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