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