2676       for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
2677            J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
2678            J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
2679         // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
2680         if (J == PN) {
2681           // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
2682           SE->deleteValueFromRecords(PN);
2683           PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
2684           DeadInsts.push_back(PN);
2685           Changed = true;
2686           break;
2687         }
2688         // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
2689         // won't prove fruitful.
2690         if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
2691           break;
2692       }
2693     }
2694     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2695   }
2696   return Changed;
2697 }