BBVectorize.cpp: Get rid of comparision to bool to fix a warning.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Vectorize / BBVectorize.cpp
1 //===- BBVectorize.cpp - A Basic-Block Vectorizer -------------------------===//
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 file implements a basic-block vectorization pass. The algorithm was
11 // inspired by that used by the Vienna MAP Vectorizor by Franchetti and Kral,
12 // et al. It works by looking for chains of pairable operations and then
13 // pairing them.
14 //
15 //===----------------------------------------------------------------------===//
16
17 #define BBV_NAME "bb-vectorize"
18 #define DEBUG_TYPE BBV_NAME
19 #include "llvm/Constants.h"
20 #include "llvm/DerivedTypes.h"
21 #include "llvm/Function.h"
22 #include "llvm/Instructions.h"
23 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
24 #include "llvm/Intrinsics.h"
25 #include "llvm/LLVMContext.h"
26 #include "llvm/Pass.h"
27 #include "llvm/Type.h"
28 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
29 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
33 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
34 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
35 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
36 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
37 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
38 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
39 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
40 #include "llvm/Support/Debug.h"
41 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
42 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
43 #include "llvm/Target/TargetData.h"
44 #include "llvm/Transforms/Vectorize.h"
45 #include <algorithm>
46 #include <map>
47 using namespace llvm;
48
49 static cl::opt<unsigned>
50 ReqChainDepth("bb-vectorize-req-chain-depth", cl::init(6), cl::Hidden,
51   cl::desc("The required chain depth for vectorization"));
52
53 static cl::opt<unsigned>
54 SearchLimit("bb-vectorize-search-limit", cl::init(400), cl::Hidden,
55   cl::desc("The maximum search distance for instruction pairs"));
56
57 static cl::opt<bool>
58 SplatBreaksChain("bb-vectorize-splat-breaks-chain", cl::init(false), cl::Hidden,
59   cl::desc("Replicating one element to a pair breaks the chain"));
60
61 static cl::opt<unsigned>
62 VectorBits("bb-vectorize-vector-bits", cl::init(128), cl::Hidden,
63   cl::desc("The size of the native vector registers"));
64
65 static cl::opt<unsigned>
66 MaxIter("bb-vectorize-max-iter", cl::init(0), cl::Hidden,
67   cl::desc("The maximum number of pairing iterations"));
68
69 static cl::opt<unsigned>
70 MaxInsts("bb-vectorize-max-instr-per-group", cl::init(500), cl::Hidden,
71   cl::desc("The maximum number of pairable instructions per group"));
72
73 static cl::opt<unsigned>
74 MaxCandPairsForCycleCheck("bb-vectorize-max-cycle-check-pairs", cl::init(200),
75   cl::Hidden, cl::desc("The maximum number of candidate pairs with which to use"
76                        " a full cycle check"));
77
78 static cl::opt<bool>
79 NoInts("bb-vectorize-no-ints", cl::init(false), cl::Hidden,
80   cl::desc("Don't try to vectorize integer values"));
81
82 static cl::opt<bool>
83 NoFloats("bb-vectorize-no-floats", cl::init(false), cl::Hidden,
84   cl::desc("Don't try to vectorize floating-point values"));
85
86 static cl::opt<bool>
87 NoCasts("bb-vectorize-no-casts", cl::init(false), cl::Hidden,
88   cl::desc("Don't try to vectorize casting (conversion) operations"));
89
90 static cl::opt<bool>
91 NoMath("bb-vectorize-no-math", cl::init(false), cl::Hidden,
92   cl::desc("Don't try to vectorize floating-point math intrinsics"));
93
94 static cl::opt<bool>
95 NoFMA("bb-vectorize-no-fma", cl::init(false), cl::Hidden,
96   cl::desc("Don't try to vectorize the fused-multiply-add intrinsic"));
97
98 static cl::opt<bool>
99 NoMemOps("bb-vectorize-no-mem-ops", cl::init(false), cl::Hidden,
100   cl::desc("Don't try to vectorize loads and stores"));
101
102 static cl::opt<bool>
103 AlignedOnly("bb-vectorize-aligned-only", cl::init(false), cl::Hidden,
104   cl::desc("Only generate aligned loads and stores"));
105
106 static cl::opt<bool>
107 NoMemOpBoost("bb-vectorize-no-mem-op-boost",
108   cl::init(false), cl::Hidden,
109   cl::desc("Don't boost the chain-depth contribution of loads and stores"));
110
111 static cl::opt<bool>
112 FastDep("bb-vectorize-fast-dep", cl::init(false), cl::Hidden,
113   cl::desc("Use a fast instruction dependency analysis"));
114
115 #ifndef NDEBUG
116 static cl::opt<bool>
117 DebugInstructionExamination("bb-vectorize-debug-instruction-examination",
118   cl::init(false), cl::Hidden,
119   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
120            " instruction-examination process"));
121 static cl::opt<bool>
122 DebugCandidateSelection("bb-vectorize-debug-candidate-selection",
123   cl::init(false), cl::Hidden,
124   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
125            " candidate-selection process"));
126 static cl::opt<bool>
127 DebugPairSelection("bb-vectorize-debug-pair-selection",
128   cl::init(false), cl::Hidden,
129   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
130            " pair-selection process"));
131 static cl::opt<bool>
132 DebugCycleCheck("bb-vectorize-debug-cycle-check",
133   cl::init(false), cl::Hidden,
134   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
135            " cycle-checking process"));
136 #endif
137
138 STATISTIC(NumFusedOps, "Number of operations fused by bb-vectorize");
139
140 namespace {
141   struct BBVectorize : public BasicBlockPass {
142     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
143     BBVectorize() : BasicBlockPass(ID) {
144       initializeBBVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
145     }
146
147     typedef std::pair<Value *, Value *> ValuePair;
148     typedef std::pair<ValuePair, size_t> ValuePairWithDepth;
149     typedef std::pair<ValuePair, ValuePair> VPPair; // A ValuePair pair
150     typedef std::pair<std::multimap<Value *, Value *>::iterator,
151               std::multimap<Value *, Value *>::iterator> VPIteratorPair;
152     typedef std::pair<std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator,
153               std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator>
154                 VPPIteratorPair;
155
156     AliasAnalysis *AA;
157     ScalarEvolution *SE;
158     TargetData *TD;
159
160     // FIXME: const correct?
161
162     bool vectorizePairs(BasicBlock &BB);
163
164     bool getCandidatePairs(BasicBlock &BB,
165                        BasicBlock::iterator &Start,
166                        std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
167                        std::vector<Value *> &PairableInsts);
168
169     void computeConnectedPairs(std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
170                        std::vector<Value *> &PairableInsts,
171                        std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs);
172
173     void buildDepMap(BasicBlock &BB,
174                        std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
175                        std::vector<Value *> &PairableInsts,
176                        DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers);
177
178     void choosePairs(std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
179                         std::vector<Value *> &PairableInsts,
180                         std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
181                         DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
182                         DenseMap<Value *, Value *>& ChosenPairs);
183
184     void fuseChosenPairs(BasicBlock &BB,
185                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
186                      DenseMap<Value *, Value *>& ChosenPairs);
187
188     bool isInstVectorizable(Instruction *I, bool &IsSimpleLoadStore);
189
190     bool areInstsCompatible(Instruction *I, Instruction *J,
191                        bool IsSimpleLoadStore);
192
193     bool trackUsesOfI(DenseSet<Value *> &Users,
194                       AliasSetTracker &WriteSet, Instruction *I,
195                       Instruction *J, bool UpdateUsers = true,
196                       std::multimap<Value *, Value *> *LoadMoveSet = 0);
197   
198     void computePairsConnectedTo(
199                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
200                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
201                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
202                       ValuePair P);
203
204     bool pairsConflict(ValuePair P, ValuePair Q,
205                  DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
206                  std::multimap<ValuePair, ValuePair> *PairableInstUserMap = 0);
207
208     bool pairWillFormCycle(ValuePair P,
209                        std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUsers,
210                        DenseSet<ValuePair> &CurrentPairs);
211
212     void pruneTreeFor(
213                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
214                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
215                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
216                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
217                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
218                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
219                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree,
220                       DenseSet<ValuePair> &PrunedTree, ValuePair J,
221                       bool UseCycleCheck);
222
223     void buildInitialTreeFor(
224                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
225                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
226                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
227                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
228                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
229                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree, ValuePair J);
230
231     void findBestTreeFor(
232                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
233                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
234                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
235                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
236                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
237                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
238                       DenseSet<ValuePair> &BestTree, size_t &BestMaxDepth,
239                       size_t &BestEffSize, VPIteratorPair ChoiceRange,
240                       bool UseCycleCheck);
241
242     Value *getReplacementPointerInput(LLVMContext& Context, Instruction *I,
243                      Instruction *J, unsigned o, bool &FlipMemInputs);
244
245     void fillNewShuffleMask(LLVMContext& Context, Instruction *J,
246                      unsigned NumElem, unsigned MaskOffset, unsigned NumInElem,
247                      unsigned IdxOffset, std::vector<Constant*> &Mask);
248
249     Value *getReplacementShuffleMask(LLVMContext& Context, Instruction *I,
250                      Instruction *J);
251
252     Value *getReplacementInput(LLVMContext& Context, Instruction *I,
253                      Instruction *J, unsigned o, bool FlipMemInputs);
254
255     void getReplacementInputsForPair(LLVMContext& Context, Instruction *I,
256                      Instruction *J, SmallVector<Value *, 3> &ReplacedOperands,
257                      bool &FlipMemInputs);
258
259     void replaceOutputsOfPair(LLVMContext& Context, Instruction *I,
260                      Instruction *J, Instruction *K,
261                      Instruction *&InsertionPt, Instruction *&K1,
262                      Instruction *&K2, bool &FlipMemInputs);
263
264     void collectPairLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
265                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
266                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
267                      Instruction *I);
268
269     void collectLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
270                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
271                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
272                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet);
273
274     bool canMoveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
275                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
276                      Instruction *I, Instruction *J);
277
278     void moveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
279                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
280                      Instruction *&InsertionPt,
281                      Instruction *I, Instruction *J);
282
283     virtual bool runOnBasicBlock(BasicBlock &BB) {
284       AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
285       SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
286       TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
287
288       bool changed = false;
289       // Iterate a sufficient number of times to merge types of size 1 bit,
290       // then 2 bits, then 4, etc. up to half of the target vector width of the
291       // target vector register.
292       for (unsigned v = 2, n = 1; v <= VectorBits && (!MaxIter || n <= MaxIter);
293            v *= 2, ++n) {
294         DEBUG(dbgs() << "BBV: fusing loop #" << n << 
295               " for " << BB.getName() << " in " <<
296               BB.getParent()->getName() << "...\n");
297         if (vectorizePairs(BB))
298           changed = true;
299         else
300           break;
301       }
302
303       DEBUG(dbgs() << "BBV: done!\n");
304       return changed;
305     }
306
307     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
308       BasicBlockPass::getAnalysisUsage(AU);
309       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
310       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
311       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
312       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
313       AU.setPreservesCFG();
314     }
315
316     // This returns the vector type that holds a pair of the provided type.
317     // If the provided type is already a vector, then its length is doubled.
318     static inline VectorType *getVecTypeForPair(Type *ElemTy) {
319       if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(ElemTy)) {
320         unsigned numElem = VTy->getNumElements();
321         return VectorType::get(ElemTy->getScalarType(), numElem*2);
322       }
323
324       return VectorType::get(ElemTy, 2);
325     }
326
327     // Returns the weight associated with the provided value. A chain of
328     // candidate pairs has a length given by the sum of the weights of its
329     // members (one weight per pair; the weight of each member of the pair
330     // is assumed to be the same). This length is then compared to the
331     // chain-length threshold to determine if a given chain is significant
332     // enough to be vectorized. The length is also used in comparing
333     // candidate chains where longer chains are considered to be better.
334     // Note: when this function returns 0, the resulting instructions are
335     // not actually fused.
336     static inline size_t getDepthFactor(Value *V) {
337       // InsertElement and ExtractElement have a depth factor of zero. This is
338       // for two reasons: First, they cannot be usefully fused. Second, because
339       // the pass generates a lot of these, they can confuse the simple metric
340       // used to compare the trees in the next iteration. Thus, giving them a
341       // weight of zero allows the pass to essentially ignore them in
342       // subsequent iterations when looking for vectorization opportunities
343       // while still tracking dependency chains that flow through those
344       // instructions.
345       if (isa<InsertElementInst>(V) || isa<ExtractElementInst>(V))
346         return 0;
347
348       // Give a load or store half of the required depth so that load/store
349       // pairs will vectorize.
350       if (!NoMemOpBoost && (isa<LoadInst>(V) || isa<StoreInst>(V)))
351         return ReqChainDepth/2;
352
353       return 1;
354     }
355
356     // This determines the relative offset of two loads or stores, returning
357     // true if the offset could be determined to be some constant value.
358     // For example, if OffsetInElmts == 1, then J accesses the memory directly
359     // after I; if OffsetInElmts == -1 then I accesses the memory
360     // directly after J. This function assumes that both instructions
361     // have the same type.
362     bool getPairPtrInfo(Instruction *I, Instruction *J,
363         Value *&IPtr, Value *&JPtr, unsigned &IAlignment, unsigned &JAlignment,
364         int64_t &OffsetInElmts) {
365       OffsetInElmts = 0;
366       if (isa<LoadInst>(I)) {
367         IPtr = cast<LoadInst>(I)->getPointerOperand();
368         JPtr = cast<LoadInst>(J)->getPointerOperand();
369         IAlignment = cast<LoadInst>(I)->getAlignment();
370         JAlignment = cast<LoadInst>(J)->getAlignment();
371       } else {
372         IPtr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
373         JPtr = cast<StoreInst>(J)->getPointerOperand();
374         IAlignment = cast<StoreInst>(I)->getAlignment();
375         JAlignment = cast<StoreInst>(J)->getAlignment();
376       }
377
378       const SCEV *IPtrSCEV = SE->getSCEV(IPtr);
379       const SCEV *JPtrSCEV = SE->getSCEV(JPtr);
380
381       // If this is a trivial offset, then we'll get something like
382       // 1*sizeof(type). With target data, which we need anyway, this will get
383       // constant folded into a number.
384       const SCEV *OffsetSCEV = SE->getMinusSCEV(JPtrSCEV, IPtrSCEV);
385       if (const SCEVConstant *ConstOffSCEV =
386             dyn_cast<SCEVConstant>(OffsetSCEV)) {
387         ConstantInt *IntOff = ConstOffSCEV->getValue();
388         int64_t Offset = IntOff->getSExtValue();
389
390         Type *VTy = cast<PointerType>(IPtr->getType())->getElementType();
391         int64_t VTyTSS = (int64_t) TD->getTypeStoreSize(VTy);
392
393         assert(VTy == cast<PointerType>(JPtr->getType())->getElementType());
394
395         OffsetInElmts = Offset/VTyTSS;
396         return (abs64(Offset) % VTyTSS) == 0;
397       }
398
399       return false;
400     }
401
402     // Returns true if the provided CallInst represents an intrinsic that can
403     // be vectorized.
404     bool isVectorizableIntrinsic(CallInst* I) {
405       Function *F = I->getCalledFunction();
406       if (!F) return false;
407
408       unsigned IID = F->getIntrinsicID();
409       if (!IID) return false;
410
411       switch(IID) {
412       default:
413         return false;
414       case Intrinsic::sqrt:
415       case Intrinsic::powi:
416       case Intrinsic::sin:
417       case Intrinsic::cos:
418       case Intrinsic::log:
419       case Intrinsic::log2:
420       case Intrinsic::log10:
421       case Intrinsic::exp:
422       case Intrinsic::exp2:
423       case Intrinsic::pow:
424         return !NoMath;
425       case Intrinsic::fma:
426         return !NoFMA;
427       }
428     }
429
430     // Returns true if J is the second element in some pair referenced by
431     // some multimap pair iterator pair.
432     template <typename V>
433     bool isSecondInIteratorPair(V J, std::pair<
434            typename std::multimap<V, V>::iterator,
435            typename std::multimap<V, V>::iterator> PairRange) {
436       for (typename std::multimap<V, V>::iterator K = PairRange.first;
437            K != PairRange.second; ++K)
438         if (K->second == J) return true;
439
440       return false;
441     }
442   };
443
444   // This function implements one vectorization iteration on the provided
445   // basic block. It returns true if the block is changed.
446   bool BBVectorize::vectorizePairs(BasicBlock &BB) {
447     bool ShouldContinue;
448     BasicBlock::iterator Start = BB.getFirstInsertionPt();
449
450     std::vector<Value *> AllPairableInsts;
451     DenseMap<Value *, Value *> AllChosenPairs;
452
453     do {
454       std::vector<Value *> PairableInsts;
455       std::multimap<Value *, Value *> CandidatePairs;
456       ShouldContinue = getCandidatePairs(BB, Start, CandidatePairs,
457                                          PairableInsts);
458       if (PairableInsts.empty()) continue;
459   
460       // Now we have a map of all of the pairable instructions and we need to
461       // select the best possible pairing. A good pairing is one such that the
462       // users of the pair are also paired. This defines a (directed) forest
463       // over the pairs such that two pairs are connected iff the second pair
464       // uses the first.
465   
466       // Note that it only matters that both members of the second pair use some
467       // element of the first pair (to allow for splatting).
468   
469       std::multimap<ValuePair, ValuePair> ConnectedPairs;
470       computeConnectedPairs(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs);
471       if (ConnectedPairs.empty()) continue;
472   
473       // Build the pairable-instruction dependency map
474       DenseSet<ValuePair> PairableInstUsers;
475       buildDepMap(BB, CandidatePairs, PairableInsts, PairableInstUsers);
476   
477       // There is now a graph of the connected pairs. For each variable, pick
478       // the pairing with the largest tree meeting the depth requirement on at
479       // least one branch. Then select all pairings that are part of that tree
480       // and remove them from the list of available pairings and pairable
481       // variables.
482   
483       DenseMap<Value *, Value *> ChosenPairs;
484       choosePairs(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs,
485         PairableInstUsers, ChosenPairs);
486   
487       if (ChosenPairs.empty()) continue;
488       AllPairableInsts.insert(AllPairableInsts.end(), PairableInsts.begin(),
489                               PairableInsts.end());
490       AllChosenPairs.insert(ChosenPairs.begin(), ChosenPairs.end());
491     } while (ShouldContinue);
492
493     if (AllChosenPairs.empty()) return false;
494     NumFusedOps += AllChosenPairs.size();
495  
496     // A set of pairs has now been selected. It is now necessary to replace the
497     // paired instructions with vector instructions. For this procedure each
498     // operand much be replaced with a vector operand. This vector is formed
499     // by using build_vector on the old operands. The replaced values are then
500     // replaced with a vector_extract on the result.  Subsequent optimization
501     // passes should coalesce the build/extract combinations.
502   
503     fuseChosenPairs(BB, AllPairableInsts, AllChosenPairs);
504     return true;
505   }
506
507   // This function returns true if the provided instruction is capable of being
508   // fused into a vector instruction. This determination is based only on the
509   // type and other attributes of the instruction.
510   bool BBVectorize::isInstVectorizable(Instruction *I,
511                                          bool &IsSimpleLoadStore) {
512     IsSimpleLoadStore = false;
513
514     if (CallInst *C = dyn_cast<CallInst>(I)) {
515       if (!isVectorizableIntrinsic(C))
516         return false;
517     } else if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
518       // Vectorize simple loads if possbile:
519       IsSimpleLoadStore = L->isSimple();
520       if (!IsSimpleLoadStore || NoMemOps)
521         return false;
522     } else if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
523       // Vectorize simple stores if possbile:
524       IsSimpleLoadStore = S->isSimple();
525       if (!IsSimpleLoadStore || NoMemOps)
526         return false;
527     } else if (CastInst *C = dyn_cast<CastInst>(I)) {
528       // We can vectorize casts, but not casts of pointer types, etc.
529       if (NoCasts)
530         return false;
531
532       Type *SrcTy = C->getSrcTy();
533       if (!SrcTy->isSingleValueType() || SrcTy->isPointerTy())
534         return false;
535
536       Type *DestTy = C->getDestTy();
537       if (!DestTy->isSingleValueType() || DestTy->isPointerTy())
538         return false;
539     } else if (!(I->isBinaryOp() || isa<ShuffleVectorInst>(I) ||
540         isa<ExtractElementInst>(I) || isa<InsertElementInst>(I))) {
541       return false;
542     }
543
544     // We can't vectorize memory operations without target data
545     if (TD == 0 && IsSimpleLoadStore)
546       return false;
547
548     Type *T1, *T2;
549     if (isa<StoreInst>(I)) {
550       // For stores, it is the value type, not the pointer type that matters
551       // because the value is what will come from a vector register.
552
553       Value *IVal = cast<StoreInst>(I)->getValueOperand();
554       T1 = IVal->getType();
555     } else {
556       T1 = I->getType();
557     }
558
559     if (I->isCast())
560       T2 = cast<CastInst>(I)->getSrcTy();
561     else
562       T2 = T1;
563
564     // Not every type can be vectorized...
565     if (!(VectorType::isValidElementType(T1) || T1->isVectorTy()) ||
566         !(VectorType::isValidElementType(T2) || T2->isVectorTy()))
567       return false;
568
569     if (NoInts && (T1->isIntOrIntVectorTy() || T2->isIntOrIntVectorTy()))
570       return false;
571
572     if (NoFloats && (T1->isFPOrFPVectorTy() || T2->isFPOrFPVectorTy()))
573       return false;
574
575     if (T1->getPrimitiveSizeInBits() > VectorBits/2 ||
576         T2->getPrimitiveSizeInBits() > VectorBits/2)
577       return false;
578
579     return true;
580   }
581
582   // This function returns true if the two provided instructions are compatible
583   // (meaning that they can be fused into a vector instruction). This assumes
584   // that I has already been determined to be vectorizable and that J is not
585   // in the use tree of I.
586   bool BBVectorize::areInstsCompatible(Instruction *I, Instruction *J,
587                        bool IsSimpleLoadStore) {
588     DEBUG(if (DebugInstructionExamination) dbgs() << "BBV: looking at " << *I <<
589                      " <-> " << *J << "\n");
590
591     // Loads and stores can be merged if they have different alignments,
592     // but are otherwise the same.
593     LoadInst *LI, *LJ;
594     StoreInst *SI, *SJ;
595     if ((LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) && (LJ = dyn_cast<LoadInst>(J))) {
596       if (I->getType() != J->getType())
597         return false;
598
599       if (LI->getPointerOperand()->getType() !=
600             LJ->getPointerOperand()->getType() ||
601           LI->isVolatile() != LJ->isVolatile() ||
602           LI->getOrdering() != LJ->getOrdering() ||
603           LI->getSynchScope() != LJ->getSynchScope())
604         return false; 
605     } else if ((SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) && (SJ = dyn_cast<StoreInst>(J))) {
606       if (SI->getValueOperand()->getType() !=
607             SJ->getValueOperand()->getType() ||
608           SI->getPointerOperand()->getType() !=
609             SJ->getPointerOperand()->getType() ||
610           SI->isVolatile() != SJ->isVolatile() ||
611           SI->getOrdering() != SJ->getOrdering() ||
612           SI->getSynchScope() != SJ->getSynchScope())
613         return false;
614     } else if (!J->isSameOperationAs(I)) {
615       return false;
616     }
617     // FIXME: handle addsub-type operations!
618
619     if (IsSimpleLoadStore) {
620       Value *IPtr, *JPtr;
621       unsigned IAlignment, JAlignment;
622       int64_t OffsetInElmts = 0;
623       if (getPairPtrInfo(I, J, IPtr, JPtr, IAlignment, JAlignment,
624             OffsetInElmts) && abs64(OffsetInElmts) == 1) {
625         if (AlignedOnly) {
626           Type *aType = isa<StoreInst>(I) ?
627             cast<StoreInst>(I)->getValueOperand()->getType() : I->getType();
628           // An aligned load or store is possible only if the instruction
629           // with the lower offset has an alignment suitable for the
630           // vector type.
631   
632           unsigned BottomAlignment = IAlignment;
633           if (OffsetInElmts < 0) BottomAlignment = JAlignment;
634   
635           Type *VType = getVecTypeForPair(aType);
636           unsigned VecAlignment = TD->getPrefTypeAlignment(VType);
637           if (BottomAlignment < VecAlignment)
638             return false;
639         }
640       } else {
641         return false;
642       }
643     } else if (isa<ShuffleVectorInst>(I)) {
644       // Only merge two shuffles if they're both constant
645       return isa<Constant>(I->getOperand(2)) &&
646              isa<Constant>(J->getOperand(2));
647       // FIXME: We may want to vectorize non-constant shuffles also.
648     }
649
650     return true;
651   }
652
653   // Figure out whether or not J uses I and update the users and write-set
654   // structures associated with I. Specifically, Users represents the set of
655   // instructions that depend on I. WriteSet represents the set
656   // of memory locations that are dependent on I. If UpdateUsers is true,
657   // and J uses I, then Users is updated to contain J and WriteSet is updated
658   // to contain any memory locations to which J writes. The function returns
659   // true if J uses I. By default, alias analysis is used to determine
660   // whether J reads from memory that overlaps with a location in WriteSet.
661   // If LoadMoveSet is not null, then it is a previously-computed multimap
662   // where the key is the memory-based user instruction and the value is
663   // the instruction to be compared with I. So, if LoadMoveSet is provided,
664   // then the alias analysis is not used. This is necessary because this
665   // function is called during the process of moving instructions during
666   // vectorization and the results of the alias analysis are not stable during
667   // that process.
668   bool BBVectorize::trackUsesOfI(DenseSet<Value *> &Users,
669                        AliasSetTracker &WriteSet, Instruction *I,
670                        Instruction *J, bool UpdateUsers,
671                        std::multimap<Value *, Value *> *LoadMoveSet) {
672     bool UsesI = false;
673
674     // This instruction may already be marked as a user due, for example, to
675     // being a member of a selected pair.
676     if (Users.count(J))
677       UsesI = true;
678
679     if (!UsesI)
680       for (User::op_iterator JU = J->op_begin(), JE = J->op_end();
681            JU != JE; ++JU) {
682         Value *V = *JU;
683         if (I == V || Users.count(V)) {
684           UsesI = true;
685           break;
686         }
687       }
688     if (!UsesI && J->mayReadFromMemory()) {
689       if (LoadMoveSet) {
690         VPIteratorPair JPairRange = LoadMoveSet->equal_range(J);
691         UsesI = isSecondInIteratorPair<Value*>(I, JPairRange);
692       } else {
693         for (AliasSetTracker::iterator W = WriteSet.begin(),
694              WE = WriteSet.end(); W != WE; ++W) {
695           for (AliasSet::iterator A = W->begin(), AE = W->end();
696                A != AE; ++A) {
697             AliasAnalysis::Location ptrLoc(A->getValue(), A->getSize(),
698                                            A->getTBAAInfo());
699             if (AA->getModRefInfo(J, ptrLoc) != AliasAnalysis::NoModRef) {
700               UsesI = true;
701               break;
702             }
703           }
704           if (UsesI) break;
705         }
706       }
707     }
708
709     if (UsesI && UpdateUsers) {
710       if (J->mayWriteToMemory()) WriteSet.add(J);
711       Users.insert(J);
712     }
713
714     return UsesI;
715   }
716
717   // This function iterates over all instruction pairs in the provided
718   // basic block and collects all candidate pairs for vectorization.
719   bool BBVectorize::getCandidatePairs(BasicBlock &BB,
720                        BasicBlock::iterator &Start,
721                        std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
722                        std::vector<Value *> &PairableInsts) {
723     BasicBlock::iterator E = BB.end();
724     if (Start == E) return false;
725
726     bool ShouldContinue = false, IAfterStart = false;
727     for (BasicBlock::iterator I = Start++; I != E; ++I) {
728       if (I == Start) IAfterStart = true;
729
730       bool IsSimpleLoadStore;
731       if (!isInstVectorizable(I, IsSimpleLoadStore)) continue;
732
733       // Look for an instruction with which to pair instruction *I...
734       DenseSet<Value *> Users;
735       AliasSetTracker WriteSet(*AA);
736       bool JAfterStart = IAfterStart;
737       BasicBlock::iterator J = llvm::next(I);
738       for (unsigned ss = 0; J != E && ss <= SearchLimit; ++J, ++ss) {
739         if (J == Start) JAfterStart = true;
740
741         // Determine if J uses I, if so, exit the loop.
742         bool UsesI = trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, J, !FastDep);
743         if (FastDep) {
744           // Note: For this heuristic to be effective, independent operations
745           // must tend to be intermixed. This is likely to be true from some
746           // kinds of grouped loop unrolling (but not the generic LLVM pass),
747           // but otherwise may require some kind of reordering pass.
748
749           // When using fast dependency analysis,
750           // stop searching after first use:
751           if (UsesI) break;
752         } else {
753           if (UsesI) continue;
754         }
755
756         // J does not use I, and comes before the first use of I, so it can be
757         // merged with I if the instructions are compatible.
758         if (!areInstsCompatible(I, J, IsSimpleLoadStore)) continue;
759
760         // J is a candidate for merging with I.
761         if (!PairableInsts.size() ||
762              PairableInsts[PairableInsts.size()-1] != I) {
763           PairableInsts.push_back(I);
764         }
765
766         CandidatePairs.insert(ValuePair(I, J));
767
768         // The next call to this function must start after the last instruction
769         // selected during this invocation.
770         if (JAfterStart) {
771           Start = llvm::next(J);
772           IAfterStart = JAfterStart = false;
773         }
774
775         DEBUG(if (DebugCandidateSelection) dbgs() << "BBV: candidate pair "
776                      << *I << " <-> " << *J << "\n");
777
778         // If we have already found too many pairs, break here and this function
779         // will be called again starting after the last instruction selected
780         // during this invocation.
781         if (PairableInsts.size() >= MaxInsts) {
782           ShouldContinue = true;
783           break;
784         }
785       }
786
787       if (ShouldContinue)
788         break;
789     }
790
791     DEBUG(dbgs() << "BBV: found " << PairableInsts.size()
792            << " instructions with candidate pairs\n");
793
794     return ShouldContinue;
795   }
796
797   // Finds candidate pairs connected to the pair P = <PI, PJ>. This means that
798   // it looks for pairs such that both members have an input which is an
799   // output of PI or PJ.
800   void BBVectorize::computePairsConnectedTo(
801                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
802                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
803                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
804                       ValuePair P) {
805     // For each possible pairing for this variable, look at the uses of
806     // the first value...
807     for (Value::use_iterator I = P.first->use_begin(),
808          E = P.first->use_end(); I != E; ++I) {
809       VPIteratorPair IPairRange = CandidatePairs.equal_range(*I);
810
811       // For each use of the first variable, look for uses of the second
812       // variable...
813       for (Value::use_iterator J = P.second->use_begin(),
814            E2 = P.second->use_end(); J != E2; ++J) {
815         VPIteratorPair JPairRange = CandidatePairs.equal_range(*J);
816
817         // Look for <I, J>:
818         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*J, IPairRange))
819           ConnectedPairs.insert(VPPair(P, ValuePair(*I, *J)));
820
821         // Look for <J, I>:
822         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*I, JPairRange))
823           ConnectedPairs.insert(VPPair(P, ValuePair(*J, *I)));
824       }
825
826       if (SplatBreaksChain) continue;
827       // Look for cases where just the first value in the pair is used by
828       // both members of another pair (splatting).
829       for (Value::use_iterator J = P.first->use_begin(); J != E; ++J) {
830         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*J, IPairRange))
831           ConnectedPairs.insert(VPPair(P, ValuePair(*I, *J)));
832       }
833     }
834
835     if (SplatBreaksChain) return;
836     // Look for cases where just the second value in the pair is used by
837     // both members of another pair (splatting).
838     for (Value::use_iterator I = P.second->use_begin(),
839          E = P.second->use_end(); I != E; ++I) {
840       VPIteratorPair IPairRange = CandidatePairs.equal_range(*I);
841
842       for (Value::use_iterator J = P.second->use_begin(); J != E; ++J) {
843         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*J, IPairRange))
844           ConnectedPairs.insert(VPPair(P, ValuePair(*I, *J)));
845       }
846     }
847   }
848
849   // This function figures out which pairs are connected.  Two pairs are
850   // connected if some output of the first pair forms an input to both members
851   // of the second pair.
852   void BBVectorize::computeConnectedPairs(
853                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
854                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
855                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs) {
856
857     for (std::vector<Value *>::iterator PI = PairableInsts.begin(),
858          PE = PairableInsts.end(); PI != PE; ++PI) {
859       VPIteratorPair choiceRange = CandidatePairs.equal_range(*PI);
860
861       for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator P = choiceRange.first;
862            P != choiceRange.second; ++P)
863         computePairsConnectedTo(CandidatePairs, PairableInsts,
864                                 ConnectedPairs, *P);
865     }
866
867     DEBUG(dbgs() << "BBV: found " << ConnectedPairs.size()
868                  << " pair connections.\n");
869   }
870
871   // This function builds a set of use tuples such that <A, B> is in the set
872   // if B is in the use tree of A. If B is in the use tree of A, then B
873   // depends on the output of A.
874   void BBVectorize::buildDepMap(
875                       BasicBlock &BB,
876                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
877                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
878                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers) {
879     DenseSet<Value *> IsInPair;
880     for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator C = CandidatePairs.begin(),
881          E = CandidatePairs.end(); C != E; ++C) {
882       IsInPair.insert(C->first);
883       IsInPair.insert(C->second);
884     }
885
886     // Iterate through the basic block, recording all Users of each
887     // pairable instruction.
888
889     BasicBlock::iterator E = BB.end();
890     for (BasicBlock::iterator I = BB.getFirstInsertionPt(); I != E; ++I) {
891       if (IsInPair.find(I) == IsInPair.end()) continue;
892
893       DenseSet<Value *> Users;
894       AliasSetTracker WriteSet(*AA);
895       for (BasicBlock::iterator J = llvm::next(I); J != E; ++J)
896         (void) trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, J);
897
898       for (DenseSet<Value *>::iterator U = Users.begin(), E = Users.end();
899            U != E; ++U)
900         PairableInstUsers.insert(ValuePair(I, *U));
901     }
902   }
903
904   // Returns true if an input to pair P is an output of pair Q and also an
905   // input of pair Q is an output of pair P. If this is the case, then these
906   // two pairs cannot be simultaneously fused.
907   bool BBVectorize::pairsConflict(ValuePair P, ValuePair Q,
908                      DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
909                      std::multimap<ValuePair, ValuePair> *PairableInstUserMap) {
910     // Two pairs are in conflict if they are mutual Users of eachother.
911     bool QUsesP = PairableInstUsers.count(ValuePair(P.first,  Q.first))  ||
912                   PairableInstUsers.count(ValuePair(P.first,  Q.second)) ||
913                   PairableInstUsers.count(ValuePair(P.second, Q.first))  ||
914                   PairableInstUsers.count(ValuePair(P.second, Q.second));
915     bool PUsesQ = PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.first,  P.first))  ||
916                   PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.first,  P.second)) ||
917                   PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.second, P.first))  ||
918                   PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.second, P.second));
919     if (PairableInstUserMap) {
920       // FIXME: The expensive part of the cycle check is not so much the cycle
921       // check itself but this edge insertion procedure. This needs some
922       // profiling and probably a different data structure (same is true of
923       // most uses of std::multimap).
924       if (PUsesQ) {
925         VPPIteratorPair QPairRange = PairableInstUserMap->equal_range(Q);
926         if (!isSecondInIteratorPair(P, QPairRange))
927           PairableInstUserMap->insert(VPPair(Q, P));
928       }
929       if (QUsesP) {
930         VPPIteratorPair PPairRange = PairableInstUserMap->equal_range(P);
931         if (!isSecondInIteratorPair(Q, PPairRange))
932           PairableInstUserMap->insert(VPPair(P, Q));
933       }
934     }
935
936     return (QUsesP && PUsesQ);
937   }
938
939   // This function walks the use graph of current pairs to see if, starting
940   // from P, the walk returns to P.
941   bool BBVectorize::pairWillFormCycle(ValuePair P,
942                        std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
943                        DenseSet<ValuePair> &CurrentPairs) {
944     DEBUG(if (DebugCycleCheck)
945             dbgs() << "BBV: starting cycle check for : " << *P.first << " <-> "
946                    << *P.second << "\n");
947     // A lookup table of visisted pairs is kept because the PairableInstUserMap
948     // contains non-direct associations.
949     DenseSet<ValuePair> Visited;
950     SmallVector<ValuePair, 32> Q;
951     // General depth-first post-order traversal:
952     Q.push_back(P);
953     do {
954       ValuePair QTop = Q.pop_back_val();
955       Visited.insert(QTop);
956
957       DEBUG(if (DebugCycleCheck)
958               dbgs() << "BBV: cycle check visiting: " << *QTop.first << " <-> "
959                      << *QTop.second << "\n");
960       VPPIteratorPair QPairRange = PairableInstUserMap.equal_range(QTop);
961       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator C = QPairRange.first;
962            C != QPairRange.second; ++C) {
963         if (C->second == P) {
964           DEBUG(dbgs()
965                  << "BBV: rejected to prevent non-trivial cycle formation: "
966                  << *C->first.first << " <-> " << *C->first.second << "\n");
967           return true;
968         }
969
970         if (CurrentPairs.count(C->second) != 0 &&
971             Visited.count(C->second) == 0)
972           Q.push_back(C->second);
973       }
974     } while (!Q.empty());
975
976     return false;
977   }
978
979   // This function builds the initial tree of connected pairs with the
980   // pair J at the root.
981   void BBVectorize::buildInitialTreeFor(
982                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
983                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
984                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
985                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
986                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
987                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree, ValuePair J) {
988     // Each of these pairs is viewed as the root node of a Tree. The Tree
989     // is then walked (depth-first). As this happens, we keep track of
990     // the pairs that compose the Tree and the maximum depth of the Tree.
991     SmallVector<ValuePairWithDepth, 32> Q;
992     // General depth-first post-order traversal:
993     Q.push_back(ValuePairWithDepth(J, getDepthFactor(J.first)));
994     do {
995       ValuePairWithDepth QTop = Q.back();
996
997       // Push each child onto the queue:
998       bool MoreChildren = false;
999       size_t MaxChildDepth = QTop.second;
1000       VPPIteratorPair qtRange = ConnectedPairs.equal_range(QTop.first);
1001       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator k = qtRange.first;
1002            k != qtRange.second; ++k) {
1003         // Make sure that this child pair is still a candidate:
1004         bool IsStillCand = false;
1005         VPIteratorPair checkRange =
1006           CandidatePairs.equal_range(k->second.first);
1007         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator m = checkRange.first;
1008              m != checkRange.second; ++m) {
1009           if (m->second == k->second.second) {
1010             IsStillCand = true;
1011             break;
1012           }
1013         }
1014
1015         if (IsStillCand) {
1016           DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C = Tree.find(k->second);
1017           if (C == Tree.end()) {
1018             size_t d = getDepthFactor(k->second.first);
1019             Q.push_back(ValuePairWithDepth(k->second, QTop.second+d));
1020             MoreChildren = true;
1021           } else {
1022             MaxChildDepth = std::max(MaxChildDepth, C->second);
1023           }
1024         }
1025       }
1026
1027       if (!MoreChildren) {
1028         // Record the current pair as part of the Tree:
1029         Tree.insert(ValuePairWithDepth(QTop.first, MaxChildDepth));
1030         Q.pop_back();
1031       }
1032     } while (!Q.empty());
1033   }
1034
1035   // Given some initial tree, prune it by removing conflicting pairs (pairs
1036   // that cannot be simultaneously chosen for vectorization).
1037   void BBVectorize::pruneTreeFor(
1038                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1039                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1040                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1041                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1042                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
1043                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
1044                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree,
1045                       DenseSet<ValuePair> &PrunedTree, ValuePair J,
1046                       bool UseCycleCheck) {
1047     SmallVector<ValuePairWithDepth, 32> Q;
1048     // General depth-first post-order traversal:
1049     Q.push_back(ValuePairWithDepth(J, getDepthFactor(J.first)));
1050     do {
1051       ValuePairWithDepth QTop = Q.pop_back_val();
1052       PrunedTree.insert(QTop.first);
1053
1054       // Visit each child, pruning as necessary...
1055       DenseMap<ValuePair, size_t> BestChilden;
1056       VPPIteratorPair QTopRange = ConnectedPairs.equal_range(QTop.first);
1057       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator K = QTopRange.first;
1058            K != QTopRange.second; ++K) {
1059         DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C = Tree.find(K->second);
1060         if (C == Tree.end()) continue;
1061
1062         // This child is in the Tree, now we need to make sure it is the
1063         // best of any conflicting children. There could be multiple
1064         // conflicting children, so first, determine if we're keeping
1065         // this child, then delete conflicting children as necessary.
1066
1067         // It is also necessary to guard against pairing-induced
1068         // dependencies. Consider instructions a .. x .. y .. b
1069         // such that (a,b) are to be fused and (x,y) are to be fused
1070         // but a is an input to x and b is an output from y. This
1071         // means that y cannot be moved after b but x must be moved
1072         // after b for (a,b) to be fused. In other words, after
1073         // fusing (a,b) we have y .. a/b .. x where y is an input
1074         // to a/b and x is an output to a/b: x and y can no longer
1075         // be legally fused. To prevent this condition, we must
1076         // make sure that a child pair added to the Tree is not
1077         // both an input and output of an already-selected pair.
1078
1079         // Pairing-induced dependencies can also form from more complicated
1080         // cycles. The pair vs. pair conflicts are easy to check, and so
1081         // that is done explicitly for "fast rejection", and because for
1082         // child vs. child conflicts, we may prefer to keep the current
1083         // pair in preference to the already-selected child.
1084         DenseSet<ValuePair> CurrentPairs;
1085
1086         bool CanAdd = true;
1087         for (DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C2
1088               = BestChilden.begin(), E2 = BestChilden.end();
1089              C2 != E2; ++C2) {
1090           if (C2->first.first == C->first.first ||
1091               C2->first.first == C->first.second ||
1092               C2->first.second == C->first.first ||
1093               C2->first.second == C->first.second ||
1094               pairsConflict(C2->first, C->first, PairableInstUsers,
1095                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1096             if (C2->second >= C->second) {
1097               CanAdd = false;
1098               break;
1099             }
1100
1101             CurrentPairs.insert(C2->first);
1102           }
1103         }
1104         if (!CanAdd) continue;
1105
1106         // Even worse, this child could conflict with another node already
1107         // selected for the Tree. If that is the case, ignore this child.
1108         for (DenseSet<ValuePair>::iterator T = PrunedTree.begin(),
1109              E2 = PrunedTree.end(); T != E2; ++T) {
1110           if (T->first == C->first.first ||
1111               T->first == C->first.second ||
1112               T->second == C->first.first ||
1113               T->second == C->first.second ||
1114               pairsConflict(*T, C->first, PairableInstUsers,
1115                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1116             CanAdd = false;
1117             break;
1118           }
1119
1120           CurrentPairs.insert(*T);
1121         }
1122         if (!CanAdd) continue;
1123
1124         // And check the queue too...
1125         for (SmallVector<ValuePairWithDepth, 32>::iterator C2 = Q.begin(),
1126              E2 = Q.end(); C2 != E2; ++C2) {
1127           if (C2->first.first == C->first.first ||
1128               C2->first.first == C->first.second ||
1129               C2->first.second == C->first.first ||
1130               C2->first.second == C->first.second ||
1131               pairsConflict(C2->first, C->first, PairableInstUsers,
1132                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1133             CanAdd = false;
1134             break;
1135           }
1136
1137           CurrentPairs.insert(C2->first);
1138         }
1139         if (!CanAdd) continue;
1140
1141         // Last but not least, check for a conflict with any of the
1142         // already-chosen pairs.
1143         for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator C2 =
1144               ChosenPairs.begin(), E2 = ChosenPairs.end();
1145              C2 != E2; ++C2) {
1146           if (pairsConflict(*C2, C->first, PairableInstUsers,
1147                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1148             CanAdd = false;
1149             break;
1150           }
1151
1152           CurrentPairs.insert(*C2);
1153         }
1154         if (!CanAdd) continue;
1155
1156         // To check for non-trivial cycles formed by the addition of the
1157         // current pair we've formed a list of all relevant pairs, now use a
1158         // graph walk to check for a cycle. We start from the current pair and
1159         // walk the use tree to see if we again reach the current pair. If we
1160         // do, then the current pair is rejected.
1161
1162         // FIXME: It may be more efficient to use a topological-ordering
1163         // algorithm to improve the cycle check. This should be investigated.
1164         if (UseCycleCheck &&
1165             pairWillFormCycle(C->first, PairableInstUserMap, CurrentPairs))
1166           continue;
1167
1168         // This child can be added, but we may have chosen it in preference
1169         // to an already-selected child. Check for this here, and if a
1170         // conflict is found, then remove the previously-selected child
1171         // before adding this one in its place.
1172         for (DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C2
1173               = BestChilden.begin(); C2 != BestChilden.end();) {
1174           if (C2->first.first == C->first.first ||
1175               C2->first.first == C->first.second ||
1176               C2->first.second == C->first.first ||
1177               C2->first.second == C->first.second ||
1178               pairsConflict(C2->first, C->first, PairableInstUsers))
1179             BestChilden.erase(C2++);
1180           else
1181             ++C2;
1182         }
1183
1184         BestChilden.insert(ValuePairWithDepth(C->first, C->second));
1185       }
1186
1187       for (DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C
1188             = BestChilden.begin(), E2 = BestChilden.end();
1189            C != E2; ++C) {
1190         size_t DepthF = getDepthFactor(C->first.first);
1191         Q.push_back(ValuePairWithDepth(C->first, QTop.second+DepthF));
1192       }
1193     } while (!Q.empty());
1194   }
1195
1196   // This function finds the best tree of mututally-compatible connected
1197   // pairs, given the choice of root pairs as an iterator range.
1198   void BBVectorize::findBestTreeFor(
1199                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1200                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1201                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1202                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1203                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
1204                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
1205                       DenseSet<ValuePair> &BestTree, size_t &BestMaxDepth,
1206                       size_t &BestEffSize, VPIteratorPair ChoiceRange,
1207                       bool UseCycleCheck) {
1208     for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator J = ChoiceRange.first;
1209          J != ChoiceRange.second; ++J) {
1210
1211       // Before going any further, make sure that this pair does not
1212       // conflict with any already-selected pairs (see comment below
1213       // near the Tree pruning for more details).
1214       DenseSet<ValuePair> ChosenPairSet;
1215       bool DoesConflict = false;
1216       for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator C = ChosenPairs.begin(),
1217            E = ChosenPairs.end(); C != E; ++C) {
1218         if (pairsConflict(*C, *J, PairableInstUsers,
1219                           UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1220           DoesConflict = true;
1221           break;
1222         }
1223
1224         ChosenPairSet.insert(*C);
1225       }
1226       if (DoesConflict) continue;
1227
1228       if (UseCycleCheck &&
1229           pairWillFormCycle(*J, PairableInstUserMap, ChosenPairSet))
1230         continue;
1231
1232       DenseMap<ValuePair, size_t> Tree;
1233       buildInitialTreeFor(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs,
1234                           PairableInstUsers, ChosenPairs, Tree, *J);
1235
1236       // Because we'll keep the child with the largest depth, the largest
1237       // depth is still the same in the unpruned Tree.
1238       size_t MaxDepth = Tree.lookup(*J);
1239
1240       DEBUG(if (DebugPairSelection) dbgs() << "BBV: found Tree for pair {"
1241                    << *J->first << " <-> " << *J->second << "} of depth " <<
1242                    MaxDepth << " and size " << Tree.size() << "\n");
1243
1244       // At this point the Tree has been constructed, but, may contain
1245       // contradictory children (meaning that different children of
1246       // some tree node may be attempting to fuse the same instruction).
1247       // So now we walk the tree again, in the case of a conflict,
1248       // keep only the child with the largest depth. To break a tie,
1249       // favor the first child.
1250
1251       DenseSet<ValuePair> PrunedTree;
1252       pruneTreeFor(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs,
1253                    PairableInstUsers, PairableInstUserMap, ChosenPairs, Tree,
1254                    PrunedTree, *J, UseCycleCheck);
1255
1256       size_t EffSize = 0;
1257       for (DenseSet<ValuePair>::iterator S = PrunedTree.begin(),
1258            E = PrunedTree.end(); S != E; ++S)
1259         EffSize += getDepthFactor(S->first);
1260
1261       DEBUG(if (DebugPairSelection)
1262              dbgs() << "BBV: found pruned Tree for pair {"
1263              << *J->first << " <-> " << *J->second << "} of depth " <<
1264              MaxDepth << " and size " << PrunedTree.size() <<
1265             " (effective size: " << EffSize << ")\n");
1266       if (MaxDepth >= ReqChainDepth && EffSize > BestEffSize) {
1267         BestMaxDepth = MaxDepth;
1268         BestEffSize = EffSize;
1269         BestTree = PrunedTree;
1270       }
1271     }
1272   }
1273
1274   // Given the list of candidate pairs, this function selects those
1275   // that will be fused into vector instructions.
1276   void BBVectorize::choosePairs(
1277                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1278                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1279                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1280                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1281                       DenseMap<Value *, Value *>& ChosenPairs) {
1282     bool UseCycleCheck = CandidatePairs.size() <= MaxCandPairsForCycleCheck;
1283     std::multimap<ValuePair, ValuePair> PairableInstUserMap;
1284     for (std::vector<Value *>::iterator I = PairableInsts.begin(),
1285          E = PairableInsts.end(); I != E; ++I) {
1286       // The number of possible pairings for this variable:
1287       size_t NumChoices = CandidatePairs.count(*I);
1288       if (!NumChoices) continue;
1289
1290       VPIteratorPair ChoiceRange = CandidatePairs.equal_range(*I);
1291
1292       // The best pair to choose and its tree:
1293       size_t BestMaxDepth = 0, BestEffSize = 0;
1294       DenseSet<ValuePair> BestTree;
1295       findBestTreeFor(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs,
1296                       PairableInstUsers, PairableInstUserMap, ChosenPairs,
1297                       BestTree, BestMaxDepth, BestEffSize, ChoiceRange,
1298                       UseCycleCheck);
1299
1300       // A tree has been chosen (or not) at this point. If no tree was
1301       // chosen, then this instruction, I, cannot be paired (and is no longer
1302       // considered).
1303
1304       DEBUG(if (BestTree.size() > 0)
1305               dbgs() << "BBV: selected pairs in the best tree for: "
1306                      << *cast<Instruction>(*I) << "\n");
1307
1308       for (DenseSet<ValuePair>::iterator S = BestTree.begin(),
1309            SE2 = BestTree.end(); S != SE2; ++S) {
1310         // Insert the members of this tree into the list of chosen pairs.
1311         ChosenPairs.insert(ValuePair(S->first, S->second));
1312         DEBUG(dbgs() << "BBV: selected pair: " << *S->first << " <-> " <<
1313                *S->second << "\n");
1314
1315         // Remove all candidate pairs that have values in the chosen tree.
1316         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator K =
1317                CandidatePairs.begin(); K != CandidatePairs.end();) {
1318           if (K->first == S->first || K->second == S->first ||
1319               K->second == S->second || K->first == S->second) {
1320             // Don't remove the actual pair chosen so that it can be used
1321             // in subsequent tree selections.
1322             if (!(K->first == S->first && K->second == S->second))
1323               CandidatePairs.erase(K++);
1324             else
1325               ++K;
1326           } else {
1327             ++K;
1328           }
1329         }
1330       }
1331     }
1332
1333     DEBUG(dbgs() << "BBV: selected " << ChosenPairs.size() << " pairs.\n");
1334   }
1335
1336   std::string getReplacementName(Instruction *I, bool IsInput, unsigned o,
1337                      unsigned n = 0) {
1338     if (!I->hasName())
1339       return "";
1340
1341     return (I->getName() + (IsInput ? ".v.i" : ".v.r") + utostr(o) +
1342              (n > 0 ? "." + utostr(n) : "")).str();
1343   }
1344
1345   // Returns the value that is to be used as the pointer input to the vector
1346   // instruction that fuses I with J.
1347   Value *BBVectorize::getReplacementPointerInput(LLVMContext& Context,
1348                      Instruction *I, Instruction *J, unsigned o,
1349                      bool &FlipMemInputs) {
1350     Value *IPtr, *JPtr;
1351     unsigned IAlignment, JAlignment;
1352     int64_t OffsetInElmts;
1353     (void) getPairPtrInfo(I, J, IPtr, JPtr, IAlignment, JAlignment,
1354                           OffsetInElmts);
1355
1356     // The pointer value is taken to be the one with the lowest offset.
1357     Value *VPtr;
1358     if (OffsetInElmts > 0) {
1359       VPtr = IPtr;
1360     } else {
1361       FlipMemInputs = true;
1362       VPtr = JPtr;
1363     }
1364
1365     Type *ArgType = cast<PointerType>(IPtr->getType())->getElementType();
1366     Type *VArgType = getVecTypeForPair(ArgType);
1367     Type *VArgPtrType = PointerType::get(VArgType,
1368       cast<PointerType>(IPtr->getType())->getAddressSpace());
1369     return new BitCastInst(VPtr, VArgPtrType, getReplacementName(I, true, o),
1370                         /* insert before */ FlipMemInputs ? J : I);
1371   }
1372
1373   void BBVectorize::fillNewShuffleMask(LLVMContext& Context, Instruction *J,
1374                      unsigned NumElem, unsigned MaskOffset, unsigned NumInElem,
1375                      unsigned IdxOffset, std::vector<Constant*> &Mask) {
1376     for (unsigned v = 0; v < NumElem/2; ++v) {
1377       int m = cast<ShuffleVectorInst>(J)->getMaskValue(v);
1378       if (m < 0) {
1379         Mask[v+MaskOffset] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
1380       } else {
1381         unsigned mm = m + (int) IdxOffset;
1382         if (m >= (int) NumInElem)
1383           mm += (int) NumInElem;
1384
1385         Mask[v+MaskOffset] =
1386           ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), mm);
1387       }
1388     }
1389   }
1390
1391   // Returns the value that is to be used as the vector-shuffle mask to the
1392   // vector instruction that fuses I with J.
1393   Value *BBVectorize::getReplacementShuffleMask(LLVMContext& Context,
1394                      Instruction *I, Instruction *J) {
1395     // This is the shuffle mask. We need to append the second
1396     // mask to the first, and the numbers need to be adjusted.
1397
1398     Type *ArgType = I->getType();
1399     Type *VArgType = getVecTypeForPair(ArgType);
1400
1401     // Get the total number of elements in the fused vector type.
1402     // By definition, this must equal the number of elements in
1403     // the final mask.
1404     unsigned NumElem = cast<VectorType>(VArgType)->getNumElements();
1405     std::vector<Constant*> Mask(NumElem);
1406
1407     Type *OpType = I->getOperand(0)->getType();
1408     unsigned NumInElem = cast<VectorType>(OpType)->getNumElements();
1409
1410     // For the mask from the first pair...
1411     fillNewShuffleMask(Context, I, NumElem, 0, NumInElem, 0, Mask);
1412
1413     // For the mask from the second pair...
1414     fillNewShuffleMask(Context, J, NumElem, NumElem/2, NumInElem, NumInElem,
1415                        Mask);
1416
1417     return ConstantVector::get(Mask);
1418   }
1419
1420   // Returns the value to be used as the specified operand of the vector
1421   // instruction that fuses I with J.
1422   Value *BBVectorize::getReplacementInput(LLVMContext& Context, Instruction *I,
1423                      Instruction *J, unsigned o, bool FlipMemInputs) {
1424     Value *CV0 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 0);
1425     Value *CV1 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 1);
1426
1427       // Compute the fused vector type for this operand
1428     Type *ArgType = I->getOperand(o)->getType();
1429     VectorType *VArgType = getVecTypeForPair(ArgType);
1430
1431     Instruction *L = I, *H = J;
1432     if (FlipMemInputs) {
1433       L = J;
1434       H = I;
1435     }
1436
1437     if (ArgType->isVectorTy()) {
1438       unsigned numElem = cast<VectorType>(VArgType)->getNumElements();
1439       std::vector<Constant*> Mask(numElem);
1440       for (unsigned v = 0; v < numElem; ++v)
1441         Mask[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
1442
1443       Instruction *BV = new ShuffleVectorInst(L->getOperand(o),
1444                                               H->getOperand(o),
1445                                               ConstantVector::get(Mask),
1446                                               getReplacementName(I, true, o));
1447       BV->insertBefore(J);
1448       return BV;
1449     }
1450
1451     // If these two inputs are the output of another vector instruction,
1452     // then we should use that output directly. It might be necessary to
1453     // permute it first. [When pairings are fused recursively, you can
1454     // end up with cases where a large vector is decomposed into scalars
1455     // using extractelement instructions, then built into size-2
1456     // vectors using insertelement and the into larger vectors using
1457     // shuffles. InstCombine does not simplify all of these cases well,
1458     // and so we make sure that shuffles are generated here when possible.
1459     ExtractElementInst *LEE
1460       = dyn_cast<ExtractElementInst>(L->getOperand(o));
1461     ExtractElementInst *HEE
1462       = dyn_cast<ExtractElementInst>(H->getOperand(o));
1463
1464     if (LEE && HEE &&
1465         LEE->getOperand(0)->getType() == HEE->getOperand(0)->getType()) {
1466       VectorType *EEType = cast<VectorType>(LEE->getOperand(0)->getType());
1467       unsigned LowIndx = cast<ConstantInt>(LEE->getOperand(1))->getZExtValue();
1468       unsigned HighIndx = cast<ConstantInt>(HEE->getOperand(1))->getZExtValue();
1469       if (LEE->getOperand(0) == HEE->getOperand(0)) {
1470         if (LowIndx == 0 && HighIndx == 1)
1471           return LEE->getOperand(0);
1472  
1473         std::vector<Constant*> Mask(2);
1474         Mask[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), LowIndx);
1475         Mask[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), HighIndx);
1476
1477         Instruction *BV = new ShuffleVectorInst(LEE->getOperand(0),
1478                                           UndefValue::get(EEType),
1479                                           ConstantVector::get(Mask),
1480                                           getReplacementName(I, true, o));
1481         BV->insertBefore(J);
1482         return BV;
1483       }
1484
1485       std::vector<Constant*> Mask(2);
1486       HighIndx += EEType->getNumElements();
1487       Mask[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), LowIndx);
1488       Mask[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), HighIndx);
1489
1490       Instruction *BV = new ShuffleVectorInst(LEE->getOperand(0),
1491                                           HEE->getOperand(0),
1492                                           ConstantVector::get(Mask),
1493                                           getReplacementName(I, true, o));
1494       BV->insertBefore(J);
1495       return BV;
1496     }
1497
1498     Instruction *BV1 = InsertElementInst::Create(
1499                                           UndefValue::get(VArgType),
1500                                           L->getOperand(o), CV0,
1501                                           getReplacementName(I, true, o, 1));
1502     BV1->insertBefore(I);
1503     Instruction *BV2 = InsertElementInst::Create(BV1, H->getOperand(o),
1504                                           CV1,
1505                                           getReplacementName(I, true, o, 2));
1506     BV2->insertBefore(J);
1507     return BV2;
1508   }
1509
1510   // This function creates an array of values that will be used as the inputs
1511   // to the vector instruction that fuses I with J.
1512   void BBVectorize::getReplacementInputsForPair(LLVMContext& Context,
1513                      Instruction *I, Instruction *J,
1514                      SmallVector<Value *, 3> &ReplacedOperands,
1515                      bool &FlipMemInputs) {
1516     FlipMemInputs = false;
1517     unsigned NumOperands = I->getNumOperands();
1518
1519     for (unsigned p = 0, o = NumOperands-1; p < NumOperands; ++p, --o) {
1520       // Iterate backward so that we look at the store pointer
1521       // first and know whether or not we need to flip the inputs.
1522
1523       if (isa<LoadInst>(I) || (o == 1 && isa<StoreInst>(I))) {
1524         // This is the pointer for a load/store instruction.
1525         ReplacedOperands[o] = getReplacementPointerInput(Context, I, J, o,
1526                                 FlipMemInputs);
1527         continue;
1528       } else if (isa<CallInst>(I) && o == NumOperands-1) {
1529         Function *F = cast<CallInst>(I)->getCalledFunction();
1530         unsigned IID = F->getIntrinsicID();
1531         BasicBlock &BB = *I->getParent();
1532
1533         Module *M = BB.getParent()->getParent();
1534         Type *ArgType = I->getType();
1535         Type *VArgType = getVecTypeForPair(ArgType);
1536
1537         // FIXME: is it safe to do this here?
1538         ReplacedOperands[o] = Intrinsic::getDeclaration(M,
1539           (Intrinsic::ID) IID, VArgType);
1540         continue;
1541       } else if (isa<ShuffleVectorInst>(I) && o == NumOperands-1) {
1542         ReplacedOperands[o] = getReplacementShuffleMask(Context, I, J);
1543         continue;
1544       }
1545
1546       ReplacedOperands[o] =
1547         getReplacementInput(Context, I, J, o, FlipMemInputs);
1548     }
1549   }
1550
1551   // This function creates two values that represent the outputs of the
1552   // original I and J instructions. These are generally vector shuffles
1553   // or extracts. In many cases, these will end up being unused and, thus,
1554   // eliminated by later passes.
1555   void BBVectorize::replaceOutputsOfPair(LLVMContext& Context, Instruction *I,
1556                      Instruction *J, Instruction *K,
1557                      Instruction *&InsertionPt,
1558                      Instruction *&K1, Instruction *&K2,
1559                      bool &FlipMemInputs) {
1560     Value *CV0 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 0);
1561     Value *CV1 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 1);
1562
1563     if (isa<StoreInst>(I)) {
1564       AA->replaceWithNewValue(I, K);
1565       AA->replaceWithNewValue(J, K);
1566     } else {
1567       Type *IType = I->getType();
1568       Type *VType = getVecTypeForPair(IType);
1569
1570       if (IType->isVectorTy()) {
1571           unsigned numElem = cast<VectorType>(IType)->getNumElements();
1572           std::vector<Constant*> Mask1(numElem), Mask2(numElem);
1573           for (unsigned v = 0; v < numElem; ++v) {
1574             Mask1[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
1575             Mask2[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), numElem+v);
1576           }
1577
1578           K1 = new ShuffleVectorInst(K, UndefValue::get(VType),
1579                                        ConstantVector::get(
1580                                          FlipMemInputs ? Mask2 : Mask1),
1581                                        getReplacementName(K, false, 1));
1582           K2 = new ShuffleVectorInst(K, UndefValue::get(VType),
1583                                        ConstantVector::get(
1584                                          FlipMemInputs ? Mask1 : Mask2),
1585                                        getReplacementName(K, false, 2));
1586       } else {
1587         K1 = ExtractElementInst::Create(K, FlipMemInputs ? CV1 : CV0,
1588                                           getReplacementName(K, false, 1));
1589         K2 = ExtractElementInst::Create(K, FlipMemInputs ? CV0 : CV1,
1590                                           getReplacementName(K, false, 2));
1591       }
1592
1593       K1->insertAfter(K);
1594       K2->insertAfter(K1);
1595       InsertionPt = K2;
1596     }
1597   }
1598
1599   // Move all uses of the function I (including pairing-induced uses) after J.
1600   bool BBVectorize::canMoveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
1601                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
1602                      Instruction *I, Instruction *J) {
1603     // Skip to the first instruction past I.
1604     BasicBlock::iterator L = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
1605
1606     DenseSet<Value *> Users;
1607     AliasSetTracker WriteSet(*AA);
1608     for (; cast<Instruction>(L) != J; ++L)
1609       (void) trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, L, true, &LoadMoveSet);
1610
1611     assert(cast<Instruction>(L) == J &&
1612       "Tracking has not proceeded far enough to check for dependencies");
1613     // If J is now in the use set of I, then trackUsesOfI will return true
1614     // and we have a dependency cycle (and the fusing operation must abort).
1615     return !trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, J, true, &LoadMoveSet);
1616   }
1617
1618   // Move all uses of the function I (including pairing-induced uses) after J.
1619   void BBVectorize::moveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
1620                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
1621                      Instruction *&InsertionPt,
1622                      Instruction *I, Instruction *J) {
1623     // Skip to the first instruction past I.
1624     BasicBlock::iterator L = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
1625
1626     DenseSet<Value *> Users;
1627     AliasSetTracker WriteSet(*AA);
1628     for (; cast<Instruction>(L) != J;) {
1629       if (trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, L, true, &LoadMoveSet)) {
1630         // Move this instruction
1631         Instruction *InstToMove = L; ++L;
1632
1633         DEBUG(dbgs() << "BBV: moving: " << *InstToMove <<
1634                         " to after " << *InsertionPt << "\n");
1635         InstToMove->removeFromParent();
1636         InstToMove->insertAfter(InsertionPt);
1637         InsertionPt = InstToMove;
1638       } else {
1639         ++L;
1640       }
1641     }
1642   }
1643
1644   // Collect all load instruction that are in the move set of a given first
1645   // pair member.  These loads depend on the first instruction, I, and so need
1646   // to be moved after J (the second instruction) when the pair is fused.
1647   void BBVectorize::collectPairLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
1648                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
1649                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
1650                      Instruction *I) {
1651     // Skip to the first instruction past I.
1652     BasicBlock::iterator L = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
1653
1654     DenseSet<Value *> Users;
1655     AliasSetTracker WriteSet(*AA);
1656
1657     // Note: We cannot end the loop when we reach J because J could be moved
1658     // farther down the use chain by another instruction pairing. Also, J
1659     // could be before I if this is an inverted input.
1660     for (BasicBlock::iterator E = BB.end(); cast<Instruction>(L) != E; ++L) {
1661       if (trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, L)) {
1662         if (L->mayReadFromMemory())
1663           LoadMoveSet.insert(ValuePair(L, I));
1664       }
1665     }
1666   }
1667
1668   // In cases where both load/stores and the computation of their pointers
1669   // are chosen for vectorization, we can end up in a situation where the
1670   // aliasing analysis starts returning different query results as the
1671   // process of fusing instruction pairs continues. Because the algorithm
1672   // relies on finding the same use trees here as were found earlier, we'll
1673   // need to precompute the necessary aliasing information here and then
1674   // manually update it during the fusion process.
1675   void BBVectorize::collectLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
1676                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
1677                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
1678                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet) {
1679     for (std::vector<Value *>::iterator PI = PairableInsts.begin(),
1680          PIE = PairableInsts.end(); PI != PIE; ++PI) {
1681       DenseMap<Value *, Value *>::iterator P = ChosenPairs.find(*PI);
1682       if (P == ChosenPairs.end()) continue;
1683
1684       Instruction *I = cast<Instruction>(P->first);
1685       collectPairLoadMoveSet(BB, ChosenPairs, LoadMoveSet, I);
1686     }
1687   }
1688
1689   // This function fuses the chosen instruction pairs into vector instructions,
1690   // taking care preserve any needed scalar outputs and, then, it reorders the
1691   // remaining instructions as needed (users of the first member of the pair
1692   // need to be moved to after the location of the second member of the pair
1693   // because the vector instruction is inserted in the location of the pair's
1694   // second member).
1695   void BBVectorize::fuseChosenPairs(BasicBlock &BB,
1696                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
1697                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs) {
1698     LLVMContext& Context = BB.getContext();
1699
1700     // During the vectorization process, the order of the pairs to be fused
1701     // could be flipped. So we'll add each pair, flipped, into the ChosenPairs
1702     // list. After a pair is fused, the flipped pair is removed from the list.
1703     std::vector<ValuePair> FlippedPairs;
1704     FlippedPairs.reserve(ChosenPairs.size());
1705     for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator P = ChosenPairs.begin(),
1706          E = ChosenPairs.end(); P != E; ++P)
1707       FlippedPairs.push_back(ValuePair(P->second, P->first));
1708     for (std::vector<ValuePair>::iterator P = FlippedPairs.begin(),
1709          E = FlippedPairs.end(); P != E; ++P)
1710       ChosenPairs.insert(*P);
1711
1712     std::multimap<Value *, Value *> LoadMoveSet;
1713     collectLoadMoveSet(BB, PairableInsts, ChosenPairs, LoadMoveSet);
1714
1715     DEBUG(dbgs() << "BBV: initial: \n" << BB << "\n");
1716
1717     for (BasicBlock::iterator PI = BB.getFirstInsertionPt(); PI != BB.end();) {
1718       DenseMap<Value *, Value *>::iterator P = ChosenPairs.find(PI);
1719       if (P == ChosenPairs.end()) {
1720         ++PI;
1721         continue;
1722       }
1723
1724       if (getDepthFactor(P->first) == 0) {
1725         // These instructions are not really fused, but are tracked as though
1726         // they are. Any case in which it would be interesting to fuse them
1727         // will be taken care of by InstCombine.
1728         --NumFusedOps;
1729         ++PI;
1730         continue;
1731       }
1732
1733       Instruction *I = cast<Instruction>(P->first),
1734         *J = cast<Instruction>(P->second);
1735
1736       DEBUG(dbgs() << "BBV: fusing: " << *I <<
1737              " <-> " << *J << "\n");
1738
1739       // Remove the pair and flipped pair from the list.
1740       DenseMap<Value *, Value *>::iterator FP = ChosenPairs.find(P->second);
1741       assert(FP != ChosenPairs.end() && "Flipped pair not found in list");
1742       ChosenPairs.erase(FP);
1743       ChosenPairs.erase(P);
1744
1745       if (!canMoveUsesOfIAfterJ(BB, LoadMoveSet, I, J)) {
1746         DEBUG(dbgs() << "BBV: fusion of: " << *I <<
1747                " <-> " << *J <<
1748                " aborted because of non-trivial dependency cycle\n");
1749         --NumFusedOps;
1750         ++PI;
1751         continue;
1752       }
1753
1754       bool FlipMemInputs;
1755       unsigned NumOperands = I->getNumOperands();
1756       SmallVector<Value *, 3> ReplacedOperands(NumOperands);
1757       getReplacementInputsForPair(Context, I, J, ReplacedOperands,
1758         FlipMemInputs);
1759
1760       // Make a copy of the original operation, change its type to the vector
1761       // type and replace its operands with the vector operands.
1762       Instruction *K = I->clone();
1763       if (I->hasName()) K->takeName(I);
1764
1765       if (!isa<StoreInst>(K))
1766         K->mutateType(getVecTypeForPair(I->getType()));
1767
1768       for (unsigned o = 0; o < NumOperands; ++o)
1769         K->setOperand(o, ReplacedOperands[o]);
1770
1771       // If we've flipped the memory inputs, make sure that we take the correct
1772       // alignment.
1773       if (FlipMemInputs) {
1774         if (isa<StoreInst>(K))
1775           cast<StoreInst>(K)->setAlignment(cast<StoreInst>(J)->getAlignment());
1776         else
1777           cast<LoadInst>(K)->setAlignment(cast<LoadInst>(J)->getAlignment());
1778       }
1779
1780       K->insertAfter(J);
1781
1782       // Instruction insertion point:
1783       Instruction *InsertionPt = K;
1784       Instruction *K1 = 0, *K2 = 0;
1785       replaceOutputsOfPair(Context, I, J, K, InsertionPt, K1, K2,
1786         FlipMemInputs);
1787
1788       // The use tree of the first original instruction must be moved to after
1789       // the location of the second instruction. The entire use tree of the
1790       // first instruction is disjoint from the input tree of the second
1791       // (by definition), and so commutes with it.
1792
1793       moveUsesOfIAfterJ(BB, LoadMoveSet, InsertionPt, I, J);
1794
1795       if (!isa<StoreInst>(I)) {
1796         I->replaceAllUsesWith(K1);
1797         J->replaceAllUsesWith(K2);
1798         AA->replaceWithNewValue(I, K1);
1799         AA->replaceWithNewValue(J, K2);
1800       }
1801
1802       // Instructions that may read from memory may be in the load move set.
1803       // Once an instruction is fused, we no longer need its move set, and so
1804       // the values of the map never need to be updated. However, when a load
1805       // is fused, we need to merge the entries from both instructions in the
1806       // pair in case those instructions were in the move set of some other
1807       // yet-to-be-fused pair. The loads in question are the keys of the map.
1808       if (I->mayReadFromMemory()) {
1809         std::vector<ValuePair> NewSetMembers;
1810         VPIteratorPair IPairRange = LoadMoveSet.equal_range(I);
1811         VPIteratorPair JPairRange = LoadMoveSet.equal_range(J);
1812         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator N = IPairRange.first;
1813              N != IPairRange.second; ++N)
1814           NewSetMembers.push_back(ValuePair(K, N->second));
1815         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator N = JPairRange.first;
1816              N != JPairRange.second; ++N)
1817           NewSetMembers.push_back(ValuePair(K, N->second));
1818         for (std::vector<ValuePair>::iterator A = NewSetMembers.begin(),
1819              AE = NewSetMembers.end(); A != AE; ++A)
1820           LoadMoveSet.insert(*A);
1821       }
1822
1823       // Before removing I, set the iterator to the next instruction.
1824       PI = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
1825       if (cast<Instruction>(PI) == J)
1826         ++PI;
1827
1828       SE->forgetValue(I);
1829       SE->forgetValue(J);
1830       I->eraseFromParent();
1831       J->eraseFromParent();
1832     }
1833
1834     DEBUG(dbgs() << "BBV: final: \n" << BB << "\n");
1835   }
1836 }
1837
1838 char BBVectorize::ID = 0;
1839 static const char bb_vectorize_name[] = "Basic-Block Vectorization";
1840 INITIALIZE_PASS_BEGIN(BBVectorize, BBV_NAME, bb_vectorize_name, false, false)
1841 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
1842 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
1843 INITIALIZE_PASS_END(BBVectorize, BBV_NAME, bb_vectorize_name, false, false)
1844
1845 BasicBlockPass *llvm::createBBVectorizePass() {
1846   return new BBVectorize();
1847 }
1848