740ee15de337d0f766932148c21568278a4d1641
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Vectorize / LoopVectorize.cpp
1 //===- LoopVectorize.cpp - A Loop 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 is the LLVM loop vectorizer. This pass modifies 'vectorizable' loops
11 // and generates target-independent LLVM-IR.
12 // The vectorizer uses the TargetTransformInfo analysis to estimate the costs
13 // of instructions in order to estimate the profitability of vectorization.
14 //
15 // The loop vectorizer combines consecutive loop iterations into a single
16 // 'wide' iteration. After this transformation the index is incremented
17 // by the SIMD vector width, and not by one.
18 //
19 // This pass has three parts:
20 // 1. The main loop pass that drives the different parts.
21 // 2. LoopVectorizationLegality - A unit that checks for the legality
22 //    of the vectorization.
23 // 3. InnerLoopVectorizer - A unit that performs the actual
24 //    widening of instructions.
25 // 4. LoopVectorizationCostModel - A unit that checks for the profitability
26 //    of vectorization. It decides on the optimal vector width, which
27 //    can be one, if vectorization is not profitable.
28 //
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30 //
31 // The reduction-variable vectorization is based on the paper:
32 //  D. Nuzman and R. Henderson. Multi-platform Auto-vectorization.
33 //
34 // Variable uniformity checks are inspired by:
35 //  Karrenberg, R. and Hack, S. Whole Function Vectorization.
36 //
37 // The interleaved access vectorization is based on the paper:
38 //  Dorit Nuzman, Ira Rosen and Ayal Zaks.  Auto-Vectorization of Interleaved
39 //  Data for SIMD
40 //
41 // Other ideas/concepts are from:
42 //  A. Zaks and D. Nuzman. Autovectorization in GCC-two years later.
43 //
44 //  S. Maleki, Y. Gao, M. Garzaran, T. Wong and D. Padua.  An Evaluation of
45 //  Vectorizing Compilers.
46 //
47 //===----------------------------------------------------------------------===//
48
49 #include "llvm/Transforms/Vectorize.h"
50 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
51 #include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
52 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
53 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
54 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
55 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
56 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
57 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
58 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
59 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
60 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
61 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
62 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
63 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfo.h"
64 #include "llvm/Analysis/CodeMetrics.h"
65 #include "llvm/Analysis/LoopAccessAnalysis.h"
66 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
67 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
68 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
69 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
70 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
71 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
72 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
73 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
74 #include "llvm/IR/Constants.h"
75 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
76 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
77 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
78 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
79 #include "llvm/IR/Dominators.h"
80 #include "llvm/IR/Function.h"
81 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
82 #include "llvm/IR/Instructions.h"
83 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
84 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
85 #include "llvm/IR/Module.h"
86 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
87 #include "llvm/IR/Type.h"
88 #include "llvm/IR/Value.h"
89 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
90 #include "llvm/IR/Verifier.h"
91 #include "llvm/Pass.h"
92 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
93 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
94 #include "llvm/Support/Debug.h"
95 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
96 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
97 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
98 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
99 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
100 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
101 #include <algorithm>
102 #include <map>
103 #include <tuple>
104
105 using namespace llvm;
106 using namespace llvm::PatternMatch;
107
108 #define LV_NAME "loop-vectorize"
109 #define DEBUG_TYPE LV_NAME
110
111 STATISTIC(LoopsVectorized, "Number of loops vectorized");
112 STATISTIC(LoopsAnalyzed, "Number of loops analyzed for vectorization");
113
114 static cl::opt<bool>
115 EnableIfConversion("enable-if-conversion", cl::init(true), cl::Hidden,
116                    cl::desc("Enable if-conversion during vectorization."));
117
118 /// We don't vectorize loops with a known constant trip count below this number.
119 static cl::opt<unsigned>
120 TinyTripCountVectorThreshold("vectorizer-min-trip-count", cl::init(16),
121                              cl::Hidden,
122                              cl::desc("Don't vectorize loops with a constant "
123                                       "trip count that is smaller than this "
124                                       "value."));
125
126 /// This enables versioning on the strides of symbolically striding memory
127 /// accesses in code like the following.
128 ///   for (i = 0; i < N; ++i)
129 ///     A[i * Stride1] += B[i * Stride2] ...
130 ///
131 /// Will be roughly translated to
132 ///    if (Stride1 == 1 && Stride2 == 1) {
133 ///      for (i = 0; i < N; i+=4)
134 ///       A[i:i+3] += ...
135 ///    } else
136 ///      ...
137 static cl::opt<bool> EnableMemAccessVersioning(
138     "enable-mem-access-versioning", cl::init(true), cl::Hidden,
139     cl::desc("Enable symblic stride memory access versioning"));
140
141 static cl::opt<bool> EnableInterleavedMemAccesses(
142     "enable-interleaved-mem-accesses", cl::init(false), cl::Hidden,
143     cl::desc("Enable vectorization on interleaved memory accesses in a loop"));
144
145 /// Maximum factor for an interleaved memory access.
146 static cl::opt<unsigned> MaxInterleaveGroupFactor(
147     "max-interleave-group-factor", cl::Hidden,
148     cl::desc("Maximum factor for an interleaved access group (default = 8)"),
149     cl::init(8));
150
151 /// We don't unroll loops with a known constant trip count below this number.
152 static const unsigned TinyTripCountUnrollThreshold = 128;
153
154 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumScalarRegs(
155     "force-target-num-scalar-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
156     cl::desc("A flag that overrides the target's number of scalar registers."));
157
158 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumVectorRegs(
159     "force-target-num-vector-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
160     cl::desc("A flag that overrides the target's number of vector registers."));
161
162 /// Maximum vectorization interleave count.
163 static const unsigned MaxInterleaveFactor = 16;
164
165 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor(
166     "force-target-max-scalar-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
167     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
168              "scalar loops."));
169
170 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor(
171     "force-target-max-vector-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
172     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
173              "vectorized loops."));
174
175 static cl::opt<unsigned> ForceTargetInstructionCost(
176     "force-target-instruction-cost", cl::init(0), cl::Hidden,
177     cl::desc("A flag that overrides the target's expected cost for "
178              "an instruction to a single constant value. Mostly "
179              "useful for getting consistent testing."));
180
181 static cl::opt<unsigned> SmallLoopCost(
182     "small-loop-cost", cl::init(20), cl::Hidden,
183     cl::desc("The cost of a loop that is considered 'small' by the unroller."));
184
185 static cl::opt<bool> LoopVectorizeWithBlockFrequency(
186     "loop-vectorize-with-block-frequency", cl::init(false), cl::Hidden,
187     cl::desc("Enable the use of the block frequency analysis to access PGO "
188              "heuristics minimizing code growth in cold regions and being more "
189              "aggressive in hot regions."));
190
191 // Runtime unroll loops for load/store throughput.
192 static cl::opt<bool> EnableLoadStoreRuntimeUnroll(
193     "enable-loadstore-runtime-unroll", cl::init(true), cl::Hidden,
194     cl::desc("Enable runtime unrolling until load/store ports are saturated"));
195
196 /// The number of stores in a loop that are allowed to need predication.
197 static cl::opt<unsigned> NumberOfStoresToPredicate(
198     "vectorize-num-stores-pred", cl::init(1), cl::Hidden,
199     cl::desc("Max number of stores to be predicated behind an if."));
200
201 static cl::opt<bool> EnableIndVarRegisterHeur(
202     "enable-ind-var-reg-heur", cl::init(true), cl::Hidden,
203     cl::desc("Count the induction variable only once when unrolling"));
204
205 static cl::opt<bool> EnableCondStoresVectorization(
206     "enable-cond-stores-vec", cl::init(false), cl::Hidden,
207     cl::desc("Enable if predication of stores during vectorization."));
208
209 static cl::opt<unsigned> MaxNestedScalarReductionUF(
210     "max-nested-scalar-reduction-unroll", cl::init(2), cl::Hidden,
211     cl::desc("The maximum unroll factor to use when unrolling a scalar "
212              "reduction in a nested loop."));
213
214 namespace {
215
216 // Forward declarations.
217 class LoopVectorizationLegality;
218 class LoopVectorizationCostModel;
219 class LoopVectorizeHints;
220
221 /// \brief This modifies LoopAccessReport to initialize message with
222 /// loop-vectorizer-specific part.
223 class VectorizationReport : public LoopAccessReport {
224 public:
225   VectorizationReport(Instruction *I = nullptr)
226       : LoopAccessReport("loop not vectorized: ", I) {}
227
228   /// \brief This allows promotion of the loop-access analysis report into the
229   /// loop-vectorizer report.  It modifies the message to add the
230   /// loop-vectorizer-specific part of the message.
231   explicit VectorizationReport(const LoopAccessReport &R)
232       : LoopAccessReport(Twine("loop not vectorized: ") + R.str(),
233                          R.getInstr()) {}
234 };
235
236 /// A helper function for converting Scalar types to vector types.
237 /// If the incoming type is void, we return void. If the VF is 1, we return
238 /// the scalar type.
239 static Type* ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF) {
240   if (Scalar->isVoidTy() || VF == 1)
241     return Scalar;
242   return VectorType::get(Scalar, VF);
243 }
244
245 /// InnerLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
246 /// block to a specified vectorization factor (VF).
247 /// This class performs the widening of scalars into vectors, or multiple
248 /// scalars. This class also implements the following features:
249 /// * It inserts an epilogue loop for handling loops that don't have iteration
250 ///   counts that are known to be a multiple of the vectorization factor.
251 /// * It handles the code generation for reduction variables.
252 /// * Scalarization (implementation using scalars) of un-vectorizable
253 ///   instructions.
254 /// InnerLoopVectorizer does not perform any vectorization-legality
255 /// checks, and relies on the caller to check for the different legality
256 /// aspects. The InnerLoopVectorizer relies on the
257 /// LoopVectorizationLegality class to provide information about the induction
258 /// and reduction variables that were found to a given vectorization factor.
259 class InnerLoopVectorizer {
260 public:
261   InnerLoopVectorizer(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
262                       DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI,
263                       const TargetTransformInfo *TTI, unsigned VecWidth,
264                       unsigned UnrollFactor)
265       : OrigLoop(OrigLoop), SE(SE), LI(LI), DT(DT), TLI(TLI), TTI(TTI),
266         VF(VecWidth), UF(UnrollFactor), Builder(SE->getContext()),
267         Induction(nullptr), OldInduction(nullptr), WidenMap(UnrollFactor),
268         Legal(nullptr), AddedSafetyChecks(false) {}
269
270   // Perform the actual loop widening (vectorization).
271   void vectorize(LoopVectorizationLegality *L) {
272     Legal = L;
273     // Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
274     createEmptyLoop();
275     // Widen each instruction in the old loop to a new one in the new loop.
276     // Use the Legality module to find the induction and reduction variables.
277     vectorizeLoop();
278     // Register the new loop and update the analysis passes.
279     updateAnalysis();
280   }
281
282   // Return true if any runtime check is added.
283   bool IsSafetyChecksAdded() {
284     return AddedSafetyChecks;
285   }
286
287   virtual ~InnerLoopVectorizer() {}
288
289 protected:
290   /// A small list of PHINodes.
291   typedef SmallVector<PHINode*, 4> PhiVector;
292   /// When we unroll loops we have multiple vector values for each scalar.
293   /// This data structure holds the unrolled and vectorized values that
294   /// originated from one scalar instruction.
295   typedef SmallVector<Value*, 2> VectorParts;
296
297   // When we if-convert we need to create edge masks. We have to cache values
298   // so that we don't end up with exponential recursion/IR.
299   typedef DenseMap<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>,
300                    VectorParts> EdgeMaskCache;
301
302   /// \brief Add checks for strides that were assumed to be 1.
303   ///
304   /// Returns the last check instruction and the first check instruction in the
305   /// pair as (first, last).
306   std::pair<Instruction *, Instruction *> addStrideCheck(Instruction *Loc);
307
308   /// Create an empty loop, based on the loop ranges of the old loop.
309   void createEmptyLoop();
310   /// Copy and widen the instructions from the old loop.
311   virtual void vectorizeLoop();
312
313   /// \brief The Loop exit block may have single value PHI nodes where the
314   /// incoming value is 'Undef'. While vectorizing we only handled real values
315   /// that were defined inside the loop. Here we fix the 'undef case'.
316   /// See PR14725.
317   void fixLCSSAPHIs();
318
319   /// A helper function that computes the predicate of the block BB, assuming
320   /// that the header block of the loop is set to True. It returns the *entry*
321   /// mask for the block BB.
322   VectorParts createBlockInMask(BasicBlock *BB);
323   /// A helper function that computes the predicate of the edge between SRC
324   /// and DST.
325   VectorParts createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst);
326
327   /// A helper function to vectorize a single BB within the innermost loop.
328   void vectorizeBlockInLoop(BasicBlock *BB, PhiVector *PV);
329
330   /// Vectorize a single PHINode in a block. This method handles the induction
331   /// variable canonicalization. It supports both VF = 1 for unrolled loops and
332   /// arbitrary length vectors.
333   void widenPHIInstruction(Instruction *PN, VectorParts &Entry,
334                            unsigned UF, unsigned VF, PhiVector *PV);
335
336   /// Insert the new loop to the loop hierarchy and pass manager
337   /// and update the analysis passes.
338   void updateAnalysis();
339
340   /// This instruction is un-vectorizable. Implement it as a sequence
341   /// of scalars. If \p IfPredicateStore is true we need to 'hide' each
342   /// scalarized instruction behind an if block predicated on the control
343   /// dependence of the instruction.
344   virtual void scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
345                                     bool IfPredicateStore=false);
346
347   /// Vectorize Load and Store instructions,
348   virtual void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr);
349
350   /// Create a broadcast instruction. This method generates a broadcast
351   /// instruction (shuffle) for loop invariant values and for the induction
352   /// value. If this is the induction variable then we extend it to N, N+1, ...
353   /// this is needed because each iteration in the loop corresponds to a SIMD
354   /// element.
355   virtual Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
356
357   /// This function adds (StartIdx, StartIdx + Step, StartIdx + 2*Step, ...)
358   /// to each vector element of Val. The sequence starts at StartIndex.
359   virtual Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step);
360
361   /// When we go over instructions in the basic block we rely on previous
362   /// values within the current basic block or on loop invariant values.
363   /// When we widen (vectorize) values we place them in the map. If the values
364   /// are not within the map, they have to be loop invariant, so we simply
365   /// broadcast them into a vector.
366   VectorParts &getVectorValue(Value *V);
367
368   /// Try to vectorize the interleaved access group that \p Instr belongs to.
369   void vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr);
370
371   /// Generate a shuffle sequence that will reverse the vector Vec.
372   virtual Value *reverseVector(Value *Vec);
373
374   /// This is a helper class that holds the vectorizer state. It maps scalar
375   /// instructions to vector instructions. When the code is 'unrolled' then
376   /// then a single scalar value is mapped to multiple vector parts. The parts
377   /// are stored in the VectorPart type.
378   struct ValueMap {
379     /// C'tor.  UnrollFactor controls the number of vectors ('parts') that
380     /// are mapped.
381     ValueMap(unsigned UnrollFactor) : UF(UnrollFactor) {}
382
383     /// \return True if 'Key' is saved in the Value Map.
384     bool has(Value *Key) const { return MapStorage.count(Key); }
385
386     /// Initializes a new entry in the map. Sets all of the vector parts to the
387     /// save value in 'Val'.
388     /// \return A reference to a vector with splat values.
389     VectorParts &splat(Value *Key, Value *Val) {
390       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
391       Entry.assign(UF, Val);
392       return Entry;
393     }
394
395     ///\return A reference to the value that is stored at 'Key'.
396     VectorParts &get(Value *Key) {
397       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
398       if (Entry.empty())
399         Entry.resize(UF);
400       assert(Entry.size() == UF);
401       return Entry;
402     }
403
404   private:
405     /// The unroll factor. Each entry in the map stores this number of vector
406     /// elements.
407     unsigned UF;
408
409     /// Map storage. We use std::map and not DenseMap because insertions to a
410     /// dense map invalidates its iterators.
411     std::map<Value *, VectorParts> MapStorage;
412   };
413
414   /// The original loop.
415   Loop *OrigLoop;
416   /// Scev analysis to use.
417   ScalarEvolution *SE;
418   /// Loop Info.
419   LoopInfo *LI;
420   /// Dominator Tree.
421   DominatorTree *DT;
422   /// Alias Analysis.
423   AliasAnalysis *AA;
424   /// Target Library Info.
425   const TargetLibraryInfo *TLI;
426   /// Target Transform Info.
427   const TargetTransformInfo *TTI;
428
429   /// The vectorization SIMD factor to use. Each vector will have this many
430   /// vector elements.
431   unsigned VF;
432
433 protected:
434   /// The vectorization unroll factor to use. Each scalar is vectorized to this
435   /// many different vector instructions.
436   unsigned UF;
437
438   /// The builder that we use
439   IRBuilder<> Builder;
440
441   // --- Vectorization state ---
442
443   /// The vector-loop preheader.
444   BasicBlock *LoopVectorPreHeader;
445   /// The scalar-loop preheader.
446   BasicBlock *LoopScalarPreHeader;
447   /// Middle Block between the vector and the scalar.
448   BasicBlock *LoopMiddleBlock;
449   ///The ExitBlock of the scalar loop.
450   BasicBlock *LoopExitBlock;
451   ///The vector loop body.
452   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopVectorBody;
453   ///The scalar loop body.
454   BasicBlock *LoopScalarBody;
455   /// A list of all bypass blocks. The first block is the entry of the loop.
456   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopBypassBlocks;
457
458   /// The new Induction variable which was added to the new block.
459   PHINode *Induction;
460   /// The induction variable of the old basic block.
461   PHINode *OldInduction;
462   /// Holds the extended (to the widest induction type) start index.
463   Value *ExtendedIdx;
464   /// Maps scalars to widened vectors.
465   ValueMap WidenMap;
466   EdgeMaskCache MaskCache;
467
468   LoopVectorizationLegality *Legal;
469
470   // Record whether runtime check is added.
471   bool AddedSafetyChecks;
472 };
473
474 class InnerLoopUnroller : public InnerLoopVectorizer {
475 public:
476   InnerLoopUnroller(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
477                     DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI,
478                     const TargetTransformInfo *TTI, unsigned UnrollFactor)
479       : InnerLoopVectorizer(OrigLoop, SE, LI, DT, TLI, TTI, 1, UnrollFactor) {}
480
481 private:
482   void scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
483                             bool IfPredicateStore = false) override;
484   void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) override;
485   Value *getBroadcastInstrs(Value *V) override;
486   Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step) override;
487   Value *reverseVector(Value *Vec) override;
488 };
489
490 /// \brief Look for a meaningful debug location on the instruction or it's
491 /// operands.
492 static Instruction *getDebugLocFromInstOrOperands(Instruction *I) {
493   if (!I)
494     return I;
495
496   DebugLoc Empty;
497   if (I->getDebugLoc() != Empty)
498     return I;
499
500   for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end(); OI != OE; ++OI) {
501     if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OI))
502       if (OpInst->getDebugLoc() != Empty)
503         return OpInst;
504   }
505
506   return I;
507 }
508
509 /// \brief Set the debug location in the builder using the debug location in the
510 /// instruction.
511 static void setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr) {
512   if (const Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(Ptr))
513     B.SetCurrentDebugLocation(Inst->getDebugLoc());
514   else
515     B.SetCurrentDebugLocation(DebugLoc());
516 }
517
518 #ifndef NDEBUG
519 /// \return string containing a file name and a line # for the given loop.
520 static std::string getDebugLocString(const Loop *L) {
521   std::string Result;
522   if (L) {
523     raw_string_ostream OS(Result);
524     if (const DebugLoc LoopDbgLoc = L->getStartLoc())
525       LoopDbgLoc.print(OS);
526     else
527       // Just print the module name.
528       OS << L->getHeader()->getParent()->getParent()->getModuleIdentifier();
529     OS.flush();
530   }
531   return Result;
532 }
533 #endif
534
535 /// \brief Propagate known metadata from one instruction to another.
536 static void propagateMetadata(Instruction *To, const Instruction *From) {
537   SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 4> Metadata;
538   From->getAllMetadataOtherThanDebugLoc(Metadata);
539
540   for (auto M : Metadata) {
541     unsigned Kind = M.first;
542
543     // These are safe to transfer (this is safe for TBAA, even when we
544     // if-convert, because should that metadata have had a control dependency
545     // on the condition, and thus actually aliased with some other
546     // non-speculated memory access when the condition was false, this would be
547     // caught by the runtime overlap checks).
548     if (Kind != LLVMContext::MD_tbaa &&
549         Kind != LLVMContext::MD_alias_scope &&
550         Kind != LLVMContext::MD_noalias &&
551         Kind != LLVMContext::MD_fpmath)
552       continue;
553
554     To->setMetadata(Kind, M.second);
555   }
556 }
557
558 /// \brief Propagate known metadata from one instruction to a vector of others.
559 static void propagateMetadata(SmallVectorImpl<Value *> &To, const Instruction *From) {
560   for (Value *V : To)
561     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
562       propagateMetadata(I, From);
563 }
564
565 /// \brief The group of interleaved loads/stores sharing the same stride and
566 /// close to each other.
567 ///
568 /// Each member in this group has an index starting from 0, and the largest
569 /// index should be less than interleaved factor, which is equal to the absolute
570 /// value of the access's stride.
571 ///
572 /// E.g. An interleaved load group of factor 4:
573 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
574 ///          a = A[i];                           // Member of index 0
575 ///          b = A[i+1];                         // Member of index 1
576 ///          d = A[i+3];                         // Member of index 3
577 ///          ...
578 ///        }
579 ///
580 ///      An interleaved store group of factor 4:
581 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
582 ///          ...
583 ///          A[i]   = a;                         // Member of index 0
584 ///          A[i+1] = b;                         // Member of index 1
585 ///          A[i+2] = c;                         // Member of index 2
586 ///          A[i+3] = d;                         // Member of index 3
587 ///        }
588 ///
589 /// Note: the interleaved load group could have gaps (missing members), but
590 /// the interleaved store group doesn't allow gaps.
591 class InterleaveGroup {
592 public:
593   InterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride, unsigned Align)
594       : Align(Align), SmallestKey(0), LargestKey(0), InsertPos(Instr) {
595     assert(Align && "The alignment should be non-zero");
596
597     Factor = std::abs(Stride);
598     assert(Factor > 1 && "Invalid interleave factor");
599
600     Reverse = Stride < 0;
601     Members[0] = Instr;
602   }
603
604   bool isReverse() const { return Reverse; }
605   unsigned getFactor() const { return Factor; }
606   unsigned getAlignment() const { return Align; }
607   unsigned getNumMembers() const { return Members.size(); }
608
609   /// \brief Try to insert a new member \p Instr with index \p Index and
610   /// alignment \p NewAlign. The index is related to the leader and it could be
611   /// negative if it is the new leader.
612   ///
613   /// \returns false if the instruction doesn't belong to the group.
614   bool insertMember(Instruction *Instr, int Index, unsigned NewAlign) {
615     assert(NewAlign && "The new member's alignment should be non-zero");
616
617     int Key = Index + SmallestKey;
618
619     // Skip if there is already a member with the same index.
620     if (Members.count(Key))
621       return false;
622
623     if (Key > LargestKey) {
624       // The largest index is always less than the interleave factor.
625       if (Index >= static_cast<int>(Factor))
626         return false;
627
628       LargestKey = Key;
629     } else if (Key < SmallestKey) {
630       // The largest index is always less than the interleave factor.
631       if (LargestKey - Key >= static_cast<int>(Factor))
632         return false;
633
634       SmallestKey = Key;
635     }
636
637     // It's always safe to select the minimum alignment.
638     Align = std::min(Align, NewAlign);
639     Members[Key] = Instr;
640     return true;
641   }
642
643   /// \brief Get the member with the given index \p Index
644   ///
645   /// \returns nullptr if contains no such member.
646   Instruction *getMember(unsigned Index) const {
647     int Key = SmallestKey + Index;
648     if (!Members.count(Key))
649       return nullptr;
650
651     return Members.find(Key)->second;
652   }
653
654   /// \brief Get the index for the given member. Unlike the key in the member
655   /// map, the index starts from 0.
656   unsigned getIndex(Instruction *Instr) const {
657     for (auto I : Members)
658       if (I.second == Instr)
659         return I.first - SmallestKey;
660
661     llvm_unreachable("InterleaveGroup contains no such member");
662   }
663
664   Instruction *getInsertPos() const { return InsertPos; }
665   void setInsertPos(Instruction *Inst) { InsertPos = Inst; }
666
667 private:
668   unsigned Factor; // Interleave Factor.
669   bool Reverse;
670   unsigned Align;
671   DenseMap<int, Instruction *> Members;
672   int SmallestKey;
673   int LargestKey;
674
675   // To avoid breaking dependences, vectorized instructions of an interleave
676   // group should be inserted at either the first load or the last store in
677   // program order.
678   //
679   // E.g. %even = load i32             // Insert Position
680   //      %add = add i32 %even         // Use of %even
681   //      %odd = load i32
682   //
683   //      store i32 %even
684   //      %odd = add i32               // Def of %odd
685   //      store i32 %odd               // Insert Position
686   Instruction *InsertPos;
687 };
688
689 /// \brief Drive the analysis of interleaved memory accesses in the loop.
690 ///
691 /// Use this class to analyze interleaved accesses only when we can vectorize
692 /// a loop. Otherwise it's meaningless to do analysis as the vectorization
693 /// on interleaved accesses is unsafe.
694 ///
695 /// The analysis collects interleave groups and records the relationships
696 /// between the member and the group in a map.
697 class InterleavedAccessInfo {
698 public:
699   InterleavedAccessInfo(ScalarEvolution *SE, Loop *L, DominatorTree *DT)
700       : SE(SE), TheLoop(L), DT(DT) {}
701
702   ~InterleavedAccessInfo() {
703     SmallSet<InterleaveGroup *, 4> DelSet;
704     // Avoid releasing a pointer twice.
705     for (auto &I : InterleaveGroupMap)
706       DelSet.insert(I.second);
707     for (auto *Ptr : DelSet)
708       delete Ptr;
709   }
710
711   /// \brief Analyze the interleaved accesses and collect them in interleave
712   /// groups. Substitute symbolic strides using \p Strides.
713   void analyzeInterleaving(const ValueToValueMap &Strides);
714
715   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleave group.
716   bool isInterleaved(Instruction *Instr) const {
717     return InterleaveGroupMap.count(Instr);
718   }
719
720   /// \brief Get the interleave group that \p Instr belongs to.
721   ///
722   /// \returns nullptr if doesn't have such group.
723   InterleaveGroup *getInterleaveGroup(Instruction *Instr) const {
724     if (InterleaveGroupMap.count(Instr))
725       return InterleaveGroupMap.find(Instr)->second;
726     return nullptr;
727   }
728
729 private:
730   ScalarEvolution *SE;
731   Loop *TheLoop;
732   DominatorTree *DT;
733
734   /// Holds the relationships between the members and the interleave group.
735   DenseMap<Instruction *, InterleaveGroup *> InterleaveGroupMap;
736
737   /// \brief The descriptor for a strided memory access.
738   struct StrideDescriptor {
739     StrideDescriptor(int Stride, const SCEV *Scev, unsigned Size,
740                      unsigned Align)
741         : Stride(Stride), Scev(Scev), Size(Size), Align(Align) {}
742
743     StrideDescriptor() : Stride(0), Scev(nullptr), Size(0), Align(0) {}
744
745     int Stride; // The access's stride. It is negative for a reverse access.
746     const SCEV *Scev; // The scalar expression of this access
747     unsigned Size;    // The size of the memory object.
748     unsigned Align;   // The alignment of this access.
749   };
750
751   /// \brief Create a new interleave group with the given instruction \p Instr,
752   /// stride \p Stride and alignment \p Align.
753   ///
754   /// \returns the newly created interleave group.
755   InterleaveGroup *createInterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride,
756                                          unsigned Align) {
757     assert(!InterleaveGroupMap.count(Instr) &&
758            "Already in an interleaved access group");
759     InterleaveGroupMap[Instr] = new InterleaveGroup(Instr, Stride, Align);
760     return InterleaveGroupMap[Instr];
761   }
762
763   /// \brief Release the group and remove all the relationships.
764   void releaseGroup(InterleaveGroup *Group) {
765     for (unsigned i = 0; i < Group->getFactor(); i++)
766       if (Instruction *Member = Group->getMember(i))
767         InterleaveGroupMap.erase(Member);
768
769     delete Group;
770   }
771
772   /// \brief Collect all the accesses with a constant stride in program order.
773   void collectConstStridedAccesses(
774       MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &StrideAccesses,
775       const ValueToValueMap &Strides);
776 };
777
778 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
779 /// to what vectorization factor.
780 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
781 /// legality. This class has two main kinds of checks:
782 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
783 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
784 ///   correctness of the program.
785 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeInstrs and canVectorizeMemory
786 /// checks for a number of different conditions, such as the availability of a
787 /// single induction variable, that all types are supported and vectorize-able,
788 /// etc. This code reflects the capabilities of InnerLoopVectorizer.
789 /// This class is also used by InnerLoopVectorizer for identifying
790 /// induction variable and the different reduction variables.
791 class LoopVectorizationLegality {
792 public:
793   LoopVectorizationLegality(Loop *L, ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT,
794                             TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA,
795                             Function *F, const TargetTransformInfo *TTI,
796                             LoopAccessAnalysis *LAA)
797       : NumPredStores(0), TheLoop(L), SE(SE), TLI(TLI), TheFunction(F),
798         TTI(TTI), DT(DT), LAA(LAA), LAI(nullptr), InterleaveInfo(SE, L, DT),
799         Induction(nullptr), WidestIndTy(nullptr), HasFunNoNaNAttr(false) {}
800
801   /// This enum represents the kinds of inductions that we support.
802   enum InductionKind {
803     IK_NoInduction,  ///< Not an induction variable.
804     IK_IntInduction, ///< Integer induction variable. Step = C.
805     IK_PtrInduction  ///< Pointer induction var. Step = C / sizeof(elem).
806   };
807
808   /// A struct for saving information about induction variables.
809   struct InductionInfo {
810     InductionInfo(Value *Start, InductionKind K, ConstantInt *Step)
811         : StartValue(Start), IK(K), StepValue(Step) {
812       assert(IK != IK_NoInduction && "Not an induction");
813       assert(StartValue && "StartValue is null");
814       assert(StepValue && !StepValue->isZero() && "StepValue is zero");
815       assert((IK != IK_PtrInduction || StartValue->getType()->isPointerTy()) &&
816              "StartValue is not a pointer for pointer induction");
817       assert((IK != IK_IntInduction || StartValue->getType()->isIntegerTy()) &&
818              "StartValue is not an integer for integer induction");
819       assert(StepValue->getType()->isIntegerTy() &&
820              "StepValue is not an integer");
821     }
822     InductionInfo()
823         : StartValue(nullptr), IK(IK_NoInduction), StepValue(nullptr) {}
824
825     /// Get the consecutive direction. Returns:
826     ///   0 - unknown or non-consecutive.
827     ///   1 - consecutive and increasing.
828     ///  -1 - consecutive and decreasing.
829     int getConsecutiveDirection() const {
830       if (StepValue && (StepValue->isOne() || StepValue->isMinusOne()))
831         return StepValue->getSExtValue();
832       return 0;
833     }
834
835     /// Compute the transformed value of Index at offset StartValue using step
836     /// StepValue.
837     /// For integer induction, returns StartValue + Index * StepValue.
838     /// For pointer induction, returns StartValue[Index * StepValue].
839     /// FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw
840     /// flags, which can be found from the original scalar operations.
841     Value *transform(IRBuilder<> &B, Value *Index) const {
842       switch (IK) {
843       case IK_IntInduction:
844         assert(Index->getType() == StartValue->getType() &&
845                "Index type does not match StartValue type");
846         if (StepValue->isMinusOne())
847           return B.CreateSub(StartValue, Index);
848         if (!StepValue->isOne())
849           Index = B.CreateMul(Index, StepValue);
850         return B.CreateAdd(StartValue, Index);
851
852       case IK_PtrInduction:
853         assert(Index->getType() == StepValue->getType() &&
854                "Index type does not match StepValue type");
855         if (StepValue->isMinusOne())
856           Index = B.CreateNeg(Index);
857         else if (!StepValue->isOne())
858           Index = B.CreateMul(Index, StepValue);
859         return B.CreateGEP(nullptr, StartValue, Index);
860
861       case IK_NoInduction:
862         return nullptr;
863       }
864       llvm_unreachable("invalid enum");
865     }
866
867     /// Start value.
868     TrackingVH<Value> StartValue;
869     /// Induction kind.
870     InductionKind IK;
871     /// Step value.
872     ConstantInt *StepValue;
873   };
874
875   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
876   /// of the reductions that were found in the loop.
877   typedef DenseMap<PHINode *, RecurrenceDescriptor> ReductionList;
878
879   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
880   /// induction descriptor.
881   typedef MapVector<PHINode*, InductionInfo> InductionList;
882
883   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
884   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
885   /// loop, only that it is legal to do so.
886   bool canVectorize();
887
888   /// Returns the Induction variable.
889   PHINode *getInduction() { return Induction; }
890
891   /// Returns the reduction variables found in the loop.
892   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
893
894   /// Returns the induction variables found in the loop.
895   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
896
897   /// Returns the widest induction type.
898   Type *getWidestInductionType() { return WidestIndTy; }
899
900   /// Returns True if V is an induction variable in this loop.
901   bool isInductionVariable(const Value *V);
902
903   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
904   /// to be vectorized.
905   bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB);
906
907   /// Check if this  pointer is consecutive when vectorizing. This happens
908   /// when the last index of the GEP is the induction variable, or that the
909   /// pointer itself is an induction variable.
910   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
911   /// Returns:
912   /// 0 - Stride is unknown or non-consecutive.
913   /// 1 - Address is consecutive.
914   /// -1 - Address is consecutive, and decreasing.
915   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
916
917   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
918   bool isUniform(Value *V);
919
920   /// Returns true if this instruction will remain scalar after vectorization.
921   bool isUniformAfterVectorization(Instruction* I) { return Uniforms.count(I); }
922
923   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
924   const LoopAccessInfo::RuntimePointerCheck *getRuntimePointerCheck() const {
925     return LAI->getRuntimePointerCheck();
926   }
927
928   const LoopAccessInfo *getLAI() const {
929     return LAI;
930   }
931
932   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleaved access group.
933   bool isAccessInterleaved(Instruction *Instr) {
934     return InterleaveInfo.isInterleaved(Instr);
935   }
936
937   /// \brief Get the interleaved access group that \p Instr belongs to.
938   const InterleaveGroup *getInterleavedAccessGroup(Instruction *Instr) {
939     return InterleaveInfo.getInterleaveGroup(Instr);
940   }
941
942   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return LAI->getMaxSafeDepDistBytes(); }
943
944   bool hasStride(Value *V) { return StrideSet.count(V); }
945   bool mustCheckStrides() { return !StrideSet.empty(); }
946   SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator strides_begin() {
947     return StrideSet.begin();
948   }
949   SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator strides_end() { return StrideSet.end(); }
950
951   /// Returns true if the target machine supports masked store operation
952   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
953   bool isLegalMaskedStore(Type *DataType, Value *Ptr) {
954     return TTI->isLegalMaskedStore(DataType, isConsecutivePtr(Ptr));
955   }
956   /// Returns true if the target machine supports masked load operation
957   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
958   bool isLegalMaskedLoad(Type *DataType, Value *Ptr) {
959     return TTI->isLegalMaskedLoad(DataType, isConsecutivePtr(Ptr));
960   }
961   /// Returns true if vector representation of the instruction \p I
962   /// requires mask.
963   bool isMaskRequired(const Instruction* I) {
964     return (MaskedOp.count(I) != 0);
965   }
966   unsigned getNumStores() const {
967     return LAI->getNumStores();
968   }
969   unsigned getNumLoads() const {
970     return LAI->getNumLoads();
971   }
972   unsigned getNumPredStores() const {
973     return NumPredStores;
974   }
975 private:
976   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
977   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
978   /// and we only need to check individual instructions.
979   bool canVectorizeInstrs();
980
981   /// When we vectorize loops we may change the order in which
982   /// we read and write from memory. This method checks if it is
983   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
984   /// Returns true if the loop is vectorizable
985   bool canVectorizeMemory();
986
987   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
988   /// transformation.
989   bool canVectorizeWithIfConvert();
990
991   /// Collect the variables that need to stay uniform after vectorization.
992   void collectLoopUniforms();
993
994   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
995   /// executed. \p SafePtrs is a list of addresses that are known to be legal
996   /// and we know that we can read from them without segfault.
997   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs);
998
999   /// Returns the induction kind of Phi and record the step. This function may
1000   /// return NoInduction if the PHI is not an induction variable.
1001   InductionKind isInductionVariable(PHINode *Phi, ConstantInt *&StepValue);
1002
1003   /// \brief Collect memory access with loop invariant strides.
1004   ///
1005   /// Looks for accesses like "a[i * StrideA]" where "StrideA" is loop
1006   /// invariant.
1007   void collectStridedAccess(Value *LoadOrStoreInst);
1008
1009   /// Report an analysis message to assist the user in diagnosing loops that are
1010   /// not vectorized.  These are handled as LoopAccessReport rather than
1011   /// VectorizationReport because the << operator of VectorizationReport returns
1012   /// LoopAccessReport.
1013   void emitAnalysis(const LoopAccessReport &Message) {
1014     LoopAccessReport::emitAnalysis(Message, TheFunction, TheLoop, LV_NAME);
1015   }
1016
1017   unsigned NumPredStores;
1018
1019   /// The loop that we evaluate.
1020   Loop *TheLoop;
1021   /// Scev analysis.
1022   ScalarEvolution *SE;
1023   /// Target Library Info.
1024   TargetLibraryInfo *TLI;
1025   /// Parent function
1026   Function *TheFunction;
1027   /// Target Transform Info
1028   const TargetTransformInfo *TTI;
1029   /// Dominator Tree.
1030   DominatorTree *DT;
1031   // LoopAccess analysis.
1032   LoopAccessAnalysis *LAA;
1033   // And the loop-accesses info corresponding to this loop.  This pointer is
1034   // null until canVectorizeMemory sets it up.
1035   const LoopAccessInfo *LAI;
1036
1037   /// The interleave access information contains groups of interleaved accesses
1038   /// with the same stride and close to each other.
1039   InterleavedAccessInfo InterleaveInfo;
1040
1041   //  ---  vectorization state --- //
1042
1043   /// Holds the integer induction variable. This is the counter of the
1044   /// loop.
1045   PHINode *Induction;
1046   /// Holds the reduction variables.
1047   ReductionList Reductions;
1048   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
1049   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
1050   /// variables can be pointers.
1051   InductionList Inductions;
1052   /// Holds the widest induction type encountered.
1053   Type *WidestIndTy;
1054
1055   /// Allowed outside users. This holds the reduction
1056   /// vars which can be accessed from outside the loop.
1057   SmallPtrSet<Value*, 4> AllowedExit;
1058   /// This set holds the variables which are known to be uniform after
1059   /// vectorization.
1060   SmallPtrSet<Instruction*, 4> Uniforms;
1061
1062   /// Can we assume the absence of NaNs.
1063   bool HasFunNoNaNAttr;
1064
1065   ValueToValueMap Strides;
1066   SmallPtrSet<Value *, 8> StrideSet;
1067
1068   /// While vectorizing these instructions we have to generate a
1069   /// call to the appropriate masked intrinsic
1070   SmallPtrSet<const Instruction*, 8> MaskedOp;
1071 };
1072
1073 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
1074 /// vectorization.
1075 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because of
1076 /// a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict the
1077 /// expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set. We use the
1078 /// TargetTransformInfo to query the different backends for the cost of
1079 /// different operations.
1080 class LoopVectorizationCostModel {
1081 public:
1082   LoopVectorizationCostModel(Loop *L, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
1083                              LoopVectorizationLegality *Legal,
1084                              const TargetTransformInfo &TTI,
1085                              const TargetLibraryInfo *TLI, AssumptionCache *AC,
1086                              const Function *F, const LoopVectorizeHints *Hints)
1087       : TheLoop(L), SE(SE), LI(LI), Legal(Legal), TTI(TTI), TLI(TLI),
1088         TheFunction(F), Hints(Hints) {
1089     CodeMetrics::collectEphemeralValues(L, AC, EphValues);
1090   }
1091
1092   /// Information about vectorization costs
1093   struct VectorizationFactor {
1094     unsigned Width; // Vector width with best cost
1095     unsigned Cost; // Cost of the loop with that width
1096   };
1097   /// \return The most profitable vectorization factor and the cost of that VF.
1098   /// This method checks every power of two up to VF. If UserVF is not ZERO
1099   /// then this vectorization factor will be selected if vectorization is
1100   /// possible.
1101   VectorizationFactor selectVectorizationFactor(bool OptForSize);
1102
1103   /// \return The size (in bits) of the widest type in the code that
1104   /// needs to be vectorized. We ignore values that remain scalar such as
1105   /// 64 bit loop indices.
1106   unsigned getWidestType();
1107
1108   /// \return The most profitable unroll factor.
1109   /// If UserUF is non-zero then this method finds the best unroll-factor
1110   /// based on register pressure and other parameters.
1111   /// VF and LoopCost are the selected vectorization factor and the cost of the
1112   /// selected VF.
1113   unsigned selectUnrollFactor(bool OptForSize, unsigned VF, unsigned LoopCost);
1114
1115   /// \brief A struct that represents some properties of the register usage
1116   /// of a loop.
1117   struct RegisterUsage {
1118     /// Holds the number of loop invariant values that are used in the loop.
1119     unsigned LoopInvariantRegs;
1120     /// Holds the maximum number of concurrent live intervals in the loop.
1121     unsigned MaxLocalUsers;
1122     /// Holds the number of instructions in the loop.
1123     unsigned NumInstructions;
1124   };
1125
1126   /// \return  information about the register usage of the loop.
1127   RegisterUsage calculateRegisterUsage();
1128
1129 private:
1130   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
1131   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
1132   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
1133   /// the factor width.
1134   unsigned expectedCost(unsigned VF);
1135
1136   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
1137   /// width. Vector width of one means scalar.
1138   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
1139
1140   /// Returns whether the instruction is a load or store and will be a emitted
1141   /// as a vector operation.
1142   bool isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *I);
1143
1144   /// Report an analysis message to assist the user in diagnosing loops that are
1145   /// not vectorized.  These are handled as LoopAccessReport rather than
1146   /// VectorizationReport because the << operator of VectorizationReport returns
1147   /// LoopAccessReport.
1148   void emitAnalysis(const LoopAccessReport &Message) {
1149     LoopAccessReport::emitAnalysis(Message, TheFunction, TheLoop, LV_NAME);
1150   }
1151
1152   /// Values used only by @llvm.assume calls.
1153   SmallPtrSet<const Value *, 32> EphValues;
1154
1155   /// The loop that we evaluate.
1156   Loop *TheLoop;
1157   /// Scev analysis.
1158   ScalarEvolution *SE;
1159   /// Loop Info analysis.
1160   LoopInfo *LI;
1161   /// Vectorization legality.
1162   LoopVectorizationLegality *Legal;
1163   /// Vector target information.
1164   const TargetTransformInfo &TTI;
1165   /// Target Library Info.
1166   const TargetLibraryInfo *TLI;
1167   const Function *TheFunction;
1168   // Loop Vectorize Hint.
1169   const LoopVectorizeHints *Hints;
1170 };
1171
1172 /// Utility class for getting and setting loop vectorizer hints in the form
1173 /// of loop metadata.
1174 /// This class keeps a number of loop annotations locally (as member variables)
1175 /// and can, upon request, write them back as metadata on the loop. It will
1176 /// initially scan the loop for existing metadata, and will update the local
1177 /// values based on information in the loop.
1178 /// We cannot write all values to metadata, as the mere presence of some info,
1179 /// for example 'force', means a decision has been made. So, we need to be
1180 /// careful NOT to add them if the user hasn't specifically asked so.
1181 class LoopVectorizeHints {
1182   enum HintKind {
1183     HK_WIDTH,
1184     HK_UNROLL,
1185     HK_FORCE
1186   };
1187
1188   /// Hint - associates name and validation with the hint value.
1189   struct Hint {
1190     const char * Name;
1191     unsigned Value; // This may have to change for non-numeric values.
1192     HintKind Kind;
1193
1194     Hint(const char * Name, unsigned Value, HintKind Kind)
1195       : Name(Name), Value(Value), Kind(Kind) { }
1196
1197     bool validate(unsigned Val) {
1198       switch (Kind) {
1199       case HK_WIDTH:
1200         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= VectorizerParams::MaxVectorWidth;
1201       case HK_UNROLL:
1202         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= MaxInterleaveFactor;
1203       case HK_FORCE:
1204         return (Val <= 1);
1205       }
1206       return false;
1207     }
1208   };
1209
1210   /// Vectorization width.
1211   Hint Width;
1212   /// Vectorization interleave factor.
1213   Hint Interleave;
1214   /// Vectorization forced
1215   Hint Force;
1216
1217   /// Return the loop metadata prefix.
1218   static StringRef Prefix() { return "llvm.loop."; }
1219
1220 public:
1221   enum ForceKind {
1222     FK_Undefined = -1, ///< Not selected.
1223     FK_Disabled = 0,   ///< Forcing disabled.
1224     FK_Enabled = 1,    ///< Forcing enabled.
1225   };
1226
1227   LoopVectorizeHints(const Loop *L, bool DisableInterleaving)
1228       : Width("vectorize.width", VectorizerParams::VectorizationFactor,
1229               HK_WIDTH),
1230         Interleave("interleave.count", DisableInterleaving, HK_UNROLL),
1231         Force("vectorize.enable", FK_Undefined, HK_FORCE),
1232         TheLoop(L) {
1233     // Populate values with existing loop metadata.
1234     getHintsFromMetadata();
1235
1236     // force-vector-interleave overrides DisableInterleaving.
1237     if (VectorizerParams::isInterleaveForced())
1238       Interleave.Value = VectorizerParams::VectorizationInterleave;
1239
1240     DEBUG(if (DisableInterleaving && Interleave.Value == 1) dbgs()
1241           << "LV: Interleaving disabled by the pass manager\n");
1242   }
1243
1244   /// Mark the loop L as already vectorized by setting the width to 1.
1245   void setAlreadyVectorized() {
1246     Width.Value = Interleave.Value = 1;
1247     Hint Hints[] = {Width, Interleave};
1248     writeHintsToMetadata(Hints);
1249   }
1250
1251   /// Dumps all the hint information.
1252   std::string emitRemark() const {
1253     VectorizationReport R;
1254     if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Disabled)
1255       R << "vectorization is explicitly disabled";
1256     else {
1257       R << "use -Rpass-analysis=loop-vectorize for more info";
1258       if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1259         R << " (Force=true";
1260         if (Width.Value != 0)
1261           R << ", Vector Width=" << Width.Value;
1262         if (Interleave.Value != 0)
1263           R << ", Interleave Count=" << Interleave.Value;
1264         R << ")";
1265       }
1266     }
1267
1268     return R.str();
1269   }
1270
1271   unsigned getWidth() const { return Width.Value; }
1272   unsigned getInterleave() const { return Interleave.Value; }
1273   enum ForceKind getForce() const { return (ForceKind)Force.Value; }
1274
1275 private:
1276   /// Find hints specified in the loop metadata and update local values.
1277   void getHintsFromMetadata() {
1278     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1279     if (!LoopID)
1280       return;
1281
1282     // First operand should refer to the loop id itself.
1283     assert(LoopID->getNumOperands() > 0 && "requires at least one operand");
1284     assert(LoopID->getOperand(0) == LoopID && "invalid loop id");
1285
1286     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1287       const MDString *S = nullptr;
1288       SmallVector<Metadata *, 4> Args;
1289
1290       // The expected hint is either a MDString or a MDNode with the first
1291       // operand a MDString.
1292       if (const MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i))) {
1293         if (!MD || MD->getNumOperands() == 0)
1294           continue;
1295         S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
1296         for (unsigned i = 1, ie = MD->getNumOperands(); i < ie; ++i)
1297           Args.push_back(MD->getOperand(i));
1298       } else {
1299         S = dyn_cast<MDString>(LoopID->getOperand(i));
1300         assert(Args.size() == 0 && "too many arguments for MDString");
1301       }
1302
1303       if (!S)
1304         continue;
1305
1306       // Check if the hint starts with the loop metadata prefix.
1307       StringRef Name = S->getString();
1308       if (Args.size() == 1)
1309         setHint(Name, Args[0]);
1310     }
1311   }
1312
1313   /// Checks string hint with one operand and set value if valid.
1314   void setHint(StringRef Name, Metadata *Arg) {
1315     if (!Name.startswith(Prefix()))
1316       return;
1317     Name = Name.substr(Prefix().size(), StringRef::npos);
1318
1319     const ConstantInt *C = mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(Arg);
1320     if (!C) return;
1321     unsigned Val = C->getZExtValue();
1322
1323     Hint *Hints[] = {&Width, &Interleave, &Force};
1324     for (auto H : Hints) {
1325       if (Name == H->Name) {
1326         if (H->validate(Val))
1327           H->Value = Val;
1328         else
1329           DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid hint '" << Name << "'\n");
1330         break;
1331       }
1332     }
1333   }
1334
1335   /// Create a new hint from name / value pair.
1336   MDNode *createHintMetadata(StringRef Name, unsigned V) const {
1337     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1338     Metadata *MDs[] = {MDString::get(Context, Name),
1339                        ConstantAsMetadata::get(
1340                            ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), V))};
1341     return MDNode::get(Context, MDs);
1342   }
1343
1344   /// Matches metadata with hint name.
1345   bool matchesHintMetadataName(MDNode *Node, ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1346     MDString* Name = dyn_cast<MDString>(Node->getOperand(0));
1347     if (!Name)
1348       return false;
1349
1350     for (auto H : HintTypes)
1351       if (Name->getString().endswith(H.Name))
1352         return true;
1353     return false;
1354   }
1355
1356   /// Sets current hints into loop metadata, keeping other values intact.
1357   void writeHintsToMetadata(ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1358     if (HintTypes.size() == 0)
1359       return;
1360
1361     // Reserve the first element to LoopID (see below).
1362     SmallVector<Metadata *, 4> MDs(1);
1363     // If the loop already has metadata, then ignore the existing operands.
1364     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1365     if (LoopID) {
1366       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1367         MDNode *Node = cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
1368         // If node in update list, ignore old value.
1369         if (!matchesHintMetadataName(Node, HintTypes))
1370           MDs.push_back(Node);
1371       }
1372     }
1373
1374     // Now, add the missing hints.
1375     for (auto H : HintTypes)
1376       MDs.push_back(createHintMetadata(Twine(Prefix(), H.Name).str(), H.Value));
1377
1378     // Replace current metadata node with new one.
1379     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1380     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
1381     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
1382     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
1383
1384     TheLoop->setLoopID(NewLoopID);
1385   }
1386
1387   /// The loop these hints belong to.
1388   const Loop *TheLoop;
1389 };
1390
1391 static void emitMissedWarning(Function *F, Loop *L,
1392                               const LoopVectorizeHints &LH) {
1393   emitOptimizationRemarkMissed(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F,
1394                                L->getStartLoc(), LH.emitRemark());
1395
1396   if (LH.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1397     if (LH.getWidth() != 1)
1398       emitLoopVectorizeWarning(
1399           F->getContext(), *F, L->getStartLoc(),
1400           "failed explicitly specified loop vectorization");
1401     else if (LH.getInterleave() != 1)
1402       emitLoopInterleaveWarning(
1403           F->getContext(), *F, L->getStartLoc(),
1404           "failed explicitly specified loop interleaving");
1405   }
1406 }
1407
1408 static void addInnerLoop(Loop &L, SmallVectorImpl<Loop *> &V) {
1409   if (L.empty())
1410     return V.push_back(&L);
1411
1412   for (Loop *InnerL : L)
1413     addInnerLoop(*InnerL, V);
1414 }
1415
1416 /// The LoopVectorize Pass.
1417 struct LoopVectorize : public FunctionPass {
1418   /// Pass identification, replacement for typeid
1419   static char ID;
1420
1421   explicit LoopVectorize(bool NoUnrolling = false, bool AlwaysVectorize = true)
1422     : FunctionPass(ID),
1423       DisableUnrolling(NoUnrolling),
1424       AlwaysVectorize(AlwaysVectorize) {
1425     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1426   }
1427
1428   ScalarEvolution *SE;
1429   LoopInfo *LI;
1430   TargetTransformInfo *TTI;
1431   DominatorTree *DT;
1432   BlockFrequencyInfo *BFI;
1433   TargetLibraryInfo *TLI;
1434   AliasAnalysis *AA;
1435   AssumptionCache *AC;
1436   LoopAccessAnalysis *LAA;
1437   bool DisableUnrolling;
1438   bool AlwaysVectorize;
1439
1440   BlockFrequency ColdEntryFreq;
1441
1442   bool runOnFunction(Function &F) override {
1443     SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1444     LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
1445     TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
1446     DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1447     BFI = &getAnalysis<BlockFrequencyInfo>();
1448     auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
1449     TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
1450     AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
1451     AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
1452     LAA = &getAnalysis<LoopAccessAnalysis>();
1453
1454     // Compute some weights outside of the loop over the loops. Compute this
1455     // using a BranchProbability to re-use its scaling math.
1456     const BranchProbability ColdProb(1, 5); // 20%
1457     ColdEntryFreq = BlockFrequency(BFI->getEntryFreq()) * ColdProb;
1458
1459     // If the target claims to have no vector registers don't attempt
1460     // vectorization.
1461     if (!TTI->getNumberOfRegisters(true))
1462       return false;
1463
1464     // Build up a worklist of inner-loops to vectorize. This is necessary as
1465     // the act of vectorizing or partially unrolling a loop creates new loops
1466     // and can invalidate iterators across the loops.
1467     SmallVector<Loop *, 8> Worklist;
1468
1469     for (Loop *L : *LI)
1470       addInnerLoop(*L, Worklist);
1471
1472     LoopsAnalyzed += Worklist.size();
1473
1474     // Now walk the identified inner loops.
1475     bool Changed = false;
1476     while (!Worklist.empty())
1477       Changed |= processLoop(Worklist.pop_back_val());
1478
1479     // Process each loop nest in the function.
1480     return Changed;
1481   }
1482
1483   static void AddRuntimeUnrollDisableMetaData(Loop *L) {
1484     SmallVector<Metadata *, 4> MDs;
1485     // Reserve first location for self reference to the LoopID metadata node.
1486     MDs.push_back(nullptr);
1487     bool IsUnrollMetadata = false;
1488     MDNode *LoopID = L->getLoopID();
1489     if (LoopID) {
1490       // First find existing loop unrolling disable metadata.
1491       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1492         MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
1493         if (MD) {
1494           const MDString *S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
1495           IsUnrollMetadata =
1496               S && S->getString().startswith("llvm.loop.unroll.disable");
1497         }
1498         MDs.push_back(LoopID->getOperand(i));
1499       }
1500     }
1501
1502     if (!IsUnrollMetadata) {
1503       // Add runtime unroll disable metadata.
1504       LLVMContext &Context = L->getHeader()->getContext();
1505       SmallVector<Metadata *, 1> DisableOperands;
1506       DisableOperands.push_back(
1507           MDString::get(Context, "llvm.loop.unroll.runtime.disable"));
1508       MDNode *DisableNode = MDNode::get(Context, DisableOperands);
1509       MDs.push_back(DisableNode);
1510       MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
1511       // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
1512       NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
1513       L->setLoopID(NewLoopID);
1514     }
1515   }
1516
1517   bool processLoop(Loop *L) {
1518     assert(L->empty() && "Only process inner loops.");
1519
1520 #ifndef NDEBUG
1521     const std::string DebugLocStr = getDebugLocString(L);
1522 #endif /* NDEBUG */
1523
1524     DEBUG(dbgs() << "\nLV: Checking a loop in \""
1525                  << L->getHeader()->getParent()->getName() << "\" from "
1526                  << DebugLocStr << "\n");
1527
1528     LoopVectorizeHints Hints(L, DisableUnrolling);
1529
1530     DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints:"
1531                  << " force="
1532                  << (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled
1533                          ? "disabled"
1534                          : (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled
1535                                 ? "enabled"
1536                                 : "?")) << " width=" << Hints.getWidth()
1537                  << " unroll=" << Hints.getInterleave() << "\n");
1538
1539     // Function containing loop
1540     Function *F = L->getHeader()->getParent();
1541
1542     // Looking at the diagnostic output is the only way to determine if a loop
1543     // was vectorized (other than looking at the IR or machine code), so it
1544     // is important to generate an optimization remark for each loop. Most of
1545     // these messages are generated by emitOptimizationRemarkAnalysis. Remarks
1546     // generated by emitOptimizationRemark and emitOptimizationRemarkMissed are
1547     // less verbose reporting vectorized loops and unvectorized loops that may
1548     // benefit from vectorization, respectively.
1549
1550     if (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled) {
1551       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: #pragma vectorize disable.\n");
1552       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F,
1553                                      L->getStartLoc(), Hints.emitRemark());
1554       return false;
1555     }
1556
1557     if (!AlwaysVectorize && Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1558       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: No #pragma vectorize enable.\n");
1559       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F,
1560                                      L->getStartLoc(), Hints.emitRemark());
1561       return false;
1562     }
1563
1564     if (Hints.getWidth() == 1 && Hints.getInterleave() == 1) {
1565       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Disabled/already vectorized.\n");
1566       emitOptimizationRemarkAnalysis(
1567           F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F, L->getStartLoc(),
1568           "loop not vectorized: vector width and interleave count are "
1569           "explicitly set to 1");
1570       return false;
1571     }
1572
1573     // Check the loop for a trip count threshold:
1574     // do not vectorize loops with a tiny trip count.
1575     const unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(L);
1576     if (TC > 0u && TC < TinyTripCountVectorThreshold) {
1577       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop with a very small trip count. "
1578                    << "This loop is not worth vectorizing.");
1579       if (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled)
1580         DEBUG(dbgs() << " But vectorizing was explicitly forced.\n");
1581       else {
1582         DEBUG(dbgs() << "\n");
1583         emitOptimizationRemarkAnalysis(
1584             F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F, L->getStartLoc(),
1585             "vectorization is not beneficial and is not explicitly forced");
1586         return false;
1587       }
1588     }
1589
1590     // Check if it is legal to vectorize the loop.
1591     LoopVectorizationLegality LVL(L, SE, DT, TLI, AA, F, TTI, LAA);
1592     if (!LVL.canVectorize()) {
1593       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Cannot prove legality.\n");
1594       emitMissedWarning(F, L, Hints);
1595       return false;
1596     }
1597
1598     // Use the cost model.
1599     LoopVectorizationCostModel CM(L, SE, LI, &LVL, *TTI, TLI, AC, F, &Hints);
1600
1601     // Check the function attributes to find out if this function should be
1602     // optimized for size.
1603     bool OptForSize = Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled &&
1604                       F->hasFnAttribute(Attribute::OptimizeForSize);
1605
1606     // Compute the weighted frequency of this loop being executed and see if it
1607     // is less than 20% of the function entry baseline frequency. Note that we
1608     // always have a canonical loop here because we think we *can* vectoriez.
1609     // FIXME: This is hidden behind a flag due to pervasive problems with
1610     // exactly what block frequency models.
1611     if (LoopVectorizeWithBlockFrequency) {
1612       BlockFrequency LoopEntryFreq = BFI->getBlockFreq(L->getLoopPreheader());
1613       if (Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled &&
1614           LoopEntryFreq < ColdEntryFreq)
1615         OptForSize = true;
1616     }
1617
1618     // Check the function attributes to see if implicit floats are allowed.a
1619     // FIXME: This check doesn't seem possibly correct -- what if the loop is
1620     // an integer loop and the vector instructions selected are purely integer
1621     // vector instructions?
1622     if (F->hasFnAttribute(Attribute::NoImplicitFloat)) {
1623       DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize when the NoImplicitFloat"
1624             "attribute is used.\n");
1625       emitOptimizationRemarkAnalysis(
1626           F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F, L->getStartLoc(),
1627           "loop not vectorized due to NoImplicitFloat attribute");
1628       emitMissedWarning(F, L, Hints);
1629       return false;
1630     }
1631
1632     // Select the optimal vectorization factor.
1633     const LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor VF =
1634         CM.selectVectorizationFactor(OptForSize);
1635
1636     // Select the unroll factor.
1637     const unsigned UF =
1638         CM.selectUnrollFactor(OptForSize, VF.Width, VF.Cost);
1639
1640     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
1641                  << DebugLocStr << '\n');
1642     DEBUG(dbgs() << "LV: Unroll Factor is " << UF << '\n');
1643
1644     if (VF.Width == 1) {
1645       DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial\n");
1646
1647       if (UF == 1) {
1648         emitOptimizationRemarkAnalysis(
1649             F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F, L->getStartLoc(),
1650             "not beneficial to vectorize and user disabled interleaving");
1651         return false;
1652       }
1653       DEBUG(dbgs() << "LV: Trying to at least unroll the loops.\n");
1654
1655       // Report the unrolling decision.
1656       emitOptimizationRemark(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F, L->getStartLoc(),
1657                              Twine("unrolled with interleaving factor " +
1658                                    Twine(UF) +
1659                                    " (vectorization not beneficial)"));
1660
1661       // We decided not to vectorize, but we may want to unroll.
1662
1663       InnerLoopUnroller Unroller(L, SE, LI, DT, TLI, TTI, UF);
1664       Unroller.vectorize(&LVL);
1665     } else {
1666       // If we decided that it is *legal* to vectorize the loop then do it.
1667       InnerLoopVectorizer LB(L, SE, LI, DT, TLI, TTI, VF.Width, UF);
1668       LB.vectorize(&LVL);
1669       ++LoopsVectorized;
1670
1671       // Add metadata to disable runtime unrolling scalar loop when there's no
1672       // runtime check about strides and memory. Because at this situation,
1673       // scalar loop is rarely used not worthy to be unrolled.
1674       if (!LB.IsSafetyChecksAdded())
1675         AddRuntimeUnrollDisableMetaData(L);
1676
1677       // Report the vectorization decision.
1678       emitOptimizationRemark(
1679           F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F, L->getStartLoc(),
1680           Twine("vectorized loop (vectorization factor: ") + Twine(VF.Width) +
1681               ", unrolling interleave factor: " + Twine(UF) + ")");
1682     }
1683
1684     // Mark the loop as already vectorized to avoid vectorizing again.
1685     Hints.setAlreadyVectorized();
1686
1687     DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
1688     return true;
1689   }
1690
1691   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
1692     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
1693     AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
1694     AU.addRequiredID(LCSSAID);
1695     AU.addRequired<BlockFrequencyInfo>();
1696     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
1697     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
1698     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
1699     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
1700     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1701     AU.addRequired<LoopAccessAnalysis>();
1702     AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
1703     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
1704     AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
1705   }
1706
1707 };
1708
1709 } // end anonymous namespace
1710
1711 //===----------------------------------------------------------------------===//
1712 // Implementation of LoopVectorizationLegality, InnerLoopVectorizer and
1713 // LoopVectorizationCostModel.
1714 //===----------------------------------------------------------------------===//
1715
1716 Value *InnerLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
1717   // We need to place the broadcast of invariant variables outside the loop.
1718   Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(V);
1719   bool NewInstr =
1720       (Instr && std::find(LoopVectorBody.begin(), LoopVectorBody.end(),
1721                           Instr->getParent()) != LoopVectorBody.end());
1722   bool Invariant = OrigLoop->isLoopInvariant(V) && !NewInstr;
1723
1724   // Place the code for broadcasting invariant variables in the new preheader.
1725   IRBuilder<>::InsertPointGuard Guard(Builder);
1726   if (Invariant)
1727     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
1728
1729   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
1730   Value *Shuf = Builder.CreateVectorSplat(VF, V, "broadcast");
1731
1732   return Shuf;
1733 }
1734
1735 Value *InnerLoopVectorizer::getStepVector(Value *Val, int StartIdx,
1736                                           Value *Step) {
1737   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
1738   assert(Val->getType()->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1739          "Elem must be an integer");
1740   assert(Step->getType() == Val->getType()->getScalarType() &&
1741          "Step has wrong type");
1742   // Create the types.
1743   Type *ITy = Val->getType()->getScalarType();
1744   VectorType *Ty = cast<VectorType>(Val->getType());
1745   int VLen = Ty->getNumElements();
1746   SmallVector<Constant*, 8> Indices;
1747
1748   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
1749   for (int i = 0; i < VLen; ++i)
1750     Indices.push_back(ConstantInt::get(ITy, StartIdx + i));
1751
1752   // Add the consecutive indices to the vector value.
1753   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
1754   assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
1755   Step = Builder.CreateVectorSplat(VLen, Step);
1756   assert(Step->getType() == Val->getType() && "Invalid step vec");
1757   // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
1758   // which can be found from the original scalar operations.
1759   Step = Builder.CreateMul(Cv, Step);
1760   return Builder.CreateAdd(Val, Step, "induction");
1761 }
1762
1763 /// \brief Find the operand of the GEP that should be checked for consecutive
1764 /// stores. This ignores trailing indices that have no effect on the final
1765 /// pointer.
1766 static unsigned getGEPInductionOperand(const GetElementPtrInst *Gep) {
1767   const DataLayout &DL = Gep->getModule()->getDataLayout();
1768   unsigned LastOperand = Gep->getNumOperands() - 1;
1769   unsigned GEPAllocSize = DL.getTypeAllocSize(
1770       cast<PointerType>(Gep->getType()->getScalarType())->getElementType());
1771
1772   // Walk backwards and try to peel off zeros.
1773   while (LastOperand > 1 && match(Gep->getOperand(LastOperand), m_Zero())) {
1774     // Find the type we're currently indexing into.
1775     gep_type_iterator GEPTI = gep_type_begin(Gep);
1776     std::advance(GEPTI, LastOperand - 1);
1777
1778     // If it's a type with the same allocation size as the result of the GEP we
1779     // can peel off the zero index.
1780     if (DL.getTypeAllocSize(*GEPTI) != GEPAllocSize)
1781       break;
1782     --LastOperand;
1783   }
1784
1785   return LastOperand;
1786 }
1787
1788 int LoopVectorizationLegality::isConsecutivePtr(Value *Ptr) {
1789   assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected non-ptr");
1790   // Make sure that the pointer does not point to structs.
1791   if (Ptr->getType()->getPointerElementType()->isAggregateType())
1792     return 0;
1793
1794   // If this value is a pointer induction variable we know it is consecutive.
1795   PHINode *Phi = dyn_cast_or_null<PHINode>(Ptr);
1796   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
1797     InductionInfo II = Inductions[Phi];
1798     return II.getConsecutiveDirection();
1799   }
1800
1801   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast_or_null<GetElementPtrInst>(Ptr);
1802   if (!Gep)
1803     return 0;
1804
1805   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
1806   Value *GpPtr = Gep->getPointerOperand();
1807   // If this GEP value is a consecutive pointer induction variable and all of
1808   // the indices are constant then we know it is consecutive. We can
1809   Phi = dyn_cast<PHINode>(GpPtr);
1810   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
1811
1812     // Make sure that the pointer does not point to structs.
1813     PointerType *GepPtrType = cast<PointerType>(GpPtr->getType());
1814     if (GepPtrType->getElementType()->isAggregateType())
1815       return 0;
1816
1817     // Make sure that all of the index operands are loop invariant.
1818     for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i)
1819       if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
1820         return 0;
1821
1822     InductionInfo II = Inductions[Phi];
1823     return II.getConsecutiveDirection();
1824   }
1825
1826   unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(Gep);
1827
1828   // Check that all of the gep indices are uniform except for our induction
1829   // operand.
1830   for (unsigned i = 0; i != NumOperands; ++i)
1831     if (i != InductionOperand &&
1832         !SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
1833       return 0;
1834
1835   // We can emit wide load/stores only if the last non-zero index is the
1836   // induction variable.
1837   const SCEV *Last = nullptr;
1838   if (!Strides.count(Gep))
1839     Last = SE->getSCEV(Gep->getOperand(InductionOperand));
1840   else {
1841     // Because of the multiplication by a stride we can have a s/zext cast.
1842     // We are going to replace this stride by 1 so the cast is safe to ignore.
1843     //
1844     //  %indvars.iv = phi i64 [ 0, %entry ], [ %indvars.iv.next, %for.body ]
1845     //  %0 = trunc i64 %indvars.iv to i32
1846     //  %mul = mul i32 %0, %Stride1
1847     //  %idxprom = zext i32 %mul to i64  << Safe cast.
1848     //  %arrayidx = getelementptr inbounds i32* %B, i64 %idxprom
1849     //
1850     Last = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides,
1851                                      Gep->getOperand(InductionOperand), Gep);
1852     if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(Last))
1853       Last =
1854           (C->getSCEVType() == scSignExtend || C->getSCEVType() == scZeroExtend)
1855               ? C->getOperand()
1856               : Last;
1857   }
1858   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Last)) {
1859     const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
1860
1861     // The memory is consecutive because the last index is consecutive
1862     // and all other indices are loop invariant.
1863     if (Step->isOne())
1864       return 1;
1865     if (Step->isAllOnesValue())
1866       return -1;
1867   }
1868
1869   return 0;
1870 }
1871
1872 bool LoopVectorizationLegality::isUniform(Value *V) {
1873   return LAI->isUniform(V);
1874 }
1875
1876 InnerLoopVectorizer::VectorParts&
1877 InnerLoopVectorizer::getVectorValue(Value *V) {
1878   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
1879   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
1880
1881   // If we have a stride that is replaced by one, do it here.
1882   if (Legal->hasStride(V))
1883     V = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
1884
1885   // If we have this scalar in the map, return it.
1886   if (WidenMap.has(V))
1887     return WidenMap.get(V);
1888
1889   // If this scalar is unknown, assume that it is a constant or that it is
1890   // loop invariant. Broadcast V and save the value for future uses.
1891   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
1892   return WidenMap.splat(V, B);
1893 }
1894
1895 Value *InnerLoopVectorizer::reverseVector(Value *Vec) {
1896   assert(Vec->getType()->isVectorTy() && "Invalid type");
1897   SmallVector<Constant*, 8> ShuffleMask;
1898   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
1899     ShuffleMask.push_back(Builder.getInt32(VF - i - 1));
1900
1901   return Builder.CreateShuffleVector(Vec, UndefValue::get(Vec->getType()),
1902                                      ConstantVector::get(ShuffleMask),
1903                                      "reverse");
1904 }
1905
1906 // Get a mask to interleave \p NumVec vectors into a wide vector.
1907 // I.e.  <0, VF, VF*2, ..., VF*(NumVec-1), 1, VF+1, VF*2+1, ...>
1908 // E.g. For 2 interleaved vectors, if VF is 4, the mask is:
1909 //      <0, 4, 1, 5, 2, 6, 3, 7>
1910 static Constant *getInterleavedMask(IRBuilder<> &Builder, unsigned VF,
1911                                     unsigned NumVec) {
1912   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
1913   for (unsigned i = 0; i < VF; i++)
1914     for (unsigned j = 0; j < NumVec; j++)
1915       Mask.push_back(Builder.getInt32(j * VF + i));
1916
1917   return ConstantVector::get(Mask);
1918 }
1919
1920 // Get the strided mask starting from index \p Start.
1921 // I.e.  <Start, Start + Stride, ..., Start + Stride*(VF-1)>
1922 static Constant *getStridedMask(IRBuilder<> &Builder, unsigned Start,
1923                                 unsigned Stride, unsigned VF) {
1924   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
1925   for (unsigned i = 0; i < VF; i++)
1926     Mask.push_back(Builder.getInt32(Start + i * Stride));
1927
1928   return ConstantVector::get(Mask);
1929 }
1930
1931 // Get a mask of two parts: The first part consists of sequential integers
1932 // starting from 0, The second part consists of UNDEFs.
1933 // I.e. <0, 1, 2, ..., NumInt - 1, undef, ..., undef>
1934 static Constant *getSequentialMask(IRBuilder<> &Builder, unsigned NumInt,
1935                                    unsigned NumUndef) {
1936   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
1937   for (unsigned i = 0; i < NumInt; i++)
1938     Mask.push_back(Builder.getInt32(i));
1939
1940   Constant *Undef = UndefValue::get(Builder.getInt32Ty());
1941   for (unsigned i = 0; i < NumUndef; i++)
1942     Mask.push_back(Undef);
1943
1944   return ConstantVector::get(Mask);
1945 }
1946
1947 // Concatenate two vectors with the same element type. The 2nd vector should
1948 // not have more elements than the 1st vector. If the 2nd vector has less
1949 // elements, extend it with UNDEFs.
1950 static Value *ConcatenateTwoVectors(IRBuilder<> &Builder, Value *V1,
1951                                     Value *V2) {
1952   VectorType *VecTy1 = dyn_cast<VectorType>(V1->getType());
1953   VectorType *VecTy2 = dyn_cast<VectorType>(V2->getType());
1954   assert(VecTy1 && VecTy2 &&
1955          VecTy1->getScalarType() == VecTy2->getScalarType() &&
1956          "Expect two vectors with the same element type");
1957
1958   unsigned NumElts1 = VecTy1->getNumElements();
1959   unsigned NumElts2 = VecTy2->getNumElements();
1960   assert(NumElts1 >= NumElts2 && "Unexpect the first vector has less elements");
1961
1962   if (NumElts1 > NumElts2) {
1963     // Extend with UNDEFs.
1964     Constant *ExtMask =
1965         getSequentialMask(Builder, NumElts2, NumElts1 - NumElts2);
1966     V2 = Builder.CreateShuffleVector(V2, UndefValue::get(VecTy2), ExtMask);
1967   }
1968
1969   Constant *Mask = getSequentialMask(Builder, NumElts1 + NumElts2, 0);
1970   return Builder.CreateShuffleVector(V1, V2, Mask);
1971 }
1972
1973 // Concatenate vectors in the given list. All vectors have the same type.
1974 static Value *ConcatenateVectors(IRBuilder<> &Builder,
1975                                  ArrayRef<Value *> InputList) {
1976   unsigned NumVec = InputList.size();
1977   assert(NumVec > 1 && "Should be at least two vectors");
1978
1979   SmallVector<Value *, 8> ResList;
1980   ResList.append(InputList.begin(), InputList.end());
1981   do {
1982     SmallVector<Value *, 8> TmpList;
1983     for (unsigned i = 0; i < NumVec - 1; i += 2) {
1984       Value *V0 = ResList[i], *V1 = ResList[i + 1];
1985       assert((V0->getType() == V1->getType() || i == NumVec - 2) &&
1986              "Only the last vector may have a different type");
1987
1988       TmpList.push_back(ConcatenateTwoVectors(Builder, V0, V1));
1989     }
1990
1991     // Push the last vector if the total number of vectors is odd.
1992     if (NumVec % 2 != 0)
1993       TmpList.push_back(ResList[NumVec - 1]);
1994
1995     ResList = TmpList;
1996     NumVec = ResList.size();
1997   } while (NumVec > 1);
1998
1999   return ResList[0];
2000 }
2001
2002 // Try to vectorize the interleave group that \p Instr belongs to.
2003 //
2004 // E.g. Translate following interleaved load group (factor = 3):
2005 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2006 //     R = Pic[i];             // Member of index 0
2007 //     G = Pic[i+1];           // Member of index 1
2008 //     B = Pic[i+2];           // Member of index 2
2009 //     ... // do something to R, G, B
2010 //   }
2011 // To:
2012 //   %wide.vec = load <12 x i32>                       ; Read 4 tuples of R,G,B
2013 //   %R.vec = shuffle %wide.vec, undef, <0, 3, 6, 9>   ; R elements
2014 //   %G.vec = shuffle %wide.vec, undef, <1, 4, 7, 10>  ; G elements
2015 //   %B.vec = shuffle %wide.vec, undef, <2, 5, 8, 11>  ; B elements
2016 //
2017 // Or translate following interleaved store group (factor = 3):
2018 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2019 //     ... do something to R, G, B
2020 //     Pic[i]   = R;           // Member of index 0
2021 //     Pic[i+1] = G;           // Member of index 1
2022 //     Pic[i+2] = B;           // Member of index 2
2023 //   }
2024 // To:
2025 //   %R_G.vec = shuffle %R.vec, %G.vec, <0, 1, 2, ..., 7>
2026 //   %B_U.vec = shuffle %B.vec, undef, <0, 1, 2, 3, u, u, u, u>
2027 //   %interleaved.vec = shuffle %R_G.vec, %B_U.vec,
2028 //        <0, 4, 8, 1, 5, 9, 2, 6, 10, 3, 7, 11>    ; Interleave R,G,B elements
2029 //   store <12 x i32> %interleaved.vec              ; Write 4 tuples of R,G,B
2030 void InnerLoopVectorizer::vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr) {
2031   const InterleaveGroup *Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(Instr);
2032   assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
2033
2034   // Skip if current instruction is not the insert position.
2035   if (Instr != Group->getInsertPos())
2036     return;
2037
2038   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
2039   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
2040   Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
2041
2042   // Prepare for the vector type of the interleaved load/store.
2043   Type *ScalarTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
2044   unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
2045   Type *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, InterleaveFactor * VF);
2046   Type *PtrTy = VecTy->getPointerTo(Ptr->getType()->getPointerAddressSpace());
2047
2048   // Prepare for the new pointers.
2049   setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
2050   VectorParts &PtrParts = getVectorValue(Ptr);
2051   SmallVector<Value *, 2> NewPtrs;
2052   unsigned Index = Group->getIndex(Instr);
2053   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2054     // Extract the pointer for current instruction from the pointer vector. A
2055     // reverse access uses the pointer in the last lane.
2056     Value *NewPtr = Builder.CreateExtractElement(
2057         PtrParts[Part],
2058         Group->isReverse() ? Builder.getInt32(VF - 1) : Builder.getInt32(0));
2059
2060     // Notice current instruction could be any index. Need to adjust the address
2061     // to the member of index 0.
2062     //
2063     // E.g.  a = A[i+1];     // Member of index 1 (Current instruction)
2064     //       b = A[i];       // Member of index 0
2065     // Current pointer is pointed to A[i+1], adjust it to A[i].
2066     //
2067     // E.g.  A[i+1] = a;     // Member of index 1
2068     //       A[i]   = b;     // Member of index 0
2069     //       A[i+2] = c;     // Member of index 2 (Current instruction)
2070     // Current pointer is pointed to A[i+2], adjust it to A[i].
2071     NewPtr = Builder.CreateGEP(NewPtr, Builder.getInt32(-Index));
2072
2073     // Cast to the vector pointer type.
2074     NewPtrs.push_back(Builder.CreateBitCast(NewPtr, PtrTy));
2075   }
2076
2077   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
2078   Value *UndefVec = UndefValue::get(VecTy);
2079
2080   // Vectorize the interleaved load group.
2081   if (LI) {
2082     for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2083       Instruction *NewLoadInstr = Builder.CreateAlignedLoad(
2084           NewPtrs[Part], Group->getAlignment(), "wide.vec");
2085
2086       for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++) {
2087         Instruction *Member = Group->getMember(i);
2088
2089         // Skip the gaps in the group.
2090         if (!Member)
2091           continue;
2092
2093         Constant *StrideMask = getStridedMask(Builder, i, InterleaveFactor, VF);
2094         Value *StridedVec = Builder.CreateShuffleVector(
2095             NewLoadInstr, UndefVec, StrideMask, "strided.vec");
2096
2097         // If this member has different type, cast the result type.
2098         if (Member->getType() != ScalarTy) {
2099           VectorType *OtherVTy = VectorType::get(Member->getType(), VF);
2100           StridedVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StridedVec, OtherVTy);
2101         }
2102
2103         VectorParts &Entry = WidenMap.get(Member);
2104         Entry[Part] =
2105             Group->isReverse() ? reverseVector(StridedVec) : StridedVec;
2106       }
2107
2108       propagateMetadata(NewLoadInstr, Instr);
2109     }
2110     return;
2111   }
2112
2113   // The sub vector type for current instruction.
2114   VectorType *SubVT = VectorType::get(ScalarTy, VF);
2115
2116   // Vectorize the interleaved store group.
2117   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2118     // Collect the stored vector from each member.
2119     SmallVector<Value *, 4> StoredVecs;
2120     for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++) {
2121       // Interleaved store group doesn't allow a gap, so each index has a member
2122       Instruction *Member = Group->getMember(i);
2123       assert(Member && "Fail to get a member from an interleaved store group");
2124
2125       Value *StoredVec =
2126           getVectorValue(dyn_cast<StoreInst>(Member)->getValueOperand())[Part];
2127       if (Group->isReverse())
2128         StoredVec = reverseVector(StoredVec);
2129
2130       // If this member has different type, cast it to an unified type.
2131       if (StoredVec->getType() != SubVT)
2132         StoredVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StoredVec, SubVT);
2133
2134       StoredVecs.push_back(StoredVec);
2135     }
2136
2137     // Concatenate all vectors into a wide vector.
2138     Value *WideVec = ConcatenateVectors(Builder, StoredVecs);
2139
2140     // Interleave the elements in the wide vector.
2141     Constant *IMask = getInterleavedMask(Builder, VF, InterleaveFactor);
2142     Value *IVec = Builder.CreateShuffleVector(WideVec, UndefVec, IMask,
2143                                               "interleaved.vec");
2144
2145     Instruction *NewStoreInstr =
2146         Builder.CreateAlignedStore(IVec, NewPtrs[Part], Group->getAlignment());
2147     propagateMetadata(NewStoreInstr, Instr);
2148   }
2149 }
2150
2151 void InnerLoopVectorizer::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
2152   // Attempt to issue a wide load.
2153   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
2154   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
2155
2156   assert((LI || SI) && "Invalid Load/Store instruction");
2157
2158   // Try to vectorize the interleave group if this access is interleaved.
2159   if (Legal->isAccessInterleaved(Instr))
2160     return vectorizeInterleaveGroup(Instr);
2161
2162   Type *ScalarDataTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
2163   Type *DataTy = VectorType::get(ScalarDataTy, VF);
2164   Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
2165   unsigned Alignment = LI ? LI->getAlignment() : SI->getAlignment();
2166   // An alignment of 0 means target abi alignment. We need to use the scalar's
2167   // target abi alignment in such a case.
2168   const DataLayout &DL = Instr->getModule()->getDataLayout();
2169   if (!Alignment)
2170     Alignment = DL.getABITypeAlignment(ScalarDataTy);
2171   unsigned AddressSpace = Ptr->getType()->getPointerAddressSpace();
2172   unsigned ScalarAllocatedSize = DL.getTypeAllocSize(ScalarDataTy);
2173   unsigned VectorElementSize = DL.getTypeStoreSize(DataTy) / VF;
2174
2175   if (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()) &&
2176       !Legal->isMaskRequired(SI))
2177     return scalarizeInstruction(Instr, true);
2178
2179   if (ScalarAllocatedSize != VectorElementSize)
2180     return scalarizeInstruction(Instr);
2181
2182   // If the pointer is loop invariant or if it is non-consecutive,
2183   // scalarize the load.
2184   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
2185   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
2186   bool UniformLoad = LI && Legal->isUniform(Ptr);
2187   if (!ConsecutiveStride || UniformLoad)
2188     return scalarizeInstruction(Instr);
2189
2190   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
2191   VectorParts &Entry = WidenMap.get(Instr);
2192
2193   // Handle consecutive loads/stores.
2194   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
2195   if (Gep && Legal->isInductionVariable(Gep->getPointerOperand())) {
2196     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
2197     Value *PtrOperand = Gep->getPointerOperand();
2198     Value *FirstBasePtr = getVectorValue(PtrOperand)[0];
2199     FirstBasePtr = Builder.CreateExtractElement(FirstBasePtr, Zero);
2200
2201     // Create the new GEP with the new induction variable.
2202     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
2203     Gep2->setOperand(0, FirstBasePtr);
2204     Gep2->setName("gep.indvar.base");
2205     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
2206   } else if (Gep) {
2207     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
2208     assert(SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getPointerOperand()),
2209                                OrigLoop) && "Base ptr must be invariant");
2210
2211     // The last index does not have to be the induction. It can be
2212     // consecutive and be a function of the index. For example A[I+1];
2213     unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
2214     unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(Gep);
2215     // Create the new GEP with the new induction variable.
2216     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
2217
2218     for (unsigned i = 0; i < NumOperands; ++i) {
2219       Value *GepOperand = Gep->getOperand(i);
2220       Instruction *GepOperandInst = dyn_cast<Instruction>(GepOperand);
2221
2222       // Update last index or loop invariant instruction anchored in loop.
2223       if (i == InductionOperand ||
2224           (GepOperandInst && OrigLoop->contains(GepOperandInst))) {
2225         assert((i == InductionOperand ||
2226                SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(GepOperandInst), OrigLoop)) &&
2227                "Must be last index or loop invariant");
2228
2229         VectorParts &GEPParts = getVectorValue(GepOperand);
2230         Value *Index = GEPParts[0];
2231         Index = Builder.CreateExtractElement(Index, Zero);
2232         Gep2->setOperand(i, Index);
2233         Gep2->setName("gep.indvar.idx");
2234       }
2235     }
2236     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
2237   } else {
2238     // Use the induction element ptr.
2239     assert(isa<PHINode>(Ptr) && "Invalid induction ptr");
2240     setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
2241     VectorParts &PtrVal = getVectorValue(Ptr);
2242     Ptr = Builder.CreateExtractElement(PtrVal[0], Zero);
2243   }
2244
2245   VectorParts Mask = createBlockInMask(Instr->getParent());
2246   // Handle Stores:
2247   if (SI) {
2248     assert(!Legal->isUniform(SI->getPointerOperand()) &&
2249            "We do not allow storing to uniform addresses");
2250     setDebugLocFromInst(Builder, SI);
2251     // We don't want to update the value in the map as it might be used in
2252     // another expression. So don't use a reference type for "StoredVal".
2253     VectorParts StoredVal = getVectorValue(SI->getValueOperand());
2254     
2255     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2256       // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
2257       Value *PartPtr =
2258           Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
2259
2260       if (Reverse) {
2261         // If we store to reverse consecutive memory locations then we need
2262         // to reverse the order of elements in the stored value.
2263         StoredVal[Part] = reverseVector(StoredVal[Part]);
2264         // If the address is consecutive but reversed, then the
2265         // wide store needs to start at the last vector element.
2266         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
2267         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
2268         Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
2269       }
2270
2271       Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
2272                                             DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
2273
2274       Instruction *NewSI;
2275       if (Legal->isMaskRequired(SI))
2276         NewSI = Builder.CreateMaskedStore(StoredVal[Part], VecPtr, Alignment,
2277                                           Mask[Part]);
2278       else 
2279         NewSI = Builder.CreateAlignedStore(StoredVal[Part], VecPtr, Alignment);
2280       propagateMetadata(NewSI, SI);
2281     }
2282     return;
2283   }
2284
2285   // Handle loads.
2286   assert(LI && "Must have a load instruction");
2287   setDebugLocFromInst(Builder, LI);
2288   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2289     // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
2290     Value *PartPtr =
2291         Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
2292
2293     if (Reverse) {
2294       // If the address is consecutive but reversed, then the
2295       // wide load needs to start at the last vector element.
2296       PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
2297       PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
2298       Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
2299     }
2300
2301     Instruction* NewLI;
2302     Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
2303                                           DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
2304     if (Legal->isMaskRequired(LI))
2305       NewLI = Builder.CreateMaskedLoad(VecPtr, Alignment, Mask[Part],
2306                                        UndefValue::get(DataTy),
2307                                        "wide.masked.load");
2308     else
2309       NewLI = Builder.CreateAlignedLoad(VecPtr, Alignment, "wide.load");
2310     propagateMetadata(NewLI, LI);
2311     Entry[Part] = Reverse ? reverseVector(NewLI) :  NewLI;
2312   }
2313 }
2314
2315 void InnerLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr, bool IfPredicateStore) {
2316   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
2317   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
2318   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
2319
2320   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
2321
2322   // Find all of the vectorized parameters.
2323   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
2324     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
2325
2326     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
2327     if (SrcOp == OldInduction) {
2328       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
2329       continue;
2330     }
2331
2332     // Try using previously calculated values.
2333     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
2334
2335     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block
2336     // then it should already be vectorized.
2337     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
2338       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
2339       // The parameter is a vector value from earlier.
2340       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
2341     } else {
2342       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
2343       VectorParts Scalars;
2344       Scalars.append(UF, SrcOp);
2345       Params.push_back(Scalars);
2346     }
2347   }
2348
2349   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
2350          "Invalid number of operands");
2351
2352   // Does this instruction return a value ?
2353   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
2354
2355   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? nullptr :
2356     UndefValue::get(VectorType::get(Instr->getType(), VF));
2357   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
2358   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
2359
2360   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
2361   BasicBlock *IfBlock = Builder.GetInsertBlock();
2362   BasicBlock *CondBlock = nullptr;
2363
2364   VectorParts Cond;
2365   Loop *VectorLp = nullptr;
2366   if (IfPredicateStore) {
2367     assert(Instr->getParent()->getSinglePredecessor() &&
2368            "Only support single predecessor blocks");
2369     Cond = createEdgeMask(Instr->getParent()->getSinglePredecessor(),
2370                           Instr->getParent());
2371     VectorLp = LI->getLoopFor(IfBlock);
2372     assert(VectorLp && "Must have a loop for this block");
2373   }
2374
2375   // For each vector unroll 'part':
2376   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2377     // For each scalar that we create:
2378     for (unsigned Width = 0; Width < VF; ++Width) {
2379
2380       // Start if-block.
2381       Value *Cmp = nullptr;
2382       if (IfPredicateStore) {
2383         Cmp = Builder.CreateExtractElement(Cond[Part], Builder.getInt32(Width));
2384         Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cmp, ConstantInt::get(Cmp->getType(), 1));
2385         CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.store");
2386         LoopVectorBody.push_back(CondBlock);
2387         VectorLp->addBasicBlockToLoop(CondBlock, *LI);
2388         // Update Builder with newly created basic block.
2389         Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
2390       }
2391
2392       Instruction *Cloned = Instr->clone();
2393       if (!IsVoidRetTy)
2394         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
2395       // Replace the operands of the cloned instructions with extracted scalars.
2396       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
2397         Value *Op = Params[op][Part];
2398         // Param is a vector. Need to extract the right lane.
2399         if (Op->getType()->isVectorTy())
2400           Op = Builder.CreateExtractElement(Op, Builder.getInt32(Width));
2401         Cloned->setOperand(op, Op);
2402       }
2403
2404       // Place the cloned scalar in the new loop.
2405       Builder.Insert(Cloned);
2406
2407       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
2408       // so that future users will be able to use it.
2409       if (!IsVoidRetTy)
2410         VecResults[Part] = Builder.CreateInsertElement(VecResults[Part], Cloned,
2411                                                        Builder.getInt32(Width));
2412       // End if-block.
2413       if (IfPredicateStore) {
2414          BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
2415          LoopVectorBody.push_back(NewIfBlock);
2416          VectorLp->addBasicBlockToLoop(NewIfBlock, *LI);
2417          Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
2418          ReplaceInstWithInst(IfBlock->getTerminator(),
2419                              BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp));
2420          IfBlock = NewIfBlock;
2421       }
2422     }
2423   }
2424 }
2425
2426 static Instruction *getFirstInst(Instruction *FirstInst, Value *V,
2427                                  Instruction *Loc) {
2428   if (FirstInst)
2429     return FirstInst;
2430   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2431     return I->getParent() == Loc->getParent() ? I : nullptr;
2432   return nullptr;
2433 }
2434
2435 std::pair<Instruction *, Instruction *>
2436 InnerLoopVectorizer::addStrideCheck(Instruction *Loc) {
2437   Instruction *tnullptr = nullptr;
2438   if (!Legal->mustCheckStrides())
2439     return std::pair<Instruction *, Instruction *>(tnullptr, tnullptr);
2440
2441   IRBuilder<> ChkBuilder(Loc);
2442
2443   // Emit checks.
2444   Value *Check = nullptr;
2445   Instruction *FirstInst = nullptr;
2446   for (SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator SI = Legal->strides_begin(),
2447                                          SE = Legal->strides_end();
2448        SI != SE; ++SI) {
2449     Value *Ptr = stripIntegerCast(*SI);
2450     Value *C = ChkBuilder.CreateICmpNE(Ptr, ConstantInt::get(Ptr->getType(), 1),
2451                                        "stride.chk");
2452     // Store the first instruction we create.
2453     FirstInst = getFirstInst(FirstInst, C, Loc);
2454     if (Check)
2455       Check = ChkBuilder.CreateOr(Check, C);
2456     else
2457       Check = C;
2458   }
2459
2460   // We have to do this trickery because the IRBuilder might fold the check to a
2461   // constant expression in which case there is no Instruction anchored in a
2462   // the block.
2463   LLVMContext &Ctx = Loc->getContext();
2464   Instruction *TheCheck =
2465       BinaryOperator::CreateAnd(Check, ConstantInt::getTrue(Ctx));
2466   ChkBuilder.Insert(TheCheck, "stride.not.one");
2467   FirstInst = getFirstInst(FirstInst, TheCheck, Loc);
2468
2469   return std::make_pair(FirstInst, TheCheck);
2470 }
2471
2472 void InnerLoopVectorizer::createEmptyLoop() {
2473   /*
2474    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
2475    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
2476    scalar remainder.
2477
2478        [ ] <-- Back-edge taken count overflow check.
2479     /   |
2480    /    v
2481   |    [ ] <-- vector loop bypass (may consist of multiple blocks).
2482   |  /  |
2483   | /   v
2484   ||   [ ]     <-- vector pre header.
2485   ||    |
2486   ||    v
2487   ||   [  ] \
2488   ||   [  ]_|   <-- vector loop.
2489   ||    |
2490   | \   v
2491   |   >[ ]   <--- middle-block.
2492   |  /  |
2493   | /   v
2494   -|- >[ ]     <--- new preheader.
2495    |    |
2496    |    v
2497    |   [ ] \
2498    |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
2499     \   |
2500      \  v
2501       >[ ]     <-- exit block.
2502    ...
2503    */
2504
2505   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
2506   BasicBlock *BypassBlock = OrigLoop->getLoopPreheader();
2507   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
2508   assert(BypassBlock && "Invalid loop structure");
2509   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
2510
2511   // Some loops have a single integer induction variable, while other loops
2512   // don't. One example is c++ iterators that often have multiple pointer
2513   // induction variables. In the code below we also support a case where we
2514   // don't have a single induction variable.
2515   OldInduction = Legal->getInduction();
2516   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
2517
2518   // Find the loop boundaries.
2519   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(OrigLoop);
2520   assert(ExitCount != SE->getCouldNotCompute() && "Invalid loop count");
2521
2522   // The exit count might have the type of i64 while the phi is i32. This can
2523   // happen if we have an induction variable that is sign extended before the
2524   // compare. The only way that we get a backedge taken count is that the
2525   // induction variable was signed and as such will not overflow. In such a case
2526   // truncation is legal.
2527   if (ExitCount->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2528       IdxTy->getPrimitiveSizeInBits())
2529     ExitCount = SE->getTruncateOrNoop(ExitCount, IdxTy);
2530
2531   const SCEV *BackedgeTakeCount = SE->getNoopOrZeroExtend(ExitCount, IdxTy);
2532   // Get the total trip count from the count by adding 1.
2533   ExitCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakeCount,
2534                              SE->getConstant(BackedgeTakeCount->getType(), 1));
2535
2536   const DataLayout &DL = OldBasicBlock->getModule()->getDataLayout();
2537
2538   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
2539   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
2540   SCEVExpander Exp(*SE, DL, "induction");
2541
2542   // We need to test whether the backedge-taken count is uint##_max. Adding one
2543   // to it will cause overflow and an incorrect loop trip count in the vector
2544   // body. In case of overflow we want to directly jump to the scalar remainder
2545   // loop.
2546   Value *BackedgeCount =
2547       Exp.expandCodeFor(BackedgeTakeCount, BackedgeTakeCount->getType(),
2548                         BypassBlock->getTerminator());
2549   if (BackedgeCount->getType()->isPointerTy())
2550     BackedgeCount = CastInst::CreatePointerCast(BackedgeCount, IdxTy,
2551                                                 "backedge.ptrcnt.to.int",
2552                                                 BypassBlock->getTerminator());
2553   Instruction *CheckBCOverflow =
2554       CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, BackedgeCount,
2555                       Constant::getAllOnesValue(BackedgeCount->getType()),
2556                       "backedge.overflow", BypassBlock->getTerminator());
2557
2558   // The loop index does not have to start at Zero. Find the original start
2559   // value from the induction PHI node. If we don't have an induction variable
2560   // then we know that it starts at zero.
2561   Builder.SetInsertPoint(BypassBlock->getTerminator());
2562   Value *StartIdx = ExtendedIdx = OldInduction ?
2563     Builder.CreateZExt(OldInduction->getIncomingValueForBlock(BypassBlock),
2564                        IdxTy):
2565     ConstantInt::get(IdxTy, 0);
2566
2567   // Count holds the overall loop count (N).
2568   Value *Count = Exp.expandCodeFor(ExitCount, ExitCount->getType(),
2569                                    BypassBlock->getTerminator());
2570
2571   LoopBypassBlocks.push_back(BypassBlock);
2572
2573   // Split the single block loop into the two loop structure described above.
2574   BasicBlock *VectorPH =
2575   BypassBlock->splitBasicBlock(BypassBlock->getTerminator(), "vector.ph");
2576   BasicBlock *VecBody =
2577   VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.body");
2578   BasicBlock *MiddleBlock =
2579   VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(), "middle.block");
2580   BasicBlock *ScalarPH =
2581   MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(), "scalar.ph");
2582
2583   // Create and register the new vector loop.
2584   Loop* Lp = new Loop();
2585   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
2586
2587   // Insert the new loop into the loop nest and register the new basic blocks
2588   // before calling any utilities such as SCEV that require valid LoopInfo.
2589   if (ParentLoop) {
2590     ParentLoop->addChildLoop(Lp);
2591     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, *LI);
2592     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(VectorPH, *LI);
2593     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, *LI);
2594   } else {
2595     LI->addTopLevelLoop(Lp);
2596   }
2597   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, *LI);
2598
2599   // Use this IR builder to create the loop instructions (Phi, Br, Cmp)
2600   // inside the loop.
2601   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstNonPHI());
2602
2603   // Generate the induction variable.
2604   setDebugLocFromInst(Builder, getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
2605   Induction = Builder.CreatePHI(IdxTy, 2, "index");
2606   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
2607   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
2608   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF * UF);
2609
2610   // Generate code to check that the loop's trip count that we computed by
2611   // adding one to the backedge-taken count will not overflow.
2612   BasicBlock *CheckBlock = BypassBlock->splitBasicBlock(
2613       BypassBlock->getTerminator(), "overflow.checked");
2614   if (ParentLoop)
2615     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(CheckBlock, *LI);
2616   LoopBypassBlocks.push_back(CheckBlock);
2617   ReplaceInstWithInst(
2618       BypassBlock->getTerminator(),
2619       BranchInst::Create(ScalarPH, CheckBlock, CheckBCOverflow));
2620   BypassBlock = CheckBlock;
2621
2622   // This is the IR builder that we use to add all of the logic for bypassing
2623   // the new vector loop.
2624   IRBuilder<> BypassBuilder(BypassBlock->getTerminator());
2625   setDebugLocFromInst(BypassBuilder,
2626                       getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
2627
2628   // We may need to extend the index in case there is a type mismatch.
2629   // We know that the count starts at zero and does not overflow.
2630   if (Count->getType() != IdxTy) {
2631     // The exit count can be of pointer type. Convert it to the correct
2632     // integer type.
2633     if (ExitCount->getType()->isPointerTy())
2634       Count = BypassBuilder.CreatePointerCast(Count, IdxTy, "ptrcnt.to.int");
2635     else
2636       Count = BypassBuilder.CreateZExtOrTrunc(Count, IdxTy, "cnt.cast");
2637   }
2638
2639   // Add the start index to the loop count to get the new end index.
2640   Value *IdxEnd = BypassBuilder.CreateAdd(Count, StartIdx, "end.idx");
2641
2642   // Now we need to generate the expression for N - (N % VF), which is
2643   // the part that the vectorized body will execute.
2644   Value *R = BypassBuilder.CreateURem(Count, Step, "n.mod.vf");
2645   Value *CountRoundDown = BypassBuilder.CreateSub(Count, R, "n.vec");
2646   Value *IdxEndRoundDown = BypassBuilder.CreateAdd(CountRoundDown, StartIdx,
2647                                                      "end.idx.rnd.down");
2648
2649   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
2650   // jump to the scalar loop.
2651   Value *Cmp =
2652       BypassBuilder.CreateICmpEQ(IdxEndRoundDown, StartIdx, "cmp.zero");
2653
2654   // Generate the code to check that the strides we assumed to be one are really
2655   // one. We want the new basic block to start at the first instruction in a
2656   // sequence of instructions that form a check.
2657   Instruction *StrideCheck;
2658   Instruction *FirstCheckInst;
2659   std::tie(FirstCheckInst, StrideCheck) =
2660       addStrideCheck(BypassBlock->getTerminator());
2661   if (StrideCheck) {
2662     AddedSafetyChecks = true;
2663     // Create a new block containing the stride check.
2664     BasicBlock *CheckBlock =
2665         BypassBlock->splitBasicBlock(FirstCheckInst, "vector.stridecheck");
2666     if (ParentLoop)
2667       ParentLoop->addBasicBlockToLoop(CheckBlock, *LI);
2668     LoopBypassBlocks.push_back(CheckBlock);
2669
2670     // Replace the branch into the memory check block with a conditional branch
2671     // for the "few elements case".
2672     ReplaceInstWithInst(BypassBlock->getTerminator(),
2673                         BranchInst::Create(MiddleBlock, CheckBlock, Cmp));
2674
2675     Cmp = StrideCheck;
2676     BypassBlock = CheckBlock;
2677   }
2678
2679   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
2680   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
2681   // faster.
2682   Instruction *MemRuntimeCheck;
2683   std::tie(FirstCheckInst, MemRuntimeCheck) =
2684     Legal->getLAI()->addRuntimeCheck(BypassBlock->getTerminator());
2685   if (MemRuntimeCheck) {
2686     AddedSafetyChecks = true;
2687     // Create a new block containing the memory check.
2688     BasicBlock *CheckBlock =
2689         BypassBlock->splitBasicBlock(FirstCheckInst, "vector.memcheck");
2690     if (ParentLoop)
2691       ParentLoop->addBasicBlockToLoop(CheckBlock, *LI);
2692     LoopBypassBlocks.push_back(CheckBlock);
2693
2694     // Replace the branch into the memory check block with a conditional branch
2695     // for the "few elements case".
2696     ReplaceInstWithInst(BypassBlock->getTerminator(),
2697                         BranchInst::Create(MiddleBlock, CheckBlock, Cmp));
2698
2699     Cmp = MemRuntimeCheck;
2700     BypassBlock = CheckBlock;
2701   }
2702
2703   ReplaceInstWithInst(BypassBlock->getTerminator(),
2704                       BranchInst::Create(MiddleBlock, VectorPH, Cmp));
2705
2706   // We are going to resume the execution of the scalar loop.
2707   // Go over all of the induction variables that we found and fix the
2708   // PHIs that are left in the scalar version of the loop.
2709   // The starting values of PHI nodes depend on the counter of the last
2710   // iteration in the vectorized loop.
2711   // If we come from a bypass edge then we need to start from the original
2712   // start value.
2713
2714   // This variable saves the new starting index for the scalar loop.
2715   PHINode *ResumeIndex = nullptr;
2716   LoopVectorizationLegality::InductionList::iterator I, E;
2717   LoopVectorizationLegality::InductionList *List = Legal->getInductionVars();
2718   // Set builder to point to last bypass block.
2719   BypassBuilder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
2720   for (I = List->begin(), E = List->end(); I != E; ++I) {
2721     PHINode *OrigPhi = I->first;
2722     LoopVectorizationLegality::InductionInfo II = I->second;
2723
2724     Type *ResumeValTy = (OrigPhi == OldInduction) ? IdxTy : OrigPhi->getType();
2725     PHINode *ResumeVal = PHINode::Create(ResumeValTy, 2, "resume.val",
2726                                          MiddleBlock->getTerminator());
2727     // We might have extended the type of the induction variable but we need a
2728     // truncated version for the scalar loop.
2729     PHINode *TruncResumeVal = (OrigPhi == OldInduction) ?
2730       PHINode::Create(OrigPhi->getType(), 2, "trunc.resume.val",
2731                       MiddleBlock->getTerminator()) : nullptr;
2732
2733     // Create phi nodes to merge from the  backedge-taken check block.
2734     PHINode *BCResumeVal = PHINode::Create(ResumeValTy, 3, "bc.resume.val",
2735                                            ScalarPH->getTerminator());
2736     BCResumeVal->addIncoming(ResumeVal, MiddleBlock);
2737
2738     PHINode *BCTruncResumeVal = nullptr;
2739     if (OrigPhi == OldInduction) {
2740       BCTruncResumeVal =
2741           PHINode::Create(OrigPhi->getType(), 2, "bc.trunc.resume.val",
2742                           ScalarPH->getTerminator());
2743       BCTruncResumeVal->addIncoming(TruncResumeVal, MiddleBlock);
2744     }
2745
2746     Value *EndValue = nullptr;
2747     switch (II.IK) {
2748     case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
2749       llvm_unreachable("Unknown induction");
2750     case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
2751       // Handle the integer induction counter.
2752       assert(OrigPhi->getType()->isIntegerTy() && "Invalid type");
2753
2754       // We have the canonical induction variable.
2755       if (OrigPhi == OldInduction) {
2756         // Create a truncated version of the resume value for the scalar loop,
2757         // we might have promoted the type to a larger width.
2758         EndValue =
2759           BypassBuilder.CreateTrunc(IdxEndRoundDown, OrigPhi->getType());
2760         // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
2761         // or the value at the end of the vectorized loop.
2762         for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2763           TruncResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[I]);
2764         TruncResumeVal->addIncoming(EndValue, VecBody);
2765
2766         BCTruncResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[0]);
2767
2768         // We know what the end value is.
2769         EndValue = IdxEndRoundDown;
2770         // We also know which PHI node holds it.
2771         ResumeIndex = ResumeVal;
2772         break;
2773       }
2774
2775       // Not the canonical induction variable - add the vector loop count to the
2776       // start value.
2777       Value *CRD = BypassBuilder.CreateSExtOrTrunc(CountRoundDown,
2778                                                    II.StartValue->getType(),
2779                                                    "cast.crd");
2780       EndValue = II.transform(BypassBuilder, CRD);
2781       EndValue->setName("ind.end");
2782       break;
2783     }
2784     case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction: {
2785       Value *CRD = BypassBuilder.CreateSExtOrTrunc(CountRoundDown,
2786                                                    II.StepValue->getType(),
2787                                                    "cast.crd");
2788       EndValue = II.transform(BypassBuilder, CRD);
2789       EndValue->setName("ptr.ind.end");
2790       break;
2791     }
2792     }// end of case
2793
2794     // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
2795     // or the value at the end of the vectorized loop.
2796     for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I) {
2797       if (OrigPhi == OldInduction)
2798         ResumeVal->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[I]);
2799       else
2800         ResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[I]);
2801     }
2802     ResumeVal->addIncoming(EndValue, VecBody);
2803
2804     // Fix the scalar body counter (PHI node).
2805     unsigned BlockIdx = OrigPhi->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
2806
2807     // The old induction's phi node in the scalar body needs the truncated
2808     // value.
2809     if (OrigPhi == OldInduction) {
2810       BCResumeVal->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[0]);
2811       OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, BCTruncResumeVal);
2812     } else {
2813       BCResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[0]);
2814       OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, BCResumeVal);
2815     }
2816   }
2817
2818   // If we are generating a new induction variable then we also need to
2819   // generate the code that calculates the exit value. This value is not
2820   // simply the end of the counter because we may skip the vectorized body
2821   // in case of a runtime check.
2822   if (!OldInduction){
2823     assert(!ResumeIndex && "Unexpected resume value found");
2824     ResumeIndex = PHINode::Create(IdxTy, 2, "new.indc.resume.val",
2825                                   MiddleBlock->getTerminator());
2826     for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2827       ResumeIndex->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[I]);
2828     ResumeIndex->addIncoming(IdxEndRoundDown, VecBody);
2829   }
2830
2831   // Make sure that we found the index where scalar loop needs to continue.
2832   assert(ResumeIndex && ResumeIndex->getType()->isIntegerTy() &&
2833          "Invalid resume Index");
2834
2835   // Add a check in the middle block to see if we have completed
2836   // all of the iterations in the first vector loop.
2837   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
2838   Value *CmpN = CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, IdxEnd,
2839                                 ResumeIndex, "cmp.n",
2840                                 MiddleBlock->getTerminator());
2841   ReplaceInstWithInst(MiddleBlock->getTerminator(),
2842                       BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN));
2843
2844   // Create i+1 and fill the PHINode.
2845   Value *NextIdx = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
2846   Induction->addIncoming(StartIdx, VectorPH);
2847   Induction->addIncoming(NextIdx, VecBody);
2848   // Create the compare.
2849   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(NextIdx, IdxEndRoundDown);
2850   Builder.CreateCondBr(ICmp, MiddleBlock, VecBody);
2851
2852   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
2853   VecBody->getTerminator()->eraseFromParent();
2854
2855   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
2856   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstInsertionPt());
2857
2858   // Save the state.
2859   LoopVectorPreHeader = VectorPH;
2860   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
2861   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
2862   LoopExitBlock = ExitBlock;
2863   LoopVectorBody.push_back(VecBody);
2864   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
2865
2866   LoopVectorizeHints Hints(Lp, true);
2867   Hints.setAlreadyVectorized();
2868 }
2869
2870 namespace {
2871 struct CSEDenseMapInfo {
2872   static bool canHandle(Instruction *I) {
2873     return isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
2874            isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I);
2875   }
2876   static inline Instruction *getEmptyKey() {
2877     return DenseMapInfo<Instruction *>::getEmptyKey();
2878   }
2879   static inline Instruction *getTombstoneKey() {
2880     return DenseMapInfo<Instruction *>::getTombstoneKey();
2881   }
2882   static unsigned getHashValue(Instruction *I) {
2883     assert(canHandle(I) && "Unknown instruction!");
2884     return hash_combine(I->getOpcode(), hash_combine_range(I->value_op_begin(),
2885                                                            I->value_op_end()));
2886   }
2887   static bool isEqual(Instruction *LHS, Instruction *RHS) {
2888     if (LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey() ||
2889         LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey())
2890       return LHS == RHS;
2891     return LHS->isIdenticalTo(RHS);
2892   }
2893 };
2894 }
2895
2896 /// \brief Check whether this block is a predicated block.
2897 /// Due to if predication of stores we might create a sequence of "if(pred) a[i]
2898 /// = ...;  " blocks. We start with one vectorized basic block. For every
2899 /// conditional block we split this vectorized block. Therefore, every second
2900 /// block will be a predicated one.
2901 static bool isPredicatedBlock(unsigned BlockNum) {
2902   return BlockNum % 2;
2903 }
2904
2905 ///\brief Perform cse of induction variable instructions.
2906 static void cse(SmallVector<BasicBlock *, 4> &BBs) {
2907   // Perform simple cse.
2908   SmallDenseMap<Instruction *, Instruction *, 4, CSEDenseMapInfo> CSEMap;
2909   for (unsigned i = 0, e = BBs.size(); i != e; ++i) {
2910     BasicBlock *BB = BBs[i];
2911     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
2912       Instruction *In = I++;
2913
2914       if (!CSEDenseMapInfo::canHandle(In))
2915         continue;
2916
2917       // Check if we can replace this instruction with any of the
2918       // visited instructions.
2919       if (Instruction *V = CSEMap.lookup(In)) {
2920         In->replaceAllUsesWith(V);
2921         In->eraseFromParent();
2922         continue;
2923       }
2924       // Ignore instructions in conditional blocks. We create "if (pred) a[i] =
2925       // ...;" blocks for predicated stores. Every second block is a predicated
2926       // block.
2927       if (isPredicatedBlock(i))
2928         continue;
2929
2930       CSEMap[In] = In;
2931     }
2932   }
2933 }
2934
2935 /// \brief Adds a 'fast' flag to floating point operations.
2936 static Value *addFastMathFlag(Value *V) {
2937   if (isa<FPMathOperator>(V)){
2938     FastMathFlags Flags;
2939     Flags.setUnsafeAlgebra();
2940     cast<Instruction>(V)->setFastMathFlags(Flags);
2941   }
2942   return V;
2943 }
2944
2945 /// Estimate the overhead of scalarizing a value. Insert and Extract are set if
2946 /// the result needs to be inserted and/or extracted from vectors.
2947 static unsigned getScalarizationOverhead(Type *Ty, bool Insert, bool Extract,
2948                                          const TargetTransformInfo &TTI) {
2949   if (Ty->isVoidTy())
2950     return 0;
2951
2952   assert(Ty->isVectorTy() && "Can only scalarize vectors");
2953   unsigned Cost = 0;
2954
2955   for (int i = 0, e = Ty->getVectorNumElements(); i < e; ++i) {
2956     if (Insert)
2957       Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement, Ty, i);
2958     if (Extract)
2959       Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, Ty, i);
2960   }
2961
2962   return Cost;
2963 }
2964
2965 // Estimate cost of a call instruction CI if it were vectorized with factor VF.
2966 // Return the cost of the instruction, including scalarization overhead if it's
2967 // needed. The flag NeedToScalarize shows if the call needs to be scalarized -
2968 // i.e. either vector version isn't available, or is too expensive.
2969 static unsigned getVectorCallCost(CallInst *CI, unsigned VF,
2970                                   const TargetTransformInfo &TTI,
2971                                   const TargetLibraryInfo *TLI,
2972                                   bool &NeedToScalarize) {
2973   Function *F = CI->getCalledFunction();
2974   StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
2975   Type *ScalarRetTy = CI->getType();
2976   SmallVector<Type *, 4> Tys, ScalarTys;
2977   for (auto &ArgOp : CI->arg_operands())
2978     ScalarTys.push_back(ArgOp->getType());
2979
2980   // Estimate cost of scalarized vector call. The source operands are assumed
2981   // to be vectors, so we need to extract individual elements from there,
2982   // execute VF scalar calls, and then gather the result into the vector return
2983   // value.
2984   unsigned ScalarCallCost = TTI.getCallInstrCost(F, ScalarRetTy, ScalarTys);
2985   if (VF == 1)
2986     return ScalarCallCost;
2987
2988   // Compute corresponding vector type for return value and arguments.
2989   Type *RetTy = ToVectorTy(ScalarRetTy, VF);
2990   for (unsigned i = 0, ie = ScalarTys.size(); i != ie; ++i)
2991     Tys.push_back(ToVectorTy(ScalarTys[i], VF));
2992
2993   // Compute costs of unpacking argument values for the scalar calls and
2994   // packing the return values to a vector.
2995   unsigned ScalarizationCost =
2996       getScalarizationOverhead(RetTy, true, false, TTI);
2997   for (unsigned i = 0, ie = Tys.size(); i != ie; ++i)
2998     ScalarizationCost += getScalarizationOverhead(Tys[i], false, true, TTI);
2999
3000   unsigned Cost = ScalarCallCost * VF + ScalarizationCost;
3001
3002   // If we can't emit a vector call for this function, then the currently found
3003   // cost is the cost we need to return.
3004   NeedToScalarize = true;
3005   if (!TLI || !TLI->isFunctionVectorizable(FnName, VF) || CI->isNoBuiltin())
3006     return Cost;
3007
3008   // If the corresponding vector cost is cheaper, return its cost.
3009   unsigned VectorCallCost = TTI.getCallInstrCost(nullptr, RetTy, Tys);
3010   if (VectorCallCost < Cost) {
3011     NeedToScalarize = false;
3012     return VectorCallCost;
3013   }
3014   return Cost;
3015 }
3016
3017 // Estimate cost of an intrinsic call instruction CI if it were vectorized with
3018 // factor VF.  Return the cost of the instruction, including scalarization
3019 // overhead if it's needed.
3020 static unsigned getVectorIntrinsicCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3021                                        const TargetTransformInfo &TTI,
3022                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
3023   Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3024   assert(ID && "Expected intrinsic call!");
3025
3026   Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
3027   SmallVector<Type *, 4> Tys;
3028   for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i)
3029     Tys.push_back(ToVectorTy(CI->getArgOperand(i)->getType(), VF));
3030
3031   return TTI.getIntrinsicInstrCost(ID, RetTy, Tys);
3032 }
3033
3034 void InnerLoopVectorizer::vectorizeLoop() {
3035   //===------------------------------------------------===//
3036   //
3037   // Notice: any optimization or new instruction that go
3038   // into the code below should be also be implemented in
3039   // the cost-model.
3040   //
3041   //===------------------------------------------------===//
3042   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
3043
3044   // In order to support reduction variables we need to be able to vectorize
3045   // Phi nodes. Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two
3046   // stages. First, we create a new vector PHI node with no incoming edges.
3047   // We use this value when we vectorize all of the instructions that use the
3048   // PHI. Next, after all of the instructions in the block are complete we
3049   // add the new incoming edges to the PHI. At this point all of the
3050   // instructions in the basic block are vectorized, so we can use them to
3051   // construct the PHI.
3052   PhiVector RdxPHIsToFix;
3053
3054   // Scan the loop in a topological order to ensure that defs are vectorized
3055   // before users.
3056   LoopBlocksDFS DFS(OrigLoop);
3057   DFS.perform(LI);
3058
3059   // Vectorize all of the blocks in the original loop.
3060   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
3061        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb)
3062     vectorizeBlockInLoop(*bb, &RdxPHIsToFix);
3063
3064   // At this point every instruction in the original loop is widened to
3065   // a vector form. We are almost done. Now, we need to fix the PHI nodes
3066   // that we vectorized. The PHI nodes are currently empty because we did
3067   // not want to introduce cycles. Notice that the remaining PHI nodes
3068   // that we need to fix are reduction variables.
3069
3070   // Create the 'reduced' values for each of the induction vars.
3071   // The reduced values are the vector values that we scalarize and combine
3072   // after the loop is finished.
3073   for (PhiVector::iterator it = RdxPHIsToFix.begin(), e = RdxPHIsToFix.end();
3074        it != e; ++it) {
3075     PHINode *RdxPhi = *it;
3076     assert(RdxPhi && "Unable to recover vectorized PHI");
3077
3078     // Find the reduction variable descriptor.
3079     assert(Legal->getReductionVars()->count(RdxPhi) &&
3080            "Unable to find the reduction variable");
3081     RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[RdxPhi];
3082
3083     RecurrenceDescriptor::RecurrenceKind RK = RdxDesc.getRecurrenceKind();
3084     TrackingVH<Value> ReductionStartValue = RdxDesc.getRecurrenceStartValue();
3085     Instruction *LoopExitInst = RdxDesc.getLoopExitInstr();
3086     RecurrenceDescriptor::MinMaxRecurrenceKind MinMaxKind =
3087         RdxDesc.getMinMaxRecurrenceKind();
3088     setDebugLocFromInst(Builder, ReductionStartValue);
3089
3090     // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
3091     // To do so, we need to generate the 'identity' vector and override
3092     // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
3093     // to do it in the vector-loop preheader.
3094     Builder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks[1]->getTerminator());
3095
3096     // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
3097     VectorParts &VectorExit = getVectorValue(LoopExitInst);
3098     Type *VecTy = VectorExit[0]->getType();
3099
3100     // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
3101     // one for multiplication, -1 for And.
3102     Value *Identity;
3103     Value *VectorStart;
3104     if (RK == RecurrenceDescriptor::RK_IntegerMinMax ||
3105         RK == RecurrenceDescriptor::RK_FloatMinMax) {
3106       // MinMax reduction have the start value as their identify.
3107       if (VF == 1) {
3108         VectorStart = Identity = ReductionStartValue;
3109       } else {
3110         VectorStart = Identity =
3111             Builder.CreateVectorSplat(VF, ReductionStartValue, "minmax.ident");
3112       }
3113     } else {
3114       // Handle other reduction kinds:
3115       Constant *Iden = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceIdentity(
3116           RK, VecTy->getScalarType());
3117       if (VF == 1) {
3118         Identity = Iden;
3119         // This vector is the Identity vector where the first element is the
3120         // incoming scalar reduction.
3121         VectorStart = ReductionStartValue;
3122       } else {
3123         Identity = ConstantVector::getSplat(VF, Iden);
3124
3125         // This vector is the Identity vector where the first element is the
3126         // incoming scalar reduction.
3127         VectorStart =
3128             Builder.CreateInsertElement(Identity, ReductionStartValue, Zero);
3129       }
3130     }
3131
3132     // Fix the vector-loop phi.
3133
3134     // Reductions do not have to start at zero. They can start with
3135     // any loop invariant values.
3136     VectorParts &VecRdxPhi = WidenMap.get(RdxPhi);
3137     BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
3138     Value *LoopVal = RdxPhi->getIncomingValueForBlock(Latch);
3139     VectorParts &Val = getVectorValue(LoopVal);
3140     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3141       // Make sure to add the reduction stat value only to the
3142       // first unroll part.
3143       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
3144       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(StartVal,
3145                                                   LoopVectorPreHeader);
3146       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(Val[part],
3147                                                   LoopVectorBody.back());
3148     }
3149
3150     // Before each round, move the insertion point right between
3151     // the PHIs and the values we are going to write.
3152     // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
3153     // instructions.
3154     Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
3155
3156     VectorParts RdxParts;
3157     setDebugLocFromInst(Builder, LoopExitInst);
3158     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3159       // This PHINode contains the vectorized reduction variable, or
3160       // the initial value vector, if we bypass the vector loop.
3161       VectorParts &RdxExitVal = getVectorValue(LoopExitInst);
3162       PHINode *NewPhi = Builder.CreatePHI(VecTy, 2, "rdx.vec.exit.phi");
3163       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
3164       for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
3165         NewPhi->addIncoming(StartVal, LoopBypassBlocks[I]);
3166       NewPhi->addIncoming(RdxExitVal[part],
3167                           LoopVectorBody.back());
3168       RdxParts.push_back(NewPhi);
3169     }
3170
3171     // Reduce all of the unrolled parts into a single vector.
3172     Value *ReducedPartRdx = RdxParts[0];
3173     unsigned Op = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceBinOp(RK);
3174     setDebugLocFromInst(Builder, ReducedPartRdx);
3175     for (unsigned part = 1; part < UF; ++part) {
3176       if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
3177         // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
3178         ReducedPartRdx = addFastMathFlag(
3179             Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Op, RdxParts[part],
3180                                 ReducedPartRdx, "bin.rdx"));
3181       else
3182         ReducedPartRdx = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(
3183             Builder, MinMaxKind, ReducedPartRdx, RdxParts[part]);
3184     }
3185
3186     if (VF > 1) {
3187       // VF is a power of 2 so we can emit the reduction using log2(VF) shuffles
3188       // and vector ops, reducing the set of values being computed by half each
3189       // round.
3190       assert(isPowerOf2_32(VF) &&
3191              "Reduction emission only supported for pow2 vectors!");
3192       Value *TmpVec = ReducedPartRdx;
3193       SmallVector<Constant*, 32> ShuffleMask(VF, nullptr);
3194       for (unsigned i = VF; i != 1; i >>= 1) {
3195         // Move the upper half of the vector to the lower half.
3196         for (unsigned j = 0; j != i/2; ++j)
3197           ShuffleMask[j] = Builder.getInt32(i/2 + j);
3198
3199         // Fill the rest of the mask with undef.
3200         std::fill(&ShuffleMask[i/2], ShuffleMask.end(),
3201                   UndefValue::get(Builder.getInt32Ty()));
3202
3203         Value *Shuf =
3204         Builder.CreateShuffleVector(TmpVec,
3205                                     UndefValue::get(TmpVec->getType()),
3206                                     ConstantVector::get(ShuffleMask),
3207                                     "rdx.shuf");
3208
3209         if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
3210           // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
3211           TmpVec = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(
3212               (Instruction::BinaryOps)Op, TmpVec, Shuf, "bin.rdx"));
3213         else
3214           TmpVec = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(Builder, MinMaxKind,
3215                                                         TmpVec, Shuf);
3216       }
3217
3218       // The result is in the first element of the vector.
3219       ReducedPartRdx = Builder.CreateExtractElement(TmpVec,
3220                                                     Builder.getInt32(0));
3221     }
3222
3223     // Create a phi node that merges control-flow from the backedge-taken check
3224     // block and the middle block.
3225     PHINode *BCBlockPhi = PHINode::Create(RdxPhi->getType(), 2, "bc.merge.rdx",
3226                                           LoopScalarPreHeader->getTerminator());
3227     BCBlockPhi->addIncoming(ReductionStartValue, LoopBypassBlocks[0]);
3228     BCBlockPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
3229
3230     // Now, we need to fix the users of the reduction variable
3231     // inside and outside of the scalar remainder loop.
3232     // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
3233     // PHI nodes in the exit blocks.
3234     for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
3235          LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
3236       PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
3237       if (!LCSSAPhi) break;
3238
3239       // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
3240       // we already fixed them.
3241       assert(LCSSAPhi->getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
3242
3243       // We found our reduction value exit-PHI. Update it with the
3244       // incoming bypass edge.
3245       if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == LoopExitInst) {
3246         // Add an edge coming from the bypass.
3247         LCSSAPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
3248         break;
3249       }
3250     }// end of the LCSSA phi scan.
3251
3252     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
3253     // from the vector body and from the backedge value.
3254     int IncomingEdgeBlockIdx =
3255     (RdxPhi)->getBasicBlockIndex(OrigLoop->getLoopLatch());
3256     assert(IncomingEdgeBlockIdx >= 0 && "Invalid block index");
3257     // Pick the other block.
3258     int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1);
3259     (RdxPhi)->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, BCBlockPhi);
3260     (RdxPhi)->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, LoopExitInst);
3261   }// end of for each redux variable.
3262
3263   fixLCSSAPHIs();
3264
3265   // Remove redundant induction instructions.
3266   cse(LoopVectorBody);
3267 }
3268
3269 void InnerLoopVectorizer::fixLCSSAPHIs() {
3270   for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
3271        LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
3272     PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
3273     if (!LCSSAPhi) break;
3274     if (LCSSAPhi->getNumIncomingValues() == 1)
3275       LCSSAPhi->addIncoming(UndefValue::get(LCSSAPhi->getType()),
3276                             LoopMiddleBlock);
3277   }
3278 }
3279
3280 InnerLoopVectorizer::VectorParts
3281 InnerLoopVectorizer::createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst) {
3282   assert(std::find(pred_begin(Dst), pred_end(Dst), Src) != pred_end(Dst) &&
3283          "Invalid edge");
3284
3285   // Look for cached value.
3286   std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*> Edge(Src, Dst);
3287   EdgeMaskCache::iterator ECEntryIt = MaskCache.find(Edge);
3288   if (ECEntryIt != MaskCache.end())
3289     return ECEntryIt->second;
3290
3291   VectorParts SrcMask = createBlockInMask(Src);
3292
3293   // The terminator has to be a branch inst!
3294   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Src->getTerminator());
3295   assert(BI && "Unexpected terminator found");
3296
3297   if (BI->isConditional()) {
3298     VectorParts EdgeMask = getVectorValue(BI->getCondition());
3299
3300     if (BI->getSuccessor(0) != Dst)
3301       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3302         EdgeMask[part] = Builder.CreateNot(EdgeMask[part]);
3303
3304     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3305       EdgeMask[part] = Builder.CreateAnd(EdgeMask[part], SrcMask[part]);
3306
3307     MaskCache[Edge] = EdgeMask;
3308     return EdgeMask;
3309   }
3310
3311   MaskCache[Edge] = SrcMask;
3312   return SrcMask;
3313 }
3314
3315 InnerLoopVectorizer::VectorParts
3316 InnerLoopVectorizer::createBlockInMask(BasicBlock *BB) {
3317   assert(OrigLoop->contains(BB) && "Block is not a part of a loop");
3318
3319   // Loop incoming mask is all-one.
3320   if (OrigLoop->getHeader() == BB) {
3321     Value *C = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 1);
3322     return getVectorValue(C);
3323   }
3324
3325   // This is the block mask. We OR all incoming edges, and with zero.
3326   Value *Zero = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 0);
3327   VectorParts BlockMask = getVectorValue(Zero);
3328
3329   // For each pred:
3330   for (pred_iterator it = pred_begin(BB), e = pred_end(BB); it != e; ++it) {
3331     VectorParts EM = createEdgeMask(*it, BB);
3332     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3333       BlockMask[part] = Builder.CreateOr(BlockMask[part], EM[part]);
3334   }
3335
3336   return BlockMask;
3337 }
3338
3339 void InnerLoopVectorizer::widenPHIInstruction(Instruction *PN,
3340                                               InnerLoopVectorizer::VectorParts &Entry,
3341                                               unsigned UF, unsigned VF, PhiVector *PV) {
3342   PHINode* P = cast<PHINode>(PN);
3343   // Handle reduction variables:
3344   if (Legal->getReductionVars()->count(P)) {
3345     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3346       // This is phase one of vectorizing PHIs.
3347       Type *VecTy = (VF == 1) ? PN->getType() :
3348       VectorType::get(PN->getType(), VF);
3349       Entry[part] = PHINode::Create(VecTy, 2, "vec.phi",
3350                                     LoopVectorBody.back()-> getFirstInsertionPt());
3351     }
3352     PV->push_back(P);
3353     return;
3354   }
3355
3356   setDebugLocFromInst(Builder, P);
3357   // Check for PHI nodes that are lowered to vector selects.
3358   if (P->getParent() != OrigLoop->getHeader()) {
3359     // We know that all PHIs in non-header blocks are converted into
3360     // selects, so we don't have to worry about the insertion order and we
3361     // can just use the builder.
3362     // At this point we generate the predication tree. There may be
3363     // duplications since this is a simple recursive scan, but future
3364     // optimizations will clean it up.
3365
3366     unsigned NumIncoming = P->getNumIncomingValues();
3367
3368     // Generate a sequence of selects of the form:
3369     // SELECT(Mask3, In3,
3370     //      SELECT(Mask2, In2,
3371     //                   ( ...)))
3372     for (unsigned In = 0; In < NumIncoming; In++) {
3373       VectorParts Cond = createEdgeMask(P->getIncomingBlock(In),
3374                                         P->getParent());
3375       VectorParts &In0 = getVectorValue(P->getIncomingValue(In));
3376
3377       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3378         // We might have single edge PHIs (blocks) - use an identity
3379         // 'select' for the first PHI operand.
3380         if (In == 0)
3381           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
3382                                              In0[part]);
3383         else
3384           // Select between the current value and the previous incoming edge
3385           // based on the incoming mask.
3386           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
3387                                              Entry[part], "predphi");
3388       }
3389     }
3390     return;
3391   }
3392
3393   // This PHINode must be an induction variable.
3394   // Make sure that we know about it.
3395   assert(Legal->getInductionVars()->count(P) &&
3396          "Not an induction variable");
3397
3398   LoopVectorizationLegality::InductionInfo II =
3399   Legal->getInductionVars()->lookup(P);
3400
3401   // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
3402   // which can be found from the original scalar operations.
3403   switch (II.IK) {
3404     case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
3405       llvm_unreachable("Unknown induction");
3406     case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
3407       assert(P->getType() == II.StartValue->getType() && "Types must match");
3408       Type *PhiTy = P->getType();
3409       Value *Broadcasted;
3410       if (P == OldInduction) {
3411         // Handle the canonical induction variable. We might have had to
3412         // extend the type.
3413         Broadcasted = Builder.CreateTrunc(Induction, PhiTy);
3414       } else {
3415         // Handle other induction variables that are now based on the
3416         // canonical one.
3417         Value *NormalizedIdx = Builder.CreateSub(Induction, ExtendedIdx,
3418                                                  "normalized.idx");
3419         NormalizedIdx = Builder.CreateSExtOrTrunc(NormalizedIdx, PhiTy);
3420         Broadcasted = II.transform(Builder, NormalizedIdx);
3421         Broadcasted->setName("offset.idx");
3422       }
3423       Broadcasted = getBroadcastInstrs(Broadcasted);
3424       // After broadcasting the induction variable we need to make the vector
3425       // consecutive by adding 0, 1, 2, etc.
3426       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3427         Entry[part] = getStepVector(Broadcasted, VF * part, II.StepValue);
3428       return;
3429     }
3430     case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction:
3431       // Handle the pointer induction variable case.
3432       assert(P->getType()->isPointerTy() && "Unexpected type.");
3433       // This is the normalized GEP that starts counting at zero.
3434       Value *NormalizedIdx =
3435           Builder.CreateSub(Induction, ExtendedIdx, "normalized.idx");
3436       NormalizedIdx =
3437           Builder.CreateSExtOrTrunc(NormalizedIdx, II.StepValue->getType());
3438       // This is the vector of results. Notice that we don't generate
3439       // vector geps because scalar geps result in better code.
3440       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3441         if (VF == 1) {
3442           int EltIndex = part;
3443           Constant *Idx = ConstantInt::get(NormalizedIdx->getType(), EltIndex);
3444           Value *GlobalIdx = Builder.CreateAdd(NormalizedIdx, Idx);
3445           Value *SclrGep = II.transform(Builder, GlobalIdx);
3446           SclrGep->setName("next.gep");
3447           Entry[part] = SclrGep;
3448           continue;
3449         }
3450
3451         Value *VecVal = UndefValue::get(VectorType::get(P->getType(), VF));
3452         for (unsigned int i = 0; i < VF; ++i) {
3453           int EltIndex = i + part * VF;
3454           Constant *Idx = ConstantInt::get(NormalizedIdx->getType(), EltIndex);
3455           Value *GlobalIdx = Builder.CreateAdd(NormalizedIdx, Idx);
3456           Value *SclrGep = II.transform(Builder, GlobalIdx);
3457           SclrGep->setName("next.gep");
3458           VecVal = Builder.CreateInsertElement(VecVal, SclrGep,
3459                                                Builder.getInt32(i),
3460                                                "insert.gep");
3461         }
3462         Entry[part] = VecVal;
3463       }
3464       return;
3465   }
3466 }
3467
3468 void InnerLoopVectorizer::vectorizeBlockInLoop(BasicBlock *BB, PhiVector *PV) {
3469   // For each instruction in the old loop.
3470   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
3471     VectorParts &Entry = WidenMap.get(it);
3472     switch (it->getOpcode()) {
3473     case Instruction::Br:
3474       // Nothing to do for PHIs and BR, since we already took care of the
3475       // loop control flow instructions.
3476       continue;
3477     case Instruction::PHI: {
3478       // Vectorize PHINodes.
3479       widenPHIInstruction(it, Entry, UF, VF, PV);
3480       continue;
3481     }// End of PHI.
3482
3483     case Instruction::Add:
3484     case Instruction::FAdd:
3485     case Instruction::Sub:
3486     case Instruction::FSub:
3487     case Instruction::Mul:
3488     case Instruction::FMul:
3489     case Instruction::UDiv:
3490     case Instruction::SDiv:
3491     case Instruction::FDiv:
3492     case Instruction::URem:
3493     case Instruction::SRem:
3494     case Instruction::FRem:
3495     case Instruction::Shl:
3496     case Instruction::LShr:
3497     case Instruction::AShr:
3498     case Instruction::And:
3499     case Instruction::Or:
3500     case Instruction::Xor: {
3501       // Just widen binops.
3502       BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(it);
3503       setDebugLocFromInst(Builder, BinOp);
3504       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3505       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
3506
3507       // Use this vector value for all users of the original instruction.
3508       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3509         Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), A[Part], B[Part]);
3510
3511         if (BinaryOperator *VecOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
3512           VecOp->copyIRFlags(BinOp);
3513
3514         Entry[Part] = V;
3515       }
3516
3517       propagateMetadata(Entry, it);
3518       break;
3519     }
3520     case Instruction::Select: {
3521       // Widen selects.
3522       // If the selector is loop invariant we can create a select
3523       // instruction with a scalar condition. Otherwise, use vector-select.
3524       bool InvariantCond = SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(it->getOperand(0)),
3525                                                OrigLoop);
3526       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3527
3528       // The condition can be loop invariant  but still defined inside the
3529       // loop. This means that we can't just use the original 'cond' value.
3530       // We have to take the 'vectorized' value and pick the first lane.
3531       // Instcombine will make this a no-op.
3532       VectorParts &Cond = getVectorValue(it->getOperand(0));
3533       VectorParts &Op0  = getVectorValue(it->getOperand(1));
3534       VectorParts &Op1  = getVectorValue(it->getOperand(2));
3535
3536       Value *ScalarCond = (VF == 1) ? Cond[0] :
3537         Builder.CreateExtractElement(Cond[0], Builder.getInt32(0));
3538
3539       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3540         Entry[Part] = Builder.CreateSelect(
3541           InvariantCond ? ScalarCond : Cond[Part],
3542           Op0[Part],
3543           Op1[Part]);
3544       }
3545
3546       propagateMetadata(Entry, it);
3547       break;
3548     }
3549
3550     case Instruction::ICmp:
3551     case Instruction::FCmp: {
3552       // Widen compares. Generate vector compares.
3553       bool FCmp = (it->getOpcode() == Instruction::FCmp);
3554       CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(it);
3555       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3556       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3557       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
3558       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3559         Value *C = nullptr;
3560         if (FCmp)
3561           C = Builder.CreateFCmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
3562         else
3563           C = Builder.CreateICmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
3564         Entry[Part] = C;
3565       }
3566
3567       propagateMetadata(Entry, it);
3568       break;
3569     }
3570
3571     case Instruction::Store:
3572     case Instruction::Load:
3573       vectorizeMemoryInstruction(it);
3574         break;
3575     case Instruction::ZExt:
3576     case Instruction::SExt:
3577     case Instruction::FPToUI:
3578     case Instruction::FPToSI:
3579     case Instruction::FPExt:
3580     case Instruction::PtrToInt:
3581     case Instruction::IntToPtr:
3582     case Instruction::SIToFP:
3583     case Instruction::UIToFP:
3584     case Instruction::Trunc:
3585     case Instruction::FPTrunc:
3586     case Instruction::BitCast: {
3587       CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(it);
3588       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3589       /// Optimize the special case where the source is the induction
3590       /// variable. Notice that we can only optimize the 'trunc' case
3591       /// because: a. FP conversions lose precision, b. sext/zext may wrap,
3592       /// c. other casts depend on pointer size.
3593       if (CI->getOperand(0) == OldInduction &&
3594           it->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
3595         Value *ScalarCast = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), Induction,
3596                                                CI->getType());
3597         Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ScalarCast);
3598         LoopVectorizationLegality::InductionInfo II =
3599             Legal->getInductionVars()->lookup(OldInduction);
3600         Constant *Step =
3601             ConstantInt::getSigned(CI->getType(), II.StepValue->getSExtValue());
3602         for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
3603           Entry[Part] = getStepVector(Broadcasted, VF * Part, Step);
3604         propagateMetadata(Entry, it);
3605         break;
3606       }
3607       /// Vectorize casts.
3608       Type *DestTy = (VF == 1) ? CI->getType() :
3609                                  VectorType::get(CI->getType(), VF);
3610
3611       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3612       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
3613         Entry[Part] = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), A[Part], DestTy);
3614       propagateMetadata(Entry, it);
3615       break;
3616     }
3617
3618     case Instruction::Call: {
3619       // Ignore dbg intrinsics.
3620       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
3621         break;
3622       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3623
3624       Module *M = BB->getParent()->getParent();
3625       CallInst *CI = cast<CallInst>(it);
3626
3627       StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
3628       Function *F = CI->getCalledFunction();
3629       Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
3630       SmallVector<Type *, 4> Tys;
3631       for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i)
3632         Tys.push_back(ToVectorTy(CI->getArgOperand(i)->getType(), VF));
3633
3634       Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3635       if (ID &&
3636           (ID == Intrinsic::assume || ID == Intrinsic::lifetime_end ||
3637            ID == Intrinsic::lifetime_start)) {
3638         scalarizeInstruction(it);
3639         break;
3640       }
3641       // The flag shows whether we use Intrinsic or a usual Call for vectorized
3642       // version of the instruction.
3643       // Is it beneficial to perform intrinsic call compared to lib call?
3644       bool NeedToScalarize;
3645       unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, *TTI, TLI, NeedToScalarize);
3646       bool UseVectorIntrinsic =
3647           ID && getVectorIntrinsicCost(CI, VF, *TTI, TLI) <= CallCost;
3648       if (!UseVectorIntrinsic && NeedToScalarize) {
3649         scalarizeInstruction(it);
3650         break;
3651       }
3652
3653       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3654         SmallVector<Value *, 4> Args;
3655         for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i) {
3656           Value *Arg = CI->getArgOperand(i);
3657           // Some intrinsics have a scalar argument - don't replace it with a
3658           // vector.
3659           if (!UseVectorIntrinsic || !hasVectorInstrinsicScalarOpd(ID, i)) {
3660             VectorParts &VectorArg = getVectorValue(CI->getArgOperand(i));
3661             Arg = VectorArg[Part];
3662           }
3663           Args.push_back(Arg);
3664         }
3665
3666         Function *VectorF;
3667         if (UseVectorIntrinsic) {
3668           // Use vector version of the intrinsic.
3669           Type *TysForDecl[] = {CI->getType()};
3670           if (VF > 1)
3671             TysForDecl[0] = VectorType::get(CI->getType()->getScalarType(), VF);
3672           VectorF = Intrinsic::getDeclaration(M, ID, TysForDecl);
3673         } else {
3674           // Use vector version of the library call.
3675           StringRef VFnName = TLI->getVectorizedFunction(FnName, VF);
3676           assert(!VFnName.empty() && "Vector function name is empty.");
3677           VectorF = M->getFunction(VFnName);
3678           if (!VectorF) {
3679             // Generate a declaration
3680             FunctionType *FTy = FunctionType::get(RetTy, Tys, false);
3681             VectorF =
3682                 Function::Create(FTy, Function::ExternalLinkage, VFnName, M);
3683             VectorF->copyAttributesFrom(F);
3684           }
3685         }
3686         assert(VectorF && "Can't create vector function.");
3687         Entry[Part] = Builder.CreateCall(VectorF, Args);
3688       }
3689
3690       propagateMetadata(Entry, it);
3691       break;
3692     }
3693
3694     default:
3695       // All other instructions are unsupported. Scalarize them.
3696       scalarizeInstruction(it);
3697       break;
3698     }// end of switch.
3699   }// end of for_each instr.
3700 }
3701
3702 void InnerLoopVectorizer::updateAnalysis() {
3703   // Forget the original basic block.
3704   SE->forgetLoop(OrigLoop);
3705
3706   // Update the dominator tree information.
3707   assert(DT->properlyDominates(LoopBypassBlocks.front(), LoopExitBlock) &&
3708          "Entry does not dominate exit.");
3709
3710   for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
3711     DT->addNewBlock(LoopBypassBlocks[I], LoopBypassBlocks[I-1]);
3712   DT->addNewBlock(LoopVectorPreHeader, LoopBypassBlocks.back());
3713
3714   // Due to if predication of stores we might create a sequence of "if(pred)
3715   // a[i] = ...;  " blocks.
3716   for (unsigned i = 0, e = LoopVectorBody.size(); i != e; ++i) {
3717     if (i == 0)
3718       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[0], LoopVectorPreHeader);
3719     else if (isPredicatedBlock(i)) {
3720       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[i], LoopVectorBody[i-1]);
3721     } else {
3722       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[i], LoopVectorBody[i-2]);
3723     }
3724   }
3725
3726   DT->addNewBlock(LoopMiddleBlock, LoopBypassBlocks[1]);
3727   DT->addNewBlock(LoopScalarPreHeader, LoopBypassBlocks[0]);
3728   DT->changeImmediateDominator(LoopScalarBody, LoopScalarPreHeader);
3729   DT->changeImmediateDominator(LoopExitBlock, LoopBypassBlocks[0]);
3730
3731   DEBUG(DT->verifyDomTree());
3732 }
3733
3734 /// \brief Check whether it is safe to if-convert this phi node.
3735 ///
3736 /// Phi nodes with constant expressions that can trap are not safe to if
3737 /// convert.
3738 static bool canIfConvertPHINodes(BasicBlock *BB) {
3739   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3740     PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I);
3741     if (!Phi)
3742       return true;
3743     for (unsigned p = 0, e = Phi->getNumIncomingValues(); p != e; ++p)
3744       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Phi->getIncomingValue(p)))
3745         if (C->canTrap())
3746           return false;
3747   }
3748   return true;
3749 }
3750
3751 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeWithIfConvert() {
3752   if (!EnableIfConversion) {
3753     emitAnalysis(VectorizationReport() << "if-conversion is disabled");
3754     return false;
3755   }
3756
3757   assert(TheLoop->getNumBlocks() > 1 && "Single block loops are vectorizable");
3758
3759   // A list of pointers that we can safely read and write to.
3760   SmallPtrSet<Value *, 8> SafePointes;
3761
3762   // Collect safe addresses.
3763   for (Loop::block_iterator BI = TheLoop->block_begin(),
3764          BE = TheLoop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
3765     BasicBlock *BB = *BI;
3766
3767     if (blockNeedsPredication(BB))
3768       continue;
3769
3770     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3771       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
3772         SafePointes.insert(LI->getPointerOperand());
3773       else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
3774         SafePointes.insert(SI->getPointerOperand());
3775     }
3776   }
3777
3778   // Collect the blocks that need predication.
3779   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
3780   for (Loop::block_iterator BI = TheLoop->block_begin(),
3781          BE = TheLoop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
3782     BasicBlock *BB = *BI;
3783
3784     // We don't support switch statements inside loops.
3785     if (!isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
3786       emitAnalysis(VectorizationReport(BB->getTerminator())
3787                    << "loop contains a switch statement");
3788       return false;
3789     }
3790
3791     // We must be able to predicate all blocks that need to be predicated.
3792     if (blockNeedsPredication(BB)) {
3793       if (!blockCanBePredicated(BB, SafePointes)) {
3794         emitAnalysis(VectorizationReport(BB->getTerminator())
3795                      << "control flow cannot be substituted for a select");
3796         return false;
3797       }
3798     } else if (BB != Header && !canIfConvertPHINodes(BB)) {
3799       emitAnalysis(VectorizationReport(BB->getTerminator())
3800                    << "control flow cannot be substituted for a select");
3801       return false;
3802     }
3803   }
3804
3805   // We can if-convert this loop.
3806   return true;
3807 }
3808
3809 bool LoopVectorizationLegality::canVectorize() {
3810   // We must have a loop in canonical form. Loops with indirectbr in them cannot
3811   // be canonicalized.
3812   if (!TheLoop->getLoopPreheader()) {
3813     emitAnalysis(
3814         VectorizationReport() <<
3815         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3816     return false;
3817   }
3818
3819   // We can only vectorize innermost loops.
3820   if (!TheLoop->getSubLoopsVector().empty()) {
3821     emitAnalysis(VectorizationReport() << "loop is not the innermost loop");
3822     return false;
3823   }
3824
3825   // We must have a single backedge.
3826   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1) {
3827     emitAnalysis(
3828         VectorizationReport() <<
3829         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3830     return false;
3831   }
3832
3833   // We must have a single exiting block.
3834   if (!TheLoop->getExitingBlock()) {
3835     emitAnalysis(
3836         VectorizationReport() <<
3837         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3838     return false;
3839   }
3840
3841   // We only handle bottom-tested loops, i.e. loop in which the condition is
3842   // checked at the end of each iteration. With that we can assume that all
3843   // instructions in the loop are executed the same number of times.
3844   if (TheLoop->getExitingBlock() != TheLoop->getLoopLatch()) {
3845     emitAnalysis(
3846         VectorizationReport() <<
3847         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3848     return false;
3849   }
3850
3851   // We need to have a loop header.
3852   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop: " <<
3853         TheLoop->getHeader()->getName() << '\n');
3854
3855   // Check if we can if-convert non-single-bb loops.
3856   unsigned NumBlocks = TheLoop->getNumBlocks();
3857   if (NumBlocks != 1 && !canVectorizeWithIfConvert()) {
3858     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't if-convert the loop.\n");
3859     return false;
3860   }
3861
3862   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
3863   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(TheLoop);
3864   if (ExitCount == SE->getCouldNotCompute()) {
3865     emitAnalysis(VectorizationReport() <<
3866                  "could not determine number of loop iterations");
3867     DEBUG(dbgs() << "LV: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
3868     return false;
3869   }
3870
3871   // Check if we can vectorize the instructions and CFG in this loop.
3872   if (!canVectorizeInstrs()) {
3873     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize the instructions or CFG\n");
3874     return false;
3875   }
3876
3877   // Go over each instruction and look at memory deps.
3878   if (!canVectorizeMemory()) {
3879     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize due to memory conflicts\n");
3880     return false;
3881   }
3882
3883   // Collect all of the variables that remain uniform after vectorization.
3884   collectLoopUniforms();
3885
3886   DEBUG(dbgs() << "LV: We can vectorize this loop" <<
3887         (LAI->getRuntimePointerCheck()->Need ? " (with a runtime bound check)" :
3888          "")
3889         <<"!\n");
3890
3891   // Analyze interleaved memory accesses.
3892   if (EnableInterleavedMemAccesses)
3893     InterleaveInfo.analyzeInterleaving(Strides);
3894
3895   // Okay! We can vectorize. At this point we don't have any other mem analysis
3896   // which may limit our maximum vectorization factor, so just return true with
3897   // no restrictions.
3898   return true;
3899 }
3900
3901 static Type *convertPointerToIntegerType(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
3902   if (Ty->isPointerTy())
3903     return DL.getIntPtrType(Ty);
3904
3905   // It is possible that char's or short's overflow when we ask for the loop's
3906   // trip count, work around this by changing the type size.
3907   if (Ty->getScalarSizeInBits() < 32)
3908     return Type::getInt32Ty(Ty->getContext());
3909
3910   return Ty;
3911 }
3912
3913 static Type* getWiderType(const DataLayout &DL, Type *Ty0, Type *Ty1) {
3914   Ty0 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty0);
3915   Ty1 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty1);
3916   if (Ty0->getScalarSizeInBits() > Ty1->getScalarSizeInBits())
3917     return Ty0;
3918   return Ty1;
3919 }
3920
3921 /// \brief Check that the instruction has outside loop users and is not an
3922 /// identified reduction variable.
3923 static bool hasOutsideLoopUser(const Loop *TheLoop, Instruction *Inst,
3924                                SmallPtrSetImpl<Value *> &Reductions) {
3925   // Reduction instructions are allowed to have exit users. All other
3926   // instructions must not have external users.
3927   if (!Reductions.count(Inst))
3928     //Check that all of the users of the loop are inside the BB.
3929     for (User *U : Inst->users()) {
3930       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3931       // This user may be a reduction exit value.
3932       if (!TheLoop->contains(UI)) {
3933         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an outside user for : " << *UI << '\n');
3934         return true;
3935       }
3936     }
3937   return false;
3938 }
3939
3940 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeInstrs() {
3941   BasicBlock *PreHeader = TheLoop->getLoopPreheader();
3942   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
3943
3944   // Look for the attribute signaling the absence of NaNs.
3945   Function &F = *Header->getParent();
3946   const DataLayout &DL = F.getParent()->getDataLayout();
3947   if (F.hasFnAttribute("no-nans-fp-math"))
3948     HasFunNoNaNAttr =
3949         F.getFnAttribute("no-nans-fp-math").getValueAsString() == "true";
3950
3951   // For each block in the loop.
3952   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
3953        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
3954
3955     // Scan the instructions in the block and look for hazards.
3956     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
3957          ++it) {
3958
3959       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(it)) {
3960         Type *PhiTy = Phi->getType();
3961         // Check that this PHI type is allowed.
3962         if (!PhiTy->isIntegerTy() &&
3963             !PhiTy->isFloatingPointTy() &&
3964             !PhiTy->isPointerTy()) {
3965           emitAnalysis(VectorizationReport(it)
3966                        << "loop control flow is not understood by vectorizer");
3967           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an non-int non-pointer PHI.\n");
3968           return false;
3969         }
3970
3971         // If this PHINode is not in the header block, then we know that we
3972         // can convert it to select during if-conversion. No need to check if
3973         // the PHIs in this block are induction or reduction variables.
3974         if (*bb != Header) {
3975           // Check that this instruction has no outside users or is an
3976           // identified reduction value with an outside user.
3977           if (!hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit))
3978             continue;
3979           emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
3980                        "value could not be identified as "
3981                        "an induction or reduction variable");
3982           return false;
3983         }
3984
3985         // We only allow if-converted PHIs with exactly two incoming values.
3986         if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
3987           emitAnalysis(VectorizationReport(it)
3988                        << "control flow not understood by vectorizer");
3989           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an invalid PHI.\n");
3990           return false;
3991         }
3992
3993         // This is the value coming from the preheader.
3994         Value *StartValue = Phi->getIncomingValueForBlock(PreHeader);
3995         ConstantInt *StepValue = nullptr;
3996         // Check if this is an induction variable.
3997         InductionKind IK = isInductionVariable(Phi, StepValue);
3998
3999         if (IK_NoInduction != IK) {
4000           // Get the widest type.
4001           if (!WidestIndTy)
4002             WidestIndTy = convertPointerToIntegerType(DL, PhiTy);
4003           else
4004             WidestIndTy = getWiderType(DL, PhiTy, WidestIndTy);
4005
4006           // Int inductions are special because we only allow one IV.
4007           if (IK == IK_IntInduction && StepValue->isOne()) {
4008             // Use the phi node with the widest type as induction. Use the last
4009             // one if there are multiple (no good reason for doing this other
4010             // than it is expedient).
4011             if (!Induction || PhiTy == WidestIndTy)
4012               Induction = Phi;
4013           }
4014
4015           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an induction variable.\n");
4016           Inductions[Phi] = InductionInfo(StartValue, IK, StepValue);
4017
4018           // Until we explicitly handle the case of an induction variable with
4019           // an outside loop user we have to give up vectorizing this loop.
4020           if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit)) {
4021             emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4022                          "use of induction value outside of the "
4023                          "loop is not handled by vectorizer");
4024             return false;
4025           }
4026
4027           continue;
4028         }
4029
4030         if (RecurrenceDescriptor::isReductionPHI(Phi, TheLoop,
4031                                                  Reductions[Phi])) {
4032           AllowedExit.insert(Reductions[Phi].getLoopExitInstr());
4033           continue;
4034         }
4035
4036         emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4037                      "value that could not be identified as "
4038                      "reduction is used outside the loop");
4039         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified PHI."<< *Phi <<"\n");
4040         return false;
4041       }// end of PHI handling
4042
4043       // We handle calls that:
4044       //   * Are debug info intrinsics.
4045       //   * Have a mapping to an IR intrinsic.
4046       //   * Have a vector version available.
4047       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(it);
4048       if (CI && !getIntrinsicIDForCall(CI, TLI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(CI) &&
4049           !(CI->getCalledFunction() && TLI &&
4050             TLI->isFunctionVectorizable(CI->getCalledFunction()->getName()))) {
4051         emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4052                      "call instruction cannot be vectorized");
4053         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-intrinsic, non-libfunc callsite.\n");
4054         return false;
4055       }
4056
4057       // Intrinsics such as powi,cttz and ctlz are legal to vectorize if the
4058       // second argument is the same (i.e. loop invariant)
4059       if (CI &&
4060           hasVectorInstrinsicScalarOpd(getIntrinsicIDForCall(CI, TLI), 1)) {
4061         if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(CI->getOperand(1)), TheLoop)) {
4062           emitAnalysis(VectorizationReport(it)
4063                        << "intrinsic instruction cannot be vectorized");
4064           DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable intrinsic " << *CI << "\n");
4065           return false;
4066         }
4067       }
4068
4069       // Check that the instruction return type is vectorizable.
4070       // Also, we can't vectorize extractelement instructions.
4071       if ((!VectorType::isValidElementType(it->getType()) &&
4072            !it->getType()->isVoidTy()) || isa<ExtractElementInst>(it)) {
4073         emitAnalysis(VectorizationReport(it)
4074                      << "instruction return type cannot be vectorized");
4075         DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable type.\n");
4076         return false;
4077       }
4078
4079       // Check that the stored type is vectorizable.
4080       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it)) {
4081         Type *T = ST->getValueOperand()->getType();
4082         if (!VectorType::isValidElementType(T)) {
4083           emitAnalysis(VectorizationReport(ST) <<
4084                        "store instruction cannot be vectorized");
4085           return false;
4086         }
4087         if (EnableMemAccessVersioning)
4088           collectStridedAccess(ST);
4089       }
4090
4091       if (EnableMemAccessVersioning)
4092         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(it))
4093           collectStridedAccess(LI);
4094
4095       // Reduction instructions are allowed to have exit users.
4096       // All other instructions must not have external users.
4097       if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit)) {
4098         emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4099                      "value cannot be used outside the loop");
4100         return false;
4101       }
4102
4103     } // next instr.
4104
4105   }
4106
4107   if (!Induction) {
4108     DEBUG(dbgs() << "LV: Did not find one integer induction var.\n");
4109     if (Inductions.empty()) {
4110       emitAnalysis(VectorizationReport()
4111                    << "loop induction variable could not be identified");
4112       return false;
4113     }
4114   }
4115
4116   return true;
4117 }
4118
4119 ///\brief Remove GEPs whose indices but the last one are loop invariant and
4120 /// return the induction operand of the gep pointer.
4121 static Value *stripGetElementPtr(Value *Ptr, ScalarEvolution *SE, Loop *Lp) {
4122   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
4123   if (!GEP)
4124     return Ptr;
4125
4126   unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(GEP);
4127
4128   // Check that all of the gep indices are uniform except for our induction
4129   // operand.
4130   for (unsigned i = 0, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
4131     if (i != InductionOperand &&
4132         !SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(GEP->getOperand(i)), Lp))
4133       return Ptr;
4134   return GEP->getOperand(InductionOperand);
4135 }
4136
4137 ///\brief Look for a cast use of the passed value.
4138 static Value *getUniqueCastUse(Value *Ptr, Loop *Lp, Type *Ty) {
4139   Value *UniqueCast = nullptr;
4140   for (User *U : Ptr->users()) {
4141     CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(U);
4142     if (CI && CI->getType() == Ty) {
4143       if (!UniqueCast)
4144         UniqueCast = CI;
4145       else
4146         return nullptr;
4147     }
4148   }
4149   return UniqueCast;
4150 }
4151
4152 ///\brief Get the stride of a pointer access in a loop.
4153 /// Looks for symbolic strides "a[i*stride]". Returns the symbolic stride as a
4154 /// pointer to the Value, or null otherwise.
4155 static Value *getStrideFromPointer(Value *Ptr, ScalarEvolution *SE, Loop *Lp) {
4156   const PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(Ptr->getType());
4157   if (!PtrTy || PtrTy->isAggregateType())
4158     return nullptr;
4159
4160   // Try to remove a gep instruction to make the pointer (actually index at this
4161   // point) easier analyzable. If OrigPtr is equal to Ptr we are analzying the
4162   // pointer, otherwise, we are analyzing the index.
4163   Value *OrigPtr = Ptr;
4164
4165   // The size of the pointer access.
4166   int64_t PtrAccessSize = 1;
4167
4168   Ptr = stripGetElementPtr(Ptr, SE, Lp);
4169   const SCEV *V = SE->getSCEV(Ptr);
4170
4171   if (Ptr != OrigPtr)
4172     // Strip off casts.
4173     while (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(V))
4174       V = C->getOperand();
4175
4176   const SCEVAddRecExpr *S = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
4177   if (!S)
4178     return nullptr;
4179
4180   V = S->getStepRecurrence(*SE);
4181   if (!V)
4182     return nullptr;
4183
4184   // Strip off the size of access multiplication if we are still analyzing the
4185   // pointer.
4186   if (OrigPtr == Ptr) {
4187     const DataLayout &DL = Lp->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
4188     DL.getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
4189     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(V)) {
4190       if (M->getOperand(0)->getSCEVType() != scConstant)
4191         return nullptr;
4192
4193       const APInt &APStepVal =
4194           cast<SCEVConstant>(M->getOperand(0))->getValue()->getValue();
4195
4196       // Huge step value - give up.
4197       if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
4198         return nullptr;
4199
4200       int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
4201       if (PtrAccessSize != StepVal)
4202         return nullptr;
4203       V = M->getOperand(1);
4204     }
4205   }
4206
4207   // Strip off casts.
4208   Type *StripedOffRecurrenceCast = nullptr;
4209   if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(V)) {
4210     StripedOffRecurrenceCast = C->getType();
4211     V = C->getOperand();
4212   }
4213
4214   // Look for the loop invariant symbolic value.
4215   const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(V);
4216   if (!U)
4217     return nullptr;
4218
4219   Value *Stride = U->getValue();
4220   if (!Lp->isLoopInvariant(Stride))
4221     return nullptr;
4222
4223   // If we have stripped off the recurrence cast we have to make sure that we
4224   // return the value that is used in this loop so that we can replace it later.
4225   if (StripedOffRecurrenceCast)
4226     Stride = getUniqueCastUse(Stride, Lp, StripedOffRecurrenceCast);
4227
4228   return Stride;
4229 }
4230
4231 void LoopVectorizationLegality::collectStridedAccess(Value *MemAccess) {
4232   Value *Ptr = nullptr;
4233   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(MemAccess))
4234     Ptr = LI->getPointerOperand();
4235   else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(MemAccess))
4236     Ptr = SI->getPointerOperand();
4237   else
4238     return;
4239
4240   Value *Stride = getStrideFromPointer(Ptr, SE, TheLoop);
4241   if (!Stride)
4242     return;
4243
4244   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a strided access that we can version");
4245   DEBUG(dbgs() << "  Ptr: " << *Ptr << " Stride: " << *Stride << "\n");
4246   Strides[Ptr] = Stride;
4247   StrideSet.insert(Stride);
4248 }
4249
4250 void LoopVectorizationLegality::collectLoopUniforms() {
4251   // We now know that the loop is vectorizable!
4252   // Collect variables that will remain uniform after vectorization.
4253   std::vector<Value*> Worklist;
4254   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
4255
4256   // Start with the conditional branch and walk up the block.
4257   Worklist.push_back(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
4258
4259   // Also add all consecutive pointer values; these values will be uniform
4260   // after vectorization (and subsequent cleanup) and, until revectorization is
4261   // supported, all dependencies must also be uniform.
4262   for (Loop::block_iterator B = TheLoop->block_begin(),
4263        BE = TheLoop->block_end(); B != BE; ++B)
4264     for (BasicBlock::iterator I = (*B)->begin(), IE = (*B)->end();
4265          I != IE; ++I)
4266       if (I->getType()->isPointerTy() && isConsecutivePtr(I))
4267         Worklist.insert(Worklist.end(), I->op_begin(), I->op_end());
4268
4269   while (!Worklist.empty()) {
4270     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Worklist.back());
4271     Worklist.pop_back();
4272
4273     // Look at instructions inside this loop.
4274     // Stop when reaching PHI nodes.
4275     // TODO: we need to follow values all over the loop, not only in this block.
4276     if (!I || !TheLoop->contains(I) || isa<PHINode>(I))
4277       continue;
4278
4279     // This is a known uniform.
4280     Uniforms.insert(I);
4281
4282     // Insert all operands.
4283     Worklist.insert(Worklist.end(), I->op_begin(), I->op_end());
4284   }
4285 }
4286
4287 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeMemory() {
4288   LAI = &LAA->getInfo(TheLoop, Strides);
4289   auto &OptionalReport = LAI->getReport();
4290   if (OptionalReport)
4291     emitAnalysis(VectorizationReport(*OptionalReport));
4292   if (!LAI->canVectorizeMemory())
4293     return false;
4294
4295   if (LAI->hasStoreToLoopInvariantAddress()) {
4296     emitAnalysis(
4297         VectorizationReport()
4298         << "write to a loop invariant address could not be vectorized");
4299     DEBUG(dbgs() << "LV: We don't allow storing to uniform addresses\n");
4300     return false;
4301   }
4302
4303   if (LAI->getNumRuntimePointerChecks() >
4304       VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold) {
4305     emitAnalysis(VectorizationReport()
4306                  << LAI->getNumRuntimePointerChecks() << " exceeds limit of "
4307                  << VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold
4308                  << " dependent memory operations checked at runtime");
4309     DEBUG(dbgs() << "LV: Too many memory checks needed.\n");
4310     return false;
4311   }
4312   return true;
4313 }
4314
4315 LoopVectorizationLegality::InductionKind
4316 LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(PHINode *Phi,
4317                                                ConstantInt *&StepValue) {
4318   if (!isInductionPHI(Phi, SE, StepValue))
4319     return IK_NoInduction;
4320
4321   Type *PhiTy = Phi->getType();
4322   // Found an Integer induction variable.
4323   if (PhiTy->isIntegerTy())
4324     return IK_IntInduction;
4325   // Found an Pointer induction variable.
4326   return IK_PtrInduction;
4327 }
4328
4329 bool LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(const Value *V) {
4330   Value *In0 = const_cast<Value*>(V);
4331   PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(In0);
4332   if (!PN)
4333     return false;
4334
4335   return Inductions.count(PN);
4336 }
4337
4338 bool LoopVectorizationLegality::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB)  {
4339   return LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
4340 }
4341
4342 bool LoopVectorizationLegality::blockCanBePredicated(BasicBlock *BB,
4343                                            SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs) {
4344   
4345   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
4346     // Check that we don't have a constant expression that can trap as operand.
4347     for (Instruction::op_iterator OI = it->op_begin(), OE = it->op_end();
4348          OI != OE; ++OI) {
4349       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*OI))
4350         if (C->canTrap())
4351           return false;
4352     }
4353     // We might be able to hoist the load.
4354     if (it->mayReadFromMemory()) {
4355       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(it);
4356       if (!LI)
4357         return false;
4358       if (!SafePtrs.count(LI->getPointerOperand())) {
4359         if (isLegalMaskedLoad(LI->getType(), LI->getPointerOperand())) {
4360           MaskedOp.insert(LI);
4361           continue;
4362         }
4363         return false;
4364       }
4365     }
4366
4367     // We don't predicate stores at the moment.
4368     if (it->mayWriteToMemory()) {
4369       StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(it);
4370       // We only support predication of stores in basic blocks with one
4371       // predecessor.
4372       if (!SI)
4373         return false;
4374
4375       bool isSafePtr = (SafePtrs.count(SI->getPointerOperand()) != 0);
4376       bool isSinglePredecessor = SI->getParent()->getSinglePredecessor();
4377       
4378       if (++NumPredStores > NumberOfStoresToPredicate || !isSafePtr ||
4379           !isSinglePredecessor) {
4380         // Build a masked store if it is legal for the target, otherwise scalarize
4381         // the block.
4382         bool isLegalMaskedOp =
4383           isLegalMaskedStore(SI->getValueOperand()->getType(),
4384                              SI->getPointerOperand());
4385         if (isLegalMaskedOp) {
4386           --NumPredStores;
4387           MaskedOp.insert(SI);
4388           continue;
4389         }
4390         return false;
4391       }
4392     }
4393     if (it->mayThrow())
4394       return false;
4395
4396     // The instructions below can trap.
4397     switch (it->getOpcode()) {
4398     default: continue;
4399     case Instruction::UDiv:
4400     case Instruction::SDiv:
4401     case Instruction::URem:
4402     case Instruction::SRem:
4403       return false;
4404     }
4405   }
4406
4407   return true;
4408 }
4409
4410 void InterleavedAccessInfo::collectConstStridedAccesses(
4411     MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &StrideAccesses,
4412     const ValueToValueMap &Strides) {
4413   // Holds load/store instructions in program order.
4414   SmallVector<Instruction *, 16> AccessList;
4415
4416   for (auto *BB : TheLoop->getBlocks()) {
4417     bool IsPred = LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
4418
4419     for (auto &I : *BB) {
4420       if (!isa<LoadInst>(&I) && !isa<StoreInst>(&I))
4421         continue;
4422       // FIXME: Currently we can't handle mixed accesses and predicated accesses
4423       if (IsPred)
4424         return;
4425
4426       AccessList.push_back(&I);
4427     }
4428   }
4429
4430   if (AccessList.empty())
4431     return;
4432
4433   auto &DL = TheLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
4434   for (auto I : AccessList) {
4435     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
4436     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
4437
4438     Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
4439     int Stride = isStridedPtr(SE, Ptr, TheLoop, Strides);
4440
4441     // The factor of the corresponding interleave group.
4442     unsigned Factor = std::abs(Stride);
4443
4444     // Ignore the access if the factor is too small or too large.
4445     if (Factor < 2 || Factor > MaxInterleaveGroupFactor)
4446       continue;
4447
4448     const SCEV *Scev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, Ptr);
4449     PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(Ptr->getType());
4450     unsigned Size = DL.getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
4451
4452     // An alignment of 0 means target ABI alignment.
4453     unsigned Align = LI ? LI->getAlignment() : SI->getAlignment();
4454     if (!Align)
4455       Align = DL.getABITypeAlignment(PtrTy->getElementType());
4456
4457     StrideAccesses[I] = StrideDescriptor(Stride, Scev, Size, Align);
4458   }
4459 }
4460
4461 // Analyze interleaved accesses and collect them into interleave groups.
4462 //
4463 // Notice that the vectorization on interleaved groups will change instruction
4464 // orders and may break dependences. But the memory dependence check guarantees
4465 // that there is no overlap between two pointers of different strides, element
4466 // sizes or underlying bases.
4467 //
4468 // For pointers sharing the same stride, element size and underlying base, no
4469 // need to worry about Read-After-Write dependences and Write-After-Read
4470 // dependences.
4471 //
4472 // E.g. The RAW dependence:  A[i] = a;
4473 //                           b = A[i];
4474 // This won't exist as it is a store-load forwarding conflict, which has
4475 // already been checked and forbidden in the dependence check.
4476 //
4477 // E.g. The WAR dependence:  a = A[i];  // (1)
4478 //                           A[i] = b;  // (2)
4479 // The store group of (2) is always inserted at or below (2), and the load group
4480 // of (1) is always inserted at or above (1). The dependence is safe.
4481 void InterleavedAccessInfo::analyzeInterleaving(
4482     const ValueToValueMap &Strides) {
4483   DEBUG(dbgs() << "LV: Analyzing interleaved accesses...\n");
4484
4485   // Holds all the stride accesses.
4486   MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> StrideAccesses;
4487   collectConstStridedAccesses(StrideAccesses, Strides);
4488
4489   if (StrideAccesses.empty())
4490     return;
4491
4492   // Holds all interleaved store groups temporarily.
4493   SmallSetVector<InterleaveGroup *, 4> StoreGroups;
4494
4495   // Search the load-load/write-write pair B-A in bottom-up order and try to
4496   // insert B into the interleave group of A according to 3 rules:
4497   //   1. A and B have the same stride.
4498   //   2. A and B have the same memory object size.
4499   //   3. B belongs to the group according to the distance.
4500   //
4501   // The bottom-up order can avoid breaking the Write-After-Write dependences
4502   // between two pointers of the same base.
4503   // E.g.  A[i]   = a;   (1)
4504   //       A[i]   = b;   (2)
4505   //       A[i+1] = c    (3)
4506   // We form the group (2)+(3) in front, so (1) has to form groups with accesses
4507   // above (1), which guarantees that (1) is always above (2).
4508   for (auto I = StrideAccesses.rbegin(), E = StrideAccesses.rend(); I != E;
4509        ++I) {
4510     Instruction *A = I->first;
4511     StrideDescriptor DesA = I->second;
4512
4513     InterleaveGroup *Group = getInterleaveGroup(A);
4514     if (!Group) {
4515       DEBUG(dbgs() << "LV: Creating an interleave group with:" << *A << '\n');
4516       Group = createInterleaveGroup(A, DesA.Stride, DesA.Align);
4517     }
4518
4519     if (A->mayWriteToMemory())
4520       StoreGroups.insert(Group);
4521
4522     for (auto II = std::next(I); II != E; ++II) {
4523       Instruction *B = II->first;
4524       StrideDescriptor DesB = II->second;
4525
4526       // Ignore if B is already in a group or B is a different memory operation.
4527       if (isInterleaved(B) || A->mayReadFromMemory() != B->mayReadFromMemory())
4528         continue;
4529
4530       // Check the rule 1 and 2.
4531       if (DesB.Stride != DesA.Stride || DesB.Size != DesA.Size)
4532         continue;
4533
4534       // Calculate the distance and prepare for the rule 3.
4535       const SCEVConstant *DistToA =
4536           dyn_cast<SCEVConstant>(SE->getMinusSCEV(DesB.Scev, DesA.Scev));
4537       if (!DistToA)
4538         continue;
4539
4540       int DistanceToA = DistToA->getValue()->getValue().getSExtValue();
4541
4542       // Skip if the distance is not multiple of size as they are not in the
4543       // same group.
4544       if (DistanceToA % static_cast<int>(DesA.Size))
4545         continue;
4546
4547       // The index of B is the index of A plus the related index to A.
4548       int IndexB =
4549           Group->getIndex(A) + DistanceToA / static_cast<int>(DesA.Size);
4550
4551       // Try to insert B into the group.
4552       if (Group->insertMember(B, IndexB, DesB.Align)) {
4553         DEBUG(dbgs() << "LV: Inserted:" << *B << '\n'
4554                      << "    into the interleave group with" << *A << '\n');
4555         InterleaveGroupMap[B] = Group;
4556
4557         // Set the first load in program order as the insert position.
4558         if (B->mayReadFromMemory())
4559           Group->setInsertPos(B);
4560       }
4561     } // Iteration on instruction B
4562   }   // Iteration on instruction A
4563
4564   // Remove interleaved store groups with gaps.
4565   for (InterleaveGroup *Group : StoreGroups)
4566     if (Group->getNumMembers() != Group->getFactor())
4567       releaseGroup(Group);
4568 }
4569
4570 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
4571 LoopVectorizationCostModel::selectVectorizationFactor(bool OptForSize) {
4572   // Width 1 means no vectorize
4573   VectorizationFactor Factor = { 1U, 0U };
4574   if (OptForSize && Legal->getRuntimePointerCheck()->Need) {
4575     emitAnalysis(VectorizationReport() <<
4576                  "runtime pointer checks needed. Enable vectorization of this "
4577                  "loop with '#pragma clang loop vectorize(enable)' when "
4578                  "compiling with -Os");
4579     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. Runtime ptr check is required in Os.\n");
4580     return Factor;
4581   }
4582
4583   if (!EnableCondStoresVectorization && Legal->getNumPredStores()) {
4584     emitAnalysis(VectorizationReport() <<
4585                  "store that is conditionally executed prevents vectorization");
4586     DEBUG(dbgs() << "LV: No vectorization. There are conditional stores.\n");
4587     return Factor;
4588   }
4589
4590   // Find the trip count.
4591   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
4592   DEBUG(dbgs() << "LV: Found trip count: " << TC << '\n');
4593
4594   unsigned WidestType = getWidestType();
4595   unsigned WidestRegister = TTI.getRegisterBitWidth(true);
4596   unsigned MaxSafeDepDist = -1U;
4597   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
4598     MaxSafeDepDist = Legal->getMaxSafeDepDistBytes() * 8;
4599   WidestRegister = ((WidestRegister < MaxSafeDepDist) ?
4600                     WidestRegister : MaxSafeDepDist);
4601   unsigned MaxVectorSize = WidestRegister / WidestType;
4602   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest type: " << WidestType << " bits.\n");
4603   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest register is: "
4604           << WidestRegister << " bits.\n");
4605
4606   if (MaxVectorSize == 0) {
4607     DEBUG(dbgs() << "LV: The target has no vector registers.\n");
4608     MaxVectorSize = 1;
4609   }
4610
4611   assert(MaxVectorSize <= 64 && "Did not expect to pack so many elements"
4612          " into one vector!");
4613
4614   unsigned VF = MaxVectorSize;
4615
4616   // If we optimize the program for size, avoid creating the tail loop.
4617   if (OptForSize) {
4618     // If we are unable to calculate the trip count then don't try to vectorize.
4619     if (TC < 2) {
4620       emitAnalysis
4621         (VectorizationReport() <<
4622          "unable to calculate the loop count due to complex control flow");
4623       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required in Os.\n");
4624       return Factor;
4625     }
4626
4627     // Find the maximum SIMD width that can fit within the trip count.
4628     VF = TC % MaxVectorSize;
4629
4630     if (VF == 0)
4631       VF = MaxVectorSize;
4632     else {
4633       // If the trip count that we found modulo the vectorization factor is not
4634       // zero then we require a tail.
4635       emitAnalysis(VectorizationReport() <<
4636                    "cannot optimize for size and vectorize at the "
4637                    "same time. Enable vectorization of this loop "
4638                    "with '#pragma clang loop vectorize(enable)' "
4639                    "when compiling with -Os");
4640       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required in Os.\n");
4641       return Factor;
4642     }
4643   }
4644
4645   int UserVF = Hints->getWidth();
4646   if (UserVF != 0) {
4647     assert(isPowerOf2_32(UserVF) && "VF needs to be a power of two");
4648     DEBUG(dbgs() << "LV: Using user VF " << UserVF << ".\n");
4649
4650     Factor.Width = UserVF;
4651     return Factor;
4652   }
4653
4654   float Cost = expectedCost(1);
4655 #ifndef NDEBUG
4656   const float ScalarCost = Cost;
4657 #endif /* NDEBUG */
4658   unsigned Width = 1;
4659   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalar loop costs: " << (int)ScalarCost << ".\n");
4660
4661   bool ForceVectorization = Hints->getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled;
4662   // Ignore scalar width, because the user explicitly wants vectorization.
4663   if (ForceVectorization && VF > 1) {
4664     Width = 2;
4665     Cost = expectedCost(Width) / (float)Width;
4666   }
4667
4668   for (unsigned i=2; i <= VF; i*=2) {
4669     // Notice that the vector loop needs to be executed less times, so
4670     // we need to divide the cost of the vector loops by the width of
4671     // the vector elements.
4672     float VectorCost = expectedCost(i) / (float)i;
4673     DEBUG(dbgs() << "LV: Vector loop of width " << i << " costs: " <<
4674           (int)VectorCost << ".\n");
4675     if (VectorCost < Cost) {
4676       Cost = VectorCost;
4677       Width = i;
4678     }
4679   }
4680
4681   DEBUG(if (ForceVectorization && Width > 1 && Cost >= ScalarCost) dbgs()
4682         << "LV: Vectorization seems to be not beneficial, "
4683         << "but was forced by a user.\n");
4684   DEBUG(dbgs() << "LV: Selecting VF: "<< Width << ".\n");
4685   Factor.Width = Width;
4686   Factor.Cost = Width * Cost;
4687   return Factor;
4688 }
4689
4690 unsigned LoopVectorizationCostModel::getWidestType() {
4691   unsigned MaxWidth = 8;
4692   const DataLayout &DL = TheFunction->getParent()->getDataLayout();
4693
4694   // For each block.
4695   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
4696        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
4697     BasicBlock *BB = *bb;
4698
4699     // For each instruction in the loop.
4700     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
4701       Type *T = it->getType();
4702
4703       // Ignore ephemeral values.
4704       if (EphValues.count(it))
4705         continue;
4706
4707       // Only examine Loads, Stores and PHINodes.
4708       if (!isa<LoadInst>(it) && !isa<StoreInst>(it) && !isa<PHINode>(it))
4709         continue;
4710
4711       // Examine PHI nodes that are reduction variables.
4712       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(it))
4713         if (!Legal->getReductionVars()->count(PN))
4714           continue;
4715
4716       // Examine the stored values.
4717       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it))
4718         T = ST->getValueOperand()->getType();
4719
4720       // Ignore loaded pointer types and stored pointer types that are not
4721       // consecutive. However, we do want to take consecutive stores/loads of
4722       // pointer vectors into account.
4723       if (T->isPointerTy() && !isConsecutiveLoadOrStore(it))
4724         continue;
4725
4726       MaxWidth = std::max(MaxWidth,
4727                           (unsigned)DL.getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
4728     }
4729   }
4730
4731   return MaxWidth;
4732 }
4733
4734 unsigned
4735 LoopVectorizationCostModel::selectUnrollFactor(bool OptForSize,
4736                                                unsigned VF,
4737                                                unsigned LoopCost) {
4738
4739   // -- The unroll heuristics --
4740   // We unroll the loop in order to expose ILP and reduce the loop overhead.
4741   // There are many micro-architectural considerations that we can't predict
4742   // at this level. For example, frontend pressure (on decode or fetch) due to
4743   // code size, or the number and capabilities of the execution ports.
4744   //
4745   // We use the following heuristics to select the unroll factor:
4746   // 1. If the code has reductions, then we unroll in order to break the cross
4747   // iteration dependency.
4748   // 2. If the loop is really small, then we unroll in order to reduce the loop
4749   // overhead.
4750   // 3. We don't unroll if we think that we will spill registers to memory due
4751   // to the increased register pressure.
4752
4753   // Use the user preference, unless 'auto' is selected.
4754   int UserUF = Hints->getInterleave();
4755   if (UserUF != 0)
4756     return UserUF;
4757
4758   // When we optimize for size, we don't unroll.
4759   if (OptForSize)
4760     return 1;
4761
4762   // We used the distance for the unroll factor.
4763   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
4764     return 1;
4765
4766   // Do not unroll loops with a relatively small trip count.
4767   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
4768   if (TC > 1 && TC < TinyTripCountUnrollThreshold)
4769     return 1;
4770
4771   unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(VF > 1);
4772   DEBUG(dbgs() << "LV: The target has " << TargetNumRegisters <<
4773         " registers\n");
4774
4775   if (VF == 1) {
4776     if (ForceTargetNumScalarRegs.getNumOccurrences() > 0)
4777       TargetNumRegisters = ForceTargetNumScalarRegs;
4778   } else {
4779     if (ForceTargetNumVectorRegs.getNumOccurrences() > 0)
4780       TargetNumRegisters = ForceTargetNumVectorRegs;
4781   }
4782
4783   LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage R = calculateRegisterUsage();
4784   // We divide by these constants so assume that we have at least one
4785   // instruction that uses at least one register.
4786   R.MaxLocalUsers = std::max(R.MaxLocalUsers, 1U);
4787   R.NumInstructions = std::max(R.NumInstructions, 1U);
4788
4789   // We calculate the unroll factor using the following formula.
4790   // Subtract the number of loop invariants from the number of available
4791   // registers. These registers are used by all of the unrolled instances.
4792   // Next, divide the remaining registers by the number of registers that is
4793   // required by the loop, in order to estimate how many parallel instances
4794   // fit without causing spills. All of this is rounded down if necessary to be
4795   // a power of two. We want power of two unroll factors to simplify any
4796   // addressing operations or alignment considerations.
4797   unsigned UF = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs) /
4798                               R.MaxLocalUsers);
4799
4800   // Don't count the induction variable as unrolled.
4801   if (EnableIndVarRegisterHeur)
4802     UF = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs - 1) /
4803                        std::max(1U, (R.MaxLocalUsers - 1)));
4804
4805   // Clamp the unroll factor ranges to reasonable factors.
4806   unsigned MaxInterleaveSize = TTI.getMaxInterleaveFactor(VF);
4807
4808   // Check if the user has overridden the unroll max.
4809   if (VF == 1) {
4810     if (ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
4811       MaxInterleaveSize = ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor;
4812   } else {
4813     if (ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
4814       MaxInterleaveSize = ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor;
4815   }
4816
4817   // If we did not calculate the cost for VF (because the user selected the VF)
4818   // then we calculate the cost of VF here.
4819   if (LoopCost == 0)
4820     LoopCost = expectedCost(VF);
4821
4822   // Clamp the calculated UF to be between the 1 and the max unroll factor
4823   // that the target allows.
4824   if (UF > MaxInterleaveSize)
4825     UF = MaxInterleaveSize;
4826   else if (UF < 1)
4827     UF = 1;
4828
4829   // Unroll if we vectorized this loop and there is a reduction that could
4830   // benefit from unrolling.
4831   if (VF > 1 && Legal->getReductionVars()->size()) {
4832     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling because of reductions.\n");
4833     return UF;
4834   }
4835
4836   // Note that if we've already vectorized the loop we will have done the
4837   // runtime check and so unrolling won't require further checks.
4838   bool UnrollingRequiresRuntimePointerCheck =
4839       (VF == 1 && Legal->getRuntimePointerCheck()->Need);
4840
4841   // We want to unroll small loops in order to reduce the loop overhead and
4842   // potentially expose ILP opportunities.
4843   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop cost is " << LoopCost << '\n');
4844   if (!UnrollingRequiresRuntimePointerCheck &&
4845       LoopCost < SmallLoopCost) {
4846     // We assume that the cost overhead is 1 and we use the cost model
4847     // to estimate the cost of the loop and unroll until the cost of the
4848     // loop overhead is about 5% of the cost of the loop.
4849     unsigned SmallUF = std::min(UF, (unsigned)PowerOf2Floor(SmallLoopCost / LoopCost));
4850
4851     // Unroll until store/load ports (estimated by max unroll factor) are
4852     // saturated.
4853     unsigned NumStores = Legal->getNumStores();
4854     unsigned NumLoads = Legal->getNumLoads();
4855     unsigned StoresUF = UF / (NumStores ? NumStores : 1);
4856     unsigned LoadsUF = UF /  (NumLoads ? NumLoads : 1);
4857
4858     // If we have a scalar reduction (vector reductions are already dealt with
4859     // by this point), we can increase the critical path length if the loop
4860     // we're unrolling is inside another loop. Limit, by default to 2, so the
4861     // critical path only gets increased by one reduction operation.
4862     if (Legal->getReductionVars()->size() &&
4863         TheLoop->getLoopDepth() > 1) {
4864       unsigned F = static_cast<unsigned>(MaxNestedScalarReductionUF);
4865       SmallUF = std::min(SmallUF, F);
4866       StoresUF = std::min(StoresUF, F);
4867       LoadsUF = std::min(LoadsUF, F);
4868     }
4869
4870     if (EnableLoadStoreRuntimeUnroll && std::max(StoresUF, LoadsUF) > SmallUF) {
4871       DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling to saturate store or load ports.\n");
4872       return std::max(StoresUF, LoadsUF);
4873     }
4874
4875     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling to reduce branch cost.\n");
4876     return SmallUF;
4877   }
4878
4879   // Unroll if this is a large loop (small loops are already dealt with by this
4880   // point) that could benefit from interleaved unrolling.
4881   bool HasReductions = (Legal->getReductionVars()->size() > 0);
4882   if (TTI.enableAggressiveInterleaving(HasReductions)) {
4883     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling to expose ILP.\n");
4884     return UF;
4885   }
4886
4887   DEBUG(dbgs() << "LV: Not Unrolling.\n");
4888   return 1;
4889 }
4890
4891 LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage
4892 LoopVectorizationCostModel::calculateRegisterUsage() {
4893   // This function calculates the register usage by measuring the highest number
4894   // of values that are alive at a single location. Obviously, this is a very
4895   // rough estimation. We scan the loop in a topological order in order and
4896   // assign a number to each instruction. We use RPO to ensure that defs are
4897   // met before their users. We assume that each instruction that has in-loop
4898   // users starts an interval. We record every time that an in-loop value is
4899   // used, so we have a list of the first and last occurrences of each
4900   // instruction. Next, we transpose this data structure into a multi map that
4901   // holds the list of intervals that *end* at a specific location. This multi
4902   // map allows us to perform a linear search. We scan the instructions linearly
4903   // and record each time that a new interval starts, by placing it in a set.
4904   // If we find this value in the multi-map then we remove it from the set.
4905   // The max register usage is the maximum size of the set.
4906   // We also search for instructions that are defined outside the loop, but are
4907   // used inside the loop. We need this number separately from the max-interval
4908   // usage number because when we unroll, loop-invariant values do not take
4909   // more register.
4910   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
4911   DFS.perform(LI);
4912
4913   RegisterUsage R;
4914   R.NumInstructions = 0;
4915
4916   // Each 'key' in the map opens a new interval. The values
4917   // of the map are the index of the 'last seen' usage of the
4918   // instruction that is the key.
4919   typedef DenseMap<Instruction*, unsigned> IntervalMap;
4920   // Maps instruction to its index.
4921   DenseMap<unsigned, Instruction*> IdxToInstr;
4922   // Marks the end of each interval.
4923   IntervalMap EndPoint;
4924   // Saves the list of instruction indices that are used in the loop.
4925   SmallSet<Instruction*, 8> Ends;
4926   // Saves the list of values that are used in the loop but are
4927   // defined outside the loop, such as arguments and constants.
4928   SmallPtrSet<Value*, 8> LoopInvariants;
4929
4930   unsigned Index = 0;
4931   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
4932        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb) {
4933     R.NumInstructions += (*bb)->size();
4934     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
4935          ++it) {
4936       Instruction *I = it;
4937       IdxToInstr[Index++] = I;
4938
4939       // Save the end location of each USE.
4940       for (unsigned i = 0; i < I->getNumOperands(); ++i) {
4941         Value *U = I->getOperand(i);
4942         Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(U);
4943
4944         // Ignore non-instruction values such as arguments, constants, etc.
4945         if (!Instr) continue;
4946
4947         // If this instruction is outside the loop then record it and continue.
4948         if (!TheLoop->contains(Instr)) {
4949           LoopInvariants.insert(Instr);
4950           continue;
4951         }
4952
4953         // Overwrite previous end points.
4954         EndPoint[Instr] = Index;
4955         Ends.insert(Instr);
4956       }
4957     }
4958   }
4959
4960   // Saves the list of intervals that end with the index in 'key'.
4961   typedef SmallVector<Instruction*, 2> InstrList;
4962   DenseMap<unsigned, InstrList> TransposeEnds;
4963
4964   // Transpose the EndPoints to a list of values that end at each index.
4965   for (IntervalMap::iterator it = EndPoint.begin(), e = EndPoint.end();
4966        it != e; ++it)
4967     TransposeEnds[it->second].push_back(it->first);
4968
4969   SmallSet<Instruction*, 8> OpenIntervals;
4970   unsigned MaxUsage = 0;
4971
4972
4973   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Calculating max register usage:\n");
4974   for (unsigned int i = 0; i < Index; ++i) {
4975     Instruction *I = IdxToInstr[i];
4976     // Ignore instructions that are never used within the loop.
4977     if (!Ends.count(I)) continue;
4978
4979     // Ignore ephemeral values.
4980     if (EphValues.count(I))
4981       continue;
4982
4983     // Remove all of the instructions that end at this location.
4984     InstrList &List = TransposeEnds[i];
4985     for (unsigned int j=0, e = List.size(); j < e; ++j)
4986       OpenIntervals.erase(List[j]);
4987
4988     // Count the number of live interals.
4989     MaxUsage = std::max(MaxUsage, OpenIntervals.size());
4990
4991     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): At #" << i << " Interval # " <<
4992           OpenIntervals.size() << '\n');
4993
4994     // Add the current instruction to the list of open intervals.
4995     OpenIntervals.insert(I);
4996   }
4997
4998   unsigned Invariant = LoopInvariants.size();
4999   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found max usage: " << MaxUsage << '\n');
5000   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found invariant usage: " << Invariant << '\n');
5001   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): LoopSize: " << R.NumInstructions << '\n');
5002
5003   R.LoopInvariantRegs = Invariant;
5004   R.MaxLocalUsers = MaxUsage;
5005   return R;
5006 }
5007
5008 unsigned LoopVectorizationCostModel::expectedCost(unsigned VF) {
5009   unsigned Cost = 0;
5010
5011   // For each block.
5012   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
5013        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
5014     unsigned BlockCost = 0;
5015     BasicBlock *BB = *bb;
5016
5017     // For each instruction in the old loop.
5018     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
5019       // Skip dbg intrinsics.
5020       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
5021         continue;
5022
5023       // Ignore ephemeral values.
5024       if (EphValues.count(it))
5025         continue;
5026
5027       unsigned C = getInstructionCost(it, VF);
5028
5029       // Check if we should override the cost.
5030       if (ForceTargetInstructionCost.getNumOccurrences() > 0)
5031         C = ForceTargetInstructionCost;
5032
5033       BlockCost += C;
5034       DEBUG(dbgs() << "LV: Found an estimated cost of " << C << " for VF " <<
5035             VF << " For instruction: " << *it << '\n');
5036     }
5037
5038     // We assume that if-converted blocks have a 50% chance of being executed.
5039     // When the code is scalar then some of the blocks are avoided due to CF.
5040     // When the code is vectorized we execute all code paths.
5041     if (VF == 1 && Legal->blockNeedsPredication(*bb))
5042       BlockCost /= 2;
5043
5044     Cost += BlockCost;
5045   }
5046
5047   return Cost;
5048 }
5049
5050 /// \brief Check whether the address computation for a non-consecutive memory
5051 /// access looks like an unlikely candidate for being merged into the indexing
5052 /// mode.
5053 ///
5054 /// We look for a GEP which has one index that is an induction variable and all
5055 /// other indices are loop invariant. If the stride of this access is also
5056 /// within a small bound we decide that this address computation can likely be
5057 /// merged into the addressing mode.
5058 /// In all other cases, we identify the address computation as complex.
5059 static bool isLikelyComplexAddressComputation(Value *Ptr,
5060                                               LoopVectorizationLegality *Legal,
5061                                               ScalarEvolution *SE,
5062                                               const Loop *TheLoop) {
5063   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
5064   if (!Gep)
5065     return true;
5066
5067   // We are looking for a gep with all loop invariant indices except for one
5068   // which should be an induction variable.
5069   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
5070   for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i) {
5071     Value *Opd = Gep->getOperand(i);
5072     if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Opd), TheLoop) &&
5073         !Legal->isInductionVariable(Opd))
5074       return true;
5075   }
5076
5077   // Now we know we have a GEP ptr, %inv, %ind, %inv. Make sure that the step
5078   // can likely be merged into the address computation.
5079   unsigned MaxMergeDistance = 64;
5080
5081   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(Ptr));
5082   if (!AddRec)
5083     return true;
5084
5085   // Check the step is constant.
5086   const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*SE);
5087   // Calculate the pointer stride and check if it is consecutive.
5088   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
5089   if (!C)
5090     return true;
5091
5092   const APInt &APStepVal = C->getValue()->getValue();
5093
5094   // Huge step value - give up.
5095   if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
5096     return true;
5097
5098   int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
5099
5100   return StepVal > MaxMergeDistance;
5101 }
5102
5103 static bool isStrideMul(Instruction *I, LoopVectorizationLegality *Legal) {
5104   if (Legal->hasStride(I->getOperand(0)) || Legal->hasStride(I->getOperand(1)))
5105     return true;
5106   return false;
5107 }
5108
5109 unsigned
5110 LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF) {
5111   // If we know that this instruction will remain uniform, check the cost of
5112   // the scalar version.
5113   if (Legal->isUniformAfterVectorization(I))
5114     VF = 1;
5115
5116   Type *RetTy = I->getType();
5117   Type *VectorTy = ToVectorTy(RetTy, VF);
5118
5119   // TODO: We need to estimate the cost of intrinsic calls.
5120   switch (I->getOpcode()) {
5121   case Instruction::GetElementPtr:
5122     // We mark this instruction as zero-cost because the cost of GEPs in
5123     // vectorized code depends on whether the corresponding memory instruction
5124     // is scalarized or not. Therefore, we handle GEPs with the memory
5125     // instruction cost.
5126     return 0;
5127   case Instruction::Br: {
5128     return TTI.getCFInstrCost(I->getOpcode());
5129   }
5130   case Instruction::PHI:
5131     //TODO: IF-converted IFs become selects.
5132     return 0;
5133   case Instruction::Add:
5134   case Instruction::FAdd:
5135   case Instruction::Sub:
5136   case Instruction::FSub:
5137   case Instruction::Mul:
5138   case Instruction::FMul:
5139   case Instruction::UDiv:
5140   case Instruction::SDiv:
5141   case Instruction::FDiv:
5142   case Instruction::URem:
5143   case Instruction::SRem:
5144   case Instruction::FRem:
5145   case Instruction::Shl:
5146   case Instruction::LShr:
5147   case Instruction::AShr:
5148   case Instruction::And:
5149   case Instruction::Or:
5150   case Instruction::Xor: {
5151     // Since we will replace the stride by 1 the multiplication should go away.
5152     if (I->getOpcode() == Instruction::Mul && isStrideMul(I, Legal))
5153       return 0;
5154     // Certain instructions can be cheaper to vectorize if they have a constant
5155     // second vector operand. One example of this are shifts on x86.
5156     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
5157       TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5158     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
5159       TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5160     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op1VP =
5161         TargetTransformInfo::OP_None;
5162     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op2VP =
5163         TargetTransformInfo::OP_None;
5164     Value *Op2 = I->getOperand(1);
5165
5166     // Check for a splat of a constant or for a non uniform vector of constants.
5167     if (isa<ConstantInt>(Op2)) {
5168       ConstantInt *CInt = cast<ConstantInt>(Op2);
5169       if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
5170         Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
5171       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
5172     } else if (isa<ConstantVector>(Op2) || isa<ConstantDataVector>(Op2)) {
5173       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_NonUniformConstantValue;
5174       Constant *SplatValue = cast<Constant>(Op2)->getSplatValue();
5175       if (SplatValue) {
5176         ConstantInt *CInt = dyn_cast<ConstantInt>(SplatValue);
5177         if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
5178           Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
5179         Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
5180       }
5181     }
5182
5183     return TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, Op1VK, Op2VK,
5184                                       Op1VP, Op2VP);
5185   }
5186   case Instruction::Select: {
5187     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
5188     const SCEV *CondSCEV = SE->getSCEV(SI->getCondition());
5189     bool ScalarCond = (SE->isLoopInvariant(CondSCEV, TheLoop));
5190     Type *CondTy = SI->getCondition()->getType();
5191     if (!ScalarCond)
5192       CondTy = VectorType::get(CondTy, VF);
5193
5194     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, CondTy);
5195   }
5196   case Instruction::ICmp:
5197   case Instruction::FCmp: {
5198     Type *ValTy = I->getOperand(0)->getType();
5199     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
5200     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy);
5201   }
5202   case Instruction::Store:
5203   case Instruction::Load: {
5204     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
5205     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
5206     Type *ValTy = (SI ? SI->getValueOperand()->getType() :
5207                    LI->getType());
5208     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
5209
5210     unsigned Alignment = SI ? SI->getAlignment() : LI->getAlignment();
5211     unsigned AS = SI ? SI->getPointerAddressSpace() :
5212       LI->getPointerAddressSpace();
5213     Value *Ptr = SI ? SI->getPointerOperand() : LI->getPointerOperand();
5214     // We add the cost of address computation here instead of with the gep
5215     // instruction because only here we know whether the operation is
5216     // scalarized.
5217     if (VF == 1)
5218       return TTI.getAddressComputationCost(VectorTy) +
5219         TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
5220
5221     // For an interleaved access, calculate the total cost of the whole
5222     // interleave group.
5223     if (Legal->isAccessInterleaved(I)) {
5224       auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(I);
5225       assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
5226
5227       // Only calculate the cost once at the insert position.
5228       if (Group->getInsertPos() != I)
5229         return 0;
5230
5231       unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
5232       Type *WideVecTy =
5233           VectorType::get(VectorTy->getVectorElementType(),
5234                           VectorTy->getVectorNumElements() * InterleaveFactor);
5235
5236       // Holds the indices of existing members in an interleaved load group.
5237       // An interleaved store group doesn't need this as it dones't allow gaps.
5238       SmallVector<unsigned, 4> Indices;
5239       if (LI) {
5240         for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++)
5241           if (Group->getMember(i))
5242             Indices.push_back(i);
5243       }
5244
5245       // Calculate the cost of the whole interleaved group.
5246       unsigned Cost = TTI.getInterleavedMemoryOpCost(
5247           I->getOpcode(), WideVecTy, Group->getFactor(), Indices,
5248           Group->getAlignment(), AS);
5249
5250       if (Group->isReverse())
5251         Cost +=
5252             Group->getNumMembers() *
5253             TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse, VectorTy, 0);
5254
5255       // FIXME: The interleaved load group with a huge gap could be even more
5256       // expensive than scalar operations. Then we could ignore such group and
5257       // use scalar operations instead.
5258       return Cost;
5259     }
5260
5261     // Scalarized loads/stores.
5262     int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
5263     bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
5264     const DataLayout &DL = I->getModule()->getDataLayout();
5265     unsigned ScalarAllocatedSize = DL.getTypeAllocSize(ValTy);
5266     unsigned VectorElementSize = DL.getTypeStoreSize(VectorTy) / VF;
5267     if (!ConsecutiveStride || ScalarAllocatedSize != VectorElementSize) {
5268       bool IsComplexComputation =
5269         isLikelyComplexAddressComputation(Ptr, Legal, SE, TheLoop);
5270       unsigned Cost = 0;
5271       // The cost of extracting from the value vector and pointer vector.
5272       Type *PtrTy = ToVectorTy(Ptr->getType(), VF);
5273       for (unsigned i = 0; i < VF; ++i) {
5274         //  The cost of extracting the pointer operand.
5275         Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, PtrTy, i);
5276         // In case of STORE, the cost of ExtractElement from the vector.
5277         // In case of LOAD, the cost of InsertElement into the returned
5278         // vector.
5279         Cost += TTI.getVectorInstrCost(SI ? Instruction::ExtractElement :
5280                                             Instruction::InsertElement,
5281                                             VectorTy, i);
5282       }
5283
5284       // The cost of the scalar loads/stores.
5285       Cost += VF * TTI.getAddressComputationCost(PtrTy, IsComplexComputation);
5286       Cost += VF * TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy->getScalarType(),
5287                                        Alignment, AS);
5288       return Cost;
5289     }
5290
5291     // Wide load/stores.
5292     unsigned Cost = TTI.getAddressComputationCost(VectorTy);
5293     if (Legal->isMaskRequired(I))
5294       Cost += TTI.getMaskedMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment,
5295                                         AS);
5296     else
5297       Cost += TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
5298
5299     if (Reverse)
5300       Cost += TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse,
5301                                   VectorTy, 0);
5302     return Cost;
5303   }
5304   case Instruction::ZExt:
5305   case Instruction::SExt:
5306   case Instruction::FPToUI:
5307   case Instruction::FPToSI:
5308   case Instruction::FPExt:
5309   case Instruction::PtrToInt:
5310   case Instruction::IntToPtr:
5311   case Instruction::SIToFP:
5312   case Instruction::UIToFP:
5313   case Instruction::Trunc:
5314   case Instruction::FPTrunc:
5315   case Instruction::BitCast: {
5316     // We optimize the truncation of induction variable.
5317     // The cost of these is the same as the scalar operation.
5318     if (I->getOpcode() == Instruction::Trunc &&
5319         Legal->isInductionVariable(I->getOperand(0)))
5320       return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), I->getType(),
5321                                   I->getOperand(0)->getType());
5322
5323     Type *SrcVecTy = ToVectorTy(I->getOperand(0)->getType(), VF);
5324     return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, SrcVecTy);
5325   }
5326   case Instruction::Call: {
5327     bool NeedToScalarize;
5328     CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
5329     unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, TTI, TLI, NeedToScalarize);
5330     if (getIntrinsicIDForCall(CI, TLI))
5331       return std::min(CallCost, getVectorIntrinsicCost(CI, VF, TTI, TLI));
5332     return CallCost;
5333   }
5334   default: {
5335     // We are scalarizing the instruction. Return the cost of the scalar
5336     // instruction, plus the cost of insert and extract into vector
5337     // elements, times the vector width.
5338     unsigned Cost = 0;
5339
5340     if (!RetTy->isVoidTy() && VF != 1) {
5341       unsigned InsCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement,
5342                                                 VectorTy);
5343       unsigned ExtCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement,
5344                                                 VectorTy);
5345
5346       // The cost of inserting the results plus extracting each one of the
5347       // operands.
5348       Cost += VF * (InsCost + ExtCost * I->getNumOperands());
5349     }
5350
5351     // The cost of executing VF copies of the scalar instruction. This opcode
5352     // is unknown. Assume that it is the same as 'mul'.
5353     Cost += VF * TTI.getArithmeticInstrCost(Instruction::Mul, VectorTy);
5354     return Cost;
5355   }
5356   }// end of switch.
5357 }
5358
5359 char LoopVectorize::ID = 0;
5360 static const char lv_name[] = "Loop Vectorization";
5361 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
5362 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
5363 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
5364 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
5365 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BlockFrequencyInfo)
5366 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
5367 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
5368 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
5369 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
5370 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
5371 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopAccessAnalysis)
5372 INITIALIZE_PASS_END(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
5373
5374 namespace llvm {
5375   Pass *createLoopVectorizePass(bool NoUnrolling, bool AlwaysVectorize) {
5376     return new LoopVectorize(NoUnrolling, AlwaysVectorize);
5377   }
5378 }
5379
5380 bool LoopVectorizationCostModel::isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *Inst) {
5381   // Check for a store.
5382   if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
5383     return Legal->isConsecutivePtr(ST->getPointerOperand()) != 0;
5384
5385   // Check for a load.
5386   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
5387     return Legal->isConsecutivePtr(LI->getPointerOperand()) != 0;
5388
5389   return false;
5390 }
5391
5392
5393 void InnerLoopUnroller::scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
5394                                              bool IfPredicateStore) {
5395   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
5396   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
5397   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
5398
5399   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
5400
5401   // Find all of the vectorized parameters.
5402   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
5403     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
5404
5405     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
5406     if (SrcOp == OldInduction) {
5407       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
5408       continue;
5409     }
5410
5411     // Try using previously calculated values.
5412     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
5413
5414     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block
5415     // then it should already be vectorized.
5416     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
5417       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
5418       // The parameter is a vector value from earlier.
5419       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
5420     } else {
5421       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
5422       VectorParts Scalars;
5423       Scalars.append(UF, SrcOp);
5424       Params.push_back(Scalars);
5425     }
5426   }
5427
5428   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
5429          "Invalid number of operands");
5430
5431   // Does this instruction return a value ?
5432   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
5433
5434   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? nullptr :
5435   UndefValue::get(Instr->getType());
5436   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
5437   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
5438
5439   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
5440   BasicBlock *IfBlock = Builder.GetInsertBlock();
5441   BasicBlock *CondBlock = nullptr;
5442
5443   VectorParts Cond;
5444   Loop *VectorLp = nullptr;
5445   if (IfPredicateStore) {
5446     assert(Instr->getParent()->getSinglePredecessor() &&
5447            "Only support single predecessor blocks");
5448     Cond = createEdgeMask(Instr->getParent()->getSinglePredecessor(),
5449                           Instr->getParent());
5450     VectorLp = LI->getLoopFor(IfBlock);
5451     assert(VectorLp && "Must have a loop for this block");
5452   }
5453
5454   // For each vector unroll 'part':
5455   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
5456     // For each scalar that we create:
5457
5458     // Start an "if (pred) a[i] = ..." block.
5459     Value *Cmp = nullptr;
5460     if (IfPredicateStore) {
5461       if (Cond[Part]->getType()->isVectorTy())
5462         Cond[Part] =
5463             Builder.CreateExtractElement(Cond[Part], Builder.getInt32(0));
5464       Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cond[Part],
5465                                ConstantInt::get(Cond[Part]->getType(), 1));
5466       CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.store");
5467       LoopVectorBody.push_back(CondBlock);
5468       VectorLp->addBasicBlockToLoop(CondBlock, *LI);
5469       // Update Builder with newly created basic block.
5470       Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
5471     }
5472
5473     Instruction *Cloned = Instr->clone();
5474       if (!IsVoidRetTy)
5475         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
5476       // Replace the operands of the cloned instructions with extracted scalars.
5477       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
5478         Value *Op = Params[op][Part];
5479         Cloned->setOperand(op, Op);
5480       }
5481
5482       // Place the cloned scalar in the new loop.
5483       Builder.Insert(Cloned);
5484
5485       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
5486       // so that future users will be able to use it.
5487       if (!IsVoidRetTy)
5488         VecResults[Part] = Cloned;
5489
5490     // End if-block.
5491       if (IfPredicateStore) {
5492         BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
5493         LoopVectorBody.push_back(NewIfBlock);
5494         VectorLp->addBasicBlockToLoop(NewIfBlock, *LI);
5495         Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
5496         ReplaceInstWithInst(IfBlock->getTerminator(),
5497                             BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp));
5498         IfBlock = NewIfBlock;
5499       }
5500   }
5501 }
5502
5503 void InnerLoopUnroller::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
5504   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
5505   bool IfPredicateStore = (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()));
5506
5507   return scalarizeInstruction(Instr, IfPredicateStore);
5508 }
5509
5510 Value *InnerLoopUnroller::reverseVector(Value *Vec) {
5511   return Vec;
5512 }
5513
5514 Value *InnerLoopUnroller::getBroadcastInstrs(Value *V) {
5515   return V;
5516 }
5517
5518 Value *InnerLoopUnroller::getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step) {
5519   // When unrolling and the VF is 1, we only need to add a simple scalar.
5520   Type *ITy = Val->getType();
5521   assert(!ITy->isVectorTy() && "Val must be a scalar");
5522   Constant *C = ConstantInt::get(ITy, StartIdx);
5523   return Builder.CreateAdd(Val, Builder.CreateMul(C, Step), "induction");
5524 }