lib/Transforms/Scalar/LoopStrengthReduce.cpp

   1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs in Loops --------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This transformation analyzes and transforms the induction variables (and
  11 // computations derived from them) into forms suitable for efficient execution
  12 // on the target.
  13 //
  14 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
  15 // have as one or more of their components the loop induction variable, it
  16 // rewrites expressions to take advantage of scaled-index addressing modes
  17 // available on the target, and it performs a variety of other optimizations
  18 // related to loop induction variables.
  19 //
  20 // Terminology note: this code has a lot of handling for "post-increment" or
  21 // "post-inc" users. This is not talking about post-increment addressing modes;
  22 // it is instead talking about code like this:
  23 //
  24 //   %i = phi [ 0, %entry ], [ %i.next, %latch ]
  25 //   ...
  26 //   %i.next = add %i, 1
  27 //   %c = icmp eq %i.next, %n
  28 //
  29 // The SCEV for %i is {0,+,1}<%L>. The SCEV for %i.next is {1,+,1}<%L>, however
  30 // it's useful to think about these as the same register, with some uses using
  31 // the value of the register before the add and some using // it after. In this
  32 // example, the icmp is a post-increment user, since it uses %i.next, which is
  33 // the value of the induction variable after the increment. The other common
  34 // case of post-increment users is users outside the loop.
  35 //
  36 // TODO: More sophistication in the way Formulae are generated and filtered.
  37 //
  38 // TODO: Handle multiple loops at a time.
  39 //
  40 // TODO: Should TargetLowering::AddrMode::BaseGV be changed to a ConstantExpr
  41 //       instead of a GlobalValue?
  42 //
  43 // TODO: When truncation is free, truncate ICmp users' operands to make it a
  44 //       smaller encoding (on x86 at least).
  45 //
  46 // TODO: When a negated register is used by an add (such as in a list of
  47 //       multiple base registers, or as the increment expression in an addrec),
  48 //       we may not actually need both reg and (-1 * reg) in registers; the
  49 //       negation can be implemented by using a sub instead of an add. The
  50 //       lack of support for taking this into consideration when making
  51 //       register pressure decisions is partly worked around by the "Special"
  52 //       use kind.
  53 //
  54 //===----------------------------------------------------------------------===//
  55
  56 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
  57 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  58 #include "llvm/Constants.h"
  59 #include "llvm/Instructions.h"
  60 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  61 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  62 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
  63 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  64 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
  65 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
  66 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
  67 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  68 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  69 #include "llvm/ADT/SmallBitVector.h"
  70 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
  71 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
  72 #include "llvm/Support/Debug.h"
  73 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
  74 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  75 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  76 #include <algorithm>
  77 using namespace llvm;
  78
  79 namespace {
  80
  81 /// RegSortData - This class holds data which is used to order reuse candidates.
  82 class RegSortData {
  83 public:
  84   /// UsedByIndices - This represents the set of LSRUse indices which reference
  85   /// a particular register.
  86   SmallBitVector UsedByIndices;
  87
  88   RegSortData() {}
  89
  90   void print(raw_ostream &OS) const;
  91   void dump() const;
  92 };
  93
  94 }
  95
  96 void RegSortData::print(raw_ostream &OS) const {
  97   OS << "[NumUses=" << UsedByIndices.count() << ']';
  98 }
  99
 100 void RegSortData::dump() const {
 101   print(errs()); errs() << '\n';
 102 }
 103
 104 namespace {
 105
 106 /// RegUseTracker - Map register candidates to information about how they are
 107 /// used.
 108 class RegUseTracker {
 109   typedef DenseMap<const SCEV *, RegSortData> RegUsesTy;
 110
 111   RegUsesTy RegUsesMap;
 112   SmallVector<const SCEV *, 16> RegSequence;
 113
 114 public:
 115   void CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
 116   void DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
 117   void SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx);
 118
 119   bool isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const;
 120
 121   const SmallBitVector &getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const;
 122
 123   void clear();
 124
 125   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator iterator;
 126   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator const_iterator;
 127   iterator begin() { return RegSequence.begin(); }
 128   iterator end()   { return RegSequence.end(); }
 129   const_iterator begin() const { return RegSequence.begin(); }
 130   const_iterator end() const   { return RegSequence.end(); }
 131 };
 132
 133 }
 134
 135 void
 136 RegUseTracker::CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
 137   std::pair<RegUsesTy::iterator, bool> Pair =
 138     RegUsesMap.insert(std::make_pair(Reg, RegSortData()));
 139   RegSortData &RSD = Pair.first->second;
 140   if (Pair.second)
 141     RegSequence.push_back(Reg);
 142   RSD.UsedByIndices.resize(std::max(RSD.UsedByIndices.size(), LUIdx + 1));
 143   RSD.UsedByIndices.set(LUIdx);
 144 }
 145
 146 void
 147 RegUseTracker::DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
 148   RegUsesTy::iterator It = RegUsesMap.find(Reg);
 149   assert(It != RegUsesMap.end());
 150   RegSortData &RSD = It->second;
 151   assert(RSD.UsedByIndices.size() > LUIdx);
 152   RSD.UsedByIndices.reset(LUIdx);
 153 }
 154
 155 void
 156 RegUseTracker::SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx) {
 157   assert(LUIdx <= LastLUIdx);
 158
 159   // Update RegUses. The data structure is not optimized for this purpose;
 160   // we must iterate through it and update each of the bit vectors.
 161   for (RegUsesTy::iterator I = RegUsesMap.begin(), E = RegUsesMap.end();
 162        I != E; ++I) {
 163     SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
 164     if (LUIdx < UsedByIndices.size())
 165       UsedByIndices[LUIdx] =
 166         LastLUIdx < UsedByIndices.size() ? UsedByIndices[LastLUIdx] : 0;
 167     UsedByIndices.resize(std::min(UsedByIndices.size(), LastLUIdx));
 168   }
 169 }
 170
 171 bool
 172 RegUseTracker::isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const {
 173   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
 174   if (I == RegUsesMap.end())
 175     return false;
 176   const SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
 177   int i = UsedByIndices.find_first();
 178   if (i == -1) return false;
 179   if ((size_t)i != LUIdx) return true;
 180   return UsedByIndices.find_next(i) != -1;
 181 }
 182
 183 const SmallBitVector &RegUseTracker::getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const {
 184   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
 185   assert(I != RegUsesMap.end() && "Unknown register!");
 186   return I->second.UsedByIndices;
 187 }
 188
 189 void RegUseTracker::clear() {
 190   RegUsesMap.clear();
 191   RegSequence.clear();
 192 }
 193
 194 namespace {
 195
 196 /// Formula - This class holds information that describes a formula for
 197 /// computing satisfying a use. It may include broken-out immediates and scaled
 198 /// registers.
 199 struct Formula {
 200   /// AM - This is used to represent complex addressing, as well as other kinds
 201   /// of interesting uses.
 202   TargetLowering::AddrMode AM;
 203
 204   /// BaseRegs - The list of "base" registers for this use. When this is
 205   /// non-empty, AM.HasBaseReg should be set to true.
 206   SmallVector<const SCEV *, 2> BaseRegs;
 207
 208   /// ScaledReg - The 'scaled' register for this use. This should be non-null
 209   /// when AM.Scale is not zero.
 210   const SCEV *ScaledReg;
 211
 212   Formula() : ScaledReg(0) {}
 213
 214   void InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE);
 215
 216   unsigned getNumRegs() const;
 217   const Type *getType() const;
 218
 219   void DeleteBaseReg(const SCEV *&S);
 220
 221   bool referencesReg(const SCEV *S) const;
 222   bool hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
 223                                   const RegUseTracker &RegUses) const;
 224
 225   void print(raw_ostream &OS) const;
 226   void dump() const;
 227 };
 228
 229 }
 230
 231 /// DoInitialMatch - Recursion helper for InitialMatch.
 232 static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
 233                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Good,
 234                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Bad,
 235                            ScalarEvolution &SE) {
 236   // Collect expressions which properly dominate the loop header.
 237   if (SE.properlyDominates(S, L->getHeader())) {
 238     Good.push_back(S);
 239     return;
 240   }
 241
 242   // Look at add operands.
 243   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
 244     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
 245          I != E; ++I)
 246       DoInitialMatch(*I, L, Good, Bad, SE);
 247     return;
 248   }
 249
 250   // Look at addrec operands.
 251   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
 252     if (!AR->getStart()->isZero()) {
 253       DoInitialMatch(AR->getStart(), L, Good, Bad, SE);
 254       DoInitialMatch(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
 255                                       AR->getStepRecurrence(SE),
 256                                       // FIXME: AR->getNoWrapFlags()
 257                                       AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap),
 258                      L, Good, Bad, SE);
 259       return;
 260     }
 261
 262   // Handle a multiplication by -1 (negation) if it didn't fold.
 263   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
 264     if (Mul->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
 265       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
 266       const SCEV *NewMul = SE.getMulExpr(Ops);
 267
 268       SmallVector<const SCEV *, 4> MyGood;
 269       SmallVector<const SCEV *, 4> MyBad;
 270       DoInitialMatch(NewMul, L, MyGood, MyBad, SE);
 271       const SCEV *NegOne = SE.getSCEV(ConstantInt::getAllOnesValue(
 272         SE.getEffectiveSCEVType(NewMul->getType())));
 273       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyGood.begin(),
 274            E = MyGood.end(); I != E; ++I)
 275         Good.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
 276       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyBad.begin(),
 277            E = MyBad.end(); I != E; ++I)
 278         Bad.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
 279       return;
 280     }
 281
 282   // Ok, we can't do anything interesting. Just stuff the whole thing into a
 283   // register and hope for the best.
 284   Bad.push_back(S);
 285 }
 286
 287 /// InitialMatch - Incorporate loop-variant parts of S into this Formula,
 288 /// attempting to keep all loop-invariant and loop-computable values in a
 289 /// single base register.
 290 void Formula::InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
 291   SmallVector<const SCEV *, 4> Good;
 292   SmallVector<const SCEV *, 4> Bad;
 293   DoInitialMatch(S, L, Good, Bad, SE);
 294   if (!Good.empty()) {
 295     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Good);
 296     if (!Sum->isZero())
 297       BaseRegs.push_back(Sum);
 298     AM.HasBaseReg = true;
 299   }
 300   if (!Bad.empty()) {
 301     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Bad);
 302     if (!Sum->isZero())
 303       BaseRegs.push_back(Sum);
 304     AM.HasBaseReg = true;
 305   }
 306 }
 307
 308 /// getNumRegs - Return the total number of register operands used by this
 309 /// formula. This does not include register uses implied by non-constant
 310 /// addrec strides.
 311 unsigned Formula::getNumRegs() const {
 312   return !!ScaledReg + BaseRegs.size();
 313 }
 314
 315 /// getType - Return the type of this formula, if it has one, or null
 316 /// otherwise. This type is meaningless except for the bit size.
 317 const Type *Formula::getType() const {
 318   return !BaseRegs.empty() ? BaseRegs.front()->getType() :
 319          ScaledReg ? ScaledReg->getType() :
 320          AM.BaseGV ? AM.BaseGV->getType() :
 321          0;
 322 }
 323
 324 /// DeleteBaseReg - Delete the given base reg from the BaseRegs list.
 325 void Formula::DeleteBaseReg(const SCEV *&S) {
 326   if (&S != &BaseRegs.back())
 327     std::swap(S, BaseRegs.back());
 328   BaseRegs.pop_back();
 329 }
 330
 331 /// referencesReg - Test if this formula references the given register.
 332 bool Formula::referencesReg(const SCEV *S) const {
 333   return S == ScaledReg ||
 334          std::find(BaseRegs.begin(), BaseRegs.end(), S) != BaseRegs.end();
 335 }
 336
 337 /// hasRegsUsedByUsesOtherThan - Test whether this formula uses registers
 338 /// which are used by uses other than the use with the given index.
 339 bool Formula::hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
 340                                          const RegUseTracker &RegUses) const {
 341   if (ScaledReg)
 342     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(ScaledReg, LUIdx))
 343       return true;
 344   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
 345        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I)
 346     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(*I, LUIdx))
 347       return true;
 348   return false;
 349 }
 350
 351 void Formula::print(raw_ostream &OS) const {
 352   bool First = true;
 353   if (AM.BaseGV) {
 354     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 355     WriteAsOperand(OS, AM.BaseGV, /*PrintType=*/false);
 356   }
 357   if (AM.BaseOffs != 0) {
 358     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 359     OS << AM.BaseOffs;
 360   }
 361   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
 362        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
 363     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 364     OS << "reg(" << **I << ')';
 365   }
 366   if (AM.HasBaseReg && BaseRegs.empty()) {
 367     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 368     OS << "**error: HasBaseReg**";
 369   } else if (!AM.HasBaseReg && !BaseRegs.empty()) {
 370     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 371     OS << "**error: !HasBaseReg**";
 372   }
 373   if (AM.Scale != 0) {
 374     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 375     OS << AM.Scale << "*reg(";
 376     if (ScaledReg)
 377       OS << *ScaledReg;
 378     else
 379       OS << "<unknown>";
 380     OS << ')';
 381   }
 382 }
 383
 384 void Formula::dump() const {
 385   print(errs()); errs() << '\n';
 386 }
 387
 388 /// isAddRecSExtable - Return true if the given addrec can be sign-extended
 389 /// without changing its value.
 390 static bool isAddRecSExtable(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
 391   const Type *WideTy =
 392     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(AR->getType()) + 1);
 393   return isa<SCEVAddRecExpr>(SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
 394 }
 395
 396 /// isAddSExtable - Return true if the given add can be sign-extended
 397 /// without changing its value.
 398 static bool isAddSExtable(const SCEVAddExpr *A, ScalarEvolution &SE) {
 399   const Type *WideTy =
 400     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) + 1);
 401   return isa<SCEVAddExpr>(SE.getSignExtendExpr(A, WideTy));
 402 }
 403
 404 /// isMulSExtable - Return true if the given mul can be sign-extended
 405 /// without changing its value.
 406 static bool isMulSExtable(const SCEVMulExpr *M, ScalarEvolution &SE) {
 407   const Type *WideTy =
 408     IntegerType::get(SE.getContext(),
 409                      SE.getTypeSizeInBits(M->getType()) * M->getNumOperands());
 410   return isa<SCEVMulExpr>(SE.getSignExtendExpr(M, WideTy));
 411 }
 412
 413 /// getExactSDiv - Return an expression for LHS /s RHS, if it can be determined
 414 /// and if the remainder is known to be zero,  or null otherwise. If
 415 /// IgnoreSignificantBits is true, expressions like (X * Y) /s Y are simplified
 416 /// to Y, ignoring that the multiplication may overflow, which is useful when
 417 /// the result will be used in a context where the most significant bits are
 418 /// ignored.
 419 static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
 420                                 ScalarEvolution &SE,
 421                                 bool IgnoreSignificantBits = false) {
 422   // Handle the trivial case, which works for any SCEV type.
 423   if (LHS == RHS)
 424     return SE.getConstant(LHS->getType(), 1);
 425
 426   // Handle a few RHS special cases.
 427   const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
 428   if (RC) {
 429     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
 430     // Handle x /s -1 as x * -1, to give ScalarEvolution a chance to do
 431     // some folding.
 432     if (RA.isAllOnesValue())
 433       return SE.getMulExpr(LHS, RC);
 434     // Handle x /s 1 as x.
 435     if (RA == 1)
 436       return LHS;
 437   }
 438
 439   // Check for a division of a constant by a constant.
 440   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
 441     if (!RC)
 442       return 0;
 443     const APInt &LA = C->getValue()->getValue();
 444     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
 445     if (LA.srem(RA) != 0)
 446       return 0;
 447     return SE.getConstant(LA.sdiv(RA));
 448   }
 449
 450   // Distribute the sdiv over addrec operands, if the addrec doesn't overflow.
 451   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
 452     if (IgnoreSignificantBits || isAddRecSExtable(AR, SE)) {
 453       const SCEV *Step = getExactSDiv(AR->getStepRecurrence(SE), RHS, SE,
 454                                       IgnoreSignificantBits);
 455       if (!Step) return 0;
 456       const SCEV *Start = getExactSDiv(AR->getStart(), RHS, SE,
 457                                        IgnoreSignificantBits);
 458       if (!Start) return 0;
 459       // FlagNW is independent of the start value, step direction, and is
 460       // preserved with smaller magnitude steps.
 461       // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
 462       return SE.getAddRecExpr(Start, Step, AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
 463     }
 464     return 0;
 465   }
 466
 467   // Distribute the sdiv over add operands, if the add doesn't overflow.
 468   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
 469     if (IgnoreSignificantBits || isAddSExtable(Add, SE)) {
 470       SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
 471       for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
 472            I != E; ++I) {
 473         const SCEV *Op = getExactSDiv(*I, RHS, SE,
 474                                       IgnoreSignificantBits);
 475         if (!Op) return 0;
 476         Ops.push_back(Op);
 477       }
 478       return SE.getAddExpr(Ops);
 479     }
 480     return 0;
 481   }
 482
 483   // Check for a multiply operand that we can pull RHS out of.
 484   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
 485     if (IgnoreSignificantBits || isMulSExtable(Mul, SE)) {
 486       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
 487       bool Found = false;
 488       for (SCEVMulExpr::op_iterator I = Mul->op_begin(), E = Mul->op_end();
 489            I != E; ++I) {
 490         const SCEV *S = *I;
 491         if (!Found)
 492           if (const SCEV *Q = getExactSDiv(S, RHS, SE,
 493                                            IgnoreSignificantBits)) {
 494             S = Q;
 495             Found = true;
 496           }
 497         Ops.push_back(S);
 498       }
 499       return Found ? SE.getMulExpr(Ops) : 0;
 500     }
 501     return 0;
 502   }
 503
 504   // Otherwise we don't know.
 505   return 0;
 506 }
 507
 508 /// ExtractImmediate - If S involves the addition of a constant integer value,
 509 /// return that integer value, and mutate S to point to a new SCEV with that
 510 /// value excluded.
 511 static int64_t ExtractImmediate(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
 512   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
 513     if (C->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64) {
 514       S = SE.getConstant(C->getType(), 0);
 515       return C->getValue()->getSExtValue();
 516     }
 517   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
 518     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
 519     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
 520     if (Result != 0)
 521       S = SE.getAddExpr(NewOps);
 522     return Result;
 523   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
 524     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
 525     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
 526     if (Result != 0)
 527       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
 528                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
 529                            SCEV::FlagAnyWrap);
 530     return Result;
 531   }
 532   return 0;
 533 }
 534
 535 /// ExtractSymbol - If S involves the addition of a GlobalValue address,
 536 /// return that symbol, and mutate S to point to a new SCEV with that
 537 /// value excluded.
 538 static GlobalValue *ExtractSymbol(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
 539   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
 540     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue())) {
 541       S = SE.getConstant(GV->getType(), 0);
 542       return GV;
 543     }
 544   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
 545     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
 546     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.back(), SE);
 547     if (Result)
 548       S = SE.getAddExpr(NewOps);
 549     return Result;
 550   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
 551     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
 552     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.front(), SE);
 553     if (Result)
 554       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
 555                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
 556                            SCEV::FlagAnyWrap);
 557     return Result;
 558   }
 559   return 0;
 560 }
 561
 562 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
 563 /// specified value as an address.
 564 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
 565   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
 566   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
 567     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
 568       isAddress = true;
 569   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
 570     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
 571     // of intrinsics.
 572     switch (II->getIntrinsicID()) {
 573       default: break;
 574       case Intrinsic::prefetch:
 575       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
 576       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
 577       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
 578       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
 579       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
 580       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
 581       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
 582         if (II->getArgOperand(0) == OperandVal)
 583           isAddress = true;
 584         break;
 585     }
 586   }
 587   return isAddress;
 588 }
 589
 590 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
 591 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
 592   const Type *AccessTy = Inst->getType();
 593   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
 594     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
 595   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
 596     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
 597     // of intrinsics.
 598     switch (II->getIntrinsicID()) {
 599     default: break;
 600     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
 601     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
 602     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
 603     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
 604       AccessTy = II->getArgOperand(0)->getType();
 605       break;
 606     }
 607   }
 608
 609   // All pointers have the same requirements, so canonicalize them to an
 610   // arbitrary pointer type to minimize variation.
 611   if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(AccessTy))
 612     AccessTy = PointerType::get(IntegerType::get(PTy->getContext(), 1),
 613                                 PTy->getAddressSpace());
 614
 615   return AccessTy;
 616 }
 617
 618 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
 619 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
 620 /// their operands subsequently dead.
 621 static bool
 622 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
 623   bool Changed = false;
 624
 625   while (!DeadInsts.empty()) {
 626     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(&*DeadInsts.pop_back_val());
 627
 628     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
 629       continue;
 630
 631     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
 632       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
 633         *OI = 0;
 634         if (U->use_empty())
 635           DeadInsts.push_back(U);
 636       }
 637
 638     I->eraseFromParent();
 639     Changed = true;
 640   }
 641
 642   return Changed;
 643 }
 644
 645 namespace {
 646
 647 /// Cost - This class is used to measure and compare candidate formulae.
 648 class Cost {
 649   /// TODO: Some of these could be merged. Also, a lexical ordering
 650   /// isn't always optimal.
 651   unsigned NumRegs;
 652   unsigned AddRecCost;
 653   unsigned NumIVMuls;
 654   unsigned NumBaseAdds;
 655   unsigned ImmCost;
 656   unsigned SetupCost;
 657
 658 public:
 659   Cost()
 660     : NumRegs(0), AddRecCost(0), NumIVMuls(0), NumBaseAdds(0), ImmCost(0),
 661       SetupCost(0) {}
 662
 663   bool operator<(const Cost &Other) const;
 664
 665   void Loose();
 666
 667   void RateFormula(const Formula &F,
 668                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 669                    const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
 670                    const Loop *L,
 671                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
 672                    ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
 673
 674   void print(raw_ostream &OS) const;
 675   void dump() const;
 676
 677 private:
 678   void RateRegister(const SCEV *Reg,
 679                     SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 680                     const Loop *L,
 681                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
 682   void RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
 683                            SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 684                            const Loop *L,
 685                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
 686 };
 687
 688 }
 689
 690 /// RateRegister - Tally up interesting quantities from the given register.
 691 void Cost::RateRegister(const SCEV *Reg,
 692                         SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 693                         const Loop *L,
 694                         ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
 695   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)) {
 696     if (AR->getLoop() == L)
 697       AddRecCost += 1; /// TODO: This should be a function of the stride.
 698
 699     // If this is an addrec for a loop that's already been visited by LSR,
 700     // don't second-guess its addrec phi nodes. LSR isn't currently smart
 701     // enough to reason about more than one loop at a time. Consider these
 702     // registers free and leave them alone.
 703     else if (L->contains(AR->getLoop()) ||
 704              (!AR->getLoop()->contains(L) &&
 705               DT.dominates(L->getHeader(), AR->getLoop()->getHeader()))) {
 706       for (BasicBlock::iterator I = AR->getLoop()->getHeader()->begin();
 707            PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
 708         if (SE.isSCEVable(PN->getType()) &&
 709             (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) ==
 710              SE.getEffectiveSCEVType(AR->getType())) &&
 711             SE.getSCEV(PN) == AR)
 712           return;
 713
 714       // If this isn't one of the addrecs that the loop already has, it
 715       // would require a costly new phi and add. TODO: This isn't
 716       // precisely modeled right now.
 717       ++NumBaseAdds;
 718       if (!Regs.count(AR->getStart()))
 719         RateRegister(AR->getStart(), Regs, L, SE, DT);
 720     }
 721
 722     // Add the step value register, if it needs one.
 723     // TODO: The non-affine case isn't precisely modeled here.
 724     if (!AR->isAffine() || !isa<SCEVConstant>(AR->getOperand(1)))
 725       if (!Regs.count(AR->getStart()))
 726         RateRegister(AR->getOperand(1), Regs, L, SE, DT);
 727   }
 728   ++NumRegs;
 729
 730   // Rough heuristic; favor registers which don't require extra setup
 731   // instructions in the preheader.
 732   if (!isa<SCEVUnknown>(Reg) &&
 733       !isa<SCEVConstant>(Reg) &&
 734       !(isa<SCEVAddRecExpr>(Reg) &&
 735         (isa<SCEVUnknown>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()) ||
 736          isa<SCEVConstant>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()))))
 737     ++SetupCost;
 738
 739     NumIVMuls += isa<SCEVMulExpr>(Reg) &&
 740                  SE.hasComputableLoopEvolution(Reg, L);
 741 }
 742
 743 /// RatePrimaryRegister - Record this register in the set. If we haven't seen it
 744 /// before, rate it.
 745 void Cost::RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
 746                                SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 747                                const Loop *L,
 748                                ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
 749   if (Regs.insert(Reg))
 750     RateRegister(Reg, Regs, L, SE, DT);
 751 }
 752
 753 void Cost::RateFormula(const Formula &F,
 754                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 755                        const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
 756                        const Loop *L,
 757                        const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
 758                        ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
 759   // Tally up the registers.
 760   if (const SCEV *ScaledReg = F.ScaledReg) {
 761     if (VisitedRegs.count(ScaledReg)) {
 762       Loose();
 763       return;
 764     }
 765     RatePrimaryRegister(ScaledReg, Regs, L, SE, DT);
 766   }
 767   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
 768        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
 769     const SCEV *BaseReg = *I;
 770     if (VisitedRegs.count(BaseReg)) {
 771       Loose();
 772       return;
 773     }
 774     RatePrimaryRegister(BaseReg, Regs, L, SE, DT);
 775   }
 776
 777   if (F.BaseRegs.size() > 1)
 778     NumBaseAdds += F.BaseRegs.size() - 1;
 779
 780   // Tally up the non-zero immediates.
 781   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
 782        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
 783     int64_t Offset = (uint64_t)*I + F.AM.BaseOffs;
 784     if (F.AM.BaseGV)
 785       ImmCost += 64; // Handle symbolic values conservatively.
 786                      // TODO: This should probably be the pointer size.
 787     else if (Offset != 0)
 788       ImmCost += APInt(64, Offset, true).getMinSignedBits();
 789   }
 790 }
 791
 792 /// Loose - Set this cost to a loosing value.
 793 void Cost::Loose() {
 794   NumRegs = ~0u;
 795   AddRecCost = ~0u;
 796   NumIVMuls = ~0u;
 797   NumBaseAdds = ~0u;
 798   ImmCost = ~0u;
 799   SetupCost = ~0u;
 800 }
 801
 802 /// operator< - Choose the lower cost.
 803 bool Cost::operator<(const Cost &Other) const {
 804   if (NumRegs != Other.NumRegs)
 805     return NumRegs < Other.NumRegs;
 806   if (AddRecCost != Other.AddRecCost)
 807     return AddRecCost < Other.AddRecCost;
 808   if (NumIVMuls != Other.NumIVMuls)
 809     return NumIVMuls < Other.NumIVMuls;
 810   if (NumBaseAdds != Other.NumBaseAdds)
 811     return NumBaseAdds < Other.NumBaseAdds;
 812   if (ImmCost != Other.ImmCost)
 813     return ImmCost < Other.ImmCost;
 814   if (SetupCost != Other.SetupCost)
 815     return SetupCost < Other.SetupCost;
 816   return false;
 817 }
 818
 819 void Cost::print(raw_ostream &OS) const {
 820   OS << NumRegs << " reg" << (NumRegs == 1 ? "" : "s");
 821   if (AddRecCost != 0)
 822     OS << ", with addrec cost " << AddRecCost;
 823   if (NumIVMuls != 0)
 824     OS << ", plus " << NumIVMuls << " IV mul" << (NumIVMuls == 1 ? "" : "s");
 825   if (NumBaseAdds != 0)
 826     OS << ", plus " << NumBaseAdds << " base add"
 827        << (NumBaseAdds == 1 ? "" : "s");
 828   if (ImmCost != 0)
 829     OS << ", plus " << ImmCost << " imm cost";
 830   if (SetupCost != 0)
 831     OS << ", plus " << SetupCost << " setup cost";
 832 }
 833
 834 void Cost::dump() const {
 835   print(errs()); errs() << '\n';
 836 }
 837
 838 namespace {
 839
 840 /// LSRFixup - An operand value in an instruction which is to be replaced
 841 /// with some equivalent, possibly strength-reduced, replacement.
 842 struct LSRFixup {
 843   /// UserInst - The instruction which will be updated.
 844   Instruction *UserInst;
 845
 846   /// OperandValToReplace - The operand of the instruction which will
 847   /// be replaced. The operand may be used more than once; every instance
 848   /// will be replaced.
 849   Value *OperandValToReplace;
 850
 851   /// PostIncLoops - If this user is to use the post-incremented value of an
 852   /// induction variable, this variable is non-null and holds the loop
 853   /// associated with the induction variable.
 854   PostIncLoopSet PostIncLoops;
 855
 856   /// LUIdx - The index of the LSRUse describing the expression which
 857   /// this fixup needs, minus an offset (below).
 858   size_t LUIdx;
 859
 860   /// Offset - A constant offset to be added to the LSRUse expression.
 861   /// This allows multiple fixups to share the same LSRUse with different
 862   /// offsets, for example in an unrolled loop.
 863   int64_t Offset;
 864
 865   bool isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const;
 866
 867   LSRFixup();
 868
 869   void print(raw_ostream &OS) const;
 870   void dump() const;
 871 };
 872
 873 }
 874
 875 LSRFixup::LSRFixup()
 876   : UserInst(0), OperandValToReplace(0), LUIdx(~size_t(0)), Offset(0) {}
 877
 878 /// isUseFullyOutsideLoop - Test whether this fixup always uses its
 879 /// value outside of the given loop.
 880 bool LSRFixup::isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const {
 881   // PHI nodes use their value in their incoming blocks.
 882   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
 883     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 884       if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace &&
 885           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
 886         return false;
 887     return true;
 888   }
 889
 890   return !L->contains(UserInst);
 891 }
 892
 893 void LSRFixup::print(raw_ostream &OS) const {
 894   OS << "UserInst=";
 895   // Store is common and interesting enough to be worth special-casing.
 896   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(UserInst)) {
 897     OS << "store ";
 898     WriteAsOperand(OS, Store->getOperand(0), /*PrintType=*/false);
 899   } else if (UserInst->getType()->isVoidTy())
 900     OS << UserInst->getOpcodeName();
 901   else
 902     WriteAsOperand(OS, UserInst, /*PrintType=*/false);
 903
 904   OS << ", OperandValToReplace=";
 905   WriteAsOperand(OS, OperandValToReplace, /*PrintType=*/false);
 906
 907   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = PostIncLoops.begin(),
 908        E = PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
 909     OS << ", PostIncLoop=";
 910     WriteAsOperand(OS, (*I)->getHeader(), /*PrintType=*/false);
 911   }
 912
 913   if (LUIdx != ~size_t(0))
 914     OS << ", LUIdx=" << LUIdx;
 915
 916   if (Offset != 0)
 917     OS << ", Offset=" << Offset;
 918 }
 919
 920 void LSRFixup::dump() const {
 921   print(errs()); errs() << '\n';
 922 }
 923
 924 namespace {
 925
 926 /// UniquifierDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
 927 /// DenseMaps and DenseSets of sorted SmallVectors of const SCEV*.
 928 struct UniquifierDenseMapInfo {
 929   static SmallVector<const SCEV *, 2> getEmptyKey() {
 930     SmallVector<const SCEV *, 2> V;
 931     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1));
 932     return V;
 933   }
 934
 935   static SmallVector<const SCEV *, 2> getTombstoneKey() {
 936     SmallVector<const SCEV *, 2> V;
 937     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2));
 938     return V;
 939   }
 940
 941   static unsigned getHashValue(const SmallVector<const SCEV *, 2> &V) {
 942     unsigned Result = 0;
 943     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = V.begin(),
 944          E = V.end(); I != E; ++I)
 945       Result ^= DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(*I);
 946     return Result;
 947   }
 948
 949   static bool isEqual(const SmallVector<const SCEV *, 2> &LHS,
 950                       const SmallVector<const SCEV *, 2> &RHS) {
 951     return LHS == RHS;
 952   }
 953 };
 954
 955 /// LSRUse - This class holds the state that LSR keeps for each use in
 956 /// IVUsers, as well as uses invented by LSR itself. It includes information
 957 /// about what kinds of things can be folded into the user, information about
 958 /// the user itself, and information about how the use may be satisfied.
 959 /// TODO: Represent multiple users of the same expression in common?
 960 class LSRUse {
 961   DenseSet<SmallVector<const SCEV *, 2>, UniquifierDenseMapInfo> Uniquifier;
 962
 963 public:
 964   /// KindType - An enum for a kind of use, indicating what types of
 965   /// scaled and immediate operands it might support.
 966   enum KindType {
 967     Basic,   ///< A normal use, with no folding.
 968     Special, ///< A special case of basic, allowing -1 scales.
 969     Address, ///< An address use; folding according to TargetLowering
 970     ICmpZero ///< An equality icmp with both operands folded into one.
 971     // TODO: Add a generic icmp too?
 972   };
 973
 974   KindType Kind;
 975   const Type *AccessTy;
 976
 977   SmallVector<int64_t, 8> Offsets;
 978   int64_t MinOffset;
 979   int64_t MaxOffset;
 980
 981   /// AllFixupsOutsideLoop - This records whether all of the fixups using this
 982   /// LSRUse are outside of the loop, in which case some special-case heuristics
 983   /// may be used.
 984   bool AllFixupsOutsideLoop;
 985
 986   /// WidestFixupType - This records the widest use type for any fixup using
 987   /// this LSRUse. FindUseWithSimilarFormula can't consider uses with different
 988   /// max fixup widths to be equivalent, because the narrower one may be relying
 989   /// on the implicit truncation to truncate away bogus bits.
 990   const Type *WidestFixupType;
 991
 992   /// Formulae - A list of ways to build a value that can satisfy this user.
 993   /// After the list is populated, one of these is selected heuristically and
 994   /// used to formulate a replacement for OperandValToReplace in UserInst.
 995   SmallVector<Formula, 12> Formulae;
 996
 997   /// Regs - The set of register candidates used by all formulae in this LSRUse.
 998   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Regs;
 999
1000   LSRUse(KindType K, const Type *T) : Kind(K), AccessTy(T),
1001                                       MinOffset(INT64_MAX),
1002                                       MaxOffset(INT64_MIN),
1003                                       AllFixupsOutsideLoop(true),
1004                                       WidestFixupType(0) {}
1005
1006   bool HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const;
1007   bool InsertFormula(const Formula &F);
1008   void DeleteFormula(Formula &F);
1009   void RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &Reguses);
1010
1011   void print(raw_ostream &OS) const;
1012   void dump() const;
1013 };
1014
1015 }
1016
1017 /// HasFormula - Test whether this use as a formula which has the same
1018 /// registers as the given formula.
1019 bool LSRUse::HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const {
1020   SmallVector<const SCEV *, 2> Key = F.BaseRegs;
1021   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1022   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1023   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1024   return Uniquifier.count(Key);
1025 }
1026
1027 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
1028 /// the list, and return true. Return false otherwise.
1029 bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F) {
1030   SmallVector<const SCEV *, 2> Key = F.BaseRegs;
1031   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1032   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1033   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1034
1035   if (!Uniquifier.insert(Key).second)
1036     return false;
1037
1038   // Using a register to hold the value of 0 is not profitable.
1039   assert((!F.ScaledReg || !F.ScaledReg->isZero()) &&
1040          "Zero allocated in a scaled register!");
1041 #ifndef NDEBUG
1042   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I =
1043        F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
1044     assert(!(*I)->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
1045 #endif
1046
1047   // Add the formula to the list.
1048   Formulae.push_back(F);
1049
1050   // Record registers now being used by this use.
1051   if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1052   Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1053
1054   return true;
1055 }
1056
1057 /// DeleteFormula - Remove the given formula from this use's list.
1058 void LSRUse::DeleteFormula(Formula &F) {
1059   if (&F != &Formulae.back())
1060     std::swap(F, Formulae.back());
1061   Formulae.pop_back();
1062   assert(!Formulae.empty() && "LSRUse has no formulae left!");
1063 }
1064
1065 /// RecomputeRegs - Recompute the Regs field, and update RegUses.
1066 void LSRUse::RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &RegUses) {
1067   // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
1068   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> OldRegs = Regs;
1069   Regs.clear();
1070   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = Formulae.begin(),
1071        E = Formulae.end(); I != E; ++I) {
1072     const Formula &F = *I;
1073     if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1074     Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1075   }
1076
1077   // Update the RegTracker.
1078   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 4>::iterator I = OldRegs.begin(),
1079        E = OldRegs.end(); I != E; ++I)
1080     if (!Regs.count(*I))
1081       RegUses.DropRegister(*I, LUIdx);
1082 }
1083
1084 void LSRUse::print(raw_ostream &OS) const {
1085   OS << "LSR Use: Kind=";
1086   switch (Kind) {
1087   case Basic:    OS << "Basic"; break;
1088   case Special:  OS << "Special"; break;
1089   case ICmpZero: OS << "ICmpZero"; break;
1090   case Address:
1091     OS << "Address of ";
1092     if (AccessTy->isPointerTy())
1093       OS << "pointer"; // the full pointer type could be really verbose
1094     else
1095       OS << *AccessTy;
1096   }
1097
1098   OS << ", Offsets={";
1099   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
1100        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
1101     OS << *I;
1102     if (llvm::next(I) != E)
1103       OS << ',';
1104   }
1105   OS << '}';
1106
1107   if (AllFixupsOutsideLoop)
1108     OS << ", all-fixups-outside-loop";
1109
1110   if (WidestFixupType)
1111     OS << ", widest fixup type: " << *WidestFixupType;
1112 }
1113
1114 void LSRUse::dump() const {
1115   print(errs()); errs() << '\n';
1116 }
1117
1118 /// isLegalUse - Test whether the use described by AM is "legal", meaning it can
1119 /// be completely folded into the user instruction at isel time. This includes
1120 /// address-mode folding and special icmp tricks.
1121 static bool isLegalUse(const TargetLowering::AddrMode &AM,
1122                        LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1123                        const TargetLowering *TLI) {
1124   switch (Kind) {
1125   case LSRUse::Address:
1126     // If we have low-level target information, ask the target if it can
1127     // completely fold this address.
1128     if (TLI) return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
1129
1130     // Otherwise, just guess that reg+reg addressing is legal.
1131     return !AM.BaseGV && AM.BaseOffs == 0 && AM.Scale <= 1;
1132
1133   case LSRUse::ICmpZero:
1134     // There's not even a target hook for querying whether it would be legal to
1135     // fold a GV into an ICmp.
1136     if (AM.BaseGV)
1137       return false;
1138
1139     // ICmp only has two operands; don't allow more than two non-trivial parts.
1140     if (AM.Scale != 0 && AM.HasBaseReg && AM.BaseOffs != 0)
1141       return false;
1142
1143     // ICmp only supports no scale or a -1 scale, as we can "fold" a -1 scale by
1144     // putting the scaled register in the other operand of the icmp.
1145     if (AM.Scale != 0 && AM.Scale != -1)
1146       return false;
1147
1148     // If we have low-level target information, ask the target if it can fold an
1149     // integer immediate on an icmp.
1150     if (AM.BaseOffs != 0) {
1151       if (TLI) return TLI->isLegalICmpImmediate(-AM.BaseOffs);
1152       return false;
1153     }
1154
1155     return true;
1156
1157   case LSRUse::Basic:
1158     // Only handle single-register values.
1159     return !AM.BaseGV && AM.Scale == 0 && AM.BaseOffs == 0;
1160
1161   case LSRUse::Special:
1162     // Only handle -1 scales, or no scale.
1163     return AM.Scale == 0 || AM.Scale == -1;
1164   }
1165
1166   return false;
1167 }
1168
1169 static bool isLegalUse(TargetLowering::AddrMode AM,
1170                        int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1171                        LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1172                        const TargetLowering *TLI) {
1173   // Check for overflow.
1174   if (((int64_t)((uint64_t)AM.BaseOffs + MinOffset) > AM.BaseOffs) !=
1175       (MinOffset > 0))
1176     return false;
1177   AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + MinOffset;
1178   if (isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI)) {
1179     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs - MinOffset;
1180     // Check for overflow.
1181     if (((int64_t)((uint64_t)AM.BaseOffs + MaxOffset) > AM.BaseOffs) !=
1182         (MaxOffset > 0))
1183       return false;
1184     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + MaxOffset;
1185     return isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI);
1186   }
1187   return false;
1188 }
1189
1190 static bool isAlwaysFoldable(int64_t BaseOffs,
1191                              GlobalValue *BaseGV,
1192                              bool HasBaseReg,
1193                              LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1194                              const TargetLowering *TLI) {
1195   // Fast-path: zero is always foldable.
1196   if (BaseOffs == 0 && !BaseGV) return true;
1197
1198   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1199   // base and a scale.
1200   TargetLowering::AddrMode AM;
1201   AM.BaseOffs = BaseOffs;
1202   AM.BaseGV = BaseGV;
1203   AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
1204   AM.Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1205
1206   // Canonicalize a scale of 1 to a base register if the formula doesn't
1207   // already have a base register.
1208   if (!AM.HasBaseReg && AM.Scale == 1) {
1209     AM.Scale = 0;
1210     AM.HasBaseReg = true;
1211   }
1212
1213   return isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI);
1214 }
1215
1216 static bool isAlwaysFoldable(const SCEV *S,
1217                              int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1218                              bool HasBaseReg,
1219                              LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1220                              const TargetLowering *TLI,
1221                              ScalarEvolution &SE) {
1222   // Fast-path: zero is always foldable.
1223   if (S->isZero()) return true;
1224
1225   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1226   // base and a scale.
1227   int64_t BaseOffs = ExtractImmediate(S, SE);
1228   GlobalValue *BaseGV = ExtractSymbol(S, SE);
1229
1230   // If there's anything else involved, it's not foldable.
1231   if (!S->isZero()) return false;
1232
1233   // Fast-path: zero is always foldable.
1234   if (BaseOffs == 0 && !BaseGV) return true;
1235
1236   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1237   // base and a scale.
1238   TargetLowering::AddrMode AM;
1239   AM.BaseOffs = BaseOffs;
1240   AM.BaseGV = BaseGV;
1241   AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
1242   AM.Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1243
1244   return isLegalUse(AM, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, TLI);
1245 }
1246
1247 namespace {
1248
1249 /// UseMapDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
1250 /// DenseMaps and DenseSets of pairs of const SCEV* and LSRUse::Kind.
1251 struct UseMapDenseMapInfo {
1252   static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getEmptyKey() {
1253     return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1), LSRUse::Basic);
1254   }
1255
1256   static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getTombstoneKey() {
1257     return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2), LSRUse::Basic);
1258   }
1259
1260   static unsigned
1261   getHashValue(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &V) {
1262     unsigned Result = DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(V.first);
1263     Result ^= DenseMapInfo<unsigned>::getHashValue(unsigned(V.second));
1264     return Result;
1265   }
1266
1267   static bool isEqual(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &LHS,
1268                       const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &RHS) {
1269     return LHS == RHS;
1270   }
1271 };
1272
1273 /// LSRInstance - This class holds state for the main loop strength reduction
1274 /// logic.
1275 class LSRInstance {
1276   IVUsers &IU;
1277   ScalarEvolution &SE;
1278   DominatorTree &DT;
1279   LoopInfo &LI;
1280   const TargetLowering *const TLI;
1281   Loop *const L;
1282   bool Changed;
1283
1284   /// IVIncInsertPos - This is the insert position that the current loop's
1285   /// induction variable increment should be placed. In simple loops, this is
1286   /// the latch block's terminator. But in more complicated cases, this is a
1287   /// position which will dominate all the in-loop post-increment users.
1288   Instruction *IVIncInsertPos;
1289
1290   /// Factors - Interesting factors between use strides.
1291   SmallSetVector<int64_t, 8> Factors;
1292
1293   /// Types - Interesting use types, to facilitate truncation reuse.
1294   SmallSetVector<const Type *, 4> Types;
1295
1296   /// Fixups - The list of operands which are to be replaced.
1297   SmallVector<LSRFixup, 16> Fixups;
1298
1299   /// Uses - The list of interesting uses.
1300   SmallVector<LSRUse, 16> Uses;
1301
1302   /// RegUses - Track which uses use which register candidates.
1303   RegUseTracker RegUses;
1304
1305   void OptimizeShadowIV();
1306   bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse);
1307   ICmpInst *OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse);
1308   void OptimizeLoopTermCond();
1309
1310   void CollectInterestingTypesAndFactors();
1311   void CollectFixupsAndInitialFormulae();
1312
1313   LSRFixup &getNewFixup() {
1314     Fixups.push_back(LSRFixup());
1315     return Fixups.back();
1316   }
1317
1318   // Support for sharing of LSRUses between LSRFixups.
1319   typedef DenseMap<std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType>,
1320                    size_t,
1321                    UseMapDenseMapInfo> UseMapTy;
1322   UseMapTy UseMap;
1323
1324   bool reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
1325                           LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy);
1326
1327   std::pair<size_t, int64_t> getUse(const SCEV *&Expr,
1328                                     LSRUse::KindType Kind,
1329                                     const Type *AccessTy);
1330
1331   void DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1332
1333   LSRUse *FindUseWithSimilarFormula(const Formula &F, const LSRUse &OrigLU);
1334
1335 public:
1336   void InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1337   void InsertSupplementalFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1338   void CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx);
1339   bool InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F);
1340
1341   void CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
1342
1343   void GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base,
1344                               unsigned Depth = 0);
1345   void GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1346   void GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1347   void GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1348   void GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1349   void GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1350   void GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1351   void GenerateCrossUseConstantOffsets();
1352   void GenerateAllReuseFormulae();
1353
1354   void FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
1355
1356   size_t EstimateSearchSpaceComplexity() const;
1357   void NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
1358   void NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
1359   void NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
1360   void NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
1361   void NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
1362
1363   void SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1364                     Cost &SolutionCost,
1365                     SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
1366                     const Cost &CurCost,
1367                     const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
1368                     DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const;
1369   void Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const;
1370
1371   BasicBlock::iterator
1372     HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
1373                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs) const;
1374   BasicBlock::iterator AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
1375                                                      const LSRFixup &LF,
1376                                                      const LSRUse &LU) const;
1377
1378   Value *Expand(const LSRFixup &LF,
1379                 const Formula &F,
1380                 BasicBlock::iterator IP,
1381                 SCEVExpander &Rewriter,
1382                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const;
1383   void RewriteForPHI(PHINode *PN, const LSRFixup &LF,
1384                      const Formula &F,
1385                      SCEVExpander &Rewriter,
1386                      SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1387                      Pass *P) const;
1388   void Rewrite(const LSRFixup &LF,
1389                const Formula &F,
1390                SCEVExpander &Rewriter,
1391                SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1392                Pass *P) const;
1393   void ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1394                          Pass *P);
1395
1396   LSRInstance(const TargetLowering *tli, Loop *l, Pass *P);
1397
1398   bool getChanged() const { return Changed; }
1399
1400   void print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const;
1401   void print_fixups(raw_ostream &OS) const;
1402   void print_uses(raw_ostream &OS) const;
1403   void print(raw_ostream &OS) const;
1404   void dump() const;
1405 };
1406
1407 }
1408
1409 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1410 /// inside the loop then try to eliminate the cast operation.
1411 void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
1412   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1413   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1414     return;
1415
1416   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end();
1417        UI != E; /* empty */) {
1418     IVUsers::const_iterator CandidateUI = UI;
1419     ++UI;
1420     Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
1421     const Type *DestTy = NULL;
1422
1423     /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1424        to eliminate this cast.
1425
1426          for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
1427            foo((double)i);
1428
1429        is transformed into
1430
1431          double d = 0.0;
1432          for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
1433            foo(d);
1434     */
1435     if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
1436       DestTy = UCast->getDestTy();
1437     else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
1438       DestTy = SCast->getDestTy();
1439     if (!DestTy) continue;
1440
1441     if (TLI) {
1442       // If target does not support DestTy natively then do not apply
1443       // this transformation.
1444       EVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
1445       if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
1446     }
1447
1448     PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1449     if (!PH) continue;
1450     if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1451
1452     const Type *SrcTy = PH->getType();
1453     int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1454     if (Mantissa == -1) continue;
1455     if ((int)SE.getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1456       continue;
1457
1458     unsigned Entry, Latch;
1459     if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1460       Entry = 0;
1461       Latch = 1;
1462     } else {
1463       Entry = 1;
1464       Latch = 0;
1465     }
1466
1467     ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1468     if (!Init) continue;
1469     Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
1470
1471     BinaryOperator *Incr =
1472       dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1473     if (!Incr) continue;
1474     if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1475         && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1476       continue;
1477
1478     /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1479     ConstantInt *C = NULL;
1480     if (Incr->getOperand(0) == PH)
1481       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1482     else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1483       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1484     else
1485       continue;
1486
1487     if (!C) continue;
1488
1489     // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
1490     // correctly. TODO: Remove this restriction.
1491     if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
1492
1493     /* Add new PHINode. */
1494     PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
1495     NewPH->reserveOperandSpace(2);
1496
1497     /* create new increment. '++d' in above example. */
1498     Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1499     BinaryOperator *NewIncr =
1500       BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
1501                                Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
1502                              NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1503
1504     NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1505     NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1506
1507     /* Remove cast operation */
1508     ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1509     ShadowUse->eraseFromParent();
1510     Changed = true;
1511     break;
1512   }
1513 }
1514
1515 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1516 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1517 /// false.
1518 bool LSRInstance::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse) {
1519   for (IVUsers::iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1520     if (UI->getUser() == Cond) {
1521       // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1522       // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1523       // occurs enough in real life to handle.
1524       CondUse = UI;
1525       return true;
1526     }
1527   return false;
1528 }
1529
1530 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1531 /// a max computation.
1532 ///
1533 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1534 /// like this:
1535 ///
1536 ///   i = 0;
1537 ///   do {
1538 ///     p[i] = 0.0;
1539 ///   } while (++i < n);
1540 ///
1541 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
1542 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
1543 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
1544 /// will commonly be lowered like this:
1545 //
1546 ///   if (n > 0) {
1547 ///     i = 0;
1548 ///     do {
1549 ///       p[i] = 0.0;
1550 ///     } while (++i < n);
1551 ///   }
1552 ///
1553 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1554 /// test in such a way that indvars can't find it.
1555 ///
1556 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1557 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
1558 /// induction variable:
1559 ///
1560 ///   i = 0;
1561 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
1562 ///   do {
1563 ///     p[i] = 0.0;
1564 ///   } while (++i != max);
1565 ///
1566 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1567 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1568 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1569 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1570 /// needed, and it does this using a simple analysis that only succeeds if
1571 /// the loop has a canonical induction variable.
1572 ///
1573 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1574 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1575 ///
1576 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1577 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1578 /// the instructions for the maximum computation.
1579 ///
1580 ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
1581   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1582   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1583       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1584     return Cond;
1585
1586   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1587   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1588
1589   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1590   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1591     return Cond;
1592   const SCEV *One = SE.getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 1);
1593
1594   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
1595   const SCEV *IterationCount = SE.getAddExpr(One, BackedgeTakenCount);
1596   if (IterationCount != SE.getSCEV(Sel)) return Cond;
1597
1598   // Check for a max calculation that matches the pattern. There's no check
1599   // for ICMP_ULE here because the comparison would be with zero, which
1600   // isn't interesting.
1601   CmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
1602   const SCEVNAryExpr *Max = 0;
1603   if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(BackedgeTakenCount)) {
1604     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
1605     Max = S;
1606   } else if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount)) {
1607     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1608     Max = S;
1609   } else if (const SCEVUMaxExpr *U = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(IterationCount)) {
1610     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
1611     Max = U;
1612   } else {
1613     // No match; bail.
1614     return Cond;
1615   }
1616
1617   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
1618   // require additional checking and setup.
1619   if (Max->getNumOperands() != 2)
1620     return Cond;
1621
1622   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
1623   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
1624
1625   // ScalarEvolution canonicalizes constants to the left. For < and >, look
1626   // for a comparison with 1. For <= and >=, a comparison with zero.
1627   if (!MaxLHS ||
1628       (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) ? !MaxLHS->isZero() : (MaxLHS != One)))
1629     return Cond;
1630
1631   // Check the relevant induction variable for conformance to
1632   // the pattern.
1633   const SCEV *IV = SE.getSCEV(Cond->getOperand(0));
1634   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1635   if (!AR || !AR->isAffine() ||
1636       AR->getStart() != One ||
1637       AR->getStepRecurrence(SE) != One)
1638     return Cond;
1639
1640   assert(AR->getLoop() == L &&
1641          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
1642
1643   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
1644   // be used in the new comparison instruction.
1645   Value *NewRHS = 0;
1646   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred)) {
1647     // Look for n+1, and grab n.
1648     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(1)))
1649       if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)) &&
1650           cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->isOne() &&
1651           SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1652         NewRHS = BO->getOperand(0);
1653     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(2)))
1654       if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)) &&
1655           cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->isOne() &&
1656           SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1657         NewRHS = BO->getOperand(0);
1658     if (!NewRHS)
1659       return Cond;
1660   } else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
1661     NewRHS = Sel->getOperand(1);
1662   else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
1663     NewRHS = Sel->getOperand(2);
1664   else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(MaxRHS))
1665     NewRHS = SU->getValue();
1666   else
1667     // Max doesn't match expected pattern.
1668     return Cond;
1669
1670   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
1671   // and the original comparison may be either equality or inequality.
1672   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
1673     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
1674
1675   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
1676   // delete the max calculation.
1677   ICmpInst *NewCond =
1678     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
1679
1680   // Delete the max calculation instructions.
1681   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
1682   CondUse->setUser(NewCond);
1683   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
1684   Cond->eraseFromParent();
1685   Sel->eraseFromParent();
1686   if (Cmp->use_empty())
1687     Cmp->eraseFromParent();
1688   return NewCond;
1689 }
1690
1691 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
1692 /// postinc iv when possible.
1693 void
1694 LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
1695   SmallPtrSet<Instruction *, 4> PostIncs;
1696
1697   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1698   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
1699   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
1700
1701   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
1702     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
1703
1704     // Get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1705     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1706     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1707     // one register value.
1708
1709     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
1710     if (!TermBr)
1711       continue;
1712     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
1713     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1714       continue;
1715
1716     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1717     IVStrideUse *CondUse = 0;
1718     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1719     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse))
1720       continue;
1721
1722     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
1723     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
1724     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
1725     // One consequence of doing this now is that it disrupts the count-down
1726     // optimization. That's not always a bad thing though, because in such
1727     // cases it may still be worthwhile to avoid a max.
1728     Cond = OptimizeMax(Cond, CondUse);
1729
1730     // If this exiting block dominates the latch block, it may also use
1731     // the post-inc value if it won't be shared with other uses.
1732     // Check for dominance.
1733     if (!DT.dominates(ExitingBlock, LatchBlock))
1734       continue;
1735
1736     // Conservatively avoid trying to use the post-inc value in non-latch
1737     // exits if there may be pre-inc users in intervening blocks.
1738     if (LatchBlock != ExitingBlock)
1739       for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1740         // Test if the use is reachable from the exiting block. This dominator
1741         // query is a conservative approximation of reachability.
1742         if (&*UI != CondUse &&
1743             !DT.properlyDominates(UI->getUser()->getParent(), ExitingBlock)) {
1744           // Conservatively assume there may be reuse if the quotient of their
1745           // strides could be a legal scale.
1746           const SCEV *A = IU.getStride(*CondUse, L);
1747           const SCEV *B = IU.getStride(*UI, L);
1748           if (!A || !B) continue;
1749           if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) !=
1750               SE.getTypeSizeInBits(B->getType())) {
1751             if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) >
1752                 SE.getTypeSizeInBits(B->getType()))
1753               B = SE.getSignExtendExpr(B, A->getType());
1754             else
1755               A = SE.getSignExtendExpr(A, B->getType());
1756           }
1757           if (const SCEVConstant *D =
1758                 dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(B, A, SE))) {
1759             const ConstantInt *C = D->getValue();
1760             // Stride of one or negative one can have reuse with non-addresses.
1761             if (C->isOne() || C->isAllOnesValue())
1762               goto decline_post_inc;
1763             // Avoid weird situations.
1764             if (C->getValue().getMinSignedBits() >= 64 ||
1765                 C->getValue().isMinSignedValue())
1766               goto decline_post_inc;
1767             // Without TLI, assume that any stride might be valid, and so any
1768             // use might be shared.
1769             if (!TLI)
1770               goto decline_post_inc;
1771             // Check for possible scaled-address reuse.
1772             const Type *AccessTy = getAccessType(UI->getUser());
1773             TargetLowering::AddrMode AM;
1774             AM.Scale = C->getSExtValue();
1775             if (TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1776               goto decline_post_inc;
1777             AM.Scale = -AM.Scale;
1778             if (TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1779               goto decline_post_inc;
1780           }
1781         }
1782
1783     DEBUG(dbgs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
1784                  << *Cond << '\n');
1785
1786     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1787     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1788     // the exiting block branch, move it.
1789     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != TermBr) {
1790       if (Cond->hasOneUse()) {
1791         Cond->moveBefore(TermBr);
1792       } else {
1793         // Clone the terminating condition and insert into the loopend.
1794         ICmpInst *OldCond = Cond;
1795         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1796         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1797         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1798
1799         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1800         CondUse = &IU.AddUser(Cond, CondUse->getOperandValToReplace());
1801         TermBr->replaceUsesOfWith(OldCond, Cond);
1802       }
1803     }
1804
1805     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1806     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1807     // live ranges for the IV correctly.
1808     CondUse->transformToPostInc(L);
1809     Changed = true;
1810
1811     PostIncs.insert(Cond);
1812   decline_post_inc:;
1813   }
1814
1815   // Determine an insertion point for the loop induction variable increment. It
1816   // must dominate all the post-inc comparisons we just set up, and it must
1817   // dominate the loop latch edge.
1818   IVIncInsertPos = L->getLoopLatch()->getTerminator();
1819   for (SmallPtrSet<Instruction *, 4>::const_iterator I = PostIncs.begin(),
1820        E = PostIncs.end(); I != E; ++I) {
1821     BasicBlock *BB =
1822       DT.findNearestCommonDominator(IVIncInsertPos->getParent(),
1823                                     (*I)->getParent());
1824     if (BB == (*I)->getParent())
1825       IVIncInsertPos = *I;
1826     else if (BB != IVIncInsertPos->getParent())
1827       IVIncInsertPos = BB->getTerminator();
1828   }
1829 }
1830
1831 /// reconcileNewOffset - Determine if the given use can accomodate a fixup
1832 /// at the given offset and other details. If so, update the use and
1833 /// return true.
1834 bool
1835 LSRInstance::reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
1836                                 LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy) {
1837   int64_t NewMinOffset = LU.MinOffset;
1838   int64_t NewMaxOffset = LU.MaxOffset;
1839   const Type *NewAccessTy = AccessTy;
1840
1841   // Check for a mismatched kind. It's tempting to collapse mismatched kinds to
1842   // something conservative, however this can pessimize in the case that one of
1843   // the uses will have all its uses outside the loop, for example.
1844   if (LU.Kind != Kind)
1845     return false;
1846   // Conservatively assume HasBaseReg is true for now.
1847   if (NewOffset < LU.MinOffset) {
1848     if (!isAlwaysFoldable(LU.MaxOffset - NewOffset, 0, HasBaseReg,
1849                           Kind, AccessTy, TLI))
1850       return false;
1851     NewMinOffset = NewOffset;
1852   } else if (NewOffset > LU.MaxOffset) {
1853     if (!isAlwaysFoldable(NewOffset - LU.MinOffset, 0, HasBaseReg,
1854                           Kind, AccessTy, TLI))
1855       return false;
1856     NewMaxOffset = NewOffset;
1857   }
1858   // Check for a mismatched access type, and fall back conservatively as needed.
1859   // TODO: Be less conservative when the type is similar and can use the same
1860   // addressing modes.
1861   if (Kind == LSRUse::Address && AccessTy != LU.AccessTy)
1862     NewAccessTy = Type::getVoidTy(AccessTy->getContext());
1863
1864   // Update the use.
1865   LU.MinOffset = NewMinOffset;
1866   LU.MaxOffset = NewMaxOffset;
1867   LU.AccessTy = NewAccessTy;
1868   if (NewOffset != LU.Offsets.back())
1869     LU.Offsets.push_back(NewOffset);
1870   return true;
1871 }
1872
1873 /// getUse - Return an LSRUse index and an offset value for a fixup which
1874 /// needs the given expression, with the given kind and optional access type.
1875 /// Either reuse an existing use or create a new one, as needed.
1876 std::pair<size_t, int64_t>
1877 LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
1878                     LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy) {
1879   const SCEV *Copy = Expr;
1880   int64_t Offset = ExtractImmediate(Expr, SE);
1881
1882   // Basic uses can't accept any offset, for example.
1883   if (!isAlwaysFoldable(Offset, 0, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy, TLI)) {
1884     Expr = Copy;
1885     Offset = 0;
1886   }
1887
1888   std::pair<UseMapTy::iterator, bool> P =
1889     UseMap.insert(std::make_pair(std::make_pair(Expr, Kind), 0));
1890   if (!P.second) {
1891     // A use already existed with this base.
1892     size_t LUIdx = P.first->second;
1893     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
1894     if (reconcileNewOffset(LU, Offset, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy))
1895       // Reuse this use.
1896       return std::make_pair(LUIdx, Offset);
1897   }
1898
1899   // Create a new use.
1900   size_t LUIdx = Uses.size();
1901   P.first->second = LUIdx;
1902   Uses.push_back(LSRUse(Kind, AccessTy));
1903   LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
1904
1905   // We don't need to track redundant offsets, but we don't need to go out
1906   // of our way here to avoid them.
1907   if (LU.Offsets.empty() || Offset != LU.Offsets.back())
1908     LU.Offsets.push_back(Offset);
1909
1910   LU.MinOffset = Offset;
1911   LU.MaxOffset = Offset;
1912   return std::make_pair(LUIdx, Offset);
1913 }
1914
1915 /// DeleteUse - Delete the given use from the Uses list.
1916 void LSRInstance::DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
1917   if (&LU != &Uses.back())
1918     std::swap(LU, Uses.back());
1919   Uses.pop_back();
1920
1921   // Update RegUses.
1922   RegUses.SwapAndDropUse(LUIdx, Uses.size());
1923 }
1924
1925 /// FindUseWithFormula - Look for a use distinct from OrigLU which is has
1926 /// a formula that has the same registers as the given formula.
1927 LSRUse *
1928 LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
1929                                        const LSRUse &OrigLU) {
1930   // Search all uses for the formula. This could be more clever.
1931   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
1932     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
1933     // Check whether this use is close enough to OrigLU, to see whether it's
1934     // worthwhile looking through its formulae.
1935     // Ignore ICmpZero uses because they may contain formulae generated by
1936     // GenerateICmpZeroScales, in which case adding fixup offsets may
1937     // be invalid.
1938     if (&LU != &OrigLU &&
1939         LU.Kind != LSRUse::ICmpZero &&
1940         LU.Kind == OrigLU.Kind && OrigLU.AccessTy == LU.AccessTy &&
1941         LU.WidestFixupType == OrigLU.WidestFixupType &&
1942         LU.HasFormulaWithSameRegs(OrigF)) {
1943       // Scan through this use's formulae.
1944       for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
1945            E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
1946         const Formula &F = *I;
1947         // Check to see if this formula has the same registers and symbols
1948         // as OrigF.
1949         if (F.BaseRegs == OrigF.BaseRegs &&
1950             F.ScaledReg == OrigF.ScaledReg &&
1951             F.AM.BaseGV == OrigF.AM.BaseGV &&
1952             F.AM.Scale == OrigF.AM.Scale) {
1953           if (F.AM.BaseOffs == 0)
1954             return &LU;
1955           // This is the formula where all the registers and symbols matched;
1956           // there aren't going to be any others. Since we declined it, we
1957           // can skip the rest of the formulae and procede to the next LSRUse.
1958           break;
1959         }
1960       }
1961     }
1962   }
1963
1964   // Nothing looked good.
1965   return 0;
1966 }
1967
1968 void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
1969   SmallSetVector<const SCEV *, 4> Strides;
1970
1971   // Collect interesting types and strides.
1972   SmallVector<const SCEV *, 4> Worklist;
1973   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
1974     const SCEV *Expr = IU.getExpr(*UI);
1975
1976     // Collect interesting types.
1977     Types.insert(SE.getEffectiveSCEVType(Expr->getType()));
1978
1979     // Add strides for mentioned loops.
1980     Worklist.push_back(Expr);
1981     do {
1982       const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
1983       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
1984         Strides.insert(AR->getStepRecurrence(SE));
1985         Worklist.push_back(AR->getStart());
1986       } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
1987         Worklist.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
1988       }
1989     } while (!Worklist.empty());
1990   }
1991
1992   // Compute interesting factors from the set of interesting strides.
1993   for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator
1994        I = Strides.begin(), E = Strides.end(); I != E; ++I)
1995     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator NewStrideIter =
1996          llvm::next(I); NewStrideIter != E; ++NewStrideIter) {
1997       const SCEV *OldStride = *I;
1998       const SCEV *NewStride = *NewStrideIter;
1999
2000       if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) !=
2001           SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType())) {
2002         if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) >
2003             SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType()))
2004           NewStride = SE.getSignExtendExpr(NewStride, OldStride->getType());
2005         else
2006           OldStride = SE.getSignExtendExpr(OldStride, NewStride->getType());
2007       }
2008       if (const SCEVConstant *Factor =
2009             dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(NewStride, OldStride,
2010                                                         SE, true))) {
2011         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2012           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2013       } else if (const SCEVConstant *Factor =
2014                    dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(OldStride,
2015                                                                NewStride,
2016                                                                SE, true))) {
2017         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2018           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2019       }
2020     }
2021
2022   // If all uses use the same type, don't bother looking for truncation-based
2023   // reuse.
2024   if (Types.size() == 1)
2025     Types.clear();
2026
2027   DEBUG(print_factors_and_types(dbgs()));
2028 }
2029
2030 void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
2031   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2032     // Record the uses.
2033     LSRFixup &LF = getNewFixup();
2034     LF.UserInst = UI->getUser();
2035     LF.OperandValToReplace = UI->getOperandValToReplace();
2036     LF.PostIncLoops = UI->getPostIncLoops();
2037
2038     LSRUse::KindType Kind = LSRUse::Basic;
2039     const Type *AccessTy = 0;
2040     if (isAddressUse(LF.UserInst, LF.OperandValToReplace)) {
2041       Kind = LSRUse::Address;
2042       AccessTy = getAccessType(LF.UserInst);
2043     }
2044
2045     const SCEV *S = IU.getExpr(*UI);
2046
2047     // Equality (== and !=) ICmps are special. We can rewrite (i == N) as
2048     // (N - i == 0), and this allows (N - i) to be the expression that we work
2049     // with rather than just N or i, so we can consider the register
2050     // requirements for both N and i at the same time. Limiting this code to
2051     // equality icmps is not a problem because all interesting loops use
2052     // equality icmps, thanks to IndVarSimplify.
2053     if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(LF.UserInst))
2054       if (CI->isEquality()) {
2055         // Swap the operands if needed to put the OperandValToReplace on the
2056         // left, for consistency.
2057         Value *NV = CI->getOperand(1);
2058         if (NV == LF.OperandValToReplace) {
2059           CI->setOperand(1, CI->getOperand(0));
2060           CI->setOperand(0, NV);
2061           NV = CI->getOperand(1);
2062           Changed = true;
2063         }
2064
2065         // x == y  -->  x - y == 0
2066         const SCEV *N = SE.getSCEV(NV);
2067         if (SE.isLoopInvariant(N, L)) {
2068           Kind = LSRUse::ICmpZero;
2069           S = SE.getMinusSCEV(N, S);
2070         }
2071
2072         // -1 and the negations of all interesting strides (except the negation
2073         // of -1) are now also interesting.
2074         for (size_t i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i)
2075           if (Factors[i] != -1)
2076             Factors.insert(-(uint64_t)Factors[i]);
2077         Factors.insert(-1);
2078       }
2079
2080     // Set up the initial formula for this use.
2081     std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, Kind, AccessTy);
2082     LF.LUIdx = P.first;
2083     LF.Offset = P.second;
2084     LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
2085     LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
2086     if (!LU.WidestFixupType ||
2087         SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
2088         SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
2089       LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
2090
2091     // If this is the first use of this LSRUse, give it a formula.
2092     if (LU.Formulae.empty()) {
2093       InsertInitialFormula(S, LU, LF.LUIdx);
2094       CountRegisters(LU.Formulae.back(), LF.LUIdx);
2095     }
2096   }
2097
2098   DEBUG(print_fixups(dbgs()));
2099 }
2100
2101 /// InsertInitialFormula - Insert a formula for the given expression into
2102 /// the given use, separating out loop-variant portions from loop-invariant
2103 /// and loop-computable portions.
2104 void
2105 LSRInstance::InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2106   Formula F;
2107   F.InitialMatch(S, L, SE);
2108   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2109   assert(Inserted && "Initial formula already exists!"); (void)Inserted;
2110 }
2111
2112 /// InsertSupplementalFormula - Insert a simple single-register formula for
2113 /// the given expression into the given use.
2114 void
2115 LSRInstance::InsertSupplementalFormula(const SCEV *S,
2116                                        LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2117   Formula F;
2118   F.BaseRegs.push_back(S);
2119   F.AM.HasBaseReg = true;
2120   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2121   assert(Inserted && "Supplemental formula already exists!"); (void)Inserted;
2122 }
2123
2124 /// CountRegisters - Note which registers are used by the given formula,
2125 /// updating RegUses.
2126 void LSRInstance::CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx) {
2127   if (F.ScaledReg)
2128     RegUses.CountRegister(F.ScaledReg, LUIdx);
2129   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
2130        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
2131     RegUses.CountRegister(*I, LUIdx);
2132 }
2133
2134 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
2135 /// the list, and return true. Return false otherwise.
2136 bool LSRInstance::InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F) {
2137   if (!LU.InsertFormula(F))
2138     return false;
2139
2140   CountRegisters(F, LUIdx);
2141   return true;
2142 }
2143
2144 /// CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae - Check for other uses of
2145 /// loop-invariant values which we're tracking. These other uses will pin these
2146 /// values in registers, making them less profitable for elimination.
2147 /// TODO: This currently misses non-constant addrec step registers.
2148 /// TODO: Should this give more weight to users inside the loop?
2149 void
2150 LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
2151   SmallVector<const SCEV *, 8> Worklist(RegUses.begin(), RegUses.end());
2152   SmallPtrSet<const SCEV *, 8> Inserted;
2153
2154   while (!Worklist.empty()) {
2155     const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
2156
2157     if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S))
2158       Worklist.append(N->op_begin(), N->op_end());
2159     else if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
2160       Worklist.push_back(C->getOperand());
2161     else if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2162       Worklist.push_back(D->getLHS());
2163       Worklist.push_back(D->getRHS());
2164     } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2165       if (!Inserted.insert(U)) continue;
2166       const Value *V = U->getValue();
2167       if (const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2168         // Look for instructions defined outside the loop.
2169         if (L->contains(Inst)) continue;
2170       } else if (isa<UndefValue>(V))
2171         // Undef doesn't have a live range, so it doesn't matter.
2172         continue;
2173       for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
2174            UI != UE; ++UI) {
2175         const Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(*UI);
2176         // Ignore non-instructions.
2177         if (!UserInst)
2178           continue;
2179         // Ignore instructions in other functions (as can happen with
2180         // Constants).
2181         if (UserInst->getParent()->getParent() != L->getHeader()->getParent())
2182           continue;
2183         // Ignore instructions not dominated by the loop.
2184         const BasicBlock *UseBB = !isa<PHINode>(UserInst) ?
2185           UserInst->getParent() :
2186           cast<PHINode>(UserInst)->getIncomingBlock(
2187             PHINode::getIncomingValueNumForOperand(UI.getOperandNo()));
2188         if (!DT.dominates(L->getHeader(), UseBB))
2189           continue;
2190         // Ignore uses which are part of other SCEV expressions, to avoid
2191         // analyzing them multiple times.
2192         if (SE.isSCEVable(UserInst->getType())) {
2193           const SCEV *UserS = SE.getSCEV(const_cast<Instruction *>(UserInst));
2194           // If the user is a no-op, look through to its uses.
2195           if (!isa<SCEVUnknown>(UserS))
2196             continue;
2197           if (UserS == U) {
2198             Worklist.push_back(
2199               SE.getUnknown(const_cast<Instruction *>(UserInst)));
2200             continue;
2201           }
2202         }
2203         // Ignore icmp instructions which are already being analyzed.
2204         if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UserInst)) {
2205           unsigned OtherIdx = !UI.getOperandNo();
2206           Value *OtherOp = const_cast<Value *>(ICI->getOperand(OtherIdx));
2207           if (SE.hasComputableLoopEvolution(SE.getSCEV(OtherOp), L))
2208             continue;
2209         }
2210
2211         LSRFixup &LF = getNewFixup();
2212         LF.UserInst = const_cast<Instruction *>(UserInst);
2213         LF.OperandValToReplace = UI.getUse();
2214         std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, LSRUse::Basic, 0);
2215         LF.LUIdx = P.first;
2216         LF.Offset = P.second;
2217         LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
2218         LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
2219         if (!LU.WidestFixupType ||
2220             SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
2221             SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
2222           LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
2223         InsertSupplementalFormula(U, LU, LF.LUIdx);
2224         CountRegisters(LU.Formulae.back(), Uses.size() - 1);
2225         break;
2226       }
2227     }
2228   }
2229 }
2230
2231 /// CollectSubexprs - Split S into subexpressions which can be pulled out into
2232 /// separate registers. If C is non-null, multiply each subexpression by C.
2233 static void CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
2234                             SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
2235                             const Loop *L,
2236                             ScalarEvolution &SE) {
2237   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2238     // Break out add operands.
2239     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
2240          I != E; ++I)
2241       CollectSubexprs(*I, C, Ops, L, SE);
2242     return;
2243   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2244     // Split a non-zero base out of an addrec.
2245     if (!AR->getStart()->isZero()) {
2246       CollectSubexprs(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
2247                                        AR->getStepRecurrence(SE),
2248                                        AR->getLoop(),
2249                                        //FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
2250                                        SCEV::FlagAnyWrap),
2251                       C, Ops, L, SE);
2252       CollectSubexprs(AR->getStart(), C, Ops, L, SE);
2253       return;
2254     }
2255   } else if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2256     // Break (C * (a + b + c)) into C*a + C*b + C*c.
2257     if (Mul->getNumOperands() == 2)
2258       if (const SCEVConstant *Op0 =
2259             dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
2260         CollectSubexprs(Mul->getOperand(1),
2261                         C ? cast<SCEVConstant>(SE.getMulExpr(C, Op0)) : Op0,
2262                         Ops, L, SE);
2263         return;
2264       }
2265   }
2266
2267   // Otherwise use the value itself, optionally with a scale applied.
2268   Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, S) : S);
2269 }
2270
2271 /// GenerateReassociations - Split out subexpressions from adds and the bases of
2272 /// addrecs.
2273 void LSRInstance::GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2274                                          Formula Base,
2275                                          unsigned Depth) {
2276   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
2277   if (Depth >= 3) return;
2278
2279   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2280     const SCEV *BaseReg = Base.BaseRegs[i];
2281
2282     SmallVector<const SCEV *, 8> AddOps;
2283     CollectSubexprs(BaseReg, 0, AddOps, L, SE);
2284
2285     if (AddOps.size() == 1) continue;
2286
2287     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = AddOps.begin(),
2288          JE = AddOps.end(); J != JE; ++J) {
2289
2290       // Loop-variant "unknown" values are uninteresting; we won't be able to
2291       // do anything meaningful with them.
2292       if (isa<SCEVUnknown>(*J) && !SE.isLoopInvariant(*J, L))
2293         continue;
2294
2295       // Don't pull a constant into a register if the constant could be folded
2296       // into an immediate field.
2297       if (isAlwaysFoldable(*J, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2298                            Base.getNumRegs() > 1,
2299                            LU.Kind, LU.AccessTy, TLI, SE))
2300         continue;
2301
2302       // Collect all operands except *J.
2303       SmallVector<const SCEV *, 8> InnerAddOps
2304         (((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).begin(), J);
2305       InnerAddOps.append
2306         (llvm::next(J), ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).end());
2307
2308       // Don't leave just a constant behind in a register if the constant could
2309       // be folded into an immediate field.
2310       if (InnerAddOps.size() == 1 &&
2311           isAlwaysFoldable(InnerAddOps[0], LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2312                            Base.getNumRegs() > 1,
2313                            LU.Kind, LU.AccessTy, TLI, SE))
2314         continue;
2315
2316       const SCEV *InnerSum = SE.getAddExpr(InnerAddOps);
2317       if (InnerSum->isZero())
2318         continue;
2319       Formula F = Base;
2320       F.BaseRegs[i] = InnerSum;
2321       F.BaseRegs.push_back(*J);
2322       if (InsertFormula(LU, LUIdx, F))
2323         // If that formula hadn't been seen before, recurse to find more like
2324         // it.
2325         GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae.back(), Depth+1);
2326     }
2327   }
2328 }
2329
2330 /// GenerateCombinations - Generate a formula consisting of all of the
2331 /// loop-dominating registers added into a single register.
2332 void LSRInstance::GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2333                                        Formula Base) {
2334   // This method is only interesting on a plurality of registers.
2335   if (Base.BaseRegs.size() <= 1) return;
2336
2337   Formula F = Base;
2338   F.BaseRegs.clear();
2339   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
2340   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
2341        I = Base.BaseRegs.begin(), E = Base.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
2342     const SCEV *BaseReg = *I;
2343     if (SE.properlyDominates(BaseReg, L->getHeader()) &&
2344         !SE.hasComputableLoopEvolution(BaseReg, L))
2345       Ops.push_back(BaseReg);
2346     else
2347       F.BaseRegs.push_back(BaseReg);
2348   }
2349   if (Ops.size() > 1) {
2350     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Ops);
2351     // TODO: If Sum is zero, it probably means ScalarEvolution missed an
2352     // opportunity to fold something. For now, just ignore such cases
2353     // rather than proceed with zero in a register.
2354     if (!Sum->isZero()) {
2355       F.BaseRegs.push_back(Sum);
2356       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2357     }
2358   }
2359 }
2360
2361 /// GenerateSymbolicOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
2362 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2363                                           Formula Base) {
2364   // We can't add a symbolic offset if the address already contains one.
2365   if (Base.AM.BaseGV) return;
2366
2367   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2368     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
2369     GlobalValue *GV = ExtractSymbol(G, SE);
2370     if (G->isZero() || !GV)
2371       continue;
2372     Formula F = Base;
2373     F.AM.BaseGV = GV;
2374     if (!isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2375                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2376       continue;
2377     F.BaseRegs[i] = G;
2378     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2379   }
2380 }
2381
2382 /// GenerateConstantOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
2383 void LSRInstance::GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2384                                           Formula Base) {
2385   // TODO: For now, just add the min and max offset, because it usually isn't
2386   // worthwhile looking at everything inbetween.
2387   SmallVector<int64_t, 2> Worklist;
2388   Worklist.push_back(LU.MinOffset);
2389   if (LU.MaxOffset != LU.MinOffset)
2390     Worklist.push_back(LU.MaxOffset);
2391
2392   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2393     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
2394
2395     for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Worklist.begin(),
2396          E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
2397       Formula F = Base;
2398       F.AM.BaseOffs = (uint64_t)Base.AM.BaseOffs - *I;
2399       if (isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset - *I, LU.MaxOffset - *I,
2400                      LU.Kind, LU.AccessTy, TLI)) {
2401         // Add the offset to the base register.
2402         const SCEV *NewG = SE.getAddExpr(SE.getConstant(G->getType(), *I), G);
2403         // If it cancelled out, drop the base register, otherwise update it.
2404         if (NewG->isZero()) {
2405           std::swap(F.BaseRegs[i], F.BaseRegs.back());
2406           F.BaseRegs.pop_back();
2407         } else
2408           F.BaseRegs[i] = NewG;
2409
2410         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2411       }
2412     }
2413
2414     int64_t Imm = ExtractImmediate(G, SE);
2415     if (G->isZero() || Imm == 0)
2416       continue;
2417     Formula F = Base;
2418     F.AM.BaseOffs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + Imm;
2419     if (!isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2420                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2421       continue;
2422     F.BaseRegs[i] = G;
2423     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2424   }
2425 }
2426
2427 /// GenerateICmpZeroScales - For ICmpZero, check to see if we can scale up
2428 /// the comparison. For example, x == y -> x*c == y*c.
2429 void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2430                                          Formula Base) {
2431   if (LU.Kind != LSRUse::ICmpZero) return;
2432
2433   // Determine the integer type for the base formula.
2434   const Type *IntTy = Base.getType();
2435   if (!IntTy) return;
2436   if (SE.getTypeSizeInBits(IntTy) > 64) return;
2437
2438   // Don't do this if there is more than one offset.
2439   if (LU.MinOffset != LU.MaxOffset) return;
2440
2441   assert(!Base.AM.BaseGV && "ICmpZero use is not legal!");
2442
2443   // Check each interesting stride.
2444   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
2445        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
2446     int64_t Factor = *I;
2447
2448     // Check that the multiplication doesn't overflow.
2449     if (Base.AM.BaseOffs == INT64_MIN && Factor == -1)
2450       continue;
2451     int64_t NewBaseOffs = (uint64_t)Base.AM.BaseOffs * Factor;
2452     if (NewBaseOffs / Factor != Base.AM.BaseOffs)
2453       continue;
2454
2455     // Check that multiplying with the use offset doesn't overflow.
2456     int64_t Offset = LU.MinOffset;
2457     if (Offset == INT64_MIN && Factor == -1)
2458       continue;
2459     Offset = (uint64_t)Offset * Factor;
2460     if (Offset / Factor != LU.MinOffset)
2461       continue;
2462
2463     Formula F = Base;
2464     F.AM.BaseOffs = NewBaseOffs;
2465
2466     // Check that this scale is legal.
2467     if (!isLegalUse(F.AM, Offset, Offset, LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2468       continue;
2469
2470     // Compensate for the use having MinOffset built into it.
2471     F.AM.BaseOffs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + Offset - LU.MinOffset;
2472
2473     const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
2474
2475     // Check that multiplying with each base register doesn't overflow.
2476     for (size_t i = 0, e = F.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2477       F.BaseRegs[i] = SE.getMulExpr(F.BaseRegs[i], FactorS);
2478       if (getExactSDiv(F.BaseRegs[i], FactorS, SE) != Base.BaseRegs[i])
2479         goto next;
2480     }
2481
2482     // Check that multiplying with the scaled register doesn't overflow.
2483     if (F.ScaledReg) {
2484       F.ScaledReg = SE.getMulExpr(F.ScaledReg, FactorS);
2485       if (getExactSDiv(F.ScaledReg, FactorS, SE) != Base.ScaledReg)
2486         continue;
2487     }
2488
2489     // If we make it here and it's legal, add it.
2490     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2491   next:;
2492   }
2493 }
2494
2495 /// GenerateScales - Generate stride factor reuse formulae by making use of
2496 /// scaled-offset address modes, for example.
2497 void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
2498   // Determine the integer type for the base formula.
2499   const Type *IntTy = Base.getType();
2500   if (!IntTy) return;
2501
2502   // If this Formula already has a scaled register, we can't add another one.
2503   if (Base.AM.Scale != 0) return;
2504
2505   // Check each interesting stride.
2506   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
2507        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
2508     int64_t Factor = *I;
2509
2510     Base.AM.Scale = Factor;
2511     Base.AM.HasBaseReg = Base.BaseRegs.size() > 1;
2512     // Check whether this scale is going to be legal.
2513     if (!isLegalUse(Base.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2514                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI)) {
2515       // As a special-case, handle special out-of-loop Basic users specially.
2516       // TODO: Reconsider this special case.
2517       if (LU.Kind == LSRUse::Basic &&
2518           isLegalUse(Base.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2519                      LSRUse::Special, LU.AccessTy, TLI) &&
2520           LU.AllFixupsOutsideLoop)
2521         LU.Kind = LSRUse::Special;
2522       else
2523         continue;
2524     }
2525     // For an ICmpZero, negating a solitary base register won't lead to
2526     // new solutions.
2527     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero &&
2528         !Base.AM.HasBaseReg && Base.AM.BaseOffs == 0 && !Base.AM.BaseGV)
2529       continue;
2530     // For each addrec base reg, apply the scale, if possible.
2531     for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
2532       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
2533             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base.BaseRegs[i])) {
2534         const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
2535         if (FactorS->isZero())
2536           continue;
2537         // Divide out the factor, ignoring high bits, since we'll be
2538         // scaling the value back up in the end.
2539         if (const SCEV *Quotient = getExactSDiv(AR, FactorS, SE, true)) {
2540           // TODO: This could be optimized to avoid all the copying.
2541           Formula F = Base;
2542           F.ScaledReg = Quotient;
2543           F.DeleteBaseReg(F.BaseRegs[i]);
2544           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2545         }
2546       }
2547   }
2548 }
2549
2550 /// GenerateTruncates - Generate reuse formulae from different IV types.
2551 void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
2552   // This requires TargetLowering to tell us which truncates are free.
2553   if (!TLI) return;
2554
2555   // Don't bother truncating symbolic values.
2556   if (Base.AM.BaseGV) return;
2557
2558   // Determine the integer type for the base formula.
2559   const Type *DstTy = Base.getType();
2560   if (!DstTy) return;
2561   DstTy = SE.getEffectiveSCEVType(DstTy);
2562
2563   for (SmallSetVector<const Type *, 4>::const_iterator
2564        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
2565     const Type *SrcTy = *I;
2566     if (SrcTy != DstTy && TLI->isTruncateFree(SrcTy, DstTy)) {
2567       Formula F = Base;
2568
2569       if (F.ScaledReg) F.ScaledReg = SE.getAnyExtendExpr(F.ScaledReg, *I);
2570       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator J = F.BaseRegs.begin(),
2571            JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J)
2572         *J = SE.getAnyExtendExpr(*J, SrcTy);
2573
2574       // TODO: This assumes we've done basic processing on all uses and
2575       // have an idea what the register usage is.
2576       if (!F.hasRegsUsedByUsesOtherThan(LUIdx, RegUses))
2577         continue;
2578
2579       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2580     }
2581   }
2582 }
2583
2584 namespace {
2585
2586 /// WorkItem - Helper class for GenerateCrossUseConstantOffsets. It's used to
2587 /// defer modifications so that the search phase doesn't have to worry about
2588 /// the data structures moving underneath it.
2589 struct WorkItem {
2590   size_t LUIdx;
2591   int64_t Imm;
2592   const SCEV *OrigReg;
2593
2594   WorkItem(size_t LI, int64_t I, const SCEV *R)
2595     : LUIdx(LI), Imm(I), OrigReg(R) {}
2596
2597   void print(raw_ostream &OS) const;
2598   void dump() const;
2599 };
2600
2601 }
2602
2603 void WorkItem::print(raw_ostream &OS) const {
2604   OS << "in formulae referencing " << *OrigReg << " in use " << LUIdx
2605      << " , add offset " << Imm;
2606 }
2607
2608 void WorkItem::dump() const {
2609   print(errs()); errs() << '\n';
2610 }
2611
2612 /// GenerateCrossUseConstantOffsets - Look for registers which are a constant
2613 /// distance apart and try to form reuse opportunities between them.
2614 void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
2615   // Group the registers by their value without any added constant offset.
2616   typedef std::map<int64_t, const SCEV *> ImmMapTy;
2617   typedef DenseMap<const SCEV *, ImmMapTy> RegMapTy;
2618   RegMapTy Map;
2619   DenseMap<const SCEV *, SmallBitVector> UsedByIndicesMap;
2620   SmallVector<const SCEV *, 8> Sequence;
2621   for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
2622        I != E; ++I) {
2623     const SCEV *Reg = *I;
2624     int64_t Imm = ExtractImmediate(Reg, SE);
2625     std::pair<RegMapTy::iterator, bool> Pair =
2626       Map.insert(std::make_pair(Reg, ImmMapTy()));
2627     if (Pair.second)
2628       Sequence.push_back(Reg);
2629     Pair.first->second.insert(std::make_pair(Imm, *I));
2630     UsedByIndicesMap[Reg] |= RegUses.getUsedByIndices(*I);
2631   }
2632
2633   // Now examine each set of registers with the same base value. Build up
2634   // a list of work to do and do the work in a separate step so that we're
2635   // not adding formulae and register counts while we're searching.
2636   SmallVector<WorkItem, 32> WorkItems;
2637   SmallSet<std::pair<size_t, int64_t>, 32> UniqueItems;
2638   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Sequence.begin(),
2639        E = Sequence.end(); I != E; ++I) {
2640     const SCEV *Reg = *I;
2641     const ImmMapTy &Imms = Map.find(Reg)->second;
2642
2643     // It's not worthwhile looking for reuse if there's only one offset.
2644     if (Imms.size() == 1)
2645       continue;
2646
2647     DEBUG(dbgs() << "Generating cross-use offsets for " << *Reg << ':';
2648           for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
2649                J != JE; ++J)
2650             dbgs() << ' ' << J->first;
2651           dbgs() << '\n');
2652
2653     // Examine each offset.
2654     for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
2655          J != JE; ++J) {
2656       const SCEV *OrigReg = J->second;
2657
2658       int64_t JImm = J->first;
2659       const SmallBitVector &UsedByIndices = RegUses.getUsedByIndices(OrigReg);
2660
2661       if (!isa<SCEVConstant>(OrigReg) &&
2662           UsedByIndicesMap[Reg].count() == 1) {
2663         DEBUG(dbgs() << "Skipping cross-use reuse for " << *OrigReg << '\n');
2664         continue;
2665       }
2666
2667       // Conservatively examine offsets between this orig reg a few selected
2668       // other orig regs.
2669       ImmMapTy::const_iterator OtherImms[] = {
2670         Imms.begin(), prior(Imms.end()),
2671         Imms.upper_bound((Imms.begin()->first + prior(Imms.end())->first) / 2)
2672       };
2673       for (size_t i = 0, e = array_lengthof(OtherImms); i != e; ++i) {
2674         ImmMapTy::const_iterator M = OtherImms[i];
2675         if (M == J || M == JE) continue;
2676
2677         // Compute the difference between the two.
2678         int64_t Imm = (uint64_t)JImm - M->first;
2679         for (int LUIdx = UsedByIndices.find_first(); LUIdx != -1;
2680              LUIdx = UsedByIndices.find_next(LUIdx))
2681           // Make a memo of this use, offset, and register tuple.
2682           if (UniqueItems.insert(std::make_pair(LUIdx, Imm)))
2683             WorkItems.push_back(WorkItem(LUIdx, Imm, OrigReg));
2684       }
2685     }
2686   }
2687
2688   Map.clear();
2689   Sequence.clear();
2690   UsedByIndicesMap.clear();
2691   UniqueItems.clear();
2692
2693   // Now iterate through the worklist and add new formulae.
2694   for (SmallVectorImpl<WorkItem>::const_iterator I = WorkItems.begin(),
2695        E = WorkItems.end(); I != E; ++I) {
2696     const WorkItem &WI = *I;
2697     size_t LUIdx = WI.LUIdx;
2698     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2699     int64_t Imm = WI.Imm;
2700     const SCEV *OrigReg = WI.OrigReg;
2701
2702     const Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(OrigReg->getType());
2703     const SCEV *NegImmS = SE.getSCEV(ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Imm));
2704     unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(IntTy);
2705
2706     // TODO: Use a more targeted data structure.
2707     for (size_t L = 0, LE = LU.Formulae.size(); L != LE; ++L) {
2708       const Formula &F = LU.Formulae[L];
2709       // Use the immediate in the scaled register.
2710       if (F.ScaledReg == OrigReg) {
2711         int64_t Offs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs +
2712                        Imm * (uint64_t)F.AM.Scale;
2713         // Don't create 50 + reg(-50).
2714         if (F.referencesReg(SE.getSCEV(
2715                    ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offs))))
2716           continue;
2717         Formula NewF = F;
2718         NewF.AM.BaseOffs = Offs;
2719         if (!isLegalUse(NewF.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2720                         LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2721           continue;
2722         NewF.ScaledReg = SE.getAddExpr(NegImmS, NewF.ScaledReg);
2723
2724         // If the new scale is a constant in a register, and adding the constant
2725         // value to the immediate would produce a value closer to zero than the
2726         // immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
2727         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(NewF.ScaledReg))
2728           if (C->getValue()->getValue().isNegative() !=
2729                 (NewF.AM.BaseOffs < 0) &&
2730               (C->getValue()->getValue().abs() * APInt(BitWidth, F.AM.Scale))
2731                 .ule(abs64(NewF.AM.BaseOffs)))
2732             continue;
2733
2734         // OK, looks good.
2735         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
2736       } else {
2737         // Use the immediate in a base register.
2738         for (size_t N = 0, NE = F.BaseRegs.size(); N != NE; ++N) {
2739           const SCEV *BaseReg = F.BaseRegs[N];
2740           if (BaseReg != OrigReg)
2741             continue;
2742           Formula NewF = F;
2743           NewF.AM.BaseOffs = (uint64_t)NewF.AM.BaseOffs + Imm;
2744           if (!isLegalUse(NewF.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2745                           LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2746             continue;
2747           NewF.BaseRegs[N] = SE.getAddExpr(NegImmS, BaseReg);
2748
2749           // If the new formula has a constant in a register, and adding the
2750           // constant value to the immediate would produce a value closer to
2751           // zero than the immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
2752           for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
2753                J = NewF.BaseRegs.begin(), JE = NewF.BaseRegs.end();
2754                J != JE; ++J)
2755             if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*J))
2756               if ((C->getValue()->getValue() + NewF.AM.BaseOffs).abs().slt(
2757                    abs64(NewF.AM.BaseOffs)) &&
2758                   (C->getValue()->getValue() +
2759                    NewF.AM.BaseOffs).countTrailingZeros() >=
2760                    CountTrailingZeros_64(NewF.AM.BaseOffs))
2761                 goto skip_formula;
2762
2763           // Ok, looks good.
2764           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
2765           break;
2766         skip_formula:;
2767         }
2768       }
2769     }
2770   }
2771 }
2772
2773 /// GenerateAllReuseFormulae - Generate formulae for each use.
2774 void
2775 LSRInstance::GenerateAllReuseFormulae() {
2776   // This is split into multiple loops so that hasRegsUsedByUsesOtherThan
2777   // queries are more precise.
2778   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2779     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2780     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2781       GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2782     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2783       GenerateCombinations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2784   }
2785   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2786     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2787     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2788       GenerateSymbolicOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2789     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2790       GenerateConstantOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2791     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2792       GenerateICmpZeroScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2793     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2794       GenerateScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2795   }
2796   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2797     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2798     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2799       GenerateTruncates(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2800   }
2801
2802   GenerateCrossUseConstantOffsets();
2803
2804   DEBUG(dbgs() << "\n"
2805                   "After generating reuse formulae:\n";
2806         print_uses(dbgs()));
2807 }
2808
2809 /// If there are multiple formulae with the same set of registers used
2810 /// by other uses, pick the best one and delete the others.
2811 void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
2812   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
2813   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> Regs;
2814 #ifndef NDEBUG
2815   bool ChangedFormulae = false;
2816 #endif
2817
2818   // Collect the best formula for each unique set of shared registers. This
2819   // is reset for each use.
2820   typedef DenseMap<SmallVector<const SCEV *, 2>, size_t, UniquifierDenseMapInfo>
2821     BestFormulaeTy;
2822   BestFormulaeTy BestFormulae;
2823
2824   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2825     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2826     DEBUG(dbgs() << "Filtering for use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
2827
2828     bool Any = false;
2829     for (size_t FIdx = 0, NumForms = LU.Formulae.size();
2830          FIdx != NumForms; ++FIdx) {
2831       Formula &F = LU.Formulae[FIdx];
2832
2833       SmallVector<const SCEV *, 2> Key;
2834       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = F.BaseRegs.begin(),
2835            JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J) {
2836         const SCEV *Reg = *J;
2837         if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(Reg, LUIdx))
2838           Key.push_back(Reg);
2839       }
2840       if (F.ScaledReg &&
2841           RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(F.ScaledReg, LUIdx))
2842         Key.push_back(F.ScaledReg);
2843       // Unstable sort by host order ok, because this is only used for
2844       // uniquifying.
2845       std::sort(Key.begin(), Key.end());
2846
2847       std::pair<BestFormulaeTy::const_iterator, bool> P =
2848         BestFormulae.insert(std::make_pair(Key, FIdx));
2849       if (!P.second) {
2850         Formula &Best = LU.Formulae[P.first->second];
2851
2852         Cost CostF;
2853         CostF.RateFormula(F, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT);
2854         Regs.clear();
2855         Cost CostBest;
2856         CostBest.RateFormula(Best, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT);
2857         Regs.clear();
2858         if (CostF < CostBest)
2859           std::swap(F, Best);
2860         DEBUG(dbgs() << "  Filtering out formula "; F.print(dbgs());
2861               dbgs() << "\n"
2862                         "    in favor of formula "; Best.print(dbgs());
2863               dbgs() << '\n');
2864 #ifndef NDEBUG
2865         ChangedFormulae = true;
2866 #endif
2867         LU.DeleteFormula(F);
2868         --FIdx;
2869         --NumForms;
2870         Any = true;
2871         continue;
2872       }
2873     }
2874
2875     // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
2876     if (Any)
2877       LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
2878
2879     // Reset this to prepare for the next use.
2880     BestFormulae.clear();
2881   }
2882
2883   DEBUG(if (ChangedFormulae) {
2884           dbgs() << "\n"
2885                     "After filtering out undesirable candidates:\n";
2886           print_uses(dbgs());
2887         });
2888 }
2889
2890 // This is a rough guess that seems to work fairly well.
2891 static const size_t ComplexityLimit = UINT16_MAX;
2892
2893 /// EstimateSearchSpaceComplexity - Estimate the worst-case number of
2894 /// solutions the solver might have to consider. It almost never considers
2895 /// this many solutions because it prune the search space, but the pruning
2896 /// isn't always sufficient.
2897 size_t LSRInstance::EstimateSearchSpaceComplexity() const {
2898   size_t Power = 1;
2899   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
2900        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
2901     size_t FSize = I->Formulae.size();
2902     if (FSize >= ComplexityLimit) {
2903       Power = ComplexityLimit;
2904       break;
2905     }
2906     Power *= FSize;
2907     if (Power >= ComplexityLimit)
2908       break;
2909   }
2910   return Power;
2911 }
2912
2913 /// NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets - When one formula uses a superset
2914 /// of the registers of another formula, it won't help reduce register
2915 /// pressure (though it may not necessarily hurt register pressure); remove
2916 /// it to simplify the system.
2917 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets() {
2918   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
2919     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
2920
2921     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by eliminating formulae "
2922                     "which use a superset of registers used by other "
2923                     "formulae.\n");
2924
2925     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2926       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2927       bool Any = false;
2928       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
2929         Formula &F = LU.Formulae[i];
2930         // Look for a formula with a constant or GV in a register. If the use
2931         // also has a formula with that same value in an immediate field,
2932         // delete the one that uses a register.
2933         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
2934              I = F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
2935           if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*I)) {
2936             Formula NewF = F;
2937             NewF.AM.BaseOffs += C->getValue()->getSExtValue();
2938             NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
2939                                 (I - F.BaseRegs.begin()));
2940             if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
2941               DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
2942               LU.DeleteFormula(F);
2943               --i;
2944               --e;
2945               Any = true;
2946               break;
2947             }
2948           } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(*I)) {
2949             if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue()))
2950               if (!F.AM.BaseGV) {
2951                 Formula NewF = F;
2952                 NewF.AM.BaseGV = GV;
2953                 NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
2954                                     (I - F.BaseRegs.begin()));
2955                 if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
2956                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
2957                         dbgs() << '\n');
2958                   LU.DeleteFormula(F);
2959                   --i;
2960                   --e;
2961                   Any = true;
2962                   break;
2963                 }
2964               }
2965           }
2966         }
2967       }
2968       if (Any)
2969         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
2970     }
2971
2972     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
2973           print_uses(dbgs()));
2974   }
2975 }
2976
2977 /// NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode - When there are many registers
2978 /// for expressions like A, A+1, A+2, etc., allocate a single register for
2979 /// them.
2980 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode() {
2981   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
2982     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
2983
2984     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming that uses "
2985                     "separated by a constant offset will use the same "
2986                     "registers.\n");
2987
2988     // This is especially useful for unrolled loops.
2989
2990     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2991       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2992       for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
2993            E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
2994         const Formula &F = *I;
2995         if (F.AM.BaseOffs != 0 && F.AM.Scale == 0) {
2996           if (LSRUse *LUThatHas = FindUseWithSimilarFormula(F, LU)) {
2997             if (reconcileNewOffset(*LUThatHas, F.AM.BaseOffs,
2998                                    /*HasBaseReg=*/false,
2999                                    LU.Kind, LU.AccessTy)) {
3000               DEBUG(dbgs() << "  Deleting use "; LU.print(dbgs());
3001                     dbgs() << '\n');
3002
3003               LUThatHas->AllFixupsOutsideLoop &= LU.AllFixupsOutsideLoop;
3004
3005               // Update the relocs to reference the new use.
3006               for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::iterator I = Fixups.begin(),
3007                    E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
3008                 LSRFixup &Fixup = *I;
3009                 if (Fixup.LUIdx == LUIdx) {
3010                   Fixup.LUIdx = LUThatHas - &Uses.front();
3011                   Fixup.Offset += F.AM.BaseOffs;
3012                   // Add the new offset to LUThatHas' offset list.
3013                   if (LUThatHas->Offsets.back() != Fixup.Offset) {
3014                     LUThatHas->Offsets.push_back(Fixup.Offset);
3015                     if (Fixup.Offset > LUThatHas->MaxOffset)
3016                       LUThatHas->MaxOffset = Fixup.Offset;
3017                     if (Fixup.Offset < LUThatHas->MinOffset)
3018                       LUThatHas->MinOffset = Fixup.Offset;
3019                   }
3020                   DEBUG(dbgs() << "New fixup has offset "
3021                                << Fixup.Offset << '\n');
3022                 }
3023                 if (Fixup.LUIdx == NumUses-1)
3024                   Fixup.LUIdx = LUIdx;
3025               }
3026
3027               // Delete formulae from the new use which are no longer legal.
3028               bool Any = false;
3029               for (size_t i = 0, e = LUThatHas->Formulae.size(); i != e; ++i) {
3030                 Formula &F = LUThatHas->Formulae[i];
3031                 if (!isLegalUse(F.AM,
3032                                 LUThatHas->MinOffset, LUThatHas->MaxOffset,
3033                                 LUThatHas->Kind, LUThatHas->AccessTy, TLI)) {
3034                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
3035                         dbgs() << '\n');
3036                   LUThatHas->DeleteFormula(F);
3037                   --i;
3038                   --e;
3039                   Any = true;
3040                 }
3041               }
3042               if (Any)
3043                 LUThatHas->RecomputeRegs(LUThatHas - &Uses.front(), RegUses);
3044
3045               // Delete the old use.
3046               DeleteUse(LU, LUIdx);
3047               --LUIdx;
3048               --NumUses;
3049               break;
3050             }
3051           }
3052         }
3053       }
3054     }
3055
3056     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3057           print_uses(dbgs()));
3058   }
3059 }
3060
3061 /// NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters - Call
3062 /// FilterOutUndesirableDedicatedRegisters again, if necessary, now that
3063 /// we've done more filtering, as it may be able to find more formulae to
3064 /// eliminate.
3065 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters(){
3066   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
3067     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
3068
3069     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by re-filtering out "
3070                     "undesirable dedicated registers.\n");
3071
3072     FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
3073
3074     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3075           print_uses(dbgs()));
3076   }
3077 }
3078
3079 /// NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs - Pick a register which seems likely
3080 /// to be profitable, and then in any use which has any reference to that
3081 /// register, delete all formulae which do not reference that register.
3082 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs() {
3083   // With all other options exhausted, loop until the system is simple
3084   // enough to handle.
3085   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Taken;
3086   while (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
3087     // Ok, we have too many of formulae on our hands to conveniently handle.
3088     // Use a rough heuristic to thin out the list.
3089     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
3090
3091     // Pick the register which is used by the most LSRUses, which is likely
3092     // to be a good reuse register candidate.
3093     const SCEV *Best = 0;
3094     unsigned BestNum = 0;
3095     for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
3096          I != E; ++I) {
3097       const SCEV *Reg = *I;
3098       if (Taken.count(Reg))
3099         continue;
3100       if (!Best)
3101         Best = Reg;
3102       else {
3103         unsigned Count = RegUses.getUsedByIndices(Reg).count();
3104         if (Count > BestNum) {
3105           Best = Reg;
3106           BestNum = Count;
3107         }
3108       }
3109     }
3110
3111     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming " << *Best
3112                  << " will yield profitable reuse.\n");
3113     Taken.insert(Best);
3114
3115     // In any use with formulae which references this register, delete formulae
3116     // which don't reference it.
3117     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3118       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3119       if (!LU.Regs.count(Best)) continue;
3120
3121       bool Any = false;
3122       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
3123         Formula &F = LU.Formulae[i];
3124         if (!F.referencesReg(Best)) {
3125           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3126           LU.DeleteFormula(F);
3127           --e;
3128           --i;
3129           Any = true;
3130           assert(e != 0 && "Use has no formulae left! Is Regs inconsistent?");
3131           continue;
3132         }
3133       }
3134
3135       if (Any)
3136         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3137     }
3138
3139     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3140           print_uses(dbgs()));
3141   }
3142 }
3143
3144 /// NarrowSearchSpaceUsingHeuristics - If there are an extraordinary number of
3145 /// formulae to choose from, use some rough heuristics to prune down the number
3146 /// of formulae. This keeps the main solver from taking an extraordinary amount
3147 /// of time in some worst-case scenarios.
3148 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceUsingHeuristics() {
3149   NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
3150   NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
3151   NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
3152   NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
3153 }
3154
3155 /// SolveRecurse - This is the recursive solver.
3156 void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
3157                                Cost &SolutionCost,
3158                                SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
3159                                const Cost &CurCost,
3160                                const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
3161                                DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const {
3162   // Some ideas:
3163   //  - prune more:
3164   //    - use more aggressive filtering
3165   //    - sort the formula so that the most profitable solutions are found first
3166   //    - sort the uses too
3167   //  - search faster:
3168   //    - don't compute a cost, and then compare. compare while computing a cost
3169   //      and bail early.
3170   //    - track register sets with SmallBitVector
3171
3172   const LSRUse &LU = Uses[Workspace.size()];
3173
3174   // If this use references any register that's already a part of the
3175   // in-progress solution, consider it a requirement that a formula must
3176   // reference that register in order to be considered. This prunes out
3177   // unprofitable searching.
3178   SmallSetVector<const SCEV *, 4> ReqRegs;
3179   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator I = CurRegs.begin(),
3180        E = CurRegs.end(); I != E; ++I)
3181     if (LU.Regs.count(*I))
3182       ReqRegs.insert(*I);
3183
3184   bool AnySatisfiedReqRegs = false;
3185   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> NewRegs;
3186   Cost NewCost;
3187 retry:
3188   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
3189        E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
3190     const Formula &F = *I;
3191
3192     // Ignore formulae which do not use any of the required registers.
3193     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator J = ReqRegs.begin(),
3194          JE = ReqRegs.end(); J != JE; ++J) {
3195       const SCEV *Reg = *J;
3196       if ((!F.ScaledReg || F.ScaledReg != Reg) &&
3197           std::find(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end(), Reg) ==
3198           F.BaseRegs.end())
3199         goto skip;
3200     }
3201     AnySatisfiedReqRegs = true;
3202
3203     // Evaluate the cost of the current formula. If it's already worse than
3204     // the current best, prune the search at that point.
3205     NewCost = CurCost;
3206     NewRegs = CurRegs;
3207     NewCost.RateFormula(F, NewRegs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT);
3208     if (NewCost < SolutionCost) {
3209       Workspace.push_back(&F);
3210       if (Workspace.size() != Uses.size()) {
3211         SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, NewCost,
3212                      NewRegs, VisitedRegs);
3213         if (F.getNumRegs() == 1 && Workspace.size() == 1)
3214           VisitedRegs.insert(F.ScaledReg ? F.ScaledReg : F.BaseRegs[0]);
3215       } else {
3216         DEBUG(dbgs() << "New best at "; NewCost.print(dbgs());
3217               dbgs() << ". Regs:";
3218               for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator
3219                    I = NewRegs.begin(), E = NewRegs.end(); I != E; ++I)
3220                 dbgs() << ' ' << **I;
3221               dbgs() << '\n');
3222
3223         SolutionCost = NewCost;
3224         Solution = Workspace;
3225       }
3226       Workspace.pop_back();
3227     }
3228   skip:;
3229   }
3230
3231   // If none of the formulae had all of the required registers, relax the
3232   // constraint so that we don't exclude all formulae.
3233   if (!AnySatisfiedReqRegs) {
3234     assert(!ReqRegs.empty() && "Solver failed even without required registers");
3235     ReqRegs.clear();
3236     goto retry;
3237   }
3238 }
3239
3240 /// Solve - Choose one formula from each use. Return the results in the given
3241 /// Solution vector.
3242 void LSRInstance::Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const {
3243   SmallVector<const Formula *, 8> Workspace;
3244   Cost SolutionCost;
3245   SolutionCost.Loose();
3246   Cost CurCost;
3247   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> CurRegs;
3248   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
3249   Workspace.reserve(Uses.size());
3250
3251   // SolveRecurse does all the work.
3252   SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, CurCost,
3253                CurRegs, VisitedRegs);
3254
3255   // Ok, we've now made all our decisions.
3256   DEBUG(dbgs() << "\n"
3257                   "The chosen solution requires "; SolutionCost.print(dbgs());
3258         dbgs() << ":\n";
3259         for (size_t i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
3260           dbgs() << "  ";
3261           Uses[i].print(dbgs());
3262           dbgs() << "\n"
3263                     "    ";
3264           Solution[i]->print(dbgs());
3265           dbgs() << '\n';
3266         });
3267
3268   assert(Solution.size() == Uses.size() && "Malformed solution!");
3269 }
3270
3271 /// HoistInsertPosition - Helper for AdjustInsertPositionForExpand. Climb up
3272 /// the dominator tree far as we can go while still being dominated by the
3273 /// input positions. This helps canonicalize the insert position, which
3274 /// encourages sharing.
3275 BasicBlock::iterator
3276 LSRInstance::HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
3277                                  const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs)
3278                                                                          const {
3279   for (;;) {
3280     const Loop *IPLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
3281     unsigned IPLoopDepth = IPLoop ? IPLoop->getLoopDepth() : 0;
3282
3283     BasicBlock *IDom;
3284     for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(IP->getParent()); ; ) {
3285       if (!Rung) return IP;
3286       Rung = Rung->getIDom();
3287       if (!Rung) return IP;
3288       IDom = Rung->getBlock();
3289
3290       // Don't climb into a loop though.
3291       const Loop *IDomLoop = LI.getLoopFor(IDom);
3292       unsigned IDomDepth = IDomLoop ? IDomLoop->getLoopDepth() : 0;
3293       if (IDomDepth <= IPLoopDepth &&
3294           (IDomDepth != IPLoopDepth || IDomLoop == IPLoop))
3295         break;
3296     }
3297
3298     bool AllDominate = true;
3299     Instruction *BetterPos = 0;
3300     Instruction *Tentative = IDom->getTerminator();
3301     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator I = Inputs.begin(),
3302          E = Inputs.end(); I != E; ++I) {
3303       Instruction *Inst = *I;
3304       if (Inst == Tentative || !DT.dominates(Inst, Tentative)) {
3305         AllDominate = false;
3306         break;
3307       }
3308       // Attempt to find an insert position in the middle of the block,
3309       // instead of at the end, so that it can be used for other expansions.
3310       if (IDom == Inst->getParent() &&
3311           (!BetterPos || DT.dominates(BetterPos, Inst)))
3312         BetterPos = llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst));
3313     }
3314     if (!AllDominate)
3315       break;
3316     if (BetterPos)
3317       IP = BetterPos;
3318     else
3319       IP = Tentative;
3320   }
3321
3322   return IP;
3323 }
3324
3325 /// AdjustInsertPositionForExpand - Determine an input position which will be
3326 /// dominated by the operands and which will dominate the result.
3327 BasicBlock::iterator
3328 LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
3329                                            const LSRFixup &LF,
3330                                            const LSRUse &LU) const {
3331   // Collect some instructions which must be dominated by the
3332   // expanding replacement. These must be dominated by any operands that
3333   // will be required in the expansion.
3334   SmallVector<Instruction *, 4> Inputs;
3335   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(LF.OperandValToReplace))
3336     Inputs.push_back(I);
3337   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero)
3338     if (Instruction *I =
3339           dyn_cast<Instruction>(cast<ICmpInst>(LF.UserInst)->getOperand(1)))
3340       Inputs.push_back(I);
3341   if (LF.PostIncLoops.count(L)) {
3342     if (LF.isUseFullyOutsideLoop(L))
3343       Inputs.push_back(L->getLoopLatch()->getTerminator());
3344     else
3345       Inputs.push_back(IVIncInsertPos);
3346   }
3347   // The expansion must also be dominated by the increment positions of any
3348   // loops it for which it is using post-inc mode.
3349   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = LF.PostIncLoops.begin(),
3350        E = LF.PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
3351     const Loop *PIL = *I;
3352     if (PIL == L) continue;
3353
3354     // Be dominated by the loop exit.
3355     SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
3356     PIL->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
3357     if (!ExitingBlocks.empty()) {
3358       BasicBlock *BB = ExitingBlocks[0];
3359       for (unsigned i = 1, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
3360         BB = DT.findNearestCommonDominator(BB, ExitingBlocks[i]);
3361       Inputs.push_back(BB->getTerminator());
3362     }
3363   }
3364
3365   // Then, climb up the immediate dominator tree as far as we can go while
3366   // still being dominated by the input positions.
3367   IP = HoistInsertPosition(IP, Inputs);
3368
3369   // Don't insert instructions before PHI nodes.
3370   while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
3371
3372   // Ignore debug intrinsics.
3373   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP)) ++IP;
3374
3375   return IP;
3376 }
3377
3378 /// Expand - Emit instructions for the leading candidate expression for this
3379 /// LSRUse (this is called "expanding").
3380 Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
3381                            const Formula &F,
3382                            BasicBlock::iterator IP,
3383                            SCEVExpander &Rewriter,
3384                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const {
3385   const LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
3386
3387   // Determine an input position which will be dominated by the operands and
3388   // which will dominate the result.
3389   IP = AdjustInsertPositionForExpand(IP, LF, LU);
3390
3391   // Inform the Rewriter if we have a post-increment use, so that it can
3392   // perform an advantageous expansion.
3393   Rewriter.setPostInc(LF.PostIncLoops);
3394
3395   // This is the type that the user actually needs.
3396   const Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
3397   // This will be the type that we'll initially expand to.
3398   const Type *Ty = F.getType();
3399   if (!Ty)
3400     // No type known; just expand directly to the ultimate type.
3401     Ty = OpTy;
3402   else if (SE.getEffectiveSCEVType(Ty) == SE.getEffectiveSCEVType(OpTy))
3403     // Expand directly to the ultimate type if it's the right size.
3404     Ty = OpTy;
3405   // This is the type to do integer arithmetic in.
3406   const Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
3407
3408   // Build up a list of operands to add together to form the full base.
3409   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
3410
3411   // Expand the BaseRegs portion.
3412   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
3413        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3414     const SCEV *Reg = *I;
3415     assert(!Reg->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
3416
3417     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
3418     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
3419     Reg = TransformForPostIncUse(Denormalize, Reg,
3420                                  LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
3421                                  Loops, SE, DT);
3422
3423     Ops.push_back(SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(Reg, 0, IP)));
3424   }
3425
3426   // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
3427   if (!Ops.empty()) {
3428     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
3429     Ops.clear();
3430     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
3431   }
3432
3433   // Expand the ScaledReg portion.
3434   Value *ICmpScaledV = 0;
3435   if (F.AM.Scale != 0) {
3436     const SCEV *ScaledS = F.ScaledReg;
3437
3438     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
3439     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
3440     ScaledS = TransformForPostIncUse(Denormalize, ScaledS,
3441                                      LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
3442                                      Loops, SE, DT);
3443
3444     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
3445       // An interesting way of "folding" with an icmp is to use a negated
3446       // scale, which we'll implement by inserting it into the other operand
3447       // of the icmp.
3448       assert(F.AM.Scale == -1 &&
3449              "The only scale supported by ICmpZero uses is -1!");
3450       ICmpScaledV = Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP);
3451     } else {
3452       // Otherwise just expand the scaled register and an explicit scale,
3453       // which is expected to be matched as part of the address.
3454       ScaledS = SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP));
3455       ScaledS = SE.getMulExpr(ScaledS,
3456                               SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.AM.Scale));
3457       Ops.push_back(ScaledS);
3458
3459       // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
3460       Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
3461       Ops.clear();
3462       Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
3463     }
3464   }
3465
3466   // Expand the GV portion.
3467   if (F.AM.BaseGV) {
3468     Ops.push_back(SE.getUnknown(F.AM.BaseGV));
3469
3470     // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
3471     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
3472     Ops.clear();
3473     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
3474   }
3475
3476   // Expand the immediate portion.
3477   int64_t Offset = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + LF.Offset;
3478   if (Offset != 0) {
3479     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
3480       // The other interesting way of "folding" with an ICmpZero is to use a
3481       // negated immediate.
3482       if (!ICmpScaledV)
3483         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, -Offset);
3484       else {
3485         Ops.push_back(SE.getUnknown(ICmpScaledV));
3486         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, Offset);
3487       }
3488     } else {
3489       // Just add the immediate values. These again are expected to be matched
3490       // as part of the address.
3491       Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy, Offset)));
3492     }
3493   }
3494
3495   // Emit instructions summing all the operands.
3496   const SCEV *FullS = Ops.empty() ?
3497                       SE.getConstant(IntTy, 0) :
3498                       SE.getAddExpr(Ops);
3499   Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(FullS, Ty, IP);
3500
3501   // We're done expanding now, so reset the rewriter.
3502   Rewriter.clearPostInc();
3503
3504   // An ICmpZero Formula represents an ICmp which we're handling as a
3505   // comparison against zero. Now that we've expanded an expression for that
3506   // form, update the ICmp's other operand.
3507   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
3508     ICmpInst *CI = cast<ICmpInst>(LF.UserInst);
3509     DeadInsts.push_back(CI->getOperand(1));
3510     assert(!F.AM.BaseGV && "ICmp does not support folding a global value and "
3511                            "a scale at the same time!");
3512     if (F.AM.Scale == -1) {
3513       if (ICmpScaledV->getType() != OpTy) {
3514         Instruction *Cast =
3515           CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(ICmpScaledV, false,
3516                                                    OpTy, false),
3517                            ICmpScaledV, OpTy, "tmp", CI);
3518         ICmpScaledV = Cast;
3519       }
3520       CI->setOperand(1, ICmpScaledV);
3521     } else {
3522       assert(F.AM.Scale == 0 &&
3523              "ICmp does not support folding a global value and "
3524              "a scale at the same time!");
3525       Constant *C = ConstantInt::getSigned(SE.getEffectiveSCEVType(OpTy),
3526                                            -(uint64_t)Offset);
3527       if (C->getType() != OpTy)
3528         C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
3529                                                           OpTy, false),
3530                                   C, OpTy);
3531
3532       CI->setOperand(1, C);
3533     }
3534   }
3535
3536   return FullV;
3537 }
3538
3539 /// RewriteForPHI - Helper for Rewrite. PHI nodes are special because the use
3540 /// of their operands effectively happens in their predecessor blocks, so the
3541 /// expression may need to be expanded in multiple places.
3542 void LSRInstance::RewriteForPHI(PHINode *PN,
3543                                 const LSRFixup &LF,
3544                                 const Formula &F,
3545                                 SCEVExpander &Rewriter,
3546                                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
3547                                 Pass *P) const {
3548   DenseMap<BasicBlock *, Value *> Inserted;
3549   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
3550     if (PN->getIncomingValue(i) == LF.OperandValToReplace) {
3551       BasicBlock *BB = PN->getIncomingBlock(i);
3552
3553       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
3554       // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
3555       // is the canonical backedge for this loop, which complicates post-inc
3556       // users.
3557       if (e != 1 && BB->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
3558           !isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
3559         Loop *PNLoop = LI.getLoopFor(PN->getParent());
3560         if (!PNLoop || PN->getParent() != PNLoop->getHeader()) {
3561           // Split the critical edge.
3562           BasicBlock *NewBB = SplitCriticalEdge(BB, PN->getParent(), P);
3563
3564           // If PN is outside of the loop and BB is in the loop, we want to
3565           // move the block to be immediately before the PHI block, not
3566           // immediately after BB.
3567           if (L->contains(BB) && !L->contains(PN))
3568             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
3569
3570           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
3571           e = PN->getNumIncomingValues();
3572           BB = NewBB;
3573           i = PN->getBasicBlockIndex(BB);
3574         }
3575       }
3576
3577       std::pair<DenseMap<BasicBlock *, Value *>::iterator, bool> Pair =
3578         Inserted.insert(std::make_pair(BB, static_cast<Value *>(0)));
3579       if (!Pair.second)
3580         PN->setIncomingValue(i, Pair.first->second);
3581       else {
3582         Value *FullV = Expand(LF, F, BB->getTerminator(), Rewriter, DeadInsts);
3583
3584         // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
3585         const Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
3586         if (FullV->getType() != OpTy)
3587           FullV =
3588             CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false,
3589                                                      OpTy, false),
3590                              FullV, LF.OperandValToReplace->getType(),
3591                              "tmp", BB->getTerminator());
3592
3593         PN->setIncomingValue(i, FullV);
3594         Pair.first->second = FullV;
3595       }
3596     }
3597 }
3598
3599 /// Rewrite - Emit instructions for the leading candidate expression for this
3600 /// LSRUse (this is called "expanding"), and update the UserInst to reference
3601 /// the newly expanded value.
3602 void LSRInstance::Rewrite(const LSRFixup &LF,
3603                           const Formula &F,
3604                           SCEVExpander &Rewriter,
3605                           SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
3606                           Pass *P) const {
3607   // First, find an insertion point that dominates UserInst. For PHI nodes,
3608   // find the nearest block which dominates all the relevant uses.
3609   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(LF.UserInst)) {
3610     RewriteForPHI(PN, LF, F, Rewriter, DeadInsts, P);
3611   } else {
3612     Value *FullV = Expand(LF, F, LF.UserInst, Rewriter, DeadInsts);
3613
3614     // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
3615     const Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
3616     if (FullV->getType() != OpTy) {
3617       Instruction *Cast =
3618         CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false, OpTy, false),
3619                          FullV, OpTy, "tmp", LF.UserInst);
3620       FullV = Cast;
3621     }
3622
3623     // Update the user. ICmpZero is handled specially here (for now) because
3624     // Expand may have updated one of the operands of the icmp already, and
3625     // its new value may happen to be equal to LF.OperandValToReplace, in
3626     // which case doing replaceUsesOfWith leads to replacing both operands
3627     // with the same value. TODO: Reorganize this.
3628     if (Uses[LF.LUIdx].Kind == LSRUse::ICmpZero)
3629       LF.UserInst->setOperand(0, FullV);
3630     else
3631       LF.UserInst->replaceUsesOfWith(LF.OperandValToReplace, FullV);
3632   }
3633
3634   DeadInsts.push_back(LF.OperandValToReplace);
3635 }
3636
3637 /// ImplementSolution - Rewrite all the fixup locations with new values,
3638 /// following the chosen solution.
3639 void
3640 LSRInstance::ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
3641                                Pass *P) {
3642   // Keep track of instructions we may have made dead, so that
3643   // we can remove them after we are done working.
3644   SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
3645
3646   SCEVExpander Rewriter(SE);
3647   Rewriter.disableCanonicalMode();
3648   Rewriter.setIVIncInsertPos(L, IVIncInsertPos);
3649
3650   // Expand the new value definitions and update the users.
3651   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
3652        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
3653     const LSRFixup &Fixup = *I;
3654
3655     Rewrite(Fixup, *Solution[Fixup.LUIdx], Rewriter, DeadInsts, P);
3656
3657     Changed = true;
3658   }
3659
3660   // Clean up after ourselves. This must be done before deleting any
3661   // instructions.
3662   Rewriter.clear();
3663
3664   Changed |= DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
3665 }
3666
3667 LSRInstance::LSRInstance(const TargetLowering *tli, Loop *l, Pass *P)
3668   : IU(P->getAnalysis<IVUsers>()),
3669     SE(P->getAnalysis<ScalarEvolution>()),
3670     DT(P->getAnalysis<DominatorTree>()),
3671     LI(P->getAnalysis<LoopInfo>()),
3672     TLI(tli), L(l), Changed(false), IVIncInsertPos(0) {
3673
3674   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
3675   if (!L->isLoopSimplifyForm()) return;
3676
3677   // If there's no interesting work to be done, bail early.
3678   if (IU.empty()) return;
3679
3680   DEBUG(dbgs() << "\nLSR on loop ";
3681         WriteAsOperand(dbgs(), L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
3682         dbgs() << ":\n");
3683
3684   // First, perform some low-level loop optimizations.
3685   OptimizeShadowIV();
3686   OptimizeLoopTermCond();
3687
3688   // Start collecting data and preparing for the solver.
3689   CollectInterestingTypesAndFactors();
3690   CollectFixupsAndInitialFormulae();
3691   CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
3692
3693   DEBUG(dbgs() << "LSR found " << Uses.size() << " uses:\n";
3694         print_uses(dbgs()));
3695
3696   // Now use the reuse data to generate a bunch of interesting ways
3697   // to formulate the values needed for the uses.
3698   GenerateAllReuseFormulae();
3699
3700   FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
3701   NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
3702
3703   SmallVector<const Formula *, 8> Solution;
3704   Solve(Solution);
3705
3706   // Release memory that is no longer needed.
3707   Factors.clear();
3708   Types.clear();
3709   RegUses.clear();
3710
3711 #ifndef NDEBUG
3712   // Formulae should be legal.
3713   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
3714        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
3715      const LSRUse &LU = *I;
3716      for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
3717           JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J)
3718         assert(isLegalUse(J->AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3719                           LU.Kind, LU.AccessTy, TLI) &&
3720                "Illegal formula generated!");
3721   };
3722 #endif
3723
3724   // Now that we've decided what we want, make it so.
3725   ImplementSolution(Solution, P);
3726 }
3727
3728 void LSRInstance::print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const {
3729   if (Factors.empty() && Types.empty()) return;
3730
3731   OS << "LSR has identified the following interesting factors and types: ";
3732   bool First = true;
3733
3734   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3735        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3736     if (!First) OS << ", ";
3737     First = false;
3738     OS << '*' << *I;
3739   }
3740
3741   for (SmallSetVector<const Type *, 4>::const_iterator
3742        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
3743     if (!First) OS << ", ";
3744     First = false;
3745     OS << '(' << **I << ')';
3746   }
3747   OS << '\n';
3748 }
3749
3750 void LSRInstance::print_fixups(raw_ostream &OS) const {
3751   OS << "LSR is examining the following fixup sites:\n";
3752   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
3753        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
3754     dbgs() << "  ";
3755     I->print(OS);
3756     OS << '\n';
3757   }
3758 }
3759
3760 void LSRInstance::print_uses(raw_ostream &OS) const {
3761   OS << "LSR is examining the following uses:\n";
3762   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
3763        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
3764     const LSRUse &LU = *I;
3765     dbgs() << "  ";
3766     LU.print(OS);
3767     OS << '\n';
3768     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
3769          JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J) {
3770       OS << "    ";
3771       J->print(OS);
3772       OS << '\n';
3773     }
3774   }
3775 }
3776
3777 void LSRInstance::print(raw_ostream &OS) const {
3778   print_factors_and_types(OS);
3779   print_fixups(OS);
3780   print_uses(OS);
3781 }
3782
3783 void LSRInstance::dump() const {
3784   print(errs()); errs() << '\n';
3785 }
3786
3787 namespace {
3788
3789 class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
3790   /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
3791   /// transformation profitability.
3792   const TargetLowering *const TLI;
3793
3794 public:
3795   static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
3796   explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = 0);
3797
3798 private:
3799   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
3800   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
3801 };
3802
3803 }
3804
3805 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
3806 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
3807                 "Loop Strength Reduction", false, false)
3808 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
3809 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
3810 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(IVUsers)
3811 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
3812 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
3813 INITIALIZE_PASS_END(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
3814                 "Loop Strength Reduction", false, false)
3815
3816
3817 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
3818   return new LoopStrengthReduce(TLI);
3819 }
3820
3821 LoopStrengthReduce::LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli)
3822   : LoopPass(ID), TLI(tli) {
3823     initializeLoopStrengthReducePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
3824   }
3825
3826 void LoopStrengthReduce::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3827   // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
3828   // many analyses if they are around.
3829   AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
3830
3831   AU.addRequired<LoopInfo>();
3832   AU.addPreserved<LoopInfo>();
3833   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
3834   AU.addRequired<DominatorTree>();
3835   AU.addPreserved<DominatorTree>();
3836   AU.addRequired<ScalarEvolution>();
3837   AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
3838   // Requiring LoopSimplify a second time here prevents IVUsers from running
3839   // twice, since LoopSimplify was invalidated by running ScalarEvolution.
3840   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
3841   AU.addRequired<IVUsers>();
3842   AU.addPreserved<IVUsers>();
3843 }
3844
3845 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
3846   bool Changed = false;
3847
3848   // Run the main LSR transformation.
3849   Changed |= LSRInstance(TLI, L, this).getChanged();
3850
3851   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
3852   // dead, so that we can remove them as well.
3853   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
3854
3855   return Changed;
3856 }