7d696a72ddddb88dff9c0869f924cc0cbe796612
[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. Legalization of the IR is done
12 // in the codegen. However, the vectorizes uses (will use) the codegen
13 // interfaces to generate IR that is likely to result in an optimal binary.
14 //
15 // The loop vectorizer combines consecutive loop iteration 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 // Other ideas/concepts are from:
38 //  A. Zaks and D. Nuzman. Autovectorization in GCC-two years later.
39 //
40 //  S. Maleki, Y. Gao, M. Garzaran, T. Wong and D. Padua.  An Evaluation of
41 //  Vectorizing Compilers.
42 //
43 //===----------------------------------------------------------------------===//
44
45 #define LV_NAME "loop-vectorize"
46 #define DEBUG_TYPE LV_NAME
47
48 #include "llvm/Transforms/Vectorize.h"
49 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
50 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
51 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
52 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
53 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
54 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
55 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
56 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
57 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
58 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
59 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
60 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
61 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
62 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
63 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
64 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
65 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
66 #include "llvm/Analysis/Verifier.h"
67 #include "llvm/IR/Constants.h"
68 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
69 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
70 #include "llvm/IR/Function.h"
71 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
72 #include "llvm/IR/Instructions.h"
73 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
74 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
75 #include "llvm/IR/Module.h"
76 #include "llvm/IR/Type.h"
77 #include "llvm/IR/Value.h"
78 #include "llvm/Pass.h"
79 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
80 #include "llvm/Support/Debug.h"
81 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
82 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
83 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
84 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
85 #include <algorithm>
86 #include <map>
87
88 using namespace llvm;
89
90 static cl::opt<unsigned>
91 VectorizationFactor("force-vector-width", cl::init(0), cl::Hidden,
92                     cl::desc("Sets the SIMD width. Zero is autoselect."));
93
94 static cl::opt<unsigned>
95 VectorizationUnroll("force-vector-unroll", cl::init(0), cl::Hidden,
96                     cl::desc("Sets the vectorization unroll count. "
97                              "Zero is autoselect."));
98
99 static cl::opt<bool>
100 EnableIfConversion("enable-if-conversion", cl::init(true), cl::Hidden,
101                    cl::desc("Enable if-conversion during vectorization."));
102
103 /// We don't vectorize loops with a known constant trip count below this number.
104 static cl::opt<unsigned>
105 TinyTripCountVectorThreshold("vectorizer-min-trip-count", cl::init(16), cl::Hidden,
106                              cl::desc("The minimum trip count in the loops to vectorize."));
107
108 /// We don't unroll loops with a known constant trip count below this number.
109 static const unsigned TinyTripCountUnrollThreshold = 128;
110
111 /// When performing a runtime memory check, do not check more than this
112 /// number of pointers. Notice that the check is quadratic!
113 static const unsigned RuntimeMemoryCheckThreshold = 4;
114
115 namespace {
116
117 // Forward declarations.
118 class LoopVectorizationLegality;
119 class LoopVectorizationCostModel;
120
121 /// InnerLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
122 /// block to a specified vectorization factor (VF).
123 /// This class performs the widening of scalars into vectors, or multiple
124 /// scalars. This class also implements the following features:
125 /// * It inserts an epilogue loop for handling loops that don't have iteration
126 ///   counts that are known to be a multiple of the vectorization factor.
127 /// * It handles the code generation for reduction variables.
128 /// * Scalarization (implementation using scalars) of un-vectorizable
129 ///   instructions.
130 /// InnerLoopVectorizer does not perform any vectorization-legality
131 /// checks, and relies on the caller to check for the different legality
132 /// aspects. The InnerLoopVectorizer relies on the
133 /// LoopVectorizationLegality class to provide information about the induction
134 /// and reduction variables that were found to a given vectorization factor.
135 class InnerLoopVectorizer {
136 public:
137   InnerLoopVectorizer(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
138                       DominatorTree *DT, DataLayout *DL, unsigned VecWidth,
139                       unsigned UnrollFactor)
140       : OrigLoop(OrigLoop), SE(SE), LI(LI), DT(DT), DL(DL), VF(VecWidth),
141         UF(UnrollFactor), Builder(SE->getContext()), Induction(0),
142         OldInduction(0), WidenMap(UnrollFactor) {}
143
144   // Perform the actual loop widening (vectorization).
145   void vectorize(LoopVectorizationLegality *Legal) {
146     // Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
147     createEmptyLoop(Legal);
148     // Widen each instruction in the old loop to a new one in the new loop.
149     // Use the Legality module to find the induction and reduction variables.
150     vectorizeLoop(Legal);
151     // Register the new loop and update the analysis passes.
152     updateAnalysis();
153   }
154
155 private:
156   /// A small list of PHINodes.
157   typedef SmallVector<PHINode*, 4> PhiVector;
158   /// When we unroll loops we have multiple vector values for each scalar.
159   /// This data structure holds the unrolled and vectorized values that
160   /// originated from one scalar instruction.
161   typedef SmallVector<Value*, 2> VectorParts;
162
163   /// Add code that checks at runtime if the accessed arrays overlap.
164   /// Returns the comparator value or NULL if no check is needed.
165   Instruction *addRuntimeCheck(LoopVectorizationLegality *Legal,
166                                Instruction *Loc);
167   /// Create an empty loop, based on the loop ranges of the old loop.
168   void createEmptyLoop(LoopVectorizationLegality *Legal);
169   /// Copy and widen the instructions from the old loop.
170   void vectorizeLoop(LoopVectorizationLegality *Legal);
171
172   /// A helper function that computes the predicate of the block BB, assuming
173   /// that the header block of the loop is set to True. It returns the *entry*
174   /// mask for the block BB.
175   VectorParts createBlockInMask(BasicBlock *BB);
176   /// A helper function that computes the predicate of the edge between SRC
177   /// and DST.
178   VectorParts createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst);
179
180   /// A helper function to vectorize a single BB within the innermost loop.
181   void vectorizeBlockInLoop(LoopVectorizationLegality *Legal, BasicBlock *BB,
182                             PhiVector *PV);
183
184   /// Insert the new loop to the loop hierarchy and pass manager
185   /// and update the analysis passes.
186   void updateAnalysis();
187
188   /// This instruction is un-vectorizable. Implement it as a sequence
189   /// of scalars.
190   void scalarizeInstruction(Instruction *Instr);
191
192   /// Vectorize Load and Store instructions,
193   void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr,
194                                   LoopVectorizationLegality *Legal);
195
196   /// Create a broadcast instruction. This method generates a broadcast
197   /// instruction (shuffle) for loop invariant values and for the induction
198   /// value. If this is the induction variable then we extend it to N, N+1, ...
199   /// this is needed because each iteration in the loop corresponds to a SIMD
200   /// element.
201   Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
202
203   /// This function adds 0, 1, 2 ... to each vector element, starting at zero.
204   /// If Negate is set then negative numbers are added e.g. (0, -1, -2, ...).
205   /// The sequence starts at StartIndex.
206   Value *getConsecutiveVector(Value* Val, unsigned StartIdx, bool Negate);
207
208   /// When we go over instructions in the basic block we rely on previous
209   /// values within the current basic block or on loop invariant values.
210   /// When we widen (vectorize) values we place them in the map. If the values
211   /// are not within the map, they have to be loop invariant, so we simply
212   /// broadcast them into a vector.
213   VectorParts &getVectorValue(Value *V);
214
215   /// Generate a shuffle sequence that will reverse the vector Vec.
216   Value *reverseVector(Value *Vec);
217
218   /// This is a helper class that holds the vectorizer state. It maps scalar
219   /// instructions to vector instructions. When the code is 'unrolled' then
220   /// then a single scalar value is mapped to multiple vector parts. The parts
221   /// are stored in the VectorPart type.
222   struct ValueMap {
223     /// C'tor.  UnrollFactor controls the number of vectors ('parts') that
224     /// are mapped.
225     ValueMap(unsigned UnrollFactor) : UF(UnrollFactor) {}
226
227     /// \return True if 'Key' is saved in the Value Map.
228     bool has(Value *Key) const { return MapStorage.count(Key); }
229
230     /// Initializes a new entry in the map. Sets all of the vector parts to the
231     /// save value in 'Val'.
232     /// \return A reference to a vector with splat values.
233     VectorParts &splat(Value *Key, Value *Val) {
234       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
235       Entry.assign(UF, Val);
236       return Entry;
237     }
238
239     ///\return A reference to the value that is stored at 'Key'.
240     VectorParts &get(Value *Key) {
241       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
242       if (Entry.empty())
243         Entry.resize(UF);
244       assert(Entry.size() == UF);
245       return Entry;
246     }
247
248   private:
249     /// The unroll factor. Each entry in the map stores this number of vector
250     /// elements.
251     unsigned UF;
252
253     /// Map storage. We use std::map and not DenseMap because insertions to a
254     /// dense map invalidates its iterators.
255     std::map<Value *, VectorParts> MapStorage;
256   };
257
258   /// The original loop.
259   Loop *OrigLoop;
260   /// Scev analysis to use.
261   ScalarEvolution *SE;
262   /// Loop Info.
263   LoopInfo *LI;
264   /// Dominator Tree.
265   DominatorTree *DT;
266   /// Data Layout.
267   DataLayout *DL;
268   /// The vectorization SIMD factor to use. Each vector will have this many
269   /// vector elements.
270   unsigned VF;
271   /// The vectorization unroll factor to use. Each scalar is vectorized to this
272   /// many different vector instructions.
273   unsigned UF;
274
275   /// The builder that we use
276   IRBuilder<> Builder;
277
278   // --- Vectorization state ---
279
280   /// The vector-loop preheader.
281   BasicBlock *LoopVectorPreHeader;
282   /// The scalar-loop preheader.
283   BasicBlock *LoopScalarPreHeader;
284   /// Middle Block between the vector and the scalar.
285   BasicBlock *LoopMiddleBlock;
286   ///The ExitBlock of the scalar loop.
287   BasicBlock *LoopExitBlock;
288   ///The vector loop body.
289   BasicBlock *LoopVectorBody;
290   ///The scalar loop body.
291   BasicBlock *LoopScalarBody;
292   /// A list of all bypass blocks. The first block is the entry of the loop.
293   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopBypassBlocks;
294
295   /// The new Induction variable which was added to the new block.
296   PHINode *Induction;
297   /// The induction variable of the old basic block.
298   PHINode *OldInduction;
299   /// Maps scalars to widened vectors.
300   ValueMap WidenMap;
301 };
302
303 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
304 /// to what vectorization factor.
305 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
306 /// legality. This class has two main kinds of checks:
307 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
308 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
309 ///   correctness of the program.
310 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeInstrs and canVectorizeMemory
311 /// checks for a number of different conditions, such as the availability of a
312 /// single induction variable, that all types are supported and vectorize-able,
313 /// etc. This code reflects the capabilities of InnerLoopVectorizer.
314 /// This class is also used by InnerLoopVectorizer for identifying
315 /// induction variable and the different reduction variables.
316 class LoopVectorizationLegality {
317 public:
318   LoopVectorizationLegality(Loop *L, ScalarEvolution *SE, DataLayout *DL,
319                             DominatorTree *DT)
320       : TheLoop(L), SE(SE), DL(DL), DT(DT), Induction(0) {}
321
322   /// This enum represents the kinds of reductions that we support.
323   enum ReductionKind {
324     RK_NoReduction, ///< Not a reduction.
325     RK_IntegerAdd,  ///< Sum of integers.
326     RK_IntegerMult, ///< Product of integers.
327     RK_IntegerOr,   ///< Bitwise or logical OR of numbers.
328     RK_IntegerAnd,  ///< Bitwise or logical AND of numbers.
329     RK_IntegerXor,  ///< Bitwise or logical XOR of numbers.
330     RK_FloatAdd,    ///< Sum of floats.
331     RK_FloatMult    ///< Product of floats.
332   };
333
334   /// This enum represents the kinds of inductions that we support.
335   enum InductionKind {
336     IK_NoInduction,         ///< Not an induction variable.
337     IK_IntInduction,        ///< Integer induction variable. Step = 1.
338     IK_ReverseIntInduction, ///< Reverse int induction variable. Step = -1.
339     IK_PtrInduction,        ///< Pointer induction var. Step = sizeof(elem).
340     IK_ReversePtrInduction  ///< Reverse ptr indvar. Step = - sizeof(elem).
341   };
342
343   /// This POD struct holds information about reduction variables.
344   struct ReductionDescriptor {
345     ReductionDescriptor() : StartValue(0), LoopExitInstr(0),
346       Kind(RK_NoReduction) {}
347
348     ReductionDescriptor(Value *Start, Instruction *Exit, ReductionKind K)
349         : StartValue(Start), LoopExitInstr(Exit), Kind(K) {}
350
351     // The starting value of the reduction.
352     // It does not have to be zero!
353     Value *StartValue;
354     // The instruction who's value is used outside the loop.
355     Instruction *LoopExitInstr;
356     // The kind of the reduction.
357     ReductionKind Kind;
358   };
359
360   // This POD struct holds information about the memory runtime legality
361   // check that a group of pointers do not overlap.
362   struct RuntimePointerCheck {
363     RuntimePointerCheck() : Need(false) {}
364
365     /// Reset the state of the pointer runtime information.
366     void reset() {
367       Need = false;
368       Pointers.clear();
369       Starts.clear();
370       Ends.clear();
371     }
372
373     /// Insert a pointer and calculate the start and end SCEVs.
374     void insert(ScalarEvolution *SE, Loop *Lp, Value *Ptr);
375
376     /// This flag indicates if we need to add the runtime check.
377     bool Need;
378     /// Holds the pointers that we need to check.
379     SmallVector<Value*, 2> Pointers;
380     /// Holds the pointer value at the beginning of the loop.
381     SmallVector<const SCEV*, 2> Starts;
382     /// Holds the pointer value at the end of the loop.
383     SmallVector<const SCEV*, 2> Ends;
384   };
385
386   /// A POD for saving information about induction variables.
387   struct InductionInfo {
388     InductionInfo(Value *Start, InductionKind K) : StartValue(Start), IK(K) {}
389     InductionInfo() : StartValue(0), IK(IK_NoInduction) {}
390     /// Start value.
391     Value *StartValue;
392     /// Induction kind.
393     InductionKind IK;
394   };
395
396   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
397   /// of the reductions that were found in the loop.
398   typedef DenseMap<PHINode*, ReductionDescriptor> ReductionList;
399
400   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
401   /// induction descriptor.
402   typedef MapVector<PHINode*, InductionInfo> InductionList;
403
404   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
405   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
406   /// loop, only that it is legal to do so.
407   bool canVectorize();
408
409   /// Returns the Induction variable.
410   PHINode *getInduction() { return Induction; }
411
412   /// Returns the reduction variables found in the loop.
413   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
414
415   /// Returns the induction variables found in the loop.
416   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
417
418   /// Returns True if V is an induction variable in this loop.
419   bool isInductionVariable(const Value *V);
420
421   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
422   /// to be vectorized.
423   bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB);
424
425   /// Check if this  pointer is consecutive when vectorizing. This happens
426   /// when the last index of the GEP is the induction variable, or that the
427   /// pointer itself is an induction variable.
428   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
429   /// Returns:
430   /// 0 - Stride is unknown or non consecutive.
431   /// 1 - Address is consecutive.
432   /// -1 - Address is consecutive, and decreasing.
433   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
434
435   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
436   bool isUniform(Value *V);
437
438   /// Returns true if this instruction will remain scalar after vectorization.
439   bool isUniformAfterVectorization(Instruction* I) { return Uniforms.count(I); }
440
441   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
442   RuntimePointerCheck *getRuntimePointerCheck() { return &PtrRtCheck; }
443 private:
444   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
445   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
446   /// and we only need to check individual instructions.
447   bool canVectorizeInstrs();
448
449   /// When we vectorize loops we may change the order in which
450   /// we read and write from memory. This method checks if it is
451   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
452   /// Returns true if the loop is vectorizable
453   bool canVectorizeMemory();
454
455   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
456   /// transformation.
457   bool canVectorizeWithIfConvert();
458
459   /// Collect the variables that need to stay uniform after vectorization.
460   void collectLoopUniforms();
461
462   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
463   /// executed.
464   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB);
465
466   /// Returns True, if 'Phi' is the kind of reduction variable for type
467   /// 'Kind'. If this is a reduction variable, it adds it to ReductionList.
468   bool AddReductionVar(PHINode *Phi, ReductionKind Kind);
469   /// Returns true if the instruction I can be a reduction variable of type
470   /// 'Kind'.
471   bool isReductionInstr(Instruction *I, ReductionKind Kind);
472   /// Returns the induction kind of Phi. This function may return NoInduction
473   /// if the PHI is not an induction variable.
474   InductionKind isInductionVariable(PHINode *Phi);
475   /// Return true if can compute the address bounds of Ptr within the loop.
476   bool hasComputableBounds(Value *Ptr);
477
478   /// The loop that we evaluate.
479   Loop *TheLoop;
480   /// Scev analysis.
481   ScalarEvolution *SE;
482   /// DataLayout analysis.
483   DataLayout *DL;
484   // Dominators.
485   DominatorTree *DT;
486
487   //  ---  vectorization state --- //
488
489   /// Holds the integer induction variable. This is the counter of the
490   /// loop.
491   PHINode *Induction;
492   /// Holds the reduction variables.
493   ReductionList Reductions;
494   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
495   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
496   /// variables can be pointers.
497   InductionList Inductions;
498
499   /// Allowed outside users. This holds the reduction
500   /// vars which can be accessed from outside the loop.
501   SmallPtrSet<Value*, 4> AllowedExit;
502   /// This set holds the variables which are known to be uniform after
503   /// vectorization.
504   SmallPtrSet<Instruction*, 4> Uniforms;
505   /// We need to check that all of the pointers in this list are disjoint
506   /// at runtime.
507   RuntimePointerCheck PtrRtCheck;
508 };
509
510 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
511 /// vectorization.
512 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because of
513 /// a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict the
514 /// expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set. We use the
515 /// TargetTransformInfo to query the different backends for the cost of
516 /// different operations.
517 class LoopVectorizationCostModel {
518 public:
519   LoopVectorizationCostModel(Loop *L, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
520                              LoopVectorizationLegality *Legal,
521                              const TargetTransformInfo &TTI,
522                              DataLayout *DL)
523       : TheLoop(L), SE(SE), LI(LI), Legal(Legal), TTI(TTI), DL(DL) {}
524
525   /// Information about vectorization costs
526   struct VectorizationFactor {
527     unsigned Width; // Vector width with best cost
528     unsigned Cost; // Cost of the loop with that width
529   };
530   /// \return The most profitable vectorization factor and the cost of that VF.
531   /// This method checks every power of two up to VF. If UserVF is not ZERO
532   /// then this vectorization factor will be selected if vectorization is
533   /// possible.
534   VectorizationFactor selectVectorizationFactor(bool OptForSize, unsigned UserVF);
535
536   /// \return The size (in bits) of the widest type in the code that
537   /// needs to be vectorized. We ignore values that remain scalar such as
538   /// 64 bit loop indices.
539   unsigned getWidestType();
540
541   /// \return The most profitable unroll factor.
542   /// If UserUF is non-zero then this method finds the best unroll-factor
543   /// based on register pressure and other parameters.
544   /// VF and LoopCost are the selected vectorization factor and the cost of the
545   /// selected VF.
546   unsigned selectUnrollFactor(bool OptForSize, unsigned UserUF, unsigned VF,
547                               unsigned LoopCost);
548
549   /// \brief A struct that represents some properties of the register usage
550   /// of a loop.
551   struct RegisterUsage {
552     /// Holds the number of loop invariant values that are used in the loop.
553     unsigned LoopInvariantRegs;
554     /// Holds the maximum number of concurrent live intervals in the loop.
555     unsigned MaxLocalUsers;
556     /// Holds the number of instructions in the loop.
557     unsigned NumInstructions;
558   };
559
560   /// \return  information about the register usage of the loop.
561   RegisterUsage calculateRegisterUsage();
562
563   /// A helper function for converting Scalar types to vector types.
564   /// If the incoming type is void, we return void. If the VF is 1, we return
565   /// the scalar type.
566   static Type* ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF);
567
568 private:
569   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
570   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
571   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
572   /// the factor width.
573   unsigned expectedCost(unsigned VF);
574
575   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
576   /// width. Vector width of one means scalar.
577   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
578
579   /// Returns whether the instruction is a load or store and will be a emitted
580   /// as a vector operation.
581   bool isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *I);
582
583   /// The loop that we evaluate.
584   Loop *TheLoop;
585   /// Scev analysis.
586   ScalarEvolution *SE;
587   /// Loop Info analysis.
588   LoopInfo *LI;
589   /// Vectorization legality.
590   LoopVectorizationLegality *Legal;
591   /// Vector target information.
592   const TargetTransformInfo &TTI;
593   /// Target data layout information.
594   DataLayout *DL;
595 };
596
597 /// A helper class to compute the cost of a memory operation (load or store).
598 class MemoryCostComputation {
599 public:
600   /// \brief This function computes the cost of a memory instruction, either of
601   /// a load or of a store.
602   /// \param Inst a pointer to a LoadInst or a StoreInst.
603   /// \param VF the vector factor to use.
604   /// \param TTI the target transform information used to obtain costs.
605   /// \param Legality the legality class used by this function to obtain the
606   ///                 access strid of the memory operation.
607   /// \returns the estimated cost of the memory instruction.
608   static unsigned computeCost(Value *Inst, unsigned VF,
609                               const TargetTransformInfo &TTI,
610                               LoopVectorizationLegality *Legality) {
611     if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
612       return StoreCost(Store, VF, TTI, Legality).cost();
613
614     return LoadCost(cast<LoadInst>(Inst), VF, TTI, Legality).cost();
615   }
616
617 private:
618   /// An helper class to compute the cost of vectorize memory instruction. It is
619   /// subclassed by load and store cost computation classes who fill the fields
620   /// with values that require knowing about the concrete Load/StoreInst class.
621   class MemoryOpCost {
622   public:
623     /// \return the cost of vectorizing the memory access instruction.
624     unsigned cost() {
625       if (VectorFactor == 1)
626         return TTI.getMemoryOpCost(Opcode, VectorTy, Alignment, AddressSpace);
627
628       if ((Stride = Legality->isConsecutivePtr(PointerOperand)))
629         return costOfWideMemInst();
630
631       return costOfScalarizedMemInst();
632     }
633
634   protected:
635     /// The pointer operand of the memory instruction.
636     Value *PointerOperand;
637     /// The scalar type of the memory access.
638     Type *ScalarTy;
639     /// The vector type of the memory access.
640     Type *VectorTy;
641     /// The vector factor by which we vectorize.
642     unsigned VectorFactor;
643     /// The stride of the memory access.
644     int Stride;
645     /// The alignment of the memory operation.
646     unsigned Alignment;
647     /// The address space of the memory operation.
648     unsigned AddressSpace;
649     /// The opcode of the memory instruction.
650     unsigned Opcode;
651     /// Are we looking at a load or store instruction.
652     bool IsLoadInst;
653     const TargetTransformInfo &TTI;
654     LoopVectorizationLegality *Legality;
655
656     /// Constructs a helper class to compute the cost of a memory instruction.
657     /// \param VF the vector factor (the length of the vector).
658     /// \param TI the target transform information used by this class to obtain
659     ///           costs.
660     /// \param L the legality class used by this class to obtain the access
661     ///          stride of the memory operation.
662     MemoryOpCost(unsigned VF, const TargetTransformInfo &TI,
663                  LoopVectorizationLegality *L) :
664       VectorFactor(VF), TTI(TI), Legality(L) {
665     }
666
667   private:
668     /// \return the cost if the memory instruction is scalarized.
669     unsigned costOfScalarizedMemInst() {
670       unsigned Cost = 0;
671       Cost += costOfExtractFromPointerVector();
672       Cost += costOfExtractFromValueVector();
673       Cost += VectorFactor * TTI.getMemoryOpCost(Opcode, ScalarTy, Alignment,
674                                                  AddressSpace);
675       Cost += costOfInsertIntoValueVector();
676       return Cost;
677     }
678
679     /// \return the cost of extracting the pointers out of the pointer vector.
680     unsigned costOfExtractFromPointerVector() {
681       Type *PtrTy = getVectorizedPointerOperandType();
682       return costOfVectorInstForAllElems(Instruction::ExtractElement, PtrTy);
683     }
684
685     /// \return the cost for extracting values out of the value vector if the
686     /// memory instruction is a store and zero otherwise.
687     unsigned costOfExtractFromValueVector() {
688       if (IsLoadInst)
689         return 0;
690
691       return costOfVectorInstForAllElems(Instruction::ExtractElement, VectorTy);
692     }
693
694     /// \return the cost of insert values into the value vector if the memory
695     /// instruction was a load and zero otherwise.
696     unsigned costOfInsertIntoValueVector() {
697       if (!IsLoadInst)
698         return 0;
699
700       return costOfVectorInstForAllElems(Instruction::InsertElement, VectorTy);
701     }
702
703     /// \return the cost of a vector memory instruction.
704     unsigned costOfWideMemInst() {
705       unsigned Cost = TTI.getMemoryOpCost(Opcode, VectorTy, Alignment,
706                                           AddressSpace);
707       // Reverse stride.
708       if (Stride < 0)
709         Cost += TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse, VectorTy,
710                                    0);
711       return Cost;
712     }
713
714     /// Helper function to compute the cost of one insert- or extractelement
715     /// instruction per vector element.
716     /// \param VecOpcode the vector instruction opcode (Can be either
717     ///                  InsertElement or an ExtractElement).
718     /// \param Ty the vector type the vector instruction operates on.
719     /// \return the cost of an vector instruction applied to each vector
720     ///         element.
721     unsigned costOfVectorInstForAllElems(unsigned VecOpcode, Type *Ty) {
722       unsigned Cost = 0;
723       for (unsigned i = 0; i < VectorFactor; ++i)
724         Cost += TTI.getVectorInstrCost(VecOpcode, Ty, i);
725       return Cost;
726     }
727
728     /// \return a vectorized type for the pointer operand.
729     Type * getVectorizedPointerOperandType() {
730       Type *PointerOpTy = PointerOperand->getType();
731       return LoopVectorizationCostModel::ToVectorTy(PointerOpTy, VectorFactor);
732     }
733   };
734
735   /// Implementation of the abstract memory cost base class. Sets field of base
736   /// class whose value depends on the LoadInst.
737   class LoadCost : public MemoryOpCost {
738   public:
739     LoadCost(LoadInst *Load, unsigned VF, const TargetTransformInfo &TI,
740              LoopVectorizationLegality *L) : MemoryOpCost(VF, TI, L) {
741       PointerOperand = Load->getPointerOperand();
742       ScalarTy = Load->getType();
743       VectorTy = LoopVectorizationCostModel::ToVectorTy(ScalarTy, VF);
744       Alignment = Load->getAlignment();
745       AddressSpace = Load->getPointerAddressSpace();
746       Opcode = Load->getOpcode();
747       IsLoadInst = true;
748     }
749   };
750
751   /// Implementation of the abstract memory cost base class. Sets field of base
752   /// class whose value depends on the StoreInst.
753   class StoreCost : public MemoryOpCost {
754   public:
755     StoreCost(StoreInst *Store, unsigned VF, const TargetTransformInfo &TI,
756               LoopVectorizationLegality *L) : MemoryOpCost(VF, TI, L) {
757       PointerOperand = Store->getPointerOperand();
758       ScalarTy = Store->getValueOperand()->getType();
759       VectorTy = LoopVectorizationCostModel::ToVectorTy(ScalarTy, VF);
760       Alignment = Store->getAlignment();
761       AddressSpace = Store->getPointerAddressSpace();
762       Opcode = Store->getOpcode();
763       IsLoadInst = false;
764     }
765   };
766 };
767
768 /// The LoopVectorize Pass.
769 struct LoopVectorize : public LoopPass {
770   /// Pass identification, replacement for typeid
771   static char ID;
772
773   explicit LoopVectorize() : LoopPass(ID) {
774     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
775   }
776
777   ScalarEvolution *SE;
778   DataLayout *DL;
779   LoopInfo *LI;
780   TargetTransformInfo *TTI;
781   DominatorTree *DT;
782
783   virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
784     // We only vectorize innermost loops.
785     if (!L->empty())
786       return false;
787
788     SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
789     DL = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
790     LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
791     TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfo>();
792     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
793
794     DEBUG(dbgs() << "LV: Checking a loop in \"" <<
795           L->getHeader()->getParent()->getName() << "\"\n");
796
797     // Check if it is legal to vectorize the loop.
798     LoopVectorizationLegality LVL(L, SE, DL, DT);
799     if (!LVL.canVectorize()) {
800       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing.\n");
801       return false;
802     }
803
804     // Use the cost model.
805     LoopVectorizationCostModel CM(L, SE, LI, &LVL, *TTI, DL);
806
807     // Check the function attribues to find out if this function should be
808     // optimized for size.
809     Function *F = L->getHeader()->getParent();
810     Attribute::AttrKind SzAttr = Attribute::OptimizeForSize;
811     Attribute::AttrKind FlAttr = Attribute::NoImplicitFloat;
812     unsigned FnIndex = AttributeSet::FunctionIndex;
813     bool OptForSize = F->getAttributes().hasAttribute(FnIndex, SzAttr);
814     bool NoFloat = F->getAttributes().hasAttribute(FnIndex, FlAttr);
815
816     if (NoFloat) {
817       DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize when the NoImplicitFloat"
818             "attribute is used.\n");
819       return false;
820     }
821
822     // Select the optimal vectorization factor.
823     LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor VF;
824     VF = CM.selectVectorizationFactor(OptForSize, VectorizationFactor);
825     // Select the unroll factor.
826     unsigned UF = CM.selectUnrollFactor(OptForSize, VectorizationUnroll,
827                                         VF.Width, VF.Cost);
828
829     if (VF.Width == 1) {
830       DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial.\n");
831       return false;
832     }
833
834     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop ("<< VF.Width << ") in "<<
835           F->getParent()->getModuleIdentifier()<<"\n");
836     DEBUG(dbgs() << "LV: Unroll Factor is " << UF << "\n");
837
838     // If we decided that it is *legal* to vectorizer the loop then do it.
839     InnerLoopVectorizer LB(L, SE, LI, DT, DL, VF.Width, UF);
840     LB.vectorize(&LVL);
841
842     DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
843     return true;
844   }
845
846   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
847     LoopPass::getAnalysisUsage(AU);
848     AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
849     AU.addRequiredID(LCSSAID);
850     AU.addRequired<DominatorTree>();
851     AU.addRequired<LoopInfo>();
852     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
853     AU.addRequired<TargetTransformInfo>();
854     AU.addPreserved<LoopInfo>();
855     AU.addPreserved<DominatorTree>();
856   }
857
858 };
859
860 } // end anonymous namespace
861
862 //===----------------------------------------------------------------------===//
863 // Implementation of LoopVectorizationLegality, InnerLoopVectorizer and
864 // LoopVectorizationCostModel.
865 //===----------------------------------------------------------------------===//
866
867 void
868 LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck::insert(ScalarEvolution *SE,
869                                                        Loop *Lp, Value *Ptr) {
870   const SCEV *Sc = SE->getSCEV(Ptr);
871   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Sc);
872   assert(AR && "Invalid addrec expression");
873   const SCEV *Ex = SE->getExitCount(Lp, Lp->getLoopLatch());
874   const SCEV *ScEnd = AR->evaluateAtIteration(Ex, *SE);
875   Pointers.push_back(Ptr);
876   Starts.push_back(AR->getStart());
877   Ends.push_back(ScEnd);
878 }
879
880 Value *InnerLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
881   // Save the current insertion location.
882   Instruction *Loc = Builder.GetInsertPoint();
883
884   // We need to place the broadcast of invariant variables outside the loop.
885   Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(V);
886   bool NewInstr = (Instr && Instr->getParent() == LoopVectorBody);
887   bool Invariant = OrigLoop->isLoopInvariant(V) && !NewInstr;
888
889   // Place the code for broadcasting invariant variables in the new preheader.
890   if (Invariant)
891     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
892
893   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
894   Value *Shuf = Builder.CreateVectorSplat(VF, V, "broadcast");
895
896   // Restore the builder insertion point.
897   if (Invariant)
898     Builder.SetInsertPoint(Loc);
899
900   return Shuf;
901 }
902
903 Value *InnerLoopVectorizer::getConsecutiveVector(Value* Val, unsigned StartIdx,
904                                                  bool Negate) {
905   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
906   assert(Val->getType()->getScalarType()->isIntegerTy() &&
907          "Elem must be an integer");
908   // Create the types.
909   Type *ITy = Val->getType()->getScalarType();
910   VectorType *Ty = cast<VectorType>(Val->getType());
911   int VLen = Ty->getNumElements();
912   SmallVector<Constant*, 8> Indices;
913
914   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
915   for (int i = 0; i < VLen; ++i) {
916     int Idx = Negate ? (-i): i;
917     Indices.push_back(ConstantInt::get(ITy, StartIdx + Idx));
918   }
919
920   // Add the consecutive indices to the vector value.
921   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
922   assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
923   return Builder.CreateAdd(Val, Cv, "induction");
924 }
925
926 int LoopVectorizationLegality::isConsecutivePtr(Value *Ptr) {
927   assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected non ptr");
928   // Make sure that the pointer does not point to structs.
929   if (cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType()->isAggregateType())
930     return 0;
931
932   // If this value is a pointer induction variable we know it is consecutive.
933   PHINode *Phi = dyn_cast_or_null<PHINode>(Ptr);
934   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
935     InductionInfo II = Inductions[Phi];
936     if (IK_PtrInduction == II.IK)
937       return 1;
938     else if (IK_ReversePtrInduction == II.IK)
939       return -1;
940   }
941
942   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast_or_null<GetElementPtrInst>(Ptr);
943   if (!Gep)
944     return 0;
945
946   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
947   Value *LastIndex = Gep->getOperand(NumOperands - 1);
948
949   Value *GpPtr = Gep->getPointerOperand();
950   // If this GEP value is a consecutive pointer induction variable and all of
951   // the indices are constant then we know it is consecutive. We can
952   Phi = dyn_cast<PHINode>(GpPtr);
953   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
954
955     // Make sure that the pointer does not point to structs.
956     PointerType *GepPtrType = cast<PointerType>(GpPtr->getType());
957     if (GepPtrType->getElementType()->isAggregateType())
958       return 0;
959
960     // Make sure that all of the index operands are loop invariant.
961     for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i)
962       if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
963         return 0;
964
965     InductionInfo II = Inductions[Phi];
966     if (IK_PtrInduction == II.IK)
967       return 1;
968     else if (IK_ReversePtrInduction == II.IK)
969       return -1;
970   }
971
972   // Check that all of the gep indices are uniform except for the last.
973   for (unsigned i = 0; i < NumOperands - 1; ++i)
974     if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
975       return 0;
976
977   // We can emit wide load/stores only if the last index is the induction
978   // variable.
979   const SCEV *Last = SE->getSCEV(LastIndex);
980   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Last)) {
981     const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
982
983     // The memory is consecutive because the last index is consecutive
984     // and all other indices are loop invariant.
985     if (Step->isOne())
986       return 1;
987     if (Step->isAllOnesValue())
988       return -1;
989   }
990
991   return 0;
992 }
993
994 bool LoopVectorizationLegality::isUniform(Value *V) {
995   return (SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(V), TheLoop));
996 }
997
998 InnerLoopVectorizer::VectorParts&
999 InnerLoopVectorizer::getVectorValue(Value *V) {
1000   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
1001   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
1002
1003   // If we have this scalar in the map, return it.
1004   if (WidenMap.has(V))
1005     return WidenMap.get(V);
1006
1007   // If this scalar is unknown, assume that it is a constant or that it is
1008   // loop invariant. Broadcast V and save the value for future uses.
1009   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
1010   return WidenMap.splat(V, B);
1011 }
1012
1013 Value *InnerLoopVectorizer::reverseVector(Value *Vec) {
1014   assert(Vec->getType()->isVectorTy() && "Invalid type");
1015   SmallVector<Constant*, 8> ShuffleMask;
1016   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
1017     ShuffleMask.push_back(Builder.getInt32(VF - i - 1));
1018
1019   return Builder.CreateShuffleVector(Vec, UndefValue::get(Vec->getType()),
1020                                      ConstantVector::get(ShuffleMask),
1021                                      "reverse");
1022 }
1023
1024
1025 void InnerLoopVectorizer::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr,
1026                                              LoopVectorizationLegality *Legal) {
1027   // Attempt to issue a wide load.
1028   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
1029   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
1030
1031   assert((LI || SI) && "Invalid Load/Store instruction");
1032
1033   Type *ScalarDataTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
1034   Type *DataTy = VectorType::get(ScalarDataTy, VF);
1035   Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
1036   unsigned Alignment = LI ? LI->getAlignment() : SI->getAlignment();
1037
1038   // If the pointer is loop invariant or if it is non consecutive,
1039   // scalarize the load.
1040   int Stride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
1041   bool Reverse = Stride < 0;
1042   bool UniformLoad = LI && Legal->isUniform(Ptr);
1043   if (Stride == 0 || UniformLoad)
1044     return scalarizeInstruction(Instr);
1045
1046   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
1047   VectorParts &Entry = WidenMap.get(Instr);
1048
1049   // Handle consecutive loads/stores.
1050   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
1051   if (Gep && Legal->isInductionVariable(Gep->getPointerOperand())) {
1052     Value *PtrOperand = Gep->getPointerOperand();
1053     Value *FirstBasePtr = getVectorValue(PtrOperand)[0];
1054     FirstBasePtr = Builder.CreateExtractElement(FirstBasePtr, Zero);
1055
1056     // Create the new GEP with the new induction variable.
1057     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
1058     Gep2->setOperand(0, FirstBasePtr);
1059     Gep2->setName("gep.indvar.base");
1060     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
1061   } else if (Gep) {
1062     assert(SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getPointerOperand()),
1063                                OrigLoop) && "Base ptr must be invariant");
1064
1065     // The last index does not have to be the induction. It can be
1066     // consecutive and be a function of the index. For example A[I+1];
1067     unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
1068
1069     Value *LastGepOperand = Gep->getOperand(NumOperands - 1);
1070     VectorParts &GEPParts = getVectorValue(LastGepOperand);
1071     Value *LastIndex = GEPParts[0];
1072     LastIndex = Builder.CreateExtractElement(LastIndex, Zero);
1073
1074     // Create the new GEP with the new induction variable.
1075     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
1076     Gep2->setOperand(NumOperands - 1, LastIndex);
1077     Gep2->setName("gep.indvar.idx");
1078     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
1079   } else {
1080     // Use the induction element ptr.
1081     assert(isa<PHINode>(Ptr) && "Invalid induction ptr");
1082     VectorParts &PtrVal = getVectorValue(Ptr);
1083     Ptr = Builder.CreateExtractElement(PtrVal[0], Zero);
1084   }
1085
1086   // Handle Stores:
1087   if (SI) {
1088     assert(!Legal->isUniform(SI->getPointerOperand()) &&
1089            "We do not allow storing to uniform addresses");
1090
1091     VectorParts &StoredVal = getVectorValue(SI->getValueOperand());
1092     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
1093       // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
1094       Value *PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
1095
1096       if (Reverse) {
1097         // If we store to reverse consecutive memory locations then we need
1098         // to reverse the order of elements in the stored value.
1099         StoredVal[Part] = reverseVector(StoredVal[Part]);
1100         // If the address is consecutive but reversed, then the
1101         // wide store needs to start at the last vector element.
1102         PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
1103         PartPtr = Builder.CreateGEP(PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
1104       }
1105
1106       Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr, DataTy->getPointerTo());
1107       Builder.CreateStore(StoredVal[Part], VecPtr)->setAlignment(Alignment);
1108     }
1109   }
1110
1111   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
1112     // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
1113     Value *PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
1114
1115     if (Reverse) {
1116       // If the address is consecutive but reversed, then the
1117       // wide store needs to start at the last vector element.
1118       PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
1119       PartPtr = Builder.CreateGEP(PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
1120     }
1121
1122     Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr, DataTy->getPointerTo());
1123     Value *LI = Builder.CreateLoad(VecPtr, "wide.load");
1124     cast<LoadInst>(LI)->setAlignment(Alignment);
1125     Entry[Part] = Reverse ? reverseVector(LI) :  LI;
1126   }
1127 }
1128
1129 void InnerLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr) {
1130   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
1131   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
1132   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
1133
1134   // Find all of the vectorized parameters.
1135   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
1136     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
1137
1138     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
1139     if (SrcOp == OldInduction) {
1140       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
1141       continue;
1142     }
1143
1144     // Try using previously calculated values.
1145     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
1146
1147     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block
1148     // then it should already be vectorized.
1149     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
1150       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
1151       // The parameter is a vector value from earlier.
1152       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
1153     } else {
1154       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
1155       VectorParts Scalars;
1156       Scalars.append(UF, SrcOp);
1157       Params.push_back(Scalars);
1158     }
1159   }
1160
1161   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
1162          "Invalid number of operands");
1163
1164   // Does this instruction return a value ?
1165   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
1166
1167   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? 0 :
1168     UndefValue::get(VectorType::get(Instr->getType(), VF));
1169   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
1170   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
1171
1172   // For each scalar that we create:
1173   for (unsigned Width = 0; Width < VF; ++Width) {
1174     // For each vector unroll 'part':
1175     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
1176       Instruction *Cloned = Instr->clone();
1177       if (!IsVoidRetTy)
1178         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
1179       // Replace the operands of the cloned instrucions with extracted scalars.
1180       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
1181         Value *Op = Params[op][Part];
1182         // Param is a vector. Need to extract the right lane.
1183         if (Op->getType()->isVectorTy())
1184           Op = Builder.CreateExtractElement(Op, Builder.getInt32(Width));
1185         Cloned->setOperand(op, Op);
1186       }
1187
1188       // Place the cloned scalar in the new loop.
1189       Builder.Insert(Cloned);
1190
1191       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
1192       // so that future users will be able to use it.
1193       if (!IsVoidRetTy)
1194         VecResults[Part] = Builder.CreateInsertElement(VecResults[Part], Cloned,
1195                                                        Builder.getInt32(Width));
1196     }
1197   }
1198 }
1199
1200 Instruction *
1201 InnerLoopVectorizer::addRuntimeCheck(LoopVectorizationLegality *Legal,
1202                                      Instruction *Loc) {
1203   LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck *PtrRtCheck =
1204   Legal->getRuntimePointerCheck();
1205
1206   if (!PtrRtCheck->Need)
1207     return NULL;
1208
1209   Instruction *MemoryRuntimeCheck = 0;
1210   unsigned NumPointers = PtrRtCheck->Pointers.size();
1211   SmallVector<Value* , 2> Starts;
1212   SmallVector<Value* , 2> Ends;
1213
1214   SCEVExpander Exp(*SE, "induction");
1215
1216   // Use this type for pointer arithmetic.
1217   Type* PtrArithTy = Type::getInt8PtrTy(Loc->getContext(), 0);
1218
1219   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
1220     Value *Ptr = PtrRtCheck->Pointers[i];
1221     const SCEV *Sc = SE->getSCEV(Ptr);
1222
1223     if (SE->isLoopInvariant(Sc, OrigLoop)) {
1224       DEBUG(dbgs() << "LV: Adding RT check for a loop invariant ptr:" <<
1225             *Ptr <<"\n");
1226       Starts.push_back(Ptr);
1227       Ends.push_back(Ptr);
1228     } else {
1229       DEBUG(dbgs() << "LV: Adding RT check for range:" << *Ptr <<"\n");
1230
1231       Value *Start = Exp.expandCodeFor(PtrRtCheck->Starts[i], PtrArithTy, Loc);
1232       Value *End = Exp.expandCodeFor(PtrRtCheck->Ends[i], PtrArithTy, Loc);
1233       Starts.push_back(Start);
1234       Ends.push_back(End);
1235     }
1236   }
1237
1238   IRBuilder<> ChkBuilder(Loc);
1239
1240   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
1241     for (unsigned j = i+1; j < NumPointers; ++j) {
1242       Value *Start0 = ChkBuilder.CreateBitCast(Starts[i], PtrArithTy, "bc");
1243       Value *Start1 = ChkBuilder.CreateBitCast(Starts[j], PtrArithTy, "bc");
1244       Value *End0 =   ChkBuilder.CreateBitCast(Ends[i],   PtrArithTy, "bc");
1245       Value *End1 =   ChkBuilder.CreateBitCast(Ends[j],   PtrArithTy, "bc");
1246
1247       Value *Cmp0 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start0, End1, "bound0");
1248       Value *Cmp1 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start1, End0, "bound1");
1249       Value *IsConflict = ChkBuilder.CreateAnd(Cmp0, Cmp1, "found.conflict");
1250       if (MemoryRuntimeCheck)
1251         IsConflict = ChkBuilder.CreateOr(MemoryRuntimeCheck, IsConflict,
1252                                          "conflict.rdx");
1253
1254       MemoryRuntimeCheck = cast<Instruction>(IsConflict);
1255     }
1256   }
1257
1258   return MemoryRuntimeCheck;
1259 }
1260
1261 void
1262 InnerLoopVectorizer::createEmptyLoop(LoopVectorizationLegality *Legal) {
1263   /*
1264    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
1265    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
1266    scalar remainder.
1267
1268        [ ] <-- vector loop bypass (may consist of multiple blocks).
1269      /  |
1270     /   v
1271    |   [ ]     <-- vector pre header.
1272    |    |
1273    |    v
1274    |   [  ] \
1275    |   [  ]_|   <-- vector loop.
1276    |    |
1277     \   v
1278       >[ ]   <--- middle-block.
1279      /  |
1280     /   v
1281    |   [ ]     <--- new preheader.
1282    |    |
1283    |    v
1284    |   [ ] \
1285    |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
1286     \   |
1287      \  v
1288       >[ ]     <-- exit block.
1289    ...
1290    */
1291
1292   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
1293   BasicBlock *BypassBlock = OrigLoop->getLoopPreheader();
1294   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
1295   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
1296
1297   // Some loops have a single integer induction variable, while other loops
1298   // don't. One example is c++ iterators that often have multiple pointer
1299   // induction variables. In the code below we also support a case where we
1300   // don't have a single induction variable.
1301   OldInduction = Legal->getInduction();
1302   Type *IdxTy = OldInduction ? OldInduction->getType() :
1303   DL->getIntPtrType(SE->getContext());
1304
1305   // Find the loop boundaries.
1306   const SCEV *ExitCount = SE->getExitCount(OrigLoop, OrigLoop->getLoopLatch());
1307   assert(ExitCount != SE->getCouldNotCompute() && "Invalid loop count");
1308
1309   // Get the total trip count from the count by adding 1.
1310   ExitCount = SE->getAddExpr(ExitCount,
1311                              SE->getConstant(ExitCount->getType(), 1));
1312
1313   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
1314   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
1315   SCEVExpander Exp(*SE, "induction");
1316
1317   // Count holds the overall loop count (N).
1318   Value *Count = Exp.expandCodeFor(ExitCount, ExitCount->getType(),
1319                                    BypassBlock->getTerminator());
1320
1321   // The loop index does not have to start at Zero. Find the original start
1322   // value from the induction PHI node. If we don't have an induction variable
1323   // then we know that it starts at zero.
1324   Value *StartIdx = OldInduction ?
1325   OldInduction->getIncomingValueForBlock(BypassBlock):
1326   ConstantInt::get(IdxTy, 0);
1327
1328   assert(BypassBlock && "Invalid loop structure");
1329   LoopBypassBlocks.push_back(BypassBlock);
1330
1331   // Split the single block loop into the two loop structure described above.
1332   BasicBlock *VectorPH =
1333   BypassBlock->splitBasicBlock(BypassBlock->getTerminator(), "vector.ph");
1334   BasicBlock *VecBody =
1335   VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.body");
1336   BasicBlock *MiddleBlock =
1337   VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(), "middle.block");
1338   BasicBlock *ScalarPH =
1339   MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(), "scalar.ph");
1340
1341   // Use this IR builder to create the loop instructions (Phi, Br, Cmp)
1342   // inside the loop.
1343   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstInsertionPt());
1344
1345   // Generate the induction variable.
1346   Induction = Builder.CreatePHI(IdxTy, 2, "index");
1347   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
1348   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
1349   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF * UF);
1350
1351   // This is the IR builder that we use to add all of the logic for bypassing
1352   // the new vector loop.
1353   IRBuilder<> BypassBuilder(BypassBlock->getTerminator());
1354
1355   // We may need to extend the index in case there is a type mismatch.
1356   // We know that the count starts at zero and does not overflow.
1357   if (Count->getType() != IdxTy) {
1358     // The exit count can be of pointer type. Convert it to the correct
1359     // integer type.
1360     if (ExitCount->getType()->isPointerTy())
1361       Count = BypassBuilder.CreatePointerCast(Count, IdxTy, "ptrcnt.to.int");
1362     else
1363       Count = BypassBuilder.CreateZExtOrTrunc(Count, IdxTy, "cnt.cast");
1364   }
1365
1366   // Add the start index to the loop count to get the new end index.
1367   Value *IdxEnd = BypassBuilder.CreateAdd(Count, StartIdx, "end.idx");
1368
1369   // Now we need to generate the expression for N - (N % VF), which is
1370   // the part that the vectorized body will execute.
1371   Value *R = BypassBuilder.CreateURem(Count, Step, "n.mod.vf");
1372   Value *CountRoundDown = BypassBuilder.CreateSub(Count, R, "n.vec");
1373   Value *IdxEndRoundDown = BypassBuilder.CreateAdd(CountRoundDown, StartIdx,
1374                                                      "end.idx.rnd.down");
1375
1376   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
1377   // jump to the scalar loop.
1378   Value *Cmp = BypassBuilder.CreateICmpEQ(IdxEndRoundDown, StartIdx,
1379                                           "cmp.zero");
1380
1381   BasicBlock *LastBypassBlock = BypassBlock;
1382
1383   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
1384   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
1385   // faster.
1386   Instruction *MemRuntimeCheck = addRuntimeCheck(Legal,
1387                                                  BypassBlock->getTerminator());
1388   if (MemRuntimeCheck) {
1389     // Create a new block containing the memory check.
1390     BasicBlock *CheckBlock = BypassBlock->splitBasicBlock(MemRuntimeCheck,
1391                                                           "vector.memcheck");
1392     LoopBypassBlocks.push_back(CheckBlock);
1393
1394     // Replace the branch into the memory check block with a conditional branch
1395     // for the "few elements case".
1396     Instruction *OldTerm = BypassBlock->getTerminator();
1397     BranchInst::Create(MiddleBlock, CheckBlock, Cmp, OldTerm);
1398     OldTerm->eraseFromParent();
1399
1400     Cmp = MemRuntimeCheck;
1401     LastBypassBlock = CheckBlock;
1402   }
1403
1404   LastBypassBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
1405   BranchInst::Create(MiddleBlock, VectorPH, Cmp,
1406                      LastBypassBlock);
1407
1408   // We are going to resume the execution of the scalar loop.
1409   // Go over all of the induction variables that we found and fix the
1410   // PHIs that are left in the scalar version of the loop.
1411   // The starting values of PHI nodes depend on the counter of the last
1412   // iteration in the vectorized loop.
1413   // If we come from a bypass edge then we need to start from the original
1414   // start value.
1415
1416   // This variable saves the new starting index for the scalar loop.
1417   PHINode *ResumeIndex = 0;
1418   LoopVectorizationLegality::InductionList::iterator I, E;
1419   LoopVectorizationLegality::InductionList *List = Legal->getInductionVars();
1420   for (I = List->begin(), E = List->end(); I != E; ++I) {
1421     PHINode *OrigPhi = I->first;
1422     LoopVectorizationLegality::InductionInfo II = I->second;
1423     PHINode *ResumeVal = PHINode::Create(OrigPhi->getType(), 2, "resume.val",
1424                                          MiddleBlock->getTerminator());
1425     Value *EndValue = 0;
1426     switch (II.IK) {
1427     case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
1428       llvm_unreachable("Unknown induction");
1429     case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
1430       // Handle the integer induction counter:
1431       assert(OrigPhi->getType()->isIntegerTy() && "Invalid type");
1432       assert(OrigPhi == OldInduction && "Unknown integer PHI");
1433       // We know what the end value is.
1434       EndValue = IdxEndRoundDown;
1435       // We also know which PHI node holds it.
1436       ResumeIndex = ResumeVal;
1437       break;
1438     }
1439     case LoopVectorizationLegality::IK_ReverseIntInduction: {
1440       // Convert the CountRoundDown variable to the PHI size.
1441       unsigned CRDSize = CountRoundDown->getType()->getScalarSizeInBits();
1442       unsigned IISize = II.StartValue->getType()->getScalarSizeInBits();
1443       Value *CRD = CountRoundDown;
1444       if (CRDSize > IISize)
1445         CRD = CastInst::Create(Instruction::Trunc, CountRoundDown,
1446                                II.StartValue->getType(), "tr.crd",
1447                                LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
1448       else if (CRDSize < IISize)
1449         CRD = CastInst::Create(Instruction::SExt, CountRoundDown,
1450                                II.StartValue->getType(),
1451                                "sext.crd",
1452                                LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
1453       // Handle reverse integer induction counter:
1454       EndValue =
1455         BinaryOperator::CreateSub(II.StartValue, CRD, "rev.ind.end",
1456                                   LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
1457       break;
1458     }
1459     case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction: {
1460       // For pointer induction variables, calculate the offset using
1461       // the end index.
1462       EndValue =
1463         GetElementPtrInst::Create(II.StartValue, CountRoundDown, "ptr.ind.end",
1464                                   LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
1465       break;
1466     }
1467     case LoopVectorizationLegality::IK_ReversePtrInduction: {
1468       // The value at the end of the loop for the reverse pointer is calculated
1469       // by creating a GEP with a negative index starting from the start value.
1470       Value *Zero = ConstantInt::get(CountRoundDown->getType(), 0);
1471       Value *NegIdx = BinaryOperator::CreateSub(Zero, CountRoundDown,
1472                                   "rev.ind.end",
1473                                   LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
1474       EndValue = GetElementPtrInst::Create(II.StartValue, NegIdx,
1475                                   "rev.ptr.ind.end",
1476                                   LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
1477       break;
1478     }
1479     }// end of case
1480
1481     // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
1482     // or the value at the end of the vectorized loop.
1483     for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
1484       ResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[I]);
1485     ResumeVal->addIncoming(EndValue, VecBody);
1486
1487     // Fix the scalar body counter (PHI node).
1488     unsigned BlockIdx = OrigPhi->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
1489     OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, ResumeVal);
1490   }
1491
1492   // If we are generating a new induction variable then we also need to
1493   // generate the code that calculates the exit value. This value is not
1494   // simply the end of the counter because we may skip the vectorized body
1495   // in case of a runtime check.
1496   if (!OldInduction){
1497     assert(!ResumeIndex && "Unexpected resume value found");
1498     ResumeIndex = PHINode::Create(IdxTy, 2, "new.indc.resume.val",
1499                                   MiddleBlock->getTerminator());
1500     for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
1501       ResumeIndex->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[I]);
1502     ResumeIndex->addIncoming(IdxEndRoundDown, VecBody);
1503   }
1504
1505   // Make sure that we found the index where scalar loop needs to continue.
1506   assert(ResumeIndex && ResumeIndex->getType()->isIntegerTy() &&
1507          "Invalid resume Index");
1508
1509   // Add a check in the middle block to see if we have completed
1510   // all of the iterations in the first vector loop.
1511   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
1512   Value *CmpN = CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, IdxEnd,
1513                                 ResumeIndex, "cmp.n",
1514                                 MiddleBlock->getTerminator());
1515
1516   BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN, MiddleBlock->getTerminator());
1517   // Remove the old terminator.
1518   MiddleBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
1519
1520   // Create i+1 and fill the PHINode.
1521   Value *NextIdx = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
1522   Induction->addIncoming(StartIdx, VectorPH);
1523   Induction->addIncoming(NextIdx, VecBody);
1524   // Create the compare.
1525   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(NextIdx, IdxEndRoundDown);
1526   Builder.CreateCondBr(ICmp, MiddleBlock, VecBody);
1527
1528   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
1529   VecBody->getTerminator()->eraseFromParent();
1530
1531   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
1532   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstInsertionPt());
1533
1534   // Create and register the new vector loop.
1535   Loop* Lp = new Loop();
1536   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
1537
1538   // Insert the new loop into the loop nest and register the new basic blocks.
1539   if (ParentLoop) {
1540     ParentLoop->addChildLoop(Lp);
1541     for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
1542       ParentLoop->addBasicBlockToLoop(LoopBypassBlocks[I], LI->getBase());
1543     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, LI->getBase());
1544     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(VectorPH, LI->getBase());
1545     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, LI->getBase());
1546   } else {
1547     LI->addTopLevelLoop(Lp);
1548   }
1549
1550   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, LI->getBase());
1551
1552   // Save the state.
1553   LoopVectorPreHeader = VectorPH;
1554   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
1555   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
1556   LoopExitBlock = ExitBlock;
1557   LoopVectorBody = VecBody;
1558   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
1559 }
1560
1561 /// This function returns the identity element (or neutral element) for
1562 /// the operation K.
1563 static Constant*
1564 getReductionIdentity(LoopVectorizationLegality::ReductionKind K, Type *Tp) {
1565   switch (K) {
1566   case LoopVectorizationLegality:: RK_IntegerXor:
1567   case LoopVectorizationLegality:: RK_IntegerAdd:
1568   case LoopVectorizationLegality:: RK_IntegerOr:
1569     // Adding, Xoring, Oring zero to a number does not change it.
1570     return ConstantInt::get(Tp, 0);
1571   case LoopVectorizationLegality:: RK_IntegerMult:
1572     // Multiplying a number by 1 does not change it.
1573     return ConstantInt::get(Tp, 1);
1574   case LoopVectorizationLegality:: RK_IntegerAnd:
1575     // AND-ing a number with an all-1 value does not change it.
1576     return ConstantInt::get(Tp, -1, true);
1577   case LoopVectorizationLegality:: RK_FloatMult:
1578     // Multiplying a number by 1 does not change it.
1579     return ConstantFP::get(Tp, 1.0L);
1580   case LoopVectorizationLegality:: RK_FloatAdd:
1581     // Adding zero to a number does not change it.
1582     return ConstantFP::get(Tp, 0.0L);
1583   default:
1584     llvm_unreachable("Unknown reduction kind");
1585   }
1586 }
1587
1588 static bool
1589 isTriviallyVectorizableIntrinsic(Instruction *Inst) {
1590   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst);
1591   if (!II)
1592     return false;
1593   switch (II->getIntrinsicID()) {
1594   case Intrinsic::sqrt:
1595   case Intrinsic::sin:
1596   case Intrinsic::cos:
1597   case Intrinsic::exp:
1598   case Intrinsic::exp2:
1599   case Intrinsic::log:
1600   case Intrinsic::log10:
1601   case Intrinsic::log2:
1602   case Intrinsic::fabs:
1603   case Intrinsic::floor:
1604   case Intrinsic::ceil:
1605   case Intrinsic::trunc:
1606   case Intrinsic::rint:
1607   case Intrinsic::nearbyint:
1608   case Intrinsic::pow:
1609   case Intrinsic::fma:
1610   case Intrinsic::fmuladd:
1611     return true;
1612   default:
1613     return false;
1614   }
1615   return false;
1616 }
1617
1618 /// This function translates the reduction kind to an LLVM binary operator.
1619 static Instruction::BinaryOps
1620 getReductionBinOp(LoopVectorizationLegality::ReductionKind Kind) {
1621   switch (Kind) {
1622     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerAdd:
1623       return Instruction::Add;
1624     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerMult:
1625       return Instruction::Mul;
1626     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerOr:
1627       return Instruction::Or;
1628     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerAnd:
1629       return Instruction::And;
1630     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerXor:
1631       return Instruction::Xor;
1632     case LoopVectorizationLegality::RK_FloatMult:
1633       return Instruction::FMul;
1634     case LoopVectorizationLegality::RK_FloatAdd:
1635       return Instruction::FAdd;
1636     default:
1637       llvm_unreachable("Unknown reduction operation");
1638   }
1639 }
1640
1641 void
1642 InnerLoopVectorizer::vectorizeLoop(LoopVectorizationLegality *Legal) {
1643   //===------------------------------------------------===//
1644   //
1645   // Notice: any optimization or new instruction that go
1646   // into the code below should be also be implemented in
1647   // the cost-model.
1648   //
1649   //===------------------------------------------------===//
1650   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
1651
1652   // In order to support reduction variables we need to be able to vectorize
1653   // Phi nodes. Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two
1654   // stages. First, we create a new vector PHI node with no incoming edges.
1655   // We use this value when we vectorize all of the instructions that use the
1656   // PHI. Next, after all of the instructions in the block are complete we
1657   // add the new incoming edges to the PHI. At this point all of the
1658   // instructions in the basic block are vectorized, so we can use them to
1659   // construct the PHI.
1660   PhiVector RdxPHIsToFix;
1661
1662   // Scan the loop in a topological order to ensure that defs are vectorized
1663   // before users.
1664   LoopBlocksDFS DFS(OrigLoop);
1665   DFS.perform(LI);
1666
1667   // Vectorize all of the blocks in the original loop.
1668   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
1669        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb)
1670     vectorizeBlockInLoop(Legal, *bb, &RdxPHIsToFix);
1671
1672   // At this point every instruction in the original loop is widened to
1673   // a vector form. We are almost done. Now, we need to fix the PHI nodes
1674   // that we vectorized. The PHI nodes are currently empty because we did
1675   // not want to introduce cycles. Notice that the remaining PHI nodes
1676   // that we need to fix are reduction variables.
1677
1678   // Create the 'reduced' values for each of the induction vars.
1679   // The reduced values are the vector values that we scalarize and combine
1680   // after the loop is finished.
1681   for (PhiVector::iterator it = RdxPHIsToFix.begin(), e = RdxPHIsToFix.end();
1682        it != e; ++it) {
1683     PHINode *RdxPhi = *it;
1684     assert(RdxPhi && "Unable to recover vectorized PHI");
1685
1686     // Find the reduction variable descriptor.
1687     assert(Legal->getReductionVars()->count(RdxPhi) &&
1688            "Unable to find the reduction variable");
1689     LoopVectorizationLegality::ReductionDescriptor RdxDesc =
1690     (*Legal->getReductionVars())[RdxPhi];
1691
1692     // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
1693     // To do so, we need to generate the 'identity' vector and overide
1694     // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
1695     // to do it in the vector-loop preheader.
1696     Builder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
1697
1698     // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
1699     VectorParts &VectorExit = getVectorValue(RdxDesc.LoopExitInstr);
1700     Type *VecTy = VectorExit[0]->getType();
1701
1702     // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
1703     // one for multiplication, -1 for And.
1704     Constant *Iden = getReductionIdentity(RdxDesc.Kind, VecTy->getScalarType());
1705     Constant *Identity = ConstantVector::getSplat(VF, Iden);
1706
1707     // This vector is the Identity vector where the first element is the
1708     // incoming scalar reduction.
1709     Value *VectorStart = Builder.CreateInsertElement(Identity,
1710                                                      RdxDesc.StartValue, Zero);
1711
1712     // Fix the vector-loop phi.
1713     // We created the induction variable so we know that the
1714     // preheader is the first entry.
1715     BasicBlock *VecPreheader = Induction->getIncomingBlock(0);
1716
1717     // Reductions do not have to start at zero. They can start with
1718     // any loop invariant values.
1719     VectorParts &VecRdxPhi = WidenMap.get(RdxPhi);
1720     BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
1721     Value *LoopVal = RdxPhi->getIncomingValueForBlock(Latch);
1722     VectorParts &Val = getVectorValue(LoopVal);
1723     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
1724       // Make sure to add the reduction stat value only to the 
1725       // first unroll part.
1726       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
1727       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(StartVal, VecPreheader);
1728       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(Val[part], LoopVectorBody);
1729     }
1730
1731     // Before each round, move the insertion point right between
1732     // the PHIs and the values we are going to write.
1733     // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
1734     // instructions.
1735     Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
1736
1737     VectorParts RdxParts;
1738     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
1739       // This PHINode contains the vectorized reduction variable, or
1740       // the initial value vector, if we bypass the vector loop.
1741       VectorParts &RdxExitVal = getVectorValue(RdxDesc.LoopExitInstr);
1742       PHINode *NewPhi = Builder.CreatePHI(VecTy, 2, "rdx.vec.exit.phi");
1743       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
1744       for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
1745         NewPhi->addIncoming(StartVal, LoopBypassBlocks[I]);
1746       NewPhi->addIncoming(RdxExitVal[part], LoopVectorBody);
1747       RdxParts.push_back(NewPhi);
1748     }
1749
1750     // Reduce all of the unrolled parts into a single vector.
1751     Value *ReducedPartRdx = RdxParts[0];
1752     for (unsigned part = 1; part < UF; ++part) {
1753       Instruction::BinaryOps Op = getReductionBinOp(RdxDesc.Kind);
1754       ReducedPartRdx = Builder.CreateBinOp(Op, RdxParts[part], ReducedPartRdx,
1755                                            "bin.rdx");
1756     }
1757
1758     // VF is a power of 2 so we can emit the reduction using log2(VF) shuffles
1759     // and vector ops, reducing the set of values being computed by half each
1760     // round.
1761     assert(isPowerOf2_32(VF) &&
1762            "Reduction emission only supported for pow2 vectors!");
1763     Value *TmpVec = ReducedPartRdx;
1764     SmallVector<Constant*, 32> ShuffleMask(VF, 0);
1765     for (unsigned i = VF; i != 1; i >>= 1) {
1766       // Move the upper half of the vector to the lower half.
1767       for (unsigned j = 0; j != i/2; ++j)
1768         ShuffleMask[j] = Builder.getInt32(i/2 + j);
1769
1770       // Fill the rest of the mask with undef.
1771       std::fill(&ShuffleMask[i/2], ShuffleMask.end(),
1772                 UndefValue::get(Builder.getInt32Ty()));
1773
1774       Value *Shuf =
1775         Builder.CreateShuffleVector(TmpVec,
1776                                     UndefValue::get(TmpVec->getType()),
1777                                     ConstantVector::get(ShuffleMask),
1778                                     "rdx.shuf");
1779
1780       Instruction::BinaryOps Op = getReductionBinOp(RdxDesc.Kind);
1781       TmpVec = Builder.CreateBinOp(Op, TmpVec, Shuf, "bin.rdx");
1782     }
1783
1784     // The result is in the first element of the vector.
1785     Value *Scalar0 = Builder.CreateExtractElement(TmpVec, Builder.getInt32(0));
1786
1787     // Now, we need to fix the users of the reduction variable
1788     // inside and outside of the scalar remainder loop.
1789     // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
1790     // PHI nodes in the exit blocks.
1791     for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
1792          LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
1793       PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
1794       if (!LCSSAPhi) continue;
1795
1796       // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
1797       // we already fixed them.
1798       assert(LCSSAPhi->getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
1799
1800       // We found our reduction value exit-PHI. Update it with the
1801       // incoming bypass edge.
1802       if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == RdxDesc.LoopExitInstr) {
1803         // Add an edge coming from the bypass.
1804         LCSSAPhi->addIncoming(Scalar0, LoopMiddleBlock);
1805         break;
1806       }
1807     }// end of the LCSSA phi scan.
1808
1809     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
1810     // from the vector body and from the backedge value.
1811     int IncomingEdgeBlockIdx =
1812     (RdxPhi)->getBasicBlockIndex(OrigLoop->getLoopLatch());
1813     assert(IncomingEdgeBlockIdx >= 0 && "Invalid block index");
1814     // Pick the other block.
1815     int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1);
1816     (RdxPhi)->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, Scalar0);
1817     (RdxPhi)->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, RdxDesc.LoopExitInstr);
1818   }// end of for each redux variable.
1819
1820   // The Loop exit block may have single value PHI nodes where the incoming
1821   // value is 'undef'. While vectorizing we only handled real values that
1822   // were defined inside the loop. Here we handle the 'undef case'.
1823   // See PR14725.
1824   for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
1825        LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
1826     PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
1827     if (!LCSSAPhi) continue;
1828     if (LCSSAPhi->getNumIncomingValues() == 1)
1829       LCSSAPhi->addIncoming(UndefValue::get(LCSSAPhi->getType()),
1830                             LoopMiddleBlock);
1831   }
1832 }
1833
1834 InnerLoopVectorizer::VectorParts
1835 InnerLoopVectorizer::createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst) {
1836   assert(std::find(pred_begin(Dst), pred_end(Dst), Src) != pred_end(Dst) &&
1837          "Invalid edge");
1838
1839   VectorParts SrcMask = createBlockInMask(Src);
1840
1841   // The terminator has to be a branch inst!
1842   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Src->getTerminator());
1843   assert(BI && "Unexpected terminator found");
1844
1845   if (BI->isConditional()) {
1846     VectorParts EdgeMask = getVectorValue(BI->getCondition());
1847
1848     if (BI->getSuccessor(0) != Dst)
1849       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
1850         EdgeMask[part] = Builder.CreateNot(EdgeMask[part]);
1851
1852     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
1853       EdgeMask[part] = Builder.CreateAnd(EdgeMask[part], SrcMask[part]);
1854     return EdgeMask;
1855   }
1856
1857   return SrcMask;
1858 }
1859
1860 InnerLoopVectorizer::VectorParts
1861 InnerLoopVectorizer::createBlockInMask(BasicBlock *BB) {
1862   assert(OrigLoop->contains(BB) && "Block is not a part of a loop");
1863
1864   // Loop incoming mask is all-one.
1865   if (OrigLoop->getHeader() == BB) {
1866     Value *C = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 1);
1867     return getVectorValue(C);
1868   }
1869
1870   // This is the block mask. We OR all incoming edges, and with zero.
1871   Value *Zero = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 0);
1872   VectorParts BlockMask = getVectorValue(Zero);
1873
1874   // For each pred:
1875   for (pred_iterator it = pred_begin(BB), e = pred_end(BB); it != e; ++it) {
1876     VectorParts EM = createEdgeMask(*it, BB);
1877     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
1878       BlockMask[part] = Builder.CreateOr(BlockMask[part], EM[part]);
1879   }
1880
1881   return BlockMask;
1882 }
1883
1884 void
1885 InnerLoopVectorizer::vectorizeBlockInLoop(LoopVectorizationLegality *Legal,
1886                                           BasicBlock *BB, PhiVector *PV) {
1887   // For each instruction in the old loop.
1888   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
1889     VectorParts &Entry = WidenMap.get(it);
1890     switch (it->getOpcode()) {
1891     case Instruction::Br:
1892       // Nothing to do for PHIs and BR, since we already took care of the
1893       // loop control flow instructions.
1894       continue;
1895     case Instruction::PHI:{
1896       PHINode* P = cast<PHINode>(it);
1897       // Handle reduction variables:
1898       if (Legal->getReductionVars()->count(P)) {
1899         for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
1900           // This is phase one of vectorizing PHIs.
1901           Type *VecTy = VectorType::get(it->getType(), VF);
1902           Entry[part] = PHINode::Create(VecTy, 2, "vec.phi",
1903                                         LoopVectorBody-> getFirstInsertionPt());
1904         }
1905         PV->push_back(P);
1906         continue;
1907       }
1908
1909       // Check for PHI nodes that are lowered to vector selects.
1910       if (P->getParent() != OrigLoop->getHeader()) {
1911         // We know that all PHIs in non header blocks are converted into
1912         // selects, so we don't have to worry about the insertion order and we
1913         // can just use the builder.
1914
1915         // At this point we generate the predication tree. There may be
1916         // duplications since this is a simple recursive scan, but future
1917         // optimizations will clean it up.
1918         VectorParts Cond = createEdgeMask(P->getIncomingBlock(0),
1919                                                P->getParent());
1920
1921         for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
1922         VectorParts &In0 = getVectorValue(P->getIncomingValue(0));
1923         VectorParts &In1 = getVectorValue(P->getIncomingValue(1));
1924           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part], In1[part],
1925                                              "predphi");
1926         }
1927         continue;
1928       }
1929
1930       // This PHINode must be an induction variable.
1931       // Make sure that we know about it.
1932       assert(Legal->getInductionVars()->count(P) &&
1933              "Not an induction variable");
1934
1935       LoopVectorizationLegality::InductionInfo II =
1936         Legal->getInductionVars()->lookup(P);
1937
1938       switch (II.IK) {
1939       case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
1940         llvm_unreachable("Unknown induction");
1941       case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
1942         assert(P == OldInduction && "Unexpected PHI");
1943         Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(Induction);
1944         // After broadcasting the induction variable we need to make the
1945         // vector consecutive by adding 0, 1, 2 ...
1946         for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
1947           Entry[part] = getConsecutiveVector(Broadcasted, VF * part, false);
1948         continue;
1949       }
1950       case LoopVectorizationLegality::IK_ReverseIntInduction:
1951       case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction:
1952       case LoopVectorizationLegality::IK_ReversePtrInduction:
1953         // Handle reverse integer and pointer inductions.
1954         Value *StartIdx = 0;
1955         // If we have a single integer induction variable then use it.
1956         // Otherwise, start counting at zero.
1957         if (OldInduction) {
1958           LoopVectorizationLegality::InductionInfo OldII =
1959             Legal->getInductionVars()->lookup(OldInduction);
1960           StartIdx = OldII.StartValue;
1961         } else {
1962           StartIdx = ConstantInt::get(Induction->getType(), 0);
1963         }
1964         // This is the normalized GEP that starts counting at zero.
1965         Value *NormalizedIdx = Builder.CreateSub(Induction, StartIdx,
1966                                                  "normalized.idx");
1967
1968         // Handle the reverse integer induction variable case.
1969         if (LoopVectorizationLegality::IK_ReverseIntInduction == II.IK) {
1970           IntegerType *DstTy = cast<IntegerType>(II.StartValue->getType());
1971           Value *CNI = Builder.CreateSExtOrTrunc(NormalizedIdx, DstTy,
1972                                                  "resize.norm.idx");
1973           Value *ReverseInd  = Builder.CreateSub(II.StartValue, CNI,
1974                                                  "reverse.idx");
1975
1976           // This is a new value so do not hoist it out.
1977           Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ReverseInd);
1978           // After broadcasting the induction variable we need to make the
1979           // vector consecutive by adding  ... -3, -2, -1, 0.
1980           for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
1981             Entry[part] = getConsecutiveVector(Broadcasted, -VF * part, true);
1982           continue;
1983         }
1984
1985         // Handle the pointer induction variable case.
1986         assert(P->getType()->isPointerTy() && "Unexpected type.");
1987
1988         // Is this a reverse induction ptr or a consecutive induction ptr.
1989         bool Reverse = (LoopVectorizationLegality::IK_ReversePtrInduction ==
1990                         II.IK);
1991
1992         // This is the vector of results. Notice that we don't generate
1993         // vector geps because scalar geps result in better code.
1994         for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
1995           Value *VecVal = UndefValue::get(VectorType::get(P->getType(), VF));
1996           for (unsigned int i = 0; i < VF; ++i) {
1997             int EltIndex = (i + part * VF) * (Reverse ? -1 : 1);
1998             Constant *Idx = ConstantInt::get(Induction->getType(), EltIndex);
1999             Value *GlobalIdx;
2000             if (!Reverse)
2001               GlobalIdx = Builder.CreateAdd(NormalizedIdx, Idx, "gep.idx");
2002             else
2003               GlobalIdx = Builder.CreateSub(Idx, NormalizedIdx, "gep.ridx");
2004
2005             Value *SclrGep = Builder.CreateGEP(II.StartValue, GlobalIdx,
2006                                                "next.gep");
2007             VecVal = Builder.CreateInsertElement(VecVal, SclrGep,
2008                                                  Builder.getInt32(i),
2009                                                  "insert.gep");
2010           }
2011           Entry[part] = VecVal;
2012         }
2013         continue;
2014       }
2015
2016     }// End of PHI.
2017
2018     case Instruction::Add:
2019     case Instruction::FAdd:
2020     case Instruction::Sub:
2021     case Instruction::FSub:
2022     case Instruction::Mul:
2023     case Instruction::FMul:
2024     case Instruction::UDiv:
2025     case Instruction::SDiv:
2026     case Instruction::FDiv:
2027     case Instruction::URem:
2028     case Instruction::SRem:
2029     case Instruction::FRem:
2030     case Instruction::Shl:
2031     case Instruction::LShr:
2032     case Instruction::AShr:
2033     case Instruction::And:
2034     case Instruction::Or:
2035     case Instruction::Xor: {
2036       // Just widen binops.
2037       BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(it);
2038       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
2039       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
2040
2041       // Use this vector value for all users of the original instruction.
2042       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2043         Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), A[Part], B[Part]);
2044
2045         // Update the NSW, NUW and Exact flags. Notice: V can be an Undef.
2046         BinaryOperator *VecOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V);
2047         if (VecOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(BinOp)) {
2048           VecOp->setHasNoSignedWrap(BinOp->hasNoSignedWrap());
2049           VecOp->setHasNoUnsignedWrap(BinOp->hasNoUnsignedWrap());
2050         }
2051         if (VecOp && isa<PossiblyExactOperator>(VecOp))
2052           VecOp->setIsExact(BinOp->isExact());
2053
2054         Entry[Part] = V;
2055       }
2056       break;
2057     }
2058     case Instruction::Select: {
2059       // Widen selects.
2060       // If the selector is loop invariant we can create a select
2061       // instruction with a scalar condition. Otherwise, use vector-select.
2062       bool InvariantCond = SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(it->getOperand(0)),
2063                                                OrigLoop);
2064
2065       // The condition can be loop invariant  but still defined inside the
2066       // loop. This means that we can't just use the original 'cond' value.
2067       // We have to take the 'vectorized' value and pick the first lane.
2068       // Instcombine will make this a no-op.
2069       VectorParts &Cond = getVectorValue(it->getOperand(0));
2070       VectorParts &Op0  = getVectorValue(it->getOperand(1));
2071       VectorParts &Op1  = getVectorValue(it->getOperand(2));
2072       Value *ScalarCond = Builder.CreateExtractElement(Cond[0],
2073                                                        Builder.getInt32(0));
2074       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2075         Entry[Part] = Builder.CreateSelect(
2076           InvariantCond ? ScalarCond : Cond[Part],
2077           Op0[Part],
2078           Op1[Part]);
2079       }
2080       break;
2081     }
2082
2083     case Instruction::ICmp:
2084     case Instruction::FCmp: {
2085       // Widen compares. Generate vector compares.
2086       bool FCmp = (it->getOpcode() == Instruction::FCmp);
2087       CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(it);
2088       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
2089       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
2090       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2091         Value *C = 0;
2092         if (FCmp)
2093           C = Builder.CreateFCmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
2094         else
2095           C = Builder.CreateICmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
2096         Entry[Part] = C;
2097       }
2098       break;
2099     }
2100
2101     case Instruction::Store:
2102     case Instruction::Load:
2103         vectorizeMemoryInstruction(it, Legal);
2104         break;
2105     case Instruction::ZExt:
2106     case Instruction::SExt:
2107     case Instruction::FPToUI:
2108     case Instruction::FPToSI:
2109     case Instruction::FPExt:
2110     case Instruction::PtrToInt:
2111     case Instruction::IntToPtr:
2112     case Instruction::SIToFP:
2113     case Instruction::UIToFP:
2114     case Instruction::Trunc:
2115     case Instruction::FPTrunc:
2116     case Instruction::BitCast: {
2117       CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(it);
2118       /// Optimize the special case where the source is the induction
2119       /// variable. Notice that we can only optimize the 'trunc' case
2120       /// because: a. FP conversions lose precision, b. sext/zext may wrap,
2121       /// c. other casts depend on pointer size.
2122       if (CI->getOperand(0) == OldInduction &&
2123           it->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
2124         Value *ScalarCast = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), Induction,
2125                                                CI->getType());
2126         Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ScalarCast);
2127         for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
2128           Entry[Part] = getConsecutiveVector(Broadcasted, VF * Part, false);
2129         break;
2130       }
2131       /// Vectorize casts.
2132       Type *DestTy = VectorType::get(CI->getType()->getScalarType(), VF);
2133
2134       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
2135       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
2136         Entry[Part] = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), A[Part], DestTy);
2137       break;
2138     }
2139
2140     case Instruction::Call: {
2141       assert(isTriviallyVectorizableIntrinsic(it));
2142       Module *M = BB->getParent()->getParent();
2143       IntrinsicInst *II = cast<IntrinsicInst>(it);
2144       Intrinsic::ID ID = II->getIntrinsicID();
2145       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2146         SmallVector<Value*, 4> Args;
2147         for (unsigned i = 0, ie = II->getNumArgOperands(); i != ie; ++i) {
2148           VectorParts &Arg = getVectorValue(II->getArgOperand(i));
2149           Args.push_back(Arg[Part]);
2150         }
2151         Type *Tys[] = { VectorType::get(II->getType()->getScalarType(), VF) };
2152         Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, ID, Tys);
2153         Entry[Part] = Builder.CreateCall(F, Args);
2154       }
2155       break;
2156     }
2157
2158     default:
2159       // All other instructions are unsupported. Scalarize them.
2160       scalarizeInstruction(it);
2161       break;
2162     }// end of switch.
2163   }// end of for_each instr.
2164 }
2165
2166 void InnerLoopVectorizer::updateAnalysis() {
2167   // Forget the original basic block.
2168   SE->forgetLoop(OrigLoop);
2169
2170   // Update the dominator tree information.
2171   assert(DT->properlyDominates(LoopBypassBlocks.front(), LoopExitBlock) &&
2172          "Entry does not dominate exit.");
2173
2174   for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2175     DT->addNewBlock(LoopBypassBlocks[I], LoopBypassBlocks[I-1]);
2176   DT->addNewBlock(LoopVectorPreHeader, LoopBypassBlocks.back());
2177   DT->addNewBlock(LoopVectorBody, LoopVectorPreHeader);
2178   DT->addNewBlock(LoopMiddleBlock, LoopBypassBlocks.front());
2179   DT->addNewBlock(LoopScalarPreHeader, LoopMiddleBlock);
2180   DT->changeImmediateDominator(LoopScalarBody, LoopScalarPreHeader);
2181   DT->changeImmediateDominator(LoopExitBlock, LoopMiddleBlock);
2182
2183   DEBUG(DT->verifyAnalysis());
2184 }
2185
2186 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeWithIfConvert() {
2187   if (!EnableIfConversion)
2188     return false;
2189
2190   assert(TheLoop->getNumBlocks() > 1 && "Single block loops are vectorizable");
2191   std::vector<BasicBlock*> &LoopBlocks = TheLoop->getBlocksVector();
2192
2193   // Collect the blocks that need predication.
2194   for (unsigned i = 0, e = LoopBlocks.size(); i < e; ++i) {
2195     BasicBlock *BB = LoopBlocks[i];
2196
2197     // We don't support switch statements inside loops.
2198     if (!isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
2199       return false;
2200
2201     // We must have at most two predecessors because we need to convert
2202     // all PHIs to selects.
2203     unsigned Preds = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2204     if (Preds > 2)
2205       return false;
2206
2207     // We must be able to predicate all blocks that need to be predicated.
2208     if (blockNeedsPredication(BB) && !blockCanBePredicated(BB))
2209       return false;
2210   }
2211
2212   // We can if-convert this loop.
2213   return true;
2214 }
2215
2216 bool LoopVectorizationLegality::canVectorize() {
2217   assert(TheLoop->getLoopPreheader() && "No preheader!!");
2218
2219   // We can only vectorize innermost loops.
2220   if (TheLoop->getSubLoopsVector().size())
2221     return false;
2222
2223   // We must have a single backedge.
2224   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1)
2225     return false;
2226
2227   // We must have a single exiting block.
2228   if (!TheLoop->getExitingBlock())
2229     return false;
2230
2231   unsigned NumBlocks = TheLoop->getNumBlocks();
2232
2233   // Check if we can if-convert non single-bb loops.
2234   if (NumBlocks != 1 && !canVectorizeWithIfConvert()) {
2235     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't if-convert the loop.\n");
2236     return false;
2237   }
2238
2239   // We need to have a loop header.
2240   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
2241   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop: " <<
2242         TheLoop->getHeader()->getName() << "\n");
2243
2244   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
2245   const SCEV *ExitCount = SE->getExitCount(TheLoop, Latch);
2246   if (ExitCount == SE->getCouldNotCompute()) {
2247     DEBUG(dbgs() << "LV: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
2248     return false;
2249   }
2250
2251   // Do not loop-vectorize loops with a tiny trip count.
2252   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop, Latch);
2253   if (TC > 0u && TC < TinyTripCountVectorThreshold) {
2254     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop with a very small trip count. " <<
2255           "This loop is not worth vectorizing.\n");
2256     return false;
2257   }
2258
2259   // Check if we can vectorize the instructions and CFG in this loop.
2260   if (!canVectorizeInstrs()) {
2261     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize the instructions or CFG\n");
2262     return false;
2263   }
2264
2265   // Go over each instruction and look at memory deps.
2266   if (!canVectorizeMemory()) {
2267     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize due to memory conflicts\n");
2268     return false;
2269   }
2270
2271   // Collect all of the variables that remain uniform after vectorization.
2272   collectLoopUniforms();
2273
2274   DEBUG(dbgs() << "LV: We can vectorize this loop" <<
2275         (PtrRtCheck.Need ? " (with a runtime bound check)" : "")
2276         <<"!\n");
2277
2278   // Okay! We can vectorize. At this point we don't have any other mem analysis
2279   // which may limit our maximum vectorization factor, so just return true with
2280   // no restrictions.
2281   return true;
2282 }
2283
2284 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeInstrs() {
2285   BasicBlock *PreHeader = TheLoop->getLoopPreheader();
2286   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
2287
2288   // For each block in the loop.
2289   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
2290        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
2291
2292     // Scan the instructions in the block and look for hazards.
2293     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
2294          ++it) {
2295
2296       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(it)) {
2297         // This should not happen because the loop should be normalized.
2298         if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
2299           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an invalid PHI.\n");
2300           return false;
2301         }
2302
2303         // Check that this PHI type is allowed.
2304         if (!Phi->getType()->isIntegerTy() &&
2305             !Phi->getType()->isFloatingPointTy() &&
2306             !Phi->getType()->isPointerTy()) {
2307           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an non-int non-pointer PHI.\n");
2308           return false;
2309         }
2310
2311         // If this PHINode is not in the header block, then we know that we
2312         // can convert it to select during if-conversion. No need to check if
2313         // the PHIs in this block are induction or reduction variables.
2314         if (*bb != Header)
2315           continue;
2316
2317         // This is the value coming from the preheader.
2318         Value *StartValue = Phi->getIncomingValueForBlock(PreHeader);
2319         // Check if this is an induction variable.
2320         InductionKind IK = isInductionVariable(Phi);
2321
2322         if (IK_NoInduction != IK) {
2323           // Int inductions are special because we only allow one IV.
2324           if (IK == IK_IntInduction) {
2325             if (Induction) {
2326               DEBUG(dbgs() << "LV: Found too many inductions."<< *Phi <<"\n");
2327               return false;
2328             }
2329             Induction = Phi;
2330           }
2331
2332           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an induction variable.\n");
2333           Inductions[Phi] = InductionInfo(StartValue, IK);
2334           continue;
2335         }
2336
2337         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerAdd)) {
2338           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an ADD reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
2339           continue;
2340         }
2341         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerMult)) {
2342           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a MUL reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
2343           continue;
2344         }
2345         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerOr)) {
2346           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an OR reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
2347           continue;
2348         }
2349         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerAnd)) {
2350           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an AND reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
2351           continue;
2352         }
2353         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerXor)) {
2354           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a XOR reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
2355           continue;
2356         }
2357         if (AddReductionVar(Phi, RK_FloatMult)) {
2358           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an FMult reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
2359           continue;
2360         }
2361         if (AddReductionVar(Phi, RK_FloatAdd)) {
2362           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an FAdd reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
2363           continue;
2364         }
2365
2366         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified PHI."<< *Phi <<"\n");
2367         return false;
2368       }// end of PHI handling
2369
2370       // We still don't handle functions.
2371       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(it);
2372       if (CI && !isTriviallyVectorizableIntrinsic(it)) {
2373         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a call site.\n");
2374         return false;
2375       }
2376
2377       // Check that the instruction return type is vectorizable.
2378       if (!VectorType::isValidElementType(it->getType()) &&
2379           !it->getType()->isVoidTy()) {
2380         DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable type." << "\n");
2381         return false;
2382       }
2383
2384       // Check that the stored type is vectorizable.
2385       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it)) {
2386         Type *T = ST->getValueOperand()->getType();
2387         if (!VectorType::isValidElementType(T))
2388           return false;
2389       }
2390
2391       // Reduction instructions are allowed to have exit users.
2392       // All other instructions must not have external users.
2393       if (!AllowedExit.count(it))
2394         //Check that all of the users of the loop are inside the BB.
2395         for (Value::use_iterator I = it->use_begin(), E = it->use_end();
2396              I != E; ++I) {
2397           Instruction *U = cast<Instruction>(*I);
2398           // This user may be a reduction exit value.
2399           if (!TheLoop->contains(U)) {
2400             DEBUG(dbgs() << "LV: Found an outside user for : "<< *U << "\n");
2401             return false;
2402           }
2403         }
2404     } // next instr.
2405
2406   }
2407
2408   if (!Induction) {
2409     DEBUG(dbgs() << "LV: Did not find one integer induction var.\n");
2410     assert(getInductionVars()->size() && "No induction variables");
2411   }
2412
2413   return true;
2414 }
2415
2416 void LoopVectorizationLegality::collectLoopUniforms() {
2417   // We now know that the loop is vectorizable!
2418   // Collect variables that will remain uniform after vectorization.
2419   std::vector<Value*> Worklist;
2420   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
2421
2422   // Start with the conditional branch and walk up the block.
2423   Worklist.push_back(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
2424
2425   while (Worklist.size()) {
2426     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Worklist.back());
2427     Worklist.pop_back();
2428
2429     // Look at instructions inside this loop.
2430     // Stop when reaching PHI nodes.
2431     // TODO: we need to follow values all over the loop, not only in this block.
2432     if (!I || !TheLoop->contains(I) || isa<PHINode>(I))
2433       continue;
2434
2435     // This is a known uniform.
2436     Uniforms.insert(I);
2437
2438     // Insert all operands.
2439     for (int i = 0, Op = I->getNumOperands(); i < Op; ++i) {
2440       Worklist.push_back(I->getOperand(i));
2441     }
2442   }
2443 }
2444
2445 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeMemory() {
2446   typedef SmallVector<Value*, 16> ValueVector;
2447   typedef SmallPtrSet<Value*, 16> ValueSet;
2448   // Holds the Load and Store *instructions*.
2449   ValueVector Loads;
2450   ValueVector Stores;
2451   PtrRtCheck.Pointers.clear();
2452   PtrRtCheck.Need = false;
2453
2454   // For each block.
2455   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
2456        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
2457
2458     // Scan the BB and collect legal loads and stores.
2459     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
2460          ++it) {
2461
2462       // If this is a load, save it. If this instruction can read from memory
2463       // but is not a load, then we quit. Notice that we don't handle function
2464       // calls that read or write.
2465       if (it->mayReadFromMemory()) {
2466         LoadInst *Ld = dyn_cast<LoadInst>(it);
2467         if (!Ld) return false;
2468         if (!Ld->isSimple()) {
2469           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-simple load.\n");
2470           return false;
2471         }
2472         Loads.push_back(Ld);
2473         continue;
2474       }
2475
2476       // Save 'store' instructions. Abort if other instructions write to memory.
2477       if (it->mayWriteToMemory()) {
2478         StoreInst *St = dyn_cast<StoreInst>(it);
2479         if (!St) return false;
2480         if (!St->isSimple()) {
2481           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-simple store.\n");
2482           return false;
2483         }
2484         Stores.push_back(St);
2485       }
2486     } // next instr.
2487   } // next block.
2488
2489   // Now we have two lists that hold the loads and the stores.
2490   // Next, we find the pointers that they use.
2491
2492   // Check if we see any stores. If there are no stores, then we don't
2493   // care if the pointers are *restrict*.
2494   if (!Stores.size()) {
2495     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a read-only loop!\n");
2496     return true;
2497   }
2498
2499   // Holds the read and read-write *pointers* that we find.
2500   ValueVector Reads;
2501   ValueVector ReadWrites;
2502
2503   // Holds the analyzed pointers. We don't want to call GetUnderlyingObjects
2504   // multiple times on the same object. If the ptr is accessed twice, once
2505   // for read and once for write, it will only appear once (on the write
2506   // list). This is okay, since we are going to check for conflicts between
2507   // writes and between reads and writes, but not between reads and reads.
2508   ValueSet Seen;
2509
2510   ValueVector::iterator I, IE;
2511   for (I = Stores.begin(), IE = Stores.end(); I != IE; ++I) {
2512     StoreInst *ST = cast<StoreInst>(*I);
2513     Value* Ptr = ST->getPointerOperand();
2514
2515     if (isUniform(Ptr)) {
2516       DEBUG(dbgs() << "LV: We don't allow storing to uniform addresses\n");
2517       return false;
2518     }
2519
2520     // If we did *not* see this pointer before, insert it to
2521     // the read-write list. At this phase it is only a 'write' list.
2522     if (Seen.insert(Ptr))
2523       ReadWrites.push_back(Ptr);
2524   }
2525
2526   for (I = Loads.begin(), IE = Loads.end(); I != IE; ++I) {
2527     LoadInst *LD = cast<LoadInst>(*I);
2528     Value* Ptr = LD->getPointerOperand();
2529     // If we did *not* see this pointer before, insert it to the
2530     // read list. If we *did* see it before, then it is already in
2531     // the read-write list. This allows us to vectorize expressions
2532     // such as A[i] += x;  Because the address of A[i] is a read-write
2533     // pointer. This only works if the index of A[i] is consecutive.
2534     // If the address of i is unknown (for example A[B[i]]) then we may
2535     // read a few words, modify, and write a few words, and some of the
2536     // words may be written to the same address.
2537     if (Seen.insert(Ptr) || 0 == isConsecutivePtr(Ptr))
2538       Reads.push_back(Ptr);
2539   }
2540
2541   // If we write (or read-write) to a single destination and there are no
2542   // other reads in this loop then is it safe to vectorize.
2543   if (ReadWrites.size() == 1 && Reads.size() == 0) {
2544     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a write-only loop!\n");
2545     return true;
2546   }
2547
2548   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
2549   // to place a runtime bound check.
2550   bool CanDoRT = true;
2551   for (I = ReadWrites.begin(), IE = ReadWrites.end(); I != IE; ++I)
2552     if (hasComputableBounds(*I)) {
2553       PtrRtCheck.insert(SE, TheLoop, *I);
2554       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a runtime check ptr:" << **I <<"\n");
2555     } else {
2556       CanDoRT = false;
2557       break;
2558     }
2559   for (I = Reads.begin(), IE = Reads.end(); I != IE; ++I)
2560     if (hasComputableBounds(*I)) {
2561       PtrRtCheck.insert(SE, TheLoop, *I);
2562       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a runtime check ptr:" << **I <<"\n");
2563     } else {
2564       CanDoRT = false;
2565       break;
2566     }
2567
2568   // Check that we did not collect too many pointers or found a
2569   // unsizeable pointer.
2570   if (!CanDoRT || PtrRtCheck.Pointers.size() > RuntimeMemoryCheckThreshold) {
2571     PtrRtCheck.reset();
2572     CanDoRT = false;
2573   }
2574
2575   if (CanDoRT) {
2576     DEBUG(dbgs() << "LV: We can perform a memory runtime check if needed.\n");
2577   }
2578
2579   bool NeedRTCheck = false;
2580
2581   // Now that the pointers are in two lists (Reads and ReadWrites), we
2582   // can check that there are no conflicts between each of the writes and
2583   // between the writes to the reads.
2584   ValueSet WriteObjects;
2585   ValueVector TempObjects;
2586
2587   // Check that the read-writes do not conflict with other read-write
2588   // pointers.
2589   bool AllWritesIdentified = true;
2590   for (I = ReadWrites.begin(), IE = ReadWrites.end(); I != IE; ++I) {
2591     GetUnderlyingObjects(*I, TempObjects, DL);
2592     for (ValueVector::iterator it=TempObjects.begin(), e=TempObjects.end();
2593          it != e; ++it) {
2594       if (!isIdentifiedObject(*it)) {
2595         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified write ptr:"<< **it <<"\n");
2596         NeedRTCheck = true;
2597         AllWritesIdentified = false;
2598       }
2599       if (!WriteObjects.insert(*it)) {
2600         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a possible write-write reorder:"
2601               << **it <<"\n");
2602         return false;
2603       }
2604     }
2605     TempObjects.clear();
2606   }
2607
2608   /// Check that the reads don't conflict with the read-writes.
2609   for (I = Reads.begin(), IE = Reads.end(); I != IE; ++I) {
2610     GetUnderlyingObjects(*I, TempObjects, DL);
2611     for (ValueVector::iterator it=TempObjects.begin(), e=TempObjects.end();
2612          it != e; ++it) {
2613       // If all of the writes are identified then we don't care if the read
2614       // pointer is identified or not.
2615       if (!AllWritesIdentified && !isIdentifiedObject(*it)) {
2616         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified read ptr:"<< **it <<"\n");
2617         NeedRTCheck = true;
2618       }
2619       if (WriteObjects.count(*it)) {
2620         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a possible read/write reorder:"
2621               << **it <<"\n");
2622         return false;
2623       }
2624     }
2625     TempObjects.clear();
2626   }
2627
2628   PtrRtCheck.Need = NeedRTCheck;
2629   if (NeedRTCheck && !CanDoRT) {
2630     DEBUG(dbgs() << "LV: We can't vectorize because we can't find " <<
2631           "the array bounds.\n");
2632     PtrRtCheck.reset();
2633     return false;
2634   }
2635
2636   DEBUG(dbgs() << "LV: We "<< (NeedRTCheck ? "" : "don't") <<
2637         " need a runtime memory check.\n");
2638   return true;
2639 }
2640
2641 bool LoopVectorizationLegality::AddReductionVar(PHINode *Phi,
2642                                                 ReductionKind Kind) {
2643   if (Phi->getNumIncomingValues() != 2)
2644     return false;
2645
2646   // Reduction variables are only found in the loop header block.
2647   if (Phi->getParent() != TheLoop->getHeader())
2648     return false;
2649
2650   // Obtain the reduction start value from the value that comes from the loop
2651   // preheader.
2652   Value *RdxStart = Phi->getIncomingValueForBlock(TheLoop->getLoopPreheader());
2653
2654   // ExitInstruction is the single value which is used outside the loop.
2655   // We only allow for a single reduction value to be used outside the loop.
2656   // This includes users of the reduction, variables (which form a cycle
2657   // which ends in the phi node).
2658   Instruction *ExitInstruction = 0;
2659   // Indicates that we found a binary operation in our scan.
2660   bool FoundBinOp = false;
2661
2662   // Iter is our iterator. We start with the PHI node and scan for all of the
2663   // users of this instruction. All users must be instructions that can be
2664   // used as reduction variables (such as ADD). We may have a single
2665   // out-of-block user. The cycle must end with the original PHI.
2666   Instruction *Iter = Phi;
2667   while (true) {
2668     // If the instruction has no users then this is a broken
2669     // chain and can't be a reduction variable.
2670     if (Iter->use_empty())
2671       return false;
2672
2673     // Did we find a user inside this loop already ?
2674     bool FoundInBlockUser = false;
2675     // Did we reach the initial PHI node already ?
2676     bool FoundStartPHI = false;
2677
2678     // Is this a bin op ?
2679     FoundBinOp |= !isa<PHINode>(Iter);
2680
2681     // For each of the *users* of iter.
2682     for (Value::use_iterator it = Iter->use_begin(), e = Iter->use_end();
2683          it != e; ++it) {
2684       Instruction *U = cast<Instruction>(*it);
2685       // We already know that the PHI is a user.
2686       if (U == Phi) {
2687         FoundStartPHI = true;
2688         continue;
2689       }
2690
2691       // Check if we found the exit user.
2692       BasicBlock *Parent = U->getParent();
2693       if (!TheLoop->contains(Parent)) {
2694         // Exit if you find multiple outside users.
2695         if (ExitInstruction != 0)
2696           return false;
2697         ExitInstruction = Iter;
2698       }
2699
2700       // We allow in-loop PHINodes which are not the original reduction PHI
2701       // node. If this PHI is the only user of Iter (happens in IF w/ no ELSE
2702       // structure) then don't skip this PHI.
2703       if (isa<PHINode>(Iter) && isa<PHINode>(U) &&
2704           U->getParent() != TheLoop->getHeader() &&
2705           TheLoop->contains(U) &&
2706           Iter->getNumUses() > 1)
2707         continue;
2708
2709       // We can't have multiple inside users.
2710       if (FoundInBlockUser)
2711         return false;
2712       FoundInBlockUser = true;
2713
2714       // Any reduction instr must be of one of the allowed kinds.
2715       if (!isReductionInstr(U, Kind))
2716         return false;
2717
2718       // Reductions of instructions such as Div, and Sub is only
2719       // possible if the LHS is the reduction variable.
2720       if (!U->isCommutative() && !isa<PHINode>(U) && U->getOperand(0) != Iter)
2721         return false;
2722
2723       Iter = U;
2724     }
2725
2726     // We found a reduction var if we have reached the original
2727     // phi node and we only have a single instruction with out-of-loop
2728     // users.
2729     if (FoundStartPHI) {
2730       // This instruction is allowed to have out-of-loop users.
2731       AllowedExit.insert(ExitInstruction);
2732
2733       // Save the description of this reduction variable.
2734       ReductionDescriptor RD(RdxStart, ExitInstruction, Kind);
2735       Reductions[Phi] = RD;
2736       // We've ended the cycle. This is a reduction variable if we have an
2737       // outside user and it has a binary op.
2738       return FoundBinOp && ExitInstruction;
2739     }
2740   }
2741 }
2742
2743 bool
2744 LoopVectorizationLegality::isReductionInstr(Instruction *I,
2745                                             ReductionKind Kind) {
2746   bool FP = I->getType()->isFloatingPointTy();
2747   bool FastMath = (FP && I->isCommutative() && I->isAssociative());
2748
2749   switch (I->getOpcode()) {
2750   default:
2751     return false;
2752   case Instruction::PHI:
2753       if (FP && (Kind != RK_FloatMult && Kind != RK_FloatAdd))
2754         return false;
2755     // possibly.
2756     return true;
2757   case Instruction::Sub:
2758   case Instruction::Add:
2759     return Kind == RK_IntegerAdd;
2760   case Instruction::SDiv:
2761   case Instruction::UDiv:
2762   case Instruction::Mul:
2763     return Kind == RK_IntegerMult;
2764   case Instruction::And:
2765     return Kind == RK_IntegerAnd;
2766   case Instruction::Or:
2767     return Kind == RK_IntegerOr;
2768   case Instruction::Xor:
2769     return Kind == RK_IntegerXor;
2770   case Instruction::FMul:
2771     return Kind == RK_FloatMult && FastMath;
2772   case Instruction::FAdd:
2773     return Kind == RK_FloatAdd && FastMath;
2774    }
2775 }
2776
2777 LoopVectorizationLegality::InductionKind
2778 LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(PHINode *Phi) {
2779   Type *PhiTy = Phi->getType();
2780   // We only handle integer and pointer inductions variables.
2781   if (!PhiTy->isIntegerTy() && !PhiTy->isPointerTy())
2782     return IK_NoInduction;
2783
2784   // Check that the PHI is consecutive.
2785   const SCEV *PhiScev = SE->getSCEV(Phi);
2786   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PhiScev);
2787   if (!AR) {
2788     DEBUG(dbgs() << "LV: PHI is not a poly recurrence.\n");
2789     return IK_NoInduction;
2790   }
2791   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
2792
2793   // Integer inductions need to have a stride of one.
2794   if (PhiTy->isIntegerTy()) {
2795     if (Step->isOne())
2796       return IK_IntInduction;
2797     if (Step->isAllOnesValue())
2798       return IK_ReverseIntInduction;
2799     return IK_NoInduction;
2800   }
2801
2802   // Calculate the pointer stride and check if it is consecutive.
2803   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
2804   if (!C)
2805     return IK_NoInduction;
2806
2807   assert(PhiTy->isPointerTy() && "The PHI must be a pointer");
2808   uint64_t Size = DL->getTypeAllocSize(PhiTy->getPointerElementType());
2809   if (C->getValue()->equalsInt(Size))
2810     return IK_PtrInduction;
2811   else if (C->getValue()->equalsInt(0 - Size))
2812     return IK_ReversePtrInduction;
2813
2814   return IK_NoInduction;
2815 }
2816
2817 bool LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(const Value *V) {
2818   Value *In0 = const_cast<Value*>(V);
2819   PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(In0);
2820   if (!PN)
2821     return false;
2822
2823   return Inductions.count(PN);
2824 }
2825
2826 bool LoopVectorizationLegality::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB)  {
2827   assert(TheLoop->contains(BB) && "Unknown block used");
2828
2829   // Blocks that do not dominate the latch need predication.
2830   BasicBlock* Latch = TheLoop->getLoopLatch();
2831   return !DT->dominates(BB, Latch);
2832 }
2833
2834 bool LoopVectorizationLegality::blockCanBePredicated(BasicBlock *BB) {
2835   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
2836     // We don't predicate loads/stores at the moment.
2837     if (it->mayReadFromMemory() || it->mayWriteToMemory() || it->mayThrow())
2838       return false;
2839
2840     // The instructions below can trap.
2841     switch (it->getOpcode()) {
2842     default: continue;
2843     case Instruction::UDiv:
2844     case Instruction::SDiv:
2845     case Instruction::URem:
2846     case Instruction::SRem:
2847              return false;
2848     }
2849   }
2850
2851   return true;
2852 }
2853
2854 bool LoopVectorizationLegality::hasComputableBounds(Value *Ptr) {
2855   const SCEV *PhiScev = SE->getSCEV(Ptr);
2856   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PhiScev);
2857   if (!AR)
2858     return false;
2859
2860   return AR->isAffine();
2861 }
2862
2863 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
2864 LoopVectorizationCostModel::selectVectorizationFactor(bool OptForSize,
2865                                                       unsigned UserVF) {
2866   // Width 1 means no vectorize
2867   VectorizationFactor Factor = { 1U, 0U };
2868   if (OptForSize && Legal->getRuntimePointerCheck()->Need) {
2869     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. Runtime ptr check is required in Os.\n");
2870     return Factor;
2871   }
2872
2873   // Find the trip count.
2874   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop, TheLoop->getLoopLatch());
2875   DEBUG(dbgs() << "LV: Found trip count:"<<TC<<"\n");
2876
2877   unsigned WidestType = getWidestType();
2878   unsigned WidestRegister = TTI.getRegisterBitWidth(true);
2879   unsigned MaxVectorSize = WidestRegister / WidestType;
2880   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest type: " << WidestType << " bits.\n");
2881   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest register is:" << WidestRegister << "bits.\n");
2882
2883   if (MaxVectorSize == 0) {
2884     DEBUG(dbgs() << "LV: The target has no vector registers.\n");
2885     MaxVectorSize = 1;
2886   }
2887
2888   assert(MaxVectorSize <= 32 && "Did not expect to pack so many elements"
2889          " into one vector!");
2890
2891   unsigned VF = MaxVectorSize;
2892
2893   // If we optimize the program for size, avoid creating the tail loop.
2894   if (OptForSize) {
2895     // If we are unable to calculate the trip count then don't try to vectorize.
2896     if (TC < 2) {
2897       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required in Os.\n");
2898       return Factor;
2899     }
2900
2901     // Find the maximum SIMD width that can fit within the trip count.
2902     VF = TC % MaxVectorSize;
2903
2904     if (VF == 0)
2905       VF = MaxVectorSize;
2906
2907     // If the trip count that we found modulo the vectorization factor is not
2908     // zero then we require a tail.
2909     if (VF < 2) {
2910       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required in Os.\n");
2911       return Factor;
2912     }
2913   }
2914
2915   if (UserVF != 0) {
2916     assert(isPowerOf2_32(UserVF) && "VF needs to be a power of two");
2917     DEBUG(dbgs() << "LV: Using user VF "<<UserVF<<".\n");
2918
2919     Factor.Width = UserVF;
2920     return Factor;
2921   }
2922
2923   float Cost = expectedCost(1);
2924   unsigned Width = 1;
2925   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalar loop costs: "<< (int)Cost << ".\n");
2926   for (unsigned i=2; i <= VF; i*=2) {
2927     // Notice that the vector loop needs to be executed less times, so
2928     // we need to divide the cost of the vector loops by the width of
2929     // the vector elements.
2930     float VectorCost = expectedCost(i) / (float)i;
2931     DEBUG(dbgs() << "LV: Vector loop of width "<< i << " costs: " <<
2932           (int)VectorCost << ".\n");
2933     if (VectorCost < Cost) {
2934       Cost = VectorCost;
2935       Width = i;
2936     }
2937   }
2938
2939   DEBUG(dbgs() << "LV: Selecting VF = : "<< Width << ".\n");
2940   Factor.Width = Width;
2941   Factor.Cost = Width * Cost;
2942   return Factor;
2943 }
2944
2945 unsigned LoopVectorizationCostModel::getWidestType() {
2946   unsigned MaxWidth = 8;
2947
2948   // For each block.
2949   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
2950        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
2951     BasicBlock *BB = *bb;
2952
2953     // For each instruction in the loop.
2954     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
2955       Type *T = it->getType();
2956
2957       // Only examine Loads, Stores and PHINodes.
2958       if (!isa<LoadInst>(it) && !isa<StoreInst>(it) && !isa<PHINode>(it))
2959         continue;
2960
2961       // Examine PHI nodes that are reduction variables.
2962       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(it))
2963         if (!Legal->getReductionVars()->count(PN))
2964           continue;
2965
2966       // Examine the stored values.
2967       StoreInst *ST = 0;
2968       if ((ST = dyn_cast<StoreInst>(it)))
2969         T = ST->getValueOperand()->getType();
2970
2971       // Ignore loaded pointer types and stored pointer types that are not
2972       // consecutive. However, we do want to take consecutive stores/loads of
2973       // pointer vectors into account.
2974       if (T->isPointerTy() && isConsecutiveLoadOrStore(it))
2975         MaxWidth = std::max(MaxWidth, DL->getPointerSizeInBits());
2976       else
2977         MaxWidth = std::max(MaxWidth, T->getScalarSizeInBits());
2978     }
2979   }
2980
2981   return MaxWidth;
2982 }
2983
2984 unsigned
2985 LoopVectorizationCostModel::selectUnrollFactor(bool OptForSize,
2986                                                unsigned UserUF,
2987                                                unsigned VF,
2988                                                unsigned LoopCost) {
2989
2990   // -- The unroll heuristics --
2991   // We unroll the loop in order to expose ILP and reduce the loop overhead.
2992   // There are many micro-architectural considerations that we can't predict
2993   // at this level. For example frontend pressure (on decode or fetch) due to
2994   // code size, or the number and capabilities of the execution ports.
2995   //
2996   // We use the following heuristics to select the unroll factor:
2997   // 1. If the code has reductions the we unroll in order to break the cross
2998   // iteration dependency.
2999   // 2. If the loop is really small then we unroll in order to reduce the loop
3000   // overhead.
3001   // 3. We don't unroll if we think that we will spill registers to memory due
3002   // to the increased register pressure.
3003
3004   // Use the user preference, unless 'auto' is selected.
3005   if (UserUF != 0)
3006     return UserUF;
3007
3008   // When we optimize for size we don't unroll.
3009   if (OptForSize)
3010     return 1;
3011
3012   // Do not unroll loops with a relatively small trip count.
3013   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop,
3014                                               TheLoop->getLoopLatch());
3015   if (TC > 1 && TC < TinyTripCountUnrollThreshold)
3016     return 1;
3017
3018   unsigned TargetVectorRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(true);
3019   DEBUG(dbgs() << "LV: The target has " << TargetVectorRegisters <<
3020         " vector registers\n");
3021
3022   LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage R = calculateRegisterUsage();
3023   // We divide by these constants so assume that we have at least one
3024   // instruction that uses at least one register.
3025   R.MaxLocalUsers = std::max(R.MaxLocalUsers, 1U);
3026   R.NumInstructions = std::max(R.NumInstructions, 1U);
3027
3028   // We calculate the unroll factor using the following formula.
3029   // Subtract the number of loop invariants from the number of available
3030   // registers. These registers are used by all of the unrolled instances.
3031   // Next, divide the remaining registers by the number of registers that is
3032   // required by the loop, in order to estimate how many parallel instances
3033   // fit without causing spills.
3034   unsigned UF = (TargetVectorRegisters - R.LoopInvariantRegs) / R.MaxLocalUsers;
3035
3036   // Clamp the unroll factor ranges to reasonable factors.
3037   unsigned MaxUnrollSize = TTI.getMaximumUnrollFactor();
3038
3039   // If we did not calculate the cost for VF (because the user selected the VF)
3040   // then we calculate the cost of VF here.
3041   if (LoopCost == 0)
3042     LoopCost = expectedCost(VF);
3043
3044   // Clamp the calculated UF to be between the 1 and the max unroll factor
3045   // that the target allows.
3046   if (UF > MaxUnrollSize)
3047     UF = MaxUnrollSize;
3048   else if (UF < 1)
3049     UF = 1;
3050
3051   if (Legal->getReductionVars()->size()) {
3052     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling because of reductions. \n");
3053     return UF;
3054   }
3055
3056   // We want to unroll tiny loops in order to reduce the loop overhead.
3057   // We assume that the cost overhead is 1 and we use the cost model
3058   // to estimate the cost of the loop and unroll until the cost of the
3059   // loop overhead is about 5% of the cost of the loop.
3060   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop cost is "<< LoopCost <<" \n");
3061   if (LoopCost < 20) {
3062     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling to reduce branch cost. \n");
3063     unsigned NewUF = 20/LoopCost + 1;
3064     return std::min(NewUF, UF);
3065   }
3066
3067   DEBUG(dbgs() << "LV: Not Unrolling. \n");
3068   return 1;
3069 }
3070
3071 LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage
3072 LoopVectorizationCostModel::calculateRegisterUsage() {
3073   // This function calculates the register usage by measuring the highest number
3074   // of values that are alive at a single location. Obviously, this is a very
3075   // rough estimation. We scan the loop in a topological order in order and
3076   // assign a number to each instruction. We use RPO to ensure that defs are
3077   // met before their users. We assume that each instruction that has in-loop
3078   // users starts an interval. We record every time that an in-loop value is
3079   // used, so we have a list of the first and last occurrences of each
3080   // instruction. Next, we transpose this data structure into a multi map that
3081   // holds the list of intervals that *end* at a specific location. This multi
3082   // map allows us to perform a linear search. We scan the instructions linearly
3083   // and record each time that a new interval starts, by placing it in a set.
3084   // If we find this value in the multi-map then we remove it from the set.
3085   // The max register usage is the maximum size of the set.
3086   // We also search for instructions that are defined outside the loop, but are
3087   // used inside the loop. We need this number separately from the max-interval
3088   // usage number because when we unroll, loop-invariant values do not take
3089   // more register.
3090   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
3091   DFS.perform(LI);
3092
3093   RegisterUsage R;
3094   R.NumInstructions = 0;
3095
3096   // Each 'key' in the map opens a new interval. The values
3097   // of the map are the index of the 'last seen' usage of the
3098   // instruction that is the key.
3099   typedef DenseMap<Instruction*, unsigned> IntervalMap;
3100   // Maps instruction to its index.
3101   DenseMap<unsigned, Instruction*> IdxToInstr;
3102   // Marks the end of each interval.
3103   IntervalMap EndPoint;
3104   // Saves the list of instruction indices that are used in the loop.
3105   SmallSet<Instruction*, 8> Ends;
3106   // Saves the list of values that are used in the loop but are
3107   // defined outside the loop, such as arguments and constants.
3108   SmallPtrSet<Value*, 8> LoopInvariants;
3109
3110   unsigned Index = 0;
3111   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
3112        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb) {
3113     R.NumInstructions += (*bb)->size();
3114     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
3115          ++it) {
3116       Instruction *I = it;
3117       IdxToInstr[Index++] = I;
3118
3119       // Save the end location of each USE.
3120       for (unsigned i = 0; i < I->getNumOperands(); ++i) {
3121         Value *U = I->getOperand(i);
3122         Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(U);
3123
3124         // Ignore non-instruction values such as arguments, constants, etc.
3125         if (!Instr) continue;
3126
3127         // If this instruction is outside the loop then record it and continue.
3128         if (!TheLoop->contains(Instr)) {
3129           LoopInvariants.insert(Instr);
3130           continue;
3131         }
3132
3133         // Overwrite previous end points.
3134         EndPoint[Instr] = Index;
3135         Ends.insert(Instr);
3136       }
3137     }
3138   }
3139
3140   // Saves the list of intervals that end with the index in 'key'.
3141   typedef SmallVector<Instruction*, 2> InstrList;
3142   DenseMap<unsigned, InstrList> TransposeEnds;
3143
3144   // Transpose the EndPoints to a list of values that end at each index.
3145   for (IntervalMap::iterator it = EndPoint.begin(), e = EndPoint.end();
3146        it != e; ++it)
3147     TransposeEnds[it->second].push_back(it->first);
3148
3149   SmallSet<Instruction*, 8> OpenIntervals;
3150   unsigned MaxUsage = 0;
3151
3152
3153   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Calculating max register usage:\n");
3154   for (unsigned int i = 0; i < Index; ++i) {
3155     Instruction *I = IdxToInstr[i];
3156     // Ignore instructions that are never used within the loop.
3157     if (!Ends.count(I)) continue;
3158
3159     // Remove all of the instructions that end at this location.
3160     InstrList &List = TransposeEnds[i];
3161     for (unsigned int j=0, e = List.size(); j < e; ++j)
3162       OpenIntervals.erase(List[j]);
3163
3164     // Count the number of live interals.
3165     MaxUsage = std::max(MaxUsage, OpenIntervals.size());
3166
3167     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): At #" << i << " Interval # " <<
3168           OpenIntervals.size() <<"\n");
3169
3170     // Add the current instruction to the list of open intervals.
3171     OpenIntervals.insert(I);
3172   }
3173
3174   unsigned Invariant = LoopInvariants.size();
3175   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found max usage: " << MaxUsage << " \n");
3176   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found invariant usage: " << Invariant << " \n");
3177   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): LoopSize: " << R.NumInstructions << " \n");
3178
3179   R.LoopInvariantRegs = Invariant;
3180   R.MaxLocalUsers = MaxUsage;
3181   return R;
3182 }
3183
3184 unsigned LoopVectorizationCostModel::expectedCost(unsigned VF) {
3185   unsigned Cost = 0;
3186
3187   // For each block.
3188   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
3189        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
3190     unsigned BlockCost = 0;
3191     BasicBlock *BB = *bb;
3192
3193     // For each instruction in the old loop.
3194     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
3195       unsigned C = getInstructionCost(it, VF);
3196       Cost += C;
3197       DEBUG(dbgs() << "LV: Found an estimated cost of "<< C <<" for VF " <<
3198             VF << " For instruction: "<< *it << "\n");
3199     }
3200
3201     // We assume that if-converted blocks have a 50% chance of being executed.
3202     // When the code is scalar then some of the blocks are avoided due to CF.
3203     // When the code is vectorized we execute all code paths.
3204     if (Legal->blockNeedsPredication(*bb) && VF == 1)
3205       BlockCost /= 2;
3206
3207     Cost += BlockCost;
3208   }
3209
3210   return Cost;
3211 }
3212
3213 unsigned
3214 LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF) {
3215   // If we know that this instruction will remain uniform, check the cost of
3216   // the scalar version.
3217   if (Legal->isUniformAfterVectorization(I))
3218     VF = 1;
3219
3220   Type *RetTy = I->getType();
3221   Type *VectorTy = ToVectorTy(RetTy, VF);
3222
3223   // TODO: We need to estimate the cost of intrinsic calls.
3224   switch (I->getOpcode()) {
3225   case Instruction::GetElementPtr:
3226     // We mark this instruction as zero-cost because scalar GEPs are usually
3227     // lowered to the intruction addressing mode. At the moment we don't
3228     // generate vector geps.
3229     return 0;
3230   case Instruction::Br: {
3231     return TTI.getCFInstrCost(I->getOpcode());
3232   }
3233   case Instruction::PHI:
3234     //TODO: IF-converted IFs become selects.
3235     return 0;
3236   case Instruction::Add:
3237   case Instruction::FAdd:
3238   case Instruction::Sub:
3239   case Instruction::FSub:
3240   case Instruction::Mul:
3241   case Instruction::FMul:
3242   case Instruction::UDiv:
3243   case Instruction::SDiv:
3244   case Instruction::FDiv:
3245   case Instruction::URem:
3246   case Instruction::SRem:
3247   case Instruction::FRem:
3248   case Instruction::Shl:
3249   case Instruction::LShr:
3250   case Instruction::AShr:
3251   case Instruction::And:
3252   case Instruction::Or:
3253   case Instruction::Xor:
3254     return TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy);
3255   case Instruction::Select: {
3256     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
3257     const SCEV *CondSCEV = SE->getSCEV(SI->getCondition());
3258     bool ScalarCond = (SE->isLoopInvariant(CondSCEV, TheLoop));
3259     Type *CondTy = SI->getCondition()->getType();
3260     if (ScalarCond)
3261       CondTy = VectorType::get(CondTy, VF);
3262
3263     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, CondTy);
3264   }
3265   case Instruction::ICmp:
3266   case Instruction::FCmp: {
3267     Type *ValTy = I->getOperand(0)->getType();
3268     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
3269     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy);
3270   }
3271   case Instruction::Load:
3272   case Instruction::Store: {
3273     return MemoryCostComputation::computeCost(I, VF, TTI, Legal);
3274   }
3275
3276   case Instruction::ZExt:
3277   case Instruction::SExt:
3278   case Instruction::FPToUI:
3279   case Instruction::FPToSI:
3280   case Instruction::FPExt:
3281   case Instruction::PtrToInt:
3282   case Instruction::IntToPtr:
3283   case Instruction::SIToFP:
3284   case Instruction::UIToFP:
3285   case Instruction::Trunc:
3286   case Instruction::FPTrunc:
3287   case Instruction::BitCast: {
3288     // We optimize the truncation of induction variable.
3289     // The cost of these is the same as the scalar operation.
3290     if (I->getOpcode() == Instruction::Trunc &&
3291         Legal->isInductionVariable(I->getOperand(0)))
3292       return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), I->getType(),
3293                                   I->getOperand(0)->getType());
3294
3295     Type *SrcVecTy = ToVectorTy(I->getOperand(0)->getType(), VF);
3296     return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, SrcVecTy);
3297   }
3298   case Instruction::Call: {
3299     assert(isTriviallyVectorizableIntrinsic(I));
3300     IntrinsicInst *II = cast<IntrinsicInst>(I);
3301     Type *RetTy = ToVectorTy(II->getType(), VF);
3302     SmallVector<Type*, 4> Tys;
3303     for (unsigned i = 0, ie = II->getNumArgOperands(); i != ie; ++i)
3304       Tys.push_back(ToVectorTy(II->getArgOperand(i)->getType(), VF));
3305     return TTI.getIntrinsicInstrCost(II->getIntrinsicID(), RetTy, Tys);
3306   }
3307   default: {
3308     // We are scalarizing the instruction. Return the cost of the scalar
3309     // instruction, plus the cost of insert and extract into vector
3310     // elements, times the vector width.
3311     unsigned Cost = 0;
3312
3313     if (!RetTy->isVoidTy() && VF != 1) {
3314       unsigned InsCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement,
3315                                                 VectorTy);
3316       unsigned ExtCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement,
3317                                                 VectorTy);
3318
3319       // The cost of inserting the results plus extracting each one of the
3320       // operands.
3321       Cost += VF * (InsCost + ExtCost * I->getNumOperands());
3322     }
3323
3324     // The cost of executing VF copies of the scalar instruction. This opcode
3325     // is unknown. Assume that it is the same as 'mul'.
3326     Cost += VF * TTI.getArithmeticInstrCost(Instruction::Mul, VectorTy);
3327     return Cost;
3328   }
3329   }// end of switch.
3330 }
3331
3332 Type* LoopVectorizationCostModel::ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF) {
3333   if (Scalar->isVoidTy() || VF == 1)
3334     return Scalar;
3335   return VectorType::get(Scalar, VF);
3336 }
3337
3338 char LoopVectorize::ID = 0;
3339 static const char lv_name[] = "Loop Vectorization";
3340 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
3341 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
3342 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(TargetTransformInfo)
3343 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
3344 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
3345 INITIALIZE_PASS_END(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
3346
3347 namespace llvm {
3348   Pass *createLoopVectorizePass() {
3349     return new LoopVectorize();
3350   }
3351 }
3352
3353 bool LoopVectorizationCostModel::isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *Inst) {
3354   // Check for a store.
3355   StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(Inst);
3356   if (ST)
3357     return Legal->isConsecutivePtr(ST->getPointerOperand()) != 0;
3358
3359   // Check for a load.
3360   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst);
3361   if (LI)
3362     return Legal->isConsecutivePtr(LI->getPointerOperand()) != 0;
3363
3364   return false;
3365 }