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. SingleBlockLoopVectorizer - 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 // The reduction-variable vectorization is based on the paper:
  31 //  D. Nuzman and R. Henderson. Multi-platform Auto-vectorization.
  32 //
  33 // Variable uniformity checks are inspired by:
  34 // Karrenberg, R. and Hack, S. Whole Function Vectorization.
  35 //
  36 // Other ideas/concepts are from:
  37 //  A. Zaks and D. Nuzman. Autovectorization in GCC-two years later.
  38 //
  39 //===----------------------------------------------------------------------===//
  40 #define LV_NAME "loop-vectorize"
  41 #define DEBUG_TYPE LV_NAME
  42 #include "llvm/Constants.h"
  43 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  44 #include "llvm/Instructions.h"
  45 #include "llvm/LLVMContext.h"
  46 #include "llvm/Pass.h"
  47 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
  48 #include "llvm/Value.h"
  49 #include "llvm/Function.h"
  50 #include "llvm/Analysis/Verifier.h"
  51 #include "llvm/Module.h"
  52 #include "llvm/Type.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/ScalarEvolution.h"
  58 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  59 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
  60 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
  61 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  62 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  63 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  64 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  65 #include "llvm/TargetTransformInfo.h"
  66 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  67 #include "llvm/Support/Debug.h"
  68 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  69 #include "llvm/DataLayout.h"
  70 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  71 #include <algorithm>
  72 using namespace llvm;
  73
  74 static cl::opt<unsigned>
  75 VectorizationFactor("force-vector-width", cl::init(0), cl::Hidden,
  76           cl::desc("Set the default vectorization width. Zero is autoselect."));
  77
  78 namespace {
  79
  80 // Forward declarations.
  81 class LoopVectorizationLegality;
  82 class LoopVectorizationCostModel;
  83
  84 /// SingleBlockLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
  85 /// block to a specified vectorization factor (VF).
  86 /// This class performs the widening of scalars into vectors, or multiple
  87 /// scalars. This class also implements the following features:
  88 /// * It inserts an epilogue loop for handling loops that don't have iteration
  89 ///   counts that are known to be a multiple of the vectorization factor.
  90 /// * It handles the code generation for reduction variables.
  91 /// * Scalarization (implementation using scalars) of un-vectorizable
  92 ///   instructions.
  93 /// SingleBlockLoopVectorizer does not perform any vectorization-legality
  94 /// checks, and relies on the caller to check for the different legality
  95 /// aspects. The SingleBlockLoopVectorizer relies on the
  96 /// LoopVectorizationLegality class to provide information about the induction
  97 /// and reduction variables that were found to a given vectorization factor.
  98 class SingleBlockLoopVectorizer {
  99 public:
 100   /// Ctor.
 101   SingleBlockLoopVectorizer(Loop *Orig, ScalarEvolution *Se, LoopInfo *Li,
 102                             DominatorTree *dt, LPPassManager *Lpm,
 103                             unsigned VecWidth):
 104   OrigLoop(Orig), SE(Se), LI(Li), DT(dt), LPM(Lpm), VF(VecWidth),
 105   Builder(Se->getContext()), Induction(0), OldInduction(0) { }
 106
 107   // Perform the actual loop widening (vectorization).
 108   void vectorize(LoopVectorizationLegality *Legal) {
 109     ///Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
 110     createEmptyLoop(Legal);
 111     /// Widen each instruction in the old loop to a new one in the new loop.
 112     /// Use the Legality module to find the induction and reduction variables.
 113     vectorizeLoop(Legal);
 114     // register the new loop.
 115     updateAnalysis();
 116  }
 117
 118 private:
 119   /// Create an empty loop, based on the loop ranges of the old loop.
 120   void createEmptyLoop(LoopVectorizationLegality *Legal);
 121   /// Copy and widen the instructions from the old loop.
 122   void vectorizeLoop(LoopVectorizationLegality *Legal);
 123   /// Insert the new loop to the loop hierarchy and pass manager.
 124   void updateAnalysis();
 125
 126   /// This instruction is un-vectorizable. Implement it as a sequence
 127   /// of scalars.
 128   void scalarizeInstruction(Instruction *Instr);
 129
 130   /// Create a broadcast instruction. This method generates a broadcast
 131   /// instruction (shuffle) for loop invariant values and for the induction
 132   /// value. If this is the induction variable then we extend it to N, N+1, ...
 133   /// this is needed because each iteration in the loop corresponds to a SIMD
 134   /// element.
 135   Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
 136
 137   /// This is a helper function used by getBroadcastInstrs. It adds 0, 1, 2 ..
 138   /// for each element in the vector. Starting from zero.
 139   Value *getConsecutiveVector(Value* Val);
 140
 141   /// When we go over instructions in the basic block we rely on previous
 142   /// values within the current basic block or on loop invariant values.
 143   /// When we widen (vectorize) values we place them in the map. If the values
 144   /// are not within the map, they have to be loop invariant, so we simply
 145   /// broadcast them into a vector.
 146   Value *getVectorValue(Value *V);
 147
 148   /// Get a uniform vector of constant integers. We use this to get
 149   /// vectors of ones and zeros for the reduction code.
 150   Constant* getUniformVector(unsigned Val, Type* ScalarTy);
 151
 152   typedef DenseMap<Value*, Value*> ValueMap;
 153
 154   /// The original loop.
 155   Loop *OrigLoop;
 156   // Scev analysis to use.
 157   ScalarEvolution *SE;
 158   // Loop Info.
 159   LoopInfo *LI;
 160   // Dominator Tree.
 161   DominatorTree *DT;
 162   // Loop Pass Manager;
 163   LPPassManager *LPM;
 164   // The vectorization factor to use.
 165   unsigned VF;
 166
 167   // The builder that we use
 168   IRBuilder<> Builder;
 169
 170   // --- Vectorization state ---
 171
 172   /// The vector-loop preheader.
 173   BasicBlock *LoopVectorPreHeader;
 174   /// The scalar-loop preheader.
 175   BasicBlock *LoopScalarPreHeader;
 176   /// Middle Block between the vector and the scalar.
 177   BasicBlock *LoopMiddleBlock;
 178   ///The ExitBlock of the scalar loop.
 179   BasicBlock *LoopExitBlock;
 180   ///The vector loop body.
 181   BasicBlock *LoopVectorBody;
 182   ///The scalar loop body.
 183   BasicBlock *LoopScalarBody;
 184   ///The first bypass block.
 185   BasicBlock *LoopBypassBlock;
 186
 187   /// The new Induction variable which was added to the new block.
 188   PHINode *Induction;
 189   /// The induction variable of the old basic block.
 190   PHINode *OldInduction;
 191   // Maps scalars to widened vectors.
 192   ValueMap WidenMap;
 193 };
 194
 195 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
 196 /// to what vectorization factor.
 197 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
 198 /// legality. This class has two main kinds of checks:
 199 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
 200 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
 201 ///   correctness of the program.
 202 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeBlock checks for a number
 203 ///   of different conditions, such as the availability of a single induction
 204 ///   variable, that all types are supported and vectorize-able, etc.
 205 /// This code reflects the capabilities of SingleBlockLoopVectorizer.
 206 /// This class is also used by SingleBlockLoopVectorizer for identifying
 207 /// induction variable and the different reduction variables.
 208 class LoopVectorizationLegality {
 209 public:
 210   LoopVectorizationLegality(Loop *Lp, ScalarEvolution *Se, DataLayout *Dl):
 211   TheLoop(Lp), SE(Se), DL(Dl), Induction(0) { }
 212
 213   /// This represents the kinds of reductions that we support.
 214   enum ReductionKind {
 215     NoReduction = -1, /// Not a reduction.
 216     IntegerAdd  = 0,  /// Sum of numbers.
 217     IntegerMult = 1,  /// Product of numbers.
 218     IntegerOr   = 2,  /// Bitwise or logical OR of numbers.
 219     IntegerAnd  = 3,  /// Bitwise or logical AND of numbers.
 220     IntegerXor  = 4   /// Bitwise or logical XOR of numbers.
 221   };
 222
 223   /// This POD struct holds information about reduction variables.
 224   struct ReductionDescriptor {
 225     // Default C'tor
 226     ReductionDescriptor():
 227     StartValue(0), LoopExitInstr(0), Kind(NoReduction) {}
 228
 229     // C'tor.
 230     ReductionDescriptor(Value *Start, Instruction *Exit, ReductionKind K):
 231     StartValue(Start), LoopExitInstr(Exit), Kind(K) {}
 232
 233     // The starting value of the reduction.
 234     // It does not have to be zero!
 235     Value *StartValue;
 236     // The instruction who's value is used outside the loop.
 237     Instruction *LoopExitInstr;
 238     // The kind of the reduction.
 239     ReductionKind Kind;
 240   };
 241
 242   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
 243   /// of the reductions that were found in the loop.
 244   typedef DenseMap<PHINode*, ReductionDescriptor> ReductionList;
 245
 246   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
 247   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
 248   /// loop, only that it is legal to do so.
 249   bool canVectorize();
 250
 251   /// Returns the Induction variable.
 252   PHINode *getInduction() {return Induction;}
 253
 254   /// Returns the reduction variables found in the loop.
 255   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
 256
 257   /// Check if the pointer returned by this GEP is consecutive
 258   /// when the index is vectorized. This happens when the last
 259   /// index of the GEP is consecutive, like the induction variable.
 260   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
 261   bool isConsecutiveGep(Value *Ptr);
 262
 263   /// Returns true if this instruction will remain scalar after vectorization.
 264   bool isUniformAfterVectorization(Instruction* I) {return Uniforms.count(I);}
 265
 266 private:
 267   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
 268   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
 269   /// and we only need to check individual instructions.
 270   bool canVectorizeBlock(BasicBlock &BB);
 271
 272   /// When we vectorize loops we may change the order in which
 273   /// we read and write from memory. This method checks if it is
 274   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
 275   /// Returns true if BB is vectorizable
 276   bool canVectorizeMemory(BasicBlock &BB);
 277
 278   /// Returns True, if 'Phi' is the kind of reduction variable for type
 279   /// 'Kind'. If this is a reduction variable, it adds it to ReductionList.
 280   bool AddReductionVar(PHINode *Phi, ReductionKind Kind);
 281   /// Returns true if the instruction I can be a reduction variable of type
 282   /// 'Kind'.
 283   bool isReductionInstr(Instruction *I, ReductionKind Kind);
 284   /// Returns True, if 'Phi' is an induction variable.
 285   bool isInductionVariable(PHINode *Phi);
 286
 287   /// The loop that we evaluate.
 288   Loop *TheLoop;
 289   /// Scev analysis.
 290   ScalarEvolution *SE;
 291   /// DataLayout analysis.
 292   DataLayout *DL;
 293
 294   //  ---  vectorization state --- //
 295
 296   /// Holds the induction variable.
 297   PHINode *Induction;
 298   /// Holds the reduction variables.
 299   ReductionList Reductions;
 300   /// Allowed outside users. This holds the reduction
 301   /// vars which can be accessed from outside the loop.
 302   SmallPtrSet<Value*, 4> AllowedExit;
 303   /// This set holds the variables which are known to be uniform after
 304   /// vectorization.
 305   SmallPtrSet<Instruction*, 4> Uniforms;
 306 };
 307
 308 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
 309 /// vectorization.
 310 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because
 311 /// of a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict
 312 /// the expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set.
 313 /// We use the VectorTargetTransformInfo to query the different backends
 314 /// for the cost of different operations.
 315 class LoopVectorizationCostModel {
 316 public:
 317   /// C'tor.
 318   LoopVectorizationCostModel(Loop *Lp, ScalarEvolution *Se,
 319                              LoopVectorizationLegality *Leg,
 320                              const VectorTargetTransformInfo *Vtti):
 321   TheLoop(Lp), SE(Se), Legal(Leg), VTTI(Vtti) { }
 322
 323   /// Returns the most profitable vectorization factor for the loop that is
 324   /// smaller or equal to the VF argument. This method checks every power
 325   /// of two up to VF.
 326   unsigned findBestVectorizationFactor(unsigned VF = 8);
 327
 328 private:
 329   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
 330   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
 331   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
 332   /// the factor width.
 333   unsigned expectedCost(unsigned VF);
 334
 335   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
 336   /// width. Vector width of one means scalar.
 337   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
 338
 339   /// A helper function for converting Scalar types to vector types.
 340   /// If the incoming type is void, we return void. If the VF is 1, we return
 341   /// the scalar type.
 342   static Type* ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF);
 343
 344   /// The loop that we evaluate.
 345   Loop *TheLoop;
 346   /// Scev analysis.
 347   ScalarEvolution *SE;
 348
 349   /// Vectorization legality.
 350   LoopVectorizationLegality *Legal;
 351   /// Vector target information.
 352   const VectorTargetTransformInfo *VTTI;
 353 };
 354
 355 struct LoopVectorize : public LoopPass {
 356   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
 357
 358   LoopVectorize() : LoopPass(ID) {
 359     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 360   }
 361
 362   ScalarEvolution *SE;
 363   DataLayout *DL;
 364   LoopInfo *LI;
 365   TargetTransformInfo *TTI;
 366   DominatorTree *DT;
 367
 368   virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
 369     // We only vectorize innermost loops.
 370     if (!L->empty())
 371       return false;
 372
 373     SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
 374     DL = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
 375     LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
 376     TTI = getAnalysisIfAvailable<TargetTransformInfo>();
 377     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
 378
 379     DEBUG(dbgs() << "LV: Checking a loop in \"" <<
 380           L->getHeader()->getParent()->getName() << "\"\n");
 381
 382     // Check if it is legal to vectorize the loop.
 383     LoopVectorizationLegality LVL(L, SE, DL);
 384     if (!LVL.canVectorize()) {
 385       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing.\n");
 386       return false;
 387     }
 388
 389     // Select the preffered vectorization factor.
 390     unsigned VF = 1;
 391     if (VectorizationFactor == 0) {
 392       const VectorTargetTransformInfo *VTTI = 0;
 393       if (TTI)
 394         VTTI = TTI->getVectorTargetTransformInfo();
 395       // Use the cost model.
 396       LoopVectorizationCostModel CM(L, SE, &LVL, VTTI);
 397       VF = CM.findBestVectorizationFactor();
 398
 399       if (VF == 1) {
 400         DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial.\n");
 401         return false;
 402       }
 403
 404     } else {
 405       // Use the user command flag.
 406       VF = VectorizationFactor;
 407     }
 408
 409     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop ("<< VF << ") in "<<
 410           L->getHeader()->getParent()->getParent()->getModuleIdentifier()<<
 411           "\n");
 412
 413     // If we decided that it is *legal* to vectorizer the loop then do it.
 414     SingleBlockLoopVectorizer LB(L, SE, LI, DT, &LPM, VF);
 415     LB.vectorize(&LVL);
 416
 417     DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
 418     return true;
 419   }
 420
 421   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 422     LoopPass::getAnalysisUsage(AU);
 423     AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
 424     AU.addRequiredID(LCSSAID);
 425     AU.addRequired<LoopInfo>();
 426     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
 427     AU.addRequired<DominatorTree>();
 428     AU.addPreserved<LoopInfo>();
 429     AU.addPreserved<DominatorTree>();
 430   }
 431
 432 };
 433
 434 Value *SingleBlockLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
 435   // Instructions that access the old induction variable
 436   // actually want to get the new one.
 437   if (V == OldInduction)
 438     V = Induction;
 439   // Create the types.
 440   LLVMContext &C = V->getContext();
 441   Type *VTy = VectorType::get(V->getType(), VF);
 442   Type *I32 = IntegerType::getInt32Ty(C);
 443   Constant *Zero = ConstantInt::get(I32, 0);
 444   Value *Zeros = ConstantAggregateZero::get(VectorType::get(I32, VF));
 445   Value *UndefVal = UndefValue::get(VTy);
 446   // Insert the value into a new vector.
 447   Value *SingleElem = Builder.CreateInsertElement(UndefVal, V, Zero);
 448   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
 449   Value *Shuf = Builder.CreateShuffleVector(SingleElem, UndefVal, Zeros,
 450                                              "broadcast");
 451   // We are accessing the induction variable. Make sure to promote the
 452   // index for each consecutive SIMD lane. This adds 0,1,2 ... to all lanes.
 453   if (V == Induction)
 454     return getConsecutiveVector(Shuf);
 455   return Shuf;
 456 }
 457
 458 Value *SingleBlockLoopVectorizer::getConsecutiveVector(Value* Val) {
 459   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
 460   assert(Val->getType()->getScalarType()->isIntegerTy() &&
 461          "Elem must be an integer");
 462   // Create the types.
 463   Type *ITy = Val->getType()->getScalarType();
 464   VectorType *Ty = cast<VectorType>(Val->getType());
 465   unsigned VLen = Ty->getNumElements();
 466   SmallVector<Constant*, 8> Indices;
 467
 468   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
 469   for (unsigned i = 0; i < VLen; ++i)
 470     Indices.push_back(ConstantInt::get(ITy, i));
 471
 472   // Add the consecutive indices to the vector value.
 473   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
 474   assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
 475   return Builder.CreateAdd(Val, Cv, "induction");
 476 }
 477
 478 bool LoopVectorizationLegality::isConsecutiveGep(Value *Ptr) {
 479   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast_or_null<GetElementPtrInst>(Ptr);
 480   if (!Gep)
 481     return false;
 482
 483   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
 484   Value *LastIndex = Gep->getOperand(NumOperands - 1);
 485
 486   // Check that all of the gep indices are uniform except for the last.
 487   for (unsigned i = 0; i < NumOperands - 1; ++i)
 488     if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
 489       return false;
 490
 491   // We can emit wide load/stores only of the last index is the induction
 492   // variable.
 493   const SCEV *Last = SE->getSCEV(LastIndex);
 494   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Last)) {
 495     const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
 496
 497     // The memory is consecutive because the last index is consecutive
 498     // and all other indices are loop invariant.
 499     if (Step->isOne())
 500       return true;
 501   }
 502
 503   return false;
 504 }
 505
 506 Value *SingleBlockLoopVectorizer::getVectorValue(Value *V) {
 507   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
 508   // If we saved a vectorized copy of V, use it.
 509   Value *&MapEntry = WidenMap[V];
 510   if (MapEntry)
 511     return MapEntry;
 512
 513   // Broadcast V and save the value for future uses.
 514   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
 515   MapEntry = B;
 516   return B;
 517 }
 518
 519 Constant*
 520 SingleBlockLoopVectorizer::getUniformVector(unsigned Val, Type* ScalarTy) {
 521   SmallVector<Constant*, 8> Indices;
 522   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
 523   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
 524     Indices.push_back(ConstantInt::get(ScalarTy, Val, true));
 525
 526   // Add the consecutive indices to the vector value.
 527   return ConstantVector::get(Indices);
 528 }
 529
 530 void SingleBlockLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr) {
 531   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
 532   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
 533   SmallVector<Value*, 8> Params;
 534
 535   // Find all of the vectorized parameters.
 536   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
 537     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
 538
 539     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
 540     if (SrcOp == OldInduction) {
 541       Params.push_back(getBroadcastInstrs(Induction));
 542       continue;
 543     }
 544
 545     // Try using previously calculated values.
 546     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
 547
 548     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block
 549     // then it should already be vectorized.
 550     if (SrcInst && SrcInst->getParent() == Instr->getParent()) {
 551       assert(WidenMap.count(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
 552       // The parameter is a vector value from earlier.
 553       Params.push_back(WidenMap[SrcInst]);
 554     } else {
 555       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
 556       Params.push_back(SrcOp);
 557     }
 558   }
 559
 560   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
 561          "Invalid number of operands");
 562
 563   // Does this instruction return a value ?
 564   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
 565   Value *VecResults = 0;
 566
 567   // If we have a return value, create an empty vector. We place the scalarized
 568   // instructions in this vector.
 569   if (!IsVoidRetTy)
 570     VecResults = UndefValue::get(VectorType::get(Instr->getType(), VF));
 571
 572   // For each scalar that we create:
 573   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i) {
 574     Instruction *Cloned = Instr->clone();
 575     if (!IsVoidRetTy)
 576       Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
 577     // Replace the operands of the cloned instrucions with extracted scalars.
 578     for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
 579       Value *Op = Params[op];
 580       // Param is a vector. Need to extract the right lane.
 581       if (Op->getType()->isVectorTy())
 582         Op = Builder.CreateExtractElement(Op, Builder.getInt32(i));
 583       Cloned->setOperand(op, Op);
 584     }
 585
 586     // Place the cloned scalar in the new loop.
 587     Builder.Insert(Cloned);
 588
 589     // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
 590     // so that future users will be able to use it.
 591     if (!IsVoidRetTy)
 592       VecResults = Builder.CreateInsertElement(VecResults, Cloned,
 593                                                Builder.getInt32(i));
 594   }
 595
 596   if (!IsVoidRetTy)
 597     WidenMap[Instr] = VecResults;
 598 }
 599
 600 void
 601 SingleBlockLoopVectorizer::createEmptyLoop(LoopVectorizationLegality *Legal) {
 602   /*
 603    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
 604    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
 605    scalar remainder.
 606
 607     [ ] <-- vector loop bypass.
 608   /  |
 609  /   v
 610 |   [ ]     <-- vector pre header.
 611 |    |
 612 |    v
 613 |   [  ] \
 614 |   [  ]_|   <-- vector loop.
 615 |    |
 616  \   v
 617    >[ ]   <--- middle-block.
 618   /  |
 619  /   v
 620 |   [ ]     <--- new preheader.
 621 |    |
 622 |    v
 623 |   [ ] \
 624 |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
 625  \   |
 626   \  v
 627    >[ ]     <-- exit block.
 628    ...
 629    */
 630
 631   // This is the original scalar-loop preheader.
 632   BasicBlock *BypassBlock = OrigLoop->getLoopPreheader();
 633   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
 634   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
 635
 636   assert(OrigLoop->getNumBlocks() == 1 && "Invalid loop");
 637   assert(BypassBlock && "Invalid loop structure");
 638
 639   BasicBlock *VectorPH =
 640       BypassBlock->splitBasicBlock(BypassBlock->getTerminator(), "vector.ph");
 641   BasicBlock *VecBody = VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(),
 642                                                  "vector.body");
 643
 644   BasicBlock *MiddleBlock = VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(),
 645                                                   "middle.block");
 646   BasicBlock *ScalarPH =
 647     MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(),
 648                                  "scalar.preheader");
 649   // Find the induction variable.
 650   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
 651   OldInduction = Legal->getInduction();
 652   assert(OldInduction && "We must have a single phi node.");
 653   Type *IdxTy = OldInduction->getType();
 654
 655   // Use this IR builder to create the loop instructions (Phi, Br, Cmp)
 656   // inside the loop.
 657   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstInsertionPt());
 658
 659   // Generate the induction variable.
 660   Induction = Builder.CreatePHI(IdxTy, 2, "index");
 661   Constant *Zero = ConstantInt::get(IdxTy, 0);
 662   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF);
 663
 664   // Find the loop boundaries.
 665   const SCEV *ExitCount = SE->getExitCount(OrigLoop, OrigLoop->getHeader());
 666   assert(ExitCount != SE->getCouldNotCompute() && "Invalid loop count");
 667
 668   // Get the total trip count from the count by adding 1.
 669   ExitCount = SE->getAddExpr(ExitCount,
 670                              SE->getConstant(ExitCount->getType(), 1));
 671
 672   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
 673   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
 674   SCEVExpander Exp(*SE, "induction");
 675   Instruction *Loc = BypassBlock->getTerminator();
 676
 677   // We may need to extend the index in case there is a type mismatch.
 678   // We know that the count starts at zero and does not overflow.
 679   // We are using Zext because it should be less expensive.
 680   if (ExitCount->getType() != Induction->getType())
 681     ExitCount = SE->getZeroExtendExpr(ExitCount, IdxTy);
 682
 683   // Count holds the overall loop count (N).
 684   Value *Count = Exp.expandCodeFor(ExitCount, Induction->getType(), Loc);
 685   // Now we need to generate the expression for N - (N % VF), which is
 686   // the part that the vectorized body will execute.
 687   Constant *CIVF = ConstantInt::get(IdxTy, VF);
 688   Value *R = BinaryOperator::CreateURem(Count, CIVF, "n.mod.vf", Loc);
 689   Value *CountRoundDown = BinaryOperator::CreateSub(Count, R, "n.vec", Loc);
 690
 691   // Now, compare the new count to zero. If it is zero, jump to the scalar part.
 692   Value *Cmp = CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ,
 693                                CountRoundDown, ConstantInt::getNullValue(IdxTy),
 694                                "cmp.zero", Loc);
 695   BranchInst::Create(MiddleBlock, VectorPH, Cmp, Loc);
 696   // Remove the old terminator.
 697   Loc->eraseFromParent();
 698
 699   // Add a check in the middle block to see if we have completed
 700   // all of the iterations in the first vector loop.
 701   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
 702   Value *CmpN = CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, Count,
 703                                 CountRoundDown, "cmp.n",
 704                                 MiddleBlock->getTerminator());
 705
 706   BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN, MiddleBlock->getTerminator());
 707   // Remove the old terminator.
 708   MiddleBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
 709
 710   // Create i+1 and fill the PHINode.
 711   Value *NextIdx = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
 712   Induction->addIncoming(Zero, VectorPH);
 713   Induction->addIncoming(NextIdx, VecBody);
 714   // Create the compare.
 715   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(NextIdx, CountRoundDown);
 716   Builder.CreateCondBr(ICmp, MiddleBlock, VecBody);
 717
 718   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
 719   VecBody->getTerminator()->eraseFromParent();
 720
 721   // Fix the scalar body iteration count.
 722   unsigned BlockIdx = OldInduction->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
 723   OldInduction->setIncomingValue(BlockIdx, CountRoundDown);
 724
 725   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
 726   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstInsertionPt());
 727
 728   // Register the new loop.
 729   Loop* Lp = new Loop();
 730   LPM->insertLoop(Lp, OrigLoop->getParentLoop());
 731
 732   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, LI->getBase());
 733
 734   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
 735   if (ParentLoop) {
 736     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, LI->getBase());
 737     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(VectorPH, LI->getBase());
 738     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, LI->getBase());
 739   }
 740
 741   // Save the state.
 742   LoopVectorPreHeader = VectorPH;
 743   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
 744   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
 745   LoopExitBlock = ExitBlock;
 746   LoopVectorBody = VecBody;
 747   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
 748   LoopBypassBlock = BypassBlock;
 749 }
 750
 751
 752 static unsigned
 753 getReductionIdentity(LoopVectorizationLegality::ReductionKind K) {
 754   switch (K) {
 755   case LoopVectorizationLegality::IntegerXor:
 756   case LoopVectorizationLegality::IntegerAdd:
 757   case LoopVectorizationLegality::IntegerOr:
 758     return 0;
 759   case LoopVectorizationLegality::IntegerMult:
 760     return 1;
 761   case LoopVectorizationLegality::IntegerAnd:
 762     return -1;
 763   default:
 764     llvm_unreachable("Unknown reduction kind");
 765   }
 766 }
 767
 768 void
 769 SingleBlockLoopVectorizer::vectorizeLoop(LoopVectorizationLegality *Legal) {
 770   //===------------------------------------------------===//
 771   //
 772   // Notice: any optimization or new instruction that go
 773   // into the code below should be also be implemented in
 774   // the cost-model.
 775   //
 776   //===------------------------------------------------===//
 777   typedef SmallVector<PHINode*, 4> PhiVector;
 778   BasicBlock &BB = *OrigLoop->getHeader();
 779   Constant *Zero = ConstantInt::get(
 780     IntegerType::getInt32Ty(BB.getContext()), 0);
 781
 782   // In order to support reduction variables we need to be able to vectorize
 783   // Phi nodes. Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two
 784   // steages. First, we create a new vector PHI node with no incoming edges.
 785   // We use this value when we vectorize all of the instructions that use the
 786   // PHI. Next, after all of the instructions in the block are complete we
 787   // add the new incoming edges to the PHI. At this point all of the
 788   // instructions in the basic block are vectorized, so we can use them to
 789   // construct the PHI.
 790   PhiVector PHIsToFix;
 791
 792   // For each instruction in the old loop.
 793   for (BasicBlock::iterator it = BB.begin(), e = BB.end(); it != e; ++it) {
 794     Instruction *Inst = it;
 795
 796     switch (Inst->getOpcode()) {
 797       case Instruction::Br:
 798         // Nothing to do for PHIs and BR, since we already took care of the
 799         // loop control flow instructions.
 800         continue;
 801       case Instruction::PHI:{
 802         PHINode* P = cast<PHINode>(Inst);
 803         // Special handling for the induction var.
 804         if (OldInduction == Inst)
 805           continue;
 806         // This is phase one of vectorizing PHIs.
 807         // This has to be a reduction variable.
 808         assert(Legal->getReductionVars()->count(P) && "Not a Reduction");
 809         Type *VecTy = VectorType::get(Inst->getType(), VF);
 810         WidenMap[Inst] = Builder.CreatePHI(VecTy, 2, "vec.phi");
 811         PHIsToFix.push_back(P);
 812         continue;
 813       }
 814       case Instruction::Add:
 815       case Instruction::FAdd:
 816       case Instruction::Sub:
 817       case Instruction::FSub:
 818       case Instruction::Mul:
 819       case Instruction::FMul:
 820       case Instruction::UDiv:
 821       case Instruction::SDiv:
 822       case Instruction::FDiv:
 823       case Instruction::URem:
 824       case Instruction::SRem:
 825       case Instruction::FRem:
 826       case Instruction::Shl:
 827       case Instruction::LShr:
 828       case Instruction::AShr:
 829       case Instruction::And:
 830       case Instruction::Or:
 831       case Instruction::Xor: {
 832         // Just widen binops.
 833         BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Inst);
 834         Value *A = getVectorValue(Inst->getOperand(0));
 835         Value *B = getVectorValue(Inst->getOperand(1));
 836         // Use this vector value for all users of the original instruction.
 837         WidenMap[Inst] = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), A, B);
 838         break;
 839       }
 840       case Instruction::Select: {
 841         // Widen selects.
 842         // If the selector is loop invariant we can create a select
 843         // instruction with a scalar condition. Otherwise, use vector-select.
 844         Value *Cond = Inst->getOperand(0);
 845         bool InvariantCond = SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Cond), OrigLoop);
 846
 847         // The condition can be loop invariant  but still defined inside the
 848         // loop. This means that we can't just use the original 'cond' value.
 849         // We have to take the 'vectorized' value and pick the first lane.
 850         // Instcombine will make this a no-op.
 851         Cond = getVectorValue(Cond);
 852         if (InvariantCond)
 853           Cond = Builder.CreateExtractElement(Cond, Builder.getInt32(0));
 854
 855         Value *Op0 = getVectorValue(Inst->getOperand(1));
 856         Value *Op1 = getVectorValue(Inst->getOperand(2));
 857         WidenMap[Inst] = Builder.CreateSelect(Cond, Op0, Op1);
 858         break;
 859       }
 860
 861       case Instruction::ICmp:
 862       case Instruction::FCmp: {
 863         // Widen compares. Generate vector compares.
 864         bool FCmp = (Inst->getOpcode() == Instruction::FCmp);
 865         CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(Inst);
 866         Value *A = getVectorValue(Inst->getOperand(0));
 867         Value *B = getVectorValue(Inst->getOperand(1));
 868         if (FCmp)
 869           WidenMap[Inst] = Builder.CreateFCmp(Cmp->getPredicate(), A, B);
 870         else
 871           WidenMap[Inst] = Builder.CreateICmp(Cmp->getPredicate(), A, B);
 872         break;
 873       }
 874
 875       case Instruction::Store: {
 876         // Attempt to issue a wide store.
 877         StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst);
 878         Type *StTy = VectorType::get(SI->getValueOperand()->getType(), VF);
 879         Value *Ptr = SI->getPointerOperand();
 880         unsigned Alignment = SI->getAlignment();
 881         GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
 882         // This store does not use GEPs.
 883         if (!Legal->isConsecutiveGep(Gep)) {
 884           scalarizeInstruction(Inst);
 885           break;
 886         }
 887
 888         // The last index does not have to be the induction. It can be
 889         // consecutive and be a function of the index. For example A[I+1];
 890         unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
 891         Value *LastIndex = getVectorValue(Gep->getOperand(NumOperands - 1));
 892         LastIndex = Builder.CreateExtractElement(LastIndex, Zero);
 893
 894         // Create the new GEP with the new induction variable.
 895         GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
 896         Gep2->setOperand(NumOperands - 1, LastIndex);
 897         Ptr = Builder.Insert(Gep2);
 898         Ptr = Builder.CreateBitCast(Ptr, StTy->getPointerTo());
 899         Value *Val = getVectorValue(SI->getValueOperand());
 900         Builder.CreateStore(Val, Ptr)->setAlignment(Alignment);
 901         break;
 902       }
 903       case Instruction::Load: {
 904         // Attempt to issue a wide load.
 905         LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst);
 906         Type *RetTy = VectorType::get(LI->getType(), VF);
 907         Value *Ptr = LI->getPointerOperand();
 908         unsigned Alignment = LI->getAlignment();
 909         GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
 910
 911         // We don't have a gep. Scalarize the load.
 912         if (!Legal->isConsecutiveGep(Gep)) {
 913           scalarizeInstruction(Inst);
 914           break;
 915         }
 916
 917         // The last index does not have to be the induction. It can be
 918         // consecutive and be a function of the index. For example A[I+1];
 919         unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
 920         Value *LastIndex = getVectorValue(Gep->getOperand(NumOperands -1));
 921         LastIndex = Builder.CreateExtractElement(LastIndex, Zero);
 922
 923         // Create the new GEP with the new induction variable.
 924         GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
 925         Gep2->setOperand(NumOperands - 1, LastIndex);
 926         Ptr = Builder.Insert(Gep2);
 927         Ptr = Builder.CreateBitCast(Ptr, RetTy->getPointerTo());
 928         LI = Builder.CreateLoad(Ptr);
 929         LI->setAlignment(Alignment);
 930         // Use this vector value for all users of the load.
 931         WidenMap[Inst] = LI;
 932         break;
 933       }
 934       case Instruction::ZExt:
 935       case Instruction::SExt:
 936       case Instruction::FPToUI:
 937       case Instruction::FPToSI:
 938       case Instruction::FPExt:
 939       case Instruction::PtrToInt:
 940       case Instruction::IntToPtr:
 941       case Instruction::SIToFP:
 942       case Instruction::UIToFP:
 943       case Instruction::Trunc:
 944       case Instruction::FPTrunc:
 945       case Instruction::BitCast: {
 946         /// Vectorize bitcasts.
 947         CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Inst);
 948         Value *A = getVectorValue(Inst->getOperand(0));
 949         Type *DestTy = VectorType::get(CI->getType()->getScalarType(), VF);
 950         WidenMap[Inst] = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), A, DestTy);
 951         break;
 952       }
 953
 954       default:
 955         /// All other instructions are unsupported. Scalarize them.
 956         scalarizeInstruction(Inst);
 957         break;
 958     }// end of switch.
 959   }// end of for_each instr.
 960
 961   // At this point every instruction in the original loop is widended to
 962   // a vector form. We are almost done. Now, we need to fix the PHI nodes
 963   // that we vectorized. The PHI nodes are currently empty because we did
 964   // not want to introduce cycles. Notice that the remaining PHI nodes
 965   // that we need to fix are reduction variables.
 966
 967   // Create the 'reduced' values for each of the induction vars.
 968   // The reduced values are the vector values that we scalarize and combine
 969   // after the loop is finished.
 970   for (PhiVector::iterator it = PHIsToFix.begin(), e = PHIsToFix.end();
 971        it != e; ++it) {
 972     PHINode *RdxPhi = *it;
 973     PHINode *VecRdxPhi = dyn_cast<PHINode>(WidenMap[RdxPhi]);
 974     assert(RdxPhi && "Unable to recover vectorized PHI");
 975
 976     // Find the reduction variable descriptor.
 977     assert(Legal->getReductionVars()->count(RdxPhi) &&
 978            "Unable to find the reduction variable");
 979     LoopVectorizationLegality::ReductionDescriptor RdxDesc =
 980       (*Legal->getReductionVars())[RdxPhi];
 981
 982     // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
 983     // To do so, we need to generate the 'identity' vector and overide
 984     // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
 985     // to do it in the vector-loop preheader.
 986     Builder.SetInsertPoint(LoopBypassBlock->getTerminator());
 987
 988     // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
 989     Value *VectorExit = getVectorValue(RdxDesc.LoopExitInstr);
 990     Type *VecTy = VectorExit->getType();
 991
 992     // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
 993     // one for multiplication, -1 for And.
 994     Constant *Identity = getUniformVector(getReductionIdentity(RdxDesc.Kind),
 995                                           VecTy->getScalarType());
 996
 997     // This vector is the Identity vector where the first element is the
 998     // incoming scalar reduction.
 999     Value *VectorStart = Builder.CreateInsertElement(Identity,
1000                                                     RdxDesc.StartValue, Zero);
1001
1002
1003     // Fix the vector-loop phi.
1004     // We created the induction variable so we know that the
1005     // preheader is the first entry.
1006     BasicBlock *VecPreheader = Induction->getIncomingBlock(0);
1007
1008     // Reductions do not have to start at zero. They can start with
1009     // any loop invariant values.
1010     VecRdxPhi->addIncoming(VectorStart, VecPreheader);
1011     unsigned SelfEdgeIdx = (RdxPhi)->getBasicBlockIndex(LoopScalarBody);
1012     Value *Val = getVectorValue(RdxPhi->getIncomingValue(SelfEdgeIdx));
1013     VecRdxPhi->addIncoming(Val, LoopVectorBody);
1014
1015     // Before each round, move the insertion point right between
1016     // the PHIs and the values we are going to write.
1017     // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
1018     // instructions.
1019     Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
1020
1021     // This PHINode contains the vectorized reduction variable, or
1022     // the initial value vector, if we bypass the vector loop.
1023     PHINode *NewPhi = Builder.CreatePHI(VecTy, 2, "rdx.vec.exit.phi");
1024     NewPhi->addIncoming(VectorStart, LoopBypassBlock);
1025     NewPhi->addIncoming(getVectorValue(RdxDesc.LoopExitInstr), LoopVectorBody);
1026
1027     // Extract the first scalar.
1028     Value *Scalar0 =
1029       Builder.CreateExtractElement(NewPhi, Builder.getInt32(0));
1030     // Extract and reduce the remaining vector elements.
1031     for (unsigned i=1; i < VF; ++i) {
1032       Value *Scalar1 =
1033         Builder.CreateExtractElement(NewPhi, Builder.getInt32(i));
1034       switch (RdxDesc.Kind) {
1035         case LoopVectorizationLegality::IntegerAdd:
1036           Scalar0 = Builder.CreateAdd(Scalar0, Scalar1);
1037           break;
1038         case LoopVectorizationLegality::IntegerMult:
1039           Scalar0 = Builder.CreateMul(Scalar0, Scalar1);
1040           break;
1041         case LoopVectorizationLegality::IntegerOr:
1042           Scalar0 = Builder.CreateOr(Scalar0, Scalar1);
1043           break;
1044         case LoopVectorizationLegality::IntegerAnd:
1045           Scalar0 = Builder.CreateAnd(Scalar0, Scalar1);
1046           break;
1047         case LoopVectorizationLegality::IntegerXor:
1048           Scalar0 = Builder.CreateXor(Scalar0, Scalar1);
1049           break;
1050         default:
1051           llvm_unreachable("Unknown reduction operation");
1052       }
1053     }
1054
1055     // Now, we need to fix the users of the reduction variable
1056     // inside and outside of the scalar remainder loop.
1057     // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
1058     // PHI nodes in the exit blocks.
1059     for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
1060          LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
1061       PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
1062       if (!LCSSAPhi) continue;
1063
1064       // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
1065       // we already fixed them.
1066       assert(LCSSAPhi->getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
1067
1068       // We found our reduction value exit-PHI. Update it with the
1069       // incoming bypass edge.
1070       if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == RdxDesc.LoopExitInstr) {
1071         // Add an edge coming from the bypass.
1072         LCSSAPhi->addIncoming(Scalar0, LoopMiddleBlock);
1073         break;
1074       }
1075     }// end of the LCSSA phi scan.
1076
1077     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
1078     // from the vector body and from the backedge value.
1079     int IncomingEdgeBlockIdx = (RdxPhi)->getBasicBlockIndex(LoopScalarBody);
1080     int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1); // The other block.
1081     (RdxPhi)->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, Scalar0);
1082     (RdxPhi)->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, RdxDesc.LoopExitInstr);
1083   }// end of for each redux variable.
1084 }
1085
1086 void SingleBlockLoopVectorizer::updateAnalysis() {
1087   // The original basic block.
1088   SE->forgetLoop(OrigLoop);
1089
1090   // Update the dominator tree information.
1091   assert(DT->properlyDominates(LoopBypassBlock, LoopExitBlock) &&
1092          "Entry does not dominate exit.");
1093
1094   DT->addNewBlock(LoopVectorPreHeader, LoopBypassBlock);
1095   DT->addNewBlock(LoopVectorBody, LoopVectorPreHeader);
1096   DT->addNewBlock(LoopMiddleBlock, LoopBypassBlock);
1097   DT->addNewBlock(LoopScalarPreHeader, LoopMiddleBlock);
1098   DT->changeImmediateDominator(LoopScalarBody, LoopScalarPreHeader);
1099   DT->changeImmediateDominator(LoopExitBlock, LoopMiddleBlock);
1100
1101   DEBUG(DT->verifyAnalysis());
1102 }
1103
1104 bool LoopVectorizationLegality::canVectorize() {
1105   if (!TheLoop->getLoopPreheader()) {
1106     assert(false && "No preheader!!");
1107     DEBUG(dbgs() << "LV: Loop not normalized." << "\n");
1108     return  false;
1109   }
1110
1111   // We can only vectorize single basic block loops.
1112   unsigned NumBlocks = TheLoop->getNumBlocks();
1113   if (NumBlocks != 1) {
1114     DEBUG(dbgs() << "LV: Too many blocks:" << NumBlocks << "\n");
1115     return false;
1116   }
1117
1118   // We need to have a loop header.
1119   BasicBlock *BB = TheLoop->getHeader();
1120   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop: " << BB->getName() << "\n");
1121
1122   // Go over each instruction and look at memory deps.
1123   if (!canVectorizeBlock(*BB)) {
1124     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize this loop header\n");
1125     return false;
1126   }
1127
1128   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
1129   const SCEV *ExitCount = SE->getExitCount(TheLoop, BB);
1130   if (ExitCount == SE->getCouldNotCompute()) {
1131     DEBUG(dbgs() << "LV: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
1132     return false;
1133   }
1134
1135   DEBUG(dbgs() << "LV: We can vectorize this loop!\n");
1136
1137   // Okay! We can vectorize. At this point we don't have any other mem analysis
1138   // which may limit our maximum vectorization factor, so just return true with
1139   // no restrictions.
1140   return true;
1141 }
1142
1143 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeBlock(BasicBlock &BB) {
1144   // Scan the instructions in the block and look for hazards.
1145   for (BasicBlock::iterator it = BB.begin(), e = BB.end(); it != e; ++it) {
1146     Instruction *I = it;
1147
1148     PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I);
1149     if (Phi) {
1150       // This should not happen because the loop should be normalized.
1151       if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
1152         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an invalid PHI.\n");
1153         return false;
1154       }
1155       // We only look at integer phi nodes.
1156       if (!Phi->getType()->isIntegerTy()) {
1157         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an non-int PHI.\n");
1158         return false;
1159       }
1160
1161       if (isInductionVariable(Phi)) {
1162         if (Induction) {
1163           DEBUG(dbgs() << "LV: Found too many inductions."<< *Phi <<"\n");
1164           return false;
1165         }
1166         DEBUG(dbgs() << "LV: Found the induction PHI."<< *Phi <<"\n");
1167         Induction = Phi;
1168         continue;
1169       }
1170       if (AddReductionVar(Phi, IntegerAdd)) {
1171         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an ADD reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
1172         continue;
1173       }
1174       if (AddReductionVar(Phi, IntegerMult)) {
1175         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a MUL reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
1176         continue;
1177       }
1178       if (AddReductionVar(Phi, IntegerOr)) {
1179         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an OR reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
1180         continue;
1181       }
1182       if (AddReductionVar(Phi, IntegerAnd)) {
1183         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an AND reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
1184         continue;
1185       }
1186       if (AddReductionVar(Phi, IntegerXor)) {
1187         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a XOR reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
1188         continue;
1189       }
1190
1191       DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified PHI."<< *Phi <<"\n");
1192       return false;
1193     }// end of PHI handling
1194
1195     // We still don't handle functions.
1196     CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1197     if (CI) {
1198       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a call site.\n");
1199       return false;
1200     }
1201
1202     // We do not re-vectorize vectors.
1203     if (!VectorType::isValidElementType(I->getType()) &&
1204         !I->getType()->isVoidTy()) {
1205       DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable type." << "\n");
1206       return false;
1207     }
1208
1209     // Reduction instructions are allowed to have exit users.
1210     // All other instructions must not have external users.
1211     if (!AllowedExit.count(I))
1212       //Check that all of the users of the loop are inside the BB.
1213       for (Value::use_iterator it = I->use_begin(), e = I->use_end();
1214            it != e; ++it) {
1215         Instruction *U = cast<Instruction>(*it);
1216         // This user may be a reduction exit value.
1217         BasicBlock *Parent = U->getParent();
1218         if (Parent != &BB) {
1219           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an outside user for : "<< *U << "\n");
1220           return false;
1221         }
1222     }
1223   } // next instr.
1224
1225   if (!Induction) {
1226       DEBUG(dbgs() << "LV: Did not find an induction var.\n");
1227       return false;
1228   }
1229
1230   // Don't vectorize if the memory dependencies do not allow vectorization.
1231   if (!canVectorizeMemory(BB))
1232     return false;
1233
1234   // We now know that the loop is vectorizable!
1235   // Collect variables that will remain uniform after vectorization.
1236   std::vector<Value*> Worklist;
1237
1238   // Start with the conditional branch and walk up the block.
1239   Worklist.push_back(BB.getTerminator()->getOperand(0));
1240
1241   while (Worklist.size()) {
1242     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Worklist.back());
1243     Worklist.pop_back();
1244     // Look at instructions inside this block.
1245     if (!I) continue;
1246     if (I->getParent() != &BB) continue;
1247
1248     // Stop when reaching PHI nodes.
1249     if (isa<PHINode>(I)) {
1250       assert(I == Induction && "Found a uniform PHI that is not the induction");
1251       break;
1252     }
1253
1254     // This is a known uniform.
1255     Uniforms.insert(I);
1256
1257     // Insert all operands.
1258     for (int i=0, Op = I->getNumOperands(); i < Op; ++i) {
1259       Worklist.push_back(I->getOperand(i));
1260     }
1261   }
1262
1263   return true;
1264 }
1265
1266 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeMemory(BasicBlock &BB) {
1267   typedef SmallVector<Value*, 16> ValueVector;
1268   typedef SmallPtrSet<Value*, 16> ValueSet;
1269   // Holds the Load and Store *instructions*.
1270   ValueVector Loads;
1271   ValueVector Stores;
1272
1273   // Scan the BB and collect legal loads and stores.
1274   for (BasicBlock::iterator it = BB.begin(), e = BB.end(); it != e; ++it) {
1275     Instruction *I = it;
1276
1277     // If this is a load, save it. If this instruction can read from memory
1278     // but is not a load, then we quit. Notice that we don't handle function
1279     // calls that read or write.
1280     if (I->mayReadFromMemory()) {
1281       LoadInst *Ld = dyn_cast<LoadInst>(I);
1282       if (!Ld) return false;
1283       if (!Ld->isSimple()) {
1284         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-simple load.\n");
1285         return false;
1286       }
1287       Loads.push_back(Ld);
1288       continue;
1289     }
1290
1291     // Save store instructions. Abort if other instructions write to memory.
1292     if (I->mayWriteToMemory()) {
1293       StoreInst *St = dyn_cast<StoreInst>(I);
1294       if (!St) return false;
1295       if (!St->isSimple()) {
1296         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-simple store.\n");
1297         return false;
1298       }
1299       Stores.push_back(St);
1300     }
1301   } // next instr.
1302
1303   // Now we have two lists that hold the loads and the stores.
1304   // Next, we find the pointers that they use.
1305
1306   // Check if we see any stores. If there are no stores, then we don't
1307   // care if the pointers are *restrict*.
1308   if (!Stores.size()) {
1309         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a read-only loop!\n");
1310         return true;
1311   }
1312
1313   // Holds the read and read-write *pointers* that we find.
1314   ValueVector Reads;
1315   ValueVector ReadWrites;
1316
1317   // Holds the analyzed pointers. We don't want to call GetUnderlyingObjects
1318   // multiple times on the same object. If the ptr is accessed twice, once
1319   // for read and once for write, it will only appear once (on the write
1320   // list). This is okay, since we are going to check for conflicts between
1321   // writes and between reads and writes, but not between reads and reads.
1322   ValueSet Seen;
1323
1324   ValueVector::iterator I, IE;
1325   for (I = Stores.begin(), IE = Stores.end(); I != IE; ++I) {
1326     StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(*I);
1327     assert(ST && "Bad StoreInst");
1328     Value* Ptr = ST->getPointerOperand();
1329     // If we did *not* see this pointer before, insert it to
1330     // the read-write list. At this phase it is only a 'write' list.
1331     if (Seen.insert(Ptr))
1332       ReadWrites.push_back(Ptr);
1333   }
1334
1335   for (I = Loads.begin(), IE = Loads.end(); I != IE; ++I) {
1336     LoadInst *LD = dyn_cast<LoadInst>(*I);
1337     assert(LD && "Bad LoadInst");
1338     Value* Ptr = LD->getPointerOperand();
1339     // If we did *not* see this pointer before, insert it to the
1340     // read list. If we *did* see it before, then it is already in
1341     // the read-write list. This allows us to vectorize expressions
1342     // such as A[i] += x;  Because the address of A[i] is a read-write
1343     // pointer. This only works if the index of A[i] is consecutive.
1344     // If the address of i is unknown (for example A[B[i]]) then we may
1345     // read a few words, modify, and write a few words, and some of the
1346     // words may be written to the same address.
1347     if (Seen.insert(Ptr) || !isConsecutiveGep(Ptr))
1348       Reads.push_back(Ptr);
1349   }
1350
1351   // Now that the pointers are in two lists (Reads and ReadWrites), we
1352   // can check that there are no conflicts between each of the writes and
1353   // between the writes to the reads.
1354   ValueSet WriteObjects;
1355   ValueVector TempObjects;
1356
1357   // Check that the read-writes do not conflict with other read-write
1358   // pointers.
1359   for (I = ReadWrites.begin(), IE = ReadWrites.end(); I != IE; ++I) {
1360     GetUnderlyingObjects(*I, TempObjects, DL);
1361     for (ValueVector::iterator it=TempObjects.begin(), e=TempObjects.end();
1362          it != e; ++it) {
1363       if (!isIdentifiedObject(*it)) {
1364         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified write ptr:"<< **it <<"\n");
1365         return false;
1366       }
1367       if (!WriteObjects.insert(*it)) {
1368         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a possible write-write reorder:"
1369               << **it <<"\n");
1370         return false;
1371       }
1372     }
1373     TempObjects.clear();
1374   }
1375
1376   /// Check that the reads don't conflict with the read-writes.
1377   for (I = Reads.begin(), IE = Reads.end(); I != IE; ++I) {
1378     GetUnderlyingObjects(*I, TempObjects, DL);
1379     for (ValueVector::iterator it=TempObjects.begin(), e=TempObjects.end();
1380          it != e; ++it) {
1381       if (!isIdentifiedObject(*it)) {
1382         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified read ptr:"<< **it <<"\n");
1383         return false;
1384       }
1385       if (WriteObjects.count(*it)) {
1386         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a possible read/write reorder:"
1387               << **it <<"\n");
1388         return false;
1389       }
1390     }
1391     TempObjects.clear();
1392   }
1393
1394   // All is okay.
1395   return true;
1396 }
1397
1398 bool LoopVectorizationLegality::AddReductionVar(PHINode *Phi,
1399                                                 ReductionKind Kind) {
1400   if (Phi->getNumIncomingValues() != 2)
1401     return false;
1402
1403   // Find the possible incoming reduction variable.
1404   BasicBlock *BB = Phi->getParent();
1405   int SelfEdgeIdx = Phi->getBasicBlockIndex(BB);
1406   int InEdgeBlockIdx = (SelfEdgeIdx ? 0 : 1); // The other entry.
1407   Value *RdxStart = Phi->getIncomingValue(InEdgeBlockIdx);
1408
1409   // ExitInstruction is the single value which is used outside the loop.
1410   // We only allow for a single reduction value to be used outside the loop.
1411   // This includes users of the reduction, variables (which form a cycle
1412   // which ends in the phi node).
1413   Instruction *ExitInstruction = 0;
1414
1415   // Iter is our iterator. We start with the PHI node and scan for all of the
1416   // users of this instruction. All users must be instructions which can be
1417   // used as reduction variables (such as ADD). We may have a single
1418   // out-of-block user. They cycle must end with the original PHI.
1419   // Also, we can't have multiple block-local users.
1420   Instruction *Iter = Phi;
1421   while (true) {
1422     // Any reduction instr must be of one of the allowed kinds.
1423     if (!isReductionInstr(Iter, Kind))
1424       return false;
1425
1426     // Did we found a user inside this block ?
1427     bool FoundInBlockUser = false;
1428     // Did we reach the initial PHI node ?
1429     bool FoundStartPHI = false;
1430
1431     // If the instruction has no users then this is a broken
1432     // chain and can't be a reduction variable.
1433     if (Iter->use_empty())
1434       return false;
1435
1436     // For each of the *users* of iter.
1437     for (Value::use_iterator it = Iter->use_begin(), e = Iter->use_end();
1438          it != e; ++it) {
1439       Instruction *U = cast<Instruction>(*it);
1440       // We already know that the PHI is a user.
1441       if (U == Phi) {
1442         FoundStartPHI = true;
1443         continue;
1444       }
1445       // Check if we found the exit user.
1446       BasicBlock *Parent = U->getParent();
1447       if (Parent != BB) {
1448         // We must have a single exit instruction.
1449         if (ExitInstruction != 0)
1450           return false;
1451         ExitInstruction = Iter;
1452       }
1453       // We can't have multiple inside users.
1454       if (FoundInBlockUser)
1455         return false;
1456       FoundInBlockUser = true;
1457       Iter = U;
1458     }
1459
1460     // We found a reduction var if we have reached the original
1461     // phi node and we only have a single instruction with out-of-loop
1462     // users.
1463    if (FoundStartPHI && ExitInstruction) {
1464      // This instruction is allowed to have out-of-loop users.
1465      AllowedExit.insert(ExitInstruction);
1466
1467      // Save the description of this reduction variable.
1468      ReductionDescriptor RD(RdxStart, ExitInstruction, Kind);
1469      Reductions[Phi] = RD;
1470      return true;
1471    }
1472   }
1473 }
1474
1475 bool
1476 LoopVectorizationLegality::isReductionInstr(Instruction *I,
1477                                             ReductionKind Kind) {
1478     switch (I->getOpcode()) {
1479     default:
1480       return false;
1481     case Instruction::PHI:
1482       // possibly.
1483       return true;
1484     case Instruction::Add:
1485     case Instruction::Sub:
1486       return Kind == IntegerAdd;
1487     case Instruction::Mul:
1488     case Instruction::UDiv:
1489     case Instruction::SDiv:
1490       return Kind == IntegerMult;
1491     case Instruction::And:
1492       return Kind == IntegerAnd;
1493     case Instruction::Or:
1494       return Kind == IntegerOr;
1495     case Instruction::Xor:
1496       return Kind == IntegerXor;
1497     }
1498 }
1499
1500 bool LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(PHINode *Phi) {
1501   // Check that the PHI is consecutive and starts at zero.
1502   const SCEV *PhiScev = SE->getSCEV(Phi);
1503   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PhiScev);
1504   if (!AR) {
1505     DEBUG(dbgs() << "LV: PHI is not a poly recurrence.\n");
1506     return false;
1507   }
1508   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
1509   const SCEV *Start = AR->getStart();
1510
1511   if (!Step->isOne() || !Start->isZero()) {
1512     DEBUG(dbgs() << "LV: PHI does not start at zero or steps by one.\n");
1513     return false;
1514   }
1515   return true;
1516 }
1517
1518 unsigned
1519 LoopVectorizationCostModel::findBestVectorizationFactor(unsigned VF) {
1520   if (!VTTI) {
1521     DEBUG(dbgs() << "LV: No vector target information. Not vectorizing. \n");
1522     return 1;
1523   }
1524
1525   float Cost = expectedCost(1);
1526   unsigned Width = 1;
1527   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalar loop costs: "<< (int)Cost << ".\n");
1528   for (unsigned i=2; i <= VF; i*=2) {
1529     // Notice that the vector loop needs to be executed less times, so
1530     // we need to divide the cost of the vector loops by the width of
1531     // the vector elements.
1532     float VectorCost = expectedCost(i) / (float)i;
1533     DEBUG(dbgs() << "LV: Vector loop of width "<< i << " costs: " <<
1534           (int)VectorCost << ".\n");
1535     if (VectorCost < Cost) {
1536       Cost = VectorCost;
1537       Width = i;
1538     }
1539   }
1540
1541   DEBUG(dbgs() << "LV: Selecting VF = : "<< Width << ".\n");
1542   return Width;
1543 }
1544
1545 unsigned LoopVectorizationCostModel::expectedCost(unsigned VF) {
1546   // We can only estimate the cost of single basic block loops.
1547   assert(1 == TheLoop->getNumBlocks() && "Too many blocks in loop");
1548
1549   BasicBlock *BB = TheLoop->getHeader();
1550   unsigned Cost = 0;
1551
1552   // For each instruction in the old loop.
1553   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
1554     Instruction *Inst = it;
1555     unsigned C = getInstructionCost(Inst, VF);
1556     Cost += C;
1557     DEBUG(dbgs() << "LV: Found an estimated cost of "<< C <<" for VF "<< VF <<
1558           " For instruction: "<< *Inst << "\n");
1559   }
1560
1561   return Cost;
1562 }
1563
1564 unsigned
1565 LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF) {
1566   assert(VTTI && "Invalid vector target transformation info");
1567
1568   // If we know that this instruction will remain uniform, check the cost of
1569   // the scalar version.
1570   if (Legal->isUniformAfterVectorization(I))
1571     VF = 1;
1572
1573   Type *RetTy = I->getType();
1574   Type *VectorTy = ToVectorTy(RetTy, VF);
1575
1576
1577   // TODO: We need to estimate the cost of intrinsic calls.
1578   switch (I->getOpcode()) {
1579     case Instruction::GetElementPtr:
1580       // We mark this instruction as zero-cost because scalar GEPs are usually
1581       // lowered to the intruction addressing mode. At the moment we don't
1582       // generate vector geps.
1583       return 0;
1584     case Instruction::Br: {
1585       return VTTI->getCFInstrCost(I->getOpcode());
1586     }
1587     case Instruction::PHI:
1588       return 0;
1589     case Instruction::Add:
1590     case Instruction::FAdd:
1591     case Instruction::Sub:
1592     case Instruction::FSub:
1593     case Instruction::Mul:
1594     case Instruction::FMul:
1595     case Instruction::UDiv:
1596     case Instruction::SDiv:
1597     case Instruction::FDiv:
1598     case Instruction::URem:
1599     case Instruction::SRem:
1600     case Instruction::FRem:
1601     case Instruction::Shl:
1602     case Instruction::LShr:
1603     case Instruction::AShr:
1604     case Instruction::And:
1605     case Instruction::Or:
1606     case Instruction::Xor: {
1607       return VTTI->getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy);
1608     }
1609     case Instruction::Select: {
1610       SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
1611       const SCEV *CondSCEV = SE->getSCEV(SI->getCondition());
1612       bool ScalarCond = (SE->isLoopInvariant(CondSCEV, TheLoop));
1613       Type *CondTy = SI->getCondition()->getType();
1614       if (ScalarCond)
1615         CondTy = VectorType::get(CondTy, VF);
1616
1617       return VTTI->getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, CondTy);
1618     }
1619     case Instruction::ICmp:
1620     case Instruction::FCmp: {
1621       Type *ValTy = I->getOperand(0)->getType();
1622       VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
1623       return VTTI->getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy);
1624     }
1625     case Instruction::Store: {
1626       StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1627       Type *ValTy = SI->getValueOperand()->getType();
1628       VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
1629
1630       if (VF == 1)
1631         return VTTI->getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy,
1632                               SI->getAlignment(), SI->getPointerAddressSpace());
1633
1634       // Scalarized stores.
1635       if (!Legal->isConsecutiveGep(SI->getPointerOperand())) {
1636         unsigned Cost = 0;
1637         unsigned ExtCost = VTTI->getInstrCost(Instruction::ExtractElement,
1638                                               ValTy);
1639         // The cost of extracting from the value vector.
1640         Cost += VF * (ExtCost);
1641         // The cost of the scalar stores.
1642         Cost += VF * VTTI->getMemoryOpCost(I->getOpcode(),
1643                                            ValTy->getScalarType(),
1644                                            SI->getAlignment(),
1645                                            SI->getPointerAddressSpace());
1646         return Cost;
1647       }
1648
1649       // Wide stores.
1650       return VTTI->getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, SI->getAlignment(),
1651                                    SI->getPointerAddressSpace());
1652     }
1653     case Instruction::Load: {
1654       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(I);
1655
1656       if (VF == 1)
1657         return VTTI->getMemoryOpCost(I->getOpcode(), RetTy,
1658                                      LI->getAlignment(),
1659                                      LI->getPointerAddressSpace());
1660
1661       // Scalarized loads.
1662       if (!Legal->isConsecutiveGep(LI->getPointerOperand())) {
1663         unsigned Cost = 0;
1664         unsigned InCost = VTTI->getInstrCost(Instruction::InsertElement, RetTy);
1665         // The cost of inserting the loaded value into the result vector.
1666         Cost += VF * (InCost);
1667         // The cost of the scalar stores.
1668         Cost += VF * VTTI->getMemoryOpCost(I->getOpcode(),
1669                                            RetTy->getScalarType(),
1670                                            LI->getAlignment(),
1671                                            LI->getPointerAddressSpace());
1672         return Cost;
1673       }
1674
1675       // Wide loads.
1676       return VTTI->getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, LI->getAlignment(),
1677                                    LI->getPointerAddressSpace());
1678     }
1679     case Instruction::ZExt:
1680     case Instruction::SExt:
1681     case Instruction::FPToUI:
1682     case Instruction::FPToSI:
1683     case Instruction::FPExt:
1684     case Instruction::PtrToInt:
1685     case Instruction::IntToPtr:
1686     case Instruction::SIToFP:
1687     case Instruction::UIToFP:
1688     case Instruction::Trunc:
1689     case Instruction::FPTrunc:
1690     case Instruction::BitCast: {
1691       Type *SrcVecTy = ToVectorTy(I->getOperand(0)->getType(), VF);
1692       return VTTI->getCastInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, SrcVecTy);
1693     }
1694     default: {
1695       // We are scalarizing the instruction. Return the cost of the scalar
1696       // instruction, plus the cost of insert and extract into vector
1697       // elements, times the vector width.
1698       unsigned Cost = 0;
1699
1700       bool IsVoid = RetTy->isVoidTy();
1701
1702       unsigned InsCost = (IsVoid ? 0 :
1703                           VTTI->getInstrCost(Instruction::InsertElement,
1704                                              VectorTy));
1705
1706       unsigned ExtCost = VTTI->getInstrCost(Instruction::ExtractElement,
1707                                             VectorTy);
1708
1709       // The cost of inserting the results plus extracting each one of the
1710       // operands.
1711       Cost += VF * (InsCost + ExtCost * I->getNumOperands());
1712
1713       // The cost of executing VF copies of the scalar instruction.
1714       Cost += VF * VTTI->getInstrCost(I->getOpcode(), RetTy);
1715       return Cost;
1716     }
1717   }// end of switch.
1718 }
1719
1720 Type* LoopVectorizationCostModel::ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF) {
1721   if (Scalar->isVoidTy() || VF == 1)
1722     return Scalar;
1723   return VectorType::get(Scalar, VF);
1724 }
1725
1726 } // namespace
1727
1728 char LoopVectorize::ID = 0;
1729 static const char lv_name[] = "Loop Vectorization";
1730 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
1731 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
1732 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
1733 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
1734 INITIALIZE_PASS_END(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
1735
1736 namespace llvm {
1737   Pass *createLoopVectorizePass() {
1738     return new LoopVectorize();
1739   }
1740 }
1741