[vectorizer] Completely disable the block frequency guidance of the loop
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Vectorize / LoopVectorize.cpp
1 //===- LoopVectorize.cpp - A Loop Vectorizer ------------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This is the LLVM loop vectorizer. This pass modifies 'vectorizable' loops
11 // and generates target-independent LLVM-IR.
12 // The vectorizer uses the TargetTransformInfo analysis to estimate the costs
13 // of instructions in order to estimate the profitability of vectorization.
14 //
15 // The loop vectorizer combines consecutive loop iterations into a single
16 // 'wide' iteration. After this transformation the index is incremented
17 // by the SIMD vector width, and not by one.
18 //
19 // This pass has three parts:
20 // 1. The main loop pass that drives the different parts.
21 // 2. LoopVectorizationLegality - A unit that checks for the legality
22 //    of the vectorization.
23 // 3. InnerLoopVectorizer - A unit that performs the actual
24 //    widening of instructions.
25 // 4. LoopVectorizationCostModel - A unit that checks for the profitability
26 //    of vectorization. It decides on the optimal vector width, which
27 //    can be one, if vectorization is not profitable.
28 //
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30 //
31 // The reduction-variable vectorization is based on the paper:
32 //  D. Nuzman and R. Henderson. Multi-platform Auto-vectorization.
33 //
34 // Variable uniformity checks are inspired by:
35 //  Karrenberg, R. and Hack, S. Whole Function Vectorization.
36 //
37 // 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/EquivalenceClasses.h"
51 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
52 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
53 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
54 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
55 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
56 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
57 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
58 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
59 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfo.h"
60 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
61 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
62 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
63 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
64 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
65 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
66 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
67 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
68 #include "llvm/IR/Constants.h"
69 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
70 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
71 #include "llvm/IR/Dominators.h"
72 #include "llvm/IR/Function.h"
73 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
74 #include "llvm/IR/Instructions.h"
75 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
76 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
77 #include "llvm/IR/Module.h"
78 #include "llvm/IR/Type.h"
79 #include "llvm/IR/Value.h"
80 #include "llvm/IR/Verifier.h"
81 #include "llvm/Pass.h"
82 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
83 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
84 #include "llvm/Support/Debug.h"
85 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
86 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
87 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
88 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
89 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
90 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
91 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
92 #include <algorithm>
93 #include <map>
94
95 using namespace llvm;
96 using namespace llvm::PatternMatch;
97
98 static cl::opt<unsigned>
99 VectorizationFactor("force-vector-width", cl::init(0), cl::Hidden,
100                     cl::desc("Sets the SIMD width. Zero is autoselect."));
101
102 static cl::opt<unsigned>
103 VectorizationUnroll("force-vector-unroll", cl::init(0), cl::Hidden,
104                     cl::desc("Sets the vectorization unroll count. "
105                              "Zero is autoselect."));
106
107 static cl::opt<bool>
108 EnableIfConversion("enable-if-conversion", cl::init(true), cl::Hidden,
109                    cl::desc("Enable if-conversion during vectorization."));
110
111 /// We don't vectorize loops with a known constant trip count below this number.
112 static cl::opt<unsigned>
113 TinyTripCountVectorThreshold("vectorizer-min-trip-count", cl::init(16),
114                              cl::Hidden,
115                              cl::desc("Don't vectorize loops with a constant "
116                                       "trip count that is smaller than this "
117                                       "value."));
118
119 /// This enables versioning on the strides of symbolically striding memory
120 /// accesses in code like the following.
121 ///   for (i = 0; i < N; ++i)
122 ///     A[i * Stride1] += B[i * Stride2] ...
123 ///
124 /// Will be roughly translated to
125 ///    if (Stride1 == 1 && Stride2 == 1) {
126 ///      for (i = 0; i < N; i+=4)
127 ///       A[i:i+3] += ...
128 ///    } else
129 ///      ...
130 static cl::opt<bool> EnableMemAccessVersioning(
131     "enable-mem-access-versioning", cl::init(true), cl::Hidden,
132     cl::desc("Enable symblic stride memory access versioning"));
133
134 /// We don't unroll loops with a known constant trip count below this number.
135 static const unsigned TinyTripCountUnrollThreshold = 128;
136
137 /// When performing memory disambiguation checks at runtime do not make more
138 /// than this number of comparisons.
139 static const unsigned RuntimeMemoryCheckThreshold = 8;
140
141 /// Maximum simd width.
142 static const unsigned MaxVectorWidth = 64;
143
144 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumScalarRegs(
145     "force-target-num-scalar-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
146     cl::desc("A flag that overrides the target's number of scalar registers."));
147
148 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumVectorRegs(
149     "force-target-num-vector-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
150     cl::desc("A flag that overrides the target's number of vector registers."));
151
152 /// Maximum vectorization unroll count.
153 static const unsigned MaxUnrollFactor = 16;
154
155 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxScalarUnrollFactor(
156     "force-target-max-scalar-unroll", cl::init(0), cl::Hidden,
157     cl::desc("A flag that overrides the target's max unroll factor for scalar "
158              "loops."));
159
160 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxVectorUnrollFactor(
161     "force-target-max-vector-unroll", cl::init(0), cl::Hidden,
162     cl::desc("A flag that overrides the target's max unroll factor for "
163              "vectorized loops."));
164
165 static cl::opt<unsigned> ForceTargetInstructionCost(
166     "force-target-instruction-cost", cl::init(0), cl::Hidden,
167     cl::desc("A flag that overrides the target's expected cost for "
168              "an instruction to a single constant value. Mostly "
169              "useful for getting consistent testing."));
170
171 static cl::opt<unsigned> SmallLoopCost(
172     "small-loop-cost", cl::init(20), cl::Hidden,
173     cl::desc("The cost of a loop that is considered 'small' by the unroller."));
174
175 static cl::opt<bool> LoopVectorizeWithBlockFrequency(
176     "loop-vectorize-with-block-frequency", cl::init(false), cl::Hidden,
177     cl::desc("Enable the use of the block frequency analysis to access PGO "
178              "heuristics minimizing code growth in cold regions and being more "
179              "aggressive in hot regions."));
180
181 // Runtime unroll loops for load/store throughput.
182 static cl::opt<bool> EnableLoadStoreRuntimeUnroll(
183     "enable-loadstore-runtime-unroll", cl::init(false), cl::Hidden,
184     cl::desc("Enable runtime unrolling until load/store ports are saturated"));
185
186 /// The number of stores in a loop that are allowed to need predication.
187 static cl::opt<unsigned> NumberOfStoresToPredicate(
188     "vectorize-num-stores-pred", cl::init(0), cl::Hidden,
189     cl::desc("Max number of stores to be predicated behind an if."));
190
191 static cl::opt<bool> EnableCondStoresVectorization(
192     "enable-cond-stores-vec", cl::init(false), cl::Hidden,
193     cl::desc("Enable if predication of stores during vectorization."));
194
195 namespace {
196
197 // Forward declarations.
198 class LoopVectorizationLegality;
199 class LoopVectorizationCostModel;
200
201 /// InnerLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
202 /// block to a specified vectorization factor (VF).
203 /// This class performs the widening of scalars into vectors, or multiple
204 /// scalars. This class also implements the following features:
205 /// * It inserts an epilogue loop for handling loops that don't have iteration
206 ///   counts that are known to be a multiple of the vectorization factor.
207 /// * It handles the code generation for reduction variables.
208 /// * Scalarization (implementation using scalars) of un-vectorizable
209 ///   instructions.
210 /// InnerLoopVectorizer does not perform any vectorization-legality
211 /// checks, and relies on the caller to check for the different legality
212 /// aspects. The InnerLoopVectorizer relies on the
213 /// LoopVectorizationLegality class to provide information about the induction
214 /// and reduction variables that were found to a given vectorization factor.
215 class InnerLoopVectorizer {
216 public:
217   InnerLoopVectorizer(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
218                       DominatorTree *DT, DataLayout *DL,
219                       const TargetLibraryInfo *TLI, unsigned VecWidth,
220                       unsigned UnrollFactor)
221       : OrigLoop(OrigLoop), SE(SE), LI(LI), DT(DT), DL(DL), TLI(TLI),
222         VF(VecWidth), UF(UnrollFactor), Builder(SE->getContext()), Induction(0),
223         OldInduction(0), WidenMap(UnrollFactor), Legal(0) {}
224
225   // Perform the actual loop widening (vectorization).
226   void vectorize(LoopVectorizationLegality *L) {
227     Legal = L;
228     // Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
229     createEmptyLoop();
230     // Widen each instruction in the old loop to a new one in the new loop.
231     // Use the Legality module to find the induction and reduction variables.
232     vectorizeLoop();
233     // Register the new loop and update the analysis passes.
234     updateAnalysis();
235   }
236
237   virtual ~InnerLoopVectorizer() {}
238
239 protected:
240   /// A small list of PHINodes.
241   typedef SmallVector<PHINode*, 4> PhiVector;
242   /// When we unroll loops we have multiple vector values for each scalar.
243   /// This data structure holds the unrolled and vectorized values that
244   /// originated from one scalar instruction.
245   typedef SmallVector<Value*, 2> VectorParts;
246
247   // When we if-convert we need create edge masks. We have to cache values so
248   // that we don't end up with exponential recursion/IR.
249   typedef DenseMap<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>,
250                    VectorParts> EdgeMaskCache;
251
252   /// \brief Add code that checks at runtime if the accessed arrays overlap.
253   ///
254   /// Returns a pair of instructions where the first element is the first
255   /// instruction generated in possibly a sequence of instructions and the
256   /// second value is the final comparator value or NULL if no check is needed.
257   std::pair<Instruction *, Instruction *> addRuntimeCheck(Instruction *Loc);
258
259   /// \brief Add checks for strides that where assumed to be 1.
260   ///
261   /// Returns the last check instruction and the first check instruction in the
262   /// pair as (first, last).
263   std::pair<Instruction *, Instruction *> addStrideCheck(Instruction *Loc);
264
265   /// Create an empty loop, based on the loop ranges of the old loop.
266   void createEmptyLoop();
267   /// Copy and widen the instructions from the old loop.
268   virtual void vectorizeLoop();
269
270   /// \brief The Loop exit block may have single value PHI nodes where the
271   /// incoming value is 'Undef'. While vectorizing we only handled real values
272   /// that were defined inside the loop. Here we fix the 'undef case'.
273   /// See PR14725.
274   void fixLCSSAPHIs();
275
276   /// A helper function that computes the predicate of the block BB, assuming
277   /// that the header block of the loop is set to True. It returns the *entry*
278   /// mask for the block BB.
279   VectorParts createBlockInMask(BasicBlock *BB);
280   /// A helper function that computes the predicate of the edge between SRC
281   /// and DST.
282   VectorParts createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst);
283
284   /// A helper function to vectorize a single BB within the innermost loop.
285   void vectorizeBlockInLoop(BasicBlock *BB, PhiVector *PV);
286
287   /// Vectorize a single PHINode in a block. This method handles the induction
288   /// variable canonicalization. It supports both VF = 1 for unrolled loops and
289   /// arbitrary length vectors.
290   void widenPHIInstruction(Instruction *PN, VectorParts &Entry,
291                            unsigned UF, unsigned VF, PhiVector *PV);
292
293   /// Insert the new loop to the loop hierarchy and pass manager
294   /// and update the analysis passes.
295   void updateAnalysis();
296
297   /// This instruction is un-vectorizable. Implement it as a sequence
298   /// of scalars. If \p IfPredicateStore is true we need to 'hide' each
299   /// scalarized instruction behind an if block predicated on the control
300   /// dependence of the instruction.
301   virtual void scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
302                                     bool IfPredicateStore=false);
303
304   /// Vectorize Load and Store instructions,
305   virtual void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr);
306
307   /// Create a broadcast instruction. This method generates a broadcast
308   /// instruction (shuffle) for loop invariant values and for the induction
309   /// value. If this is the induction variable then we extend it to N, N+1, ...
310   /// this is needed because each iteration in the loop corresponds to a SIMD
311   /// element.
312   virtual Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
313
314   /// This function adds 0, 1, 2 ... to each vector element, starting at zero.
315   /// If Negate is set then negative numbers are added e.g. (0, -1, -2, ...).
316   /// The sequence starts at StartIndex.
317   virtual Value *getConsecutiveVector(Value* Val, int StartIdx, bool Negate);
318
319   /// When we go over instructions in the basic block we rely on previous
320   /// values within the current basic block or on loop invariant values.
321   /// When we widen (vectorize) values we place them in the map. If the values
322   /// are not within the map, they have to be loop invariant, so we simply
323   /// broadcast them into a vector.
324   VectorParts &getVectorValue(Value *V);
325
326   /// Generate a shuffle sequence that will reverse the vector Vec.
327   virtual Value *reverseVector(Value *Vec);
328
329   /// This is a helper class that holds the vectorizer state. It maps scalar
330   /// instructions to vector instructions. When the code is 'unrolled' then
331   /// then a single scalar value is mapped to multiple vector parts. The parts
332   /// are stored in the VectorPart type.
333   struct ValueMap {
334     /// C'tor.  UnrollFactor controls the number of vectors ('parts') that
335     /// are mapped.
336     ValueMap(unsigned UnrollFactor) : UF(UnrollFactor) {}
337
338     /// \return True if 'Key' is saved in the Value Map.
339     bool has(Value *Key) const { return MapStorage.count(Key); }
340
341     /// Initializes a new entry in the map. Sets all of the vector parts to the
342     /// save value in 'Val'.
343     /// \return A reference to a vector with splat values.
344     VectorParts &splat(Value *Key, Value *Val) {
345       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
346       Entry.assign(UF, Val);
347       return Entry;
348     }
349
350     ///\return A reference to the value that is stored at 'Key'.
351     VectorParts &get(Value *Key) {
352       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
353       if (Entry.empty())
354         Entry.resize(UF);
355       assert(Entry.size() == UF);
356       return Entry;
357     }
358
359   private:
360     /// The unroll factor. Each entry in the map stores this number of vector
361     /// elements.
362     unsigned UF;
363
364     /// Map storage. We use std::map and not DenseMap because insertions to a
365     /// dense map invalidates its iterators.
366     std::map<Value *, VectorParts> MapStorage;
367   };
368
369   /// The original loop.
370   Loop *OrigLoop;
371   /// Scev analysis to use.
372   ScalarEvolution *SE;
373   /// Loop Info.
374   LoopInfo *LI;
375   /// Dominator Tree.
376   DominatorTree *DT;
377   /// Data Layout.
378   DataLayout *DL;
379   /// Target Library Info.
380   const TargetLibraryInfo *TLI;
381
382   /// The vectorization SIMD factor to use. Each vector will have this many
383   /// vector elements.
384   unsigned VF;
385
386 protected:
387   /// The vectorization unroll factor to use. Each scalar is vectorized to this
388   /// many different vector instructions.
389   unsigned UF;
390
391   /// The builder that we use
392   IRBuilder<> Builder;
393
394   // --- Vectorization state ---
395
396   /// The vector-loop preheader.
397   BasicBlock *LoopVectorPreHeader;
398   /// The scalar-loop preheader.
399   BasicBlock *LoopScalarPreHeader;
400   /// Middle Block between the vector and the scalar.
401   BasicBlock *LoopMiddleBlock;
402   ///The ExitBlock of the scalar loop.
403   BasicBlock *LoopExitBlock;
404   ///The vector loop body.
405   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopVectorBody;
406   ///The scalar loop body.
407   BasicBlock *LoopScalarBody;
408   /// A list of all bypass blocks. The first block is the entry of the loop.
409   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopBypassBlocks;
410
411   /// The new Induction variable which was added to the new block.
412   PHINode *Induction;
413   /// The induction variable of the old basic block.
414   PHINode *OldInduction;
415   /// Holds the extended (to the widest induction type) start index.
416   Value *ExtendedIdx;
417   /// Maps scalars to widened vectors.
418   ValueMap WidenMap;
419   EdgeMaskCache MaskCache;
420
421   LoopVectorizationLegality *Legal;
422 };
423
424 class InnerLoopUnroller : public InnerLoopVectorizer {
425 public:
426   InnerLoopUnroller(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
427                     DominatorTree *DT, DataLayout *DL,
428                     const TargetLibraryInfo *TLI, unsigned UnrollFactor) :
429     InnerLoopVectorizer(OrigLoop, SE, LI, DT, DL, TLI, 1, UnrollFactor) { }
430
431 private:
432   virtual void scalarizeInstruction(Instruction *Instr, bool IfPredicateStore = false);
433   virtual void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr);
434   virtual Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
435   virtual Value *getConsecutiveVector(Value* Val, int StartIdx, bool Negate);
436   virtual Value *reverseVector(Value *Vec);
437 };
438
439 /// \brief Look for a meaningful debug location on the instruction or it's
440 /// operands.
441 static Instruction *getDebugLocFromInstOrOperands(Instruction *I) {
442   if (!I)
443     return I;
444
445   DebugLoc Empty;
446   if (I->getDebugLoc() != Empty)
447     return I;
448
449   for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end(); OI != OE; ++OI) {
450     if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OI))
451       if (OpInst->getDebugLoc() != Empty)
452         return OpInst;
453   }
454
455   return I;
456 }
457
458 /// \brief Set the debug location in the builder using the debug location in the
459 /// instruction.
460 static void setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr) {
461   if (const Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(Ptr))
462     B.SetCurrentDebugLocation(Inst->getDebugLoc());
463   else
464     B.SetCurrentDebugLocation(DebugLoc());
465 }
466
467 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
468 /// to what vectorization factor.
469 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
470 /// legality. This class has two main kinds of checks:
471 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
472 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
473 ///   correctness of the program.
474 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeInstrs and canVectorizeMemory
475 /// checks for a number of different conditions, such as the availability of a
476 /// single induction variable, that all types are supported and vectorize-able,
477 /// etc. This code reflects the capabilities of InnerLoopVectorizer.
478 /// This class is also used by InnerLoopVectorizer for identifying
479 /// induction variable and the different reduction variables.
480 class LoopVectorizationLegality {
481 public:
482   unsigned NumLoads;
483   unsigned NumStores;
484   unsigned NumPredStores;
485
486   LoopVectorizationLegality(Loop *L, ScalarEvolution *SE, DataLayout *DL,
487                             DominatorTree *DT, TargetLibraryInfo *TLI)
488       : NumLoads(0), NumStores(0), NumPredStores(0), TheLoop(L), SE(SE), DL(DL),
489         DT(DT), TLI(TLI), Induction(0), WidestIndTy(0), HasFunNoNaNAttr(false),
490         MaxSafeDepDistBytes(-1U) {}
491
492   /// This enum represents the kinds of reductions that we support.
493   enum ReductionKind {
494     RK_NoReduction, ///< Not a reduction.
495     RK_IntegerAdd,  ///< Sum of integers.
496     RK_IntegerMult, ///< Product of integers.
497     RK_IntegerOr,   ///< Bitwise or logical OR of numbers.
498     RK_IntegerAnd,  ///< Bitwise or logical AND of numbers.
499     RK_IntegerXor,  ///< Bitwise or logical XOR of numbers.
500     RK_IntegerMinMax, ///< Min/max implemented in terms of select(cmp()).
501     RK_FloatAdd,    ///< Sum of floats.
502     RK_FloatMult,   ///< Product of floats.
503     RK_FloatMinMax  ///< Min/max implemented in terms of select(cmp()).
504   };
505
506   /// This enum represents the kinds of inductions that we support.
507   enum InductionKind {
508     IK_NoInduction,         ///< Not an induction variable.
509     IK_IntInduction,        ///< Integer induction variable. Step = 1.
510     IK_ReverseIntInduction, ///< Reverse int induction variable. Step = -1.
511     IK_PtrInduction,        ///< Pointer induction var. Step = sizeof(elem).
512     IK_ReversePtrInduction  ///< Reverse ptr indvar. Step = - sizeof(elem).
513   };
514
515   // This enum represents the kind of minmax reduction.
516   enum MinMaxReductionKind {
517     MRK_Invalid,
518     MRK_UIntMin,
519     MRK_UIntMax,
520     MRK_SIntMin,
521     MRK_SIntMax,
522     MRK_FloatMin,
523     MRK_FloatMax
524   };
525
526   /// This struct holds information about reduction variables.
527   struct ReductionDescriptor {
528     ReductionDescriptor() : StartValue(0), LoopExitInstr(0),
529       Kind(RK_NoReduction), MinMaxKind(MRK_Invalid) {}
530
531     ReductionDescriptor(Value *Start, Instruction *Exit, ReductionKind K,
532                         MinMaxReductionKind MK)
533         : StartValue(Start), LoopExitInstr(Exit), Kind(K), MinMaxKind(MK) {}
534
535     // The starting value of the reduction.
536     // It does not have to be zero!
537     TrackingVH<Value> StartValue;
538     // The instruction who's value is used outside the loop.
539     Instruction *LoopExitInstr;
540     // The kind of the reduction.
541     ReductionKind Kind;
542     // If this a min/max reduction the kind of reduction.
543     MinMaxReductionKind MinMaxKind;
544   };
545
546   /// This POD struct holds information about a potential reduction operation.
547   struct ReductionInstDesc {
548     ReductionInstDesc(bool IsRedux, Instruction *I) :
549       IsReduction(IsRedux), PatternLastInst(I), MinMaxKind(MRK_Invalid) {}
550
551     ReductionInstDesc(Instruction *I, MinMaxReductionKind K) :
552       IsReduction(true), PatternLastInst(I), MinMaxKind(K) {}
553
554     // Is this instruction a reduction candidate.
555     bool IsReduction;
556     // The last instruction in a min/max pattern (select of the select(icmp())
557     // pattern), or the current reduction instruction otherwise.
558     Instruction *PatternLastInst;
559     // If this is a min/max pattern the comparison predicate.
560     MinMaxReductionKind MinMaxKind;
561   };
562
563   /// This struct holds information about the memory runtime legality
564   /// check that a group of pointers do not overlap.
565   struct RuntimePointerCheck {
566     RuntimePointerCheck() : Need(false) {}
567
568     /// Reset the state of the pointer runtime information.
569     void reset() {
570       Need = false;
571       Pointers.clear();
572       Starts.clear();
573       Ends.clear();
574       IsWritePtr.clear();
575       DependencySetId.clear();
576     }
577
578     /// Insert a pointer and calculate the start and end SCEVs.
579     void insert(ScalarEvolution *SE, Loop *Lp, Value *Ptr, bool WritePtr,
580                 unsigned DepSetId, ValueToValueMap &Strides);
581
582     /// This flag indicates if we need to add the runtime check.
583     bool Need;
584     /// Holds the pointers that we need to check.
585     SmallVector<TrackingVH<Value>, 2> Pointers;
586     /// Holds the pointer value at the beginning of the loop.
587     SmallVector<const SCEV*, 2> Starts;
588     /// Holds the pointer value at the end of the loop.
589     SmallVector<const SCEV*, 2> Ends;
590     /// Holds the information if this pointer is used for writing to memory.
591     SmallVector<bool, 2> IsWritePtr;
592     /// Holds the id of the set of pointers that could be dependent because of a
593     /// shared underlying object.
594     SmallVector<unsigned, 2> DependencySetId;
595   };
596
597   /// A struct for saving information about induction variables.
598   struct InductionInfo {
599     InductionInfo(Value *Start, InductionKind K) : StartValue(Start), IK(K) {}
600     InductionInfo() : StartValue(0), IK(IK_NoInduction) {}
601     /// Start value.
602     TrackingVH<Value> StartValue;
603     /// Induction kind.
604     InductionKind IK;
605   };
606
607   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
608   /// of the reductions that were found in the loop.
609   typedef DenseMap<PHINode*, ReductionDescriptor> ReductionList;
610
611   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
612   /// induction descriptor.
613   typedef MapVector<PHINode*, InductionInfo> InductionList;
614
615   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
616   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
617   /// loop, only that it is legal to do so.
618   bool canVectorize();
619
620   /// Returns the Induction variable.
621   PHINode *getInduction() { return Induction; }
622
623   /// Returns the reduction variables found in the loop.
624   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
625
626   /// Returns the induction variables found in the loop.
627   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
628
629   /// Returns the widest induction type.
630   Type *getWidestInductionType() { return WidestIndTy; }
631
632   /// Returns True if V is an induction variable in this loop.
633   bool isInductionVariable(const Value *V);
634
635   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
636   /// to be vectorized.
637   bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB);
638
639   /// Check if this  pointer is consecutive when vectorizing. This happens
640   /// when the last index of the GEP is the induction variable, or that the
641   /// pointer itself is an induction variable.
642   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
643   /// Returns:
644   /// 0 - Stride is unknown or non-consecutive.
645   /// 1 - Address is consecutive.
646   /// -1 - Address is consecutive, and decreasing.
647   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
648
649   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
650   bool isUniform(Value *V);
651
652   /// Returns true if this instruction will remain scalar after vectorization.
653   bool isUniformAfterVectorization(Instruction* I) { return Uniforms.count(I); }
654
655   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
656   RuntimePointerCheck *getRuntimePointerCheck() { return &PtrRtCheck; }
657
658   /// This function returns the identity element (or neutral element) for
659   /// the operation K.
660   static Constant *getReductionIdentity(ReductionKind K, Type *Tp);
661
662   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return MaxSafeDepDistBytes; }
663
664   bool hasStride(Value *V) { return StrideSet.count(V); }
665   bool mustCheckStrides() { return !StrideSet.empty(); }
666   SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator strides_begin() {
667     return StrideSet.begin();
668   }
669   SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator strides_end() { return StrideSet.end(); }
670
671 private:
672   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
673   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
674   /// and we only need to check individual instructions.
675   bool canVectorizeInstrs();
676
677   /// When we vectorize loops we may change the order in which
678   /// we read and write from memory. This method checks if it is
679   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
680   /// Returns true if the loop is vectorizable
681   bool canVectorizeMemory();
682
683   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
684   /// transformation.
685   bool canVectorizeWithIfConvert();
686
687   /// Collect the variables that need to stay uniform after vectorization.
688   void collectLoopUniforms();
689
690   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
691   /// executed. \p SafePtrs is a list of addresses that are known to be legal
692   /// and we know that we can read from them without segfault.
693   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB, SmallPtrSet<Value *, 8>& SafePtrs);
694
695   /// Returns True, if 'Phi' is the kind of reduction variable for type
696   /// 'Kind'. If this is a reduction variable, it adds it to ReductionList.
697   bool AddReductionVar(PHINode *Phi, ReductionKind Kind);
698   /// Returns a struct describing if the instruction 'I' can be a reduction
699   /// variable of type 'Kind'. If the reduction is a min/max pattern of
700   /// select(icmp()) this function advances the instruction pointer 'I' from the
701   /// compare instruction to the select instruction and stores this pointer in
702   /// 'PatternLastInst' member of the returned struct.
703   ReductionInstDesc isReductionInstr(Instruction *I, ReductionKind Kind,
704                                      ReductionInstDesc &Desc);
705   /// Returns true if the instruction is a Select(ICmp(X, Y), X, Y) instruction
706   /// pattern corresponding to a min(X, Y) or max(X, Y).
707   static ReductionInstDesc isMinMaxSelectCmpPattern(Instruction *I,
708                                                     ReductionInstDesc &Prev);
709   /// Returns the induction kind of Phi. This function may return NoInduction
710   /// if the PHI is not an induction variable.
711   InductionKind isInductionVariable(PHINode *Phi);
712
713   /// \brief Collect memory access with loop invariant strides.
714   ///
715   /// Looks for accesses like "a[i * StrideA]" where "StrideA" is loop
716   /// invariant.
717   void collectStridedAcccess(Value *LoadOrStoreInst);
718
719   /// The loop that we evaluate.
720   Loop *TheLoop;
721   /// Scev analysis.
722   ScalarEvolution *SE;
723   /// DataLayout analysis.
724   DataLayout *DL;
725   /// Dominators.
726   DominatorTree *DT;
727   /// Target Library Info.
728   TargetLibraryInfo *TLI;
729
730   //  ---  vectorization state --- //
731
732   /// Holds the integer induction variable. This is the counter of the
733   /// loop.
734   PHINode *Induction;
735   /// Holds the reduction variables.
736   ReductionList Reductions;
737   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
738   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
739   /// variables can be pointers.
740   InductionList Inductions;
741   /// Holds the widest induction type encountered.
742   Type *WidestIndTy;
743
744   /// Allowed outside users. This holds the reduction
745   /// vars which can be accessed from outside the loop.
746   SmallPtrSet<Value*, 4> AllowedExit;
747   /// This set holds the variables which are known to be uniform after
748   /// vectorization.
749   SmallPtrSet<Instruction*, 4> Uniforms;
750   /// We need to check that all of the pointers in this list are disjoint
751   /// at runtime.
752   RuntimePointerCheck PtrRtCheck;
753   /// Can we assume the absence of NaNs.
754   bool HasFunNoNaNAttr;
755
756   unsigned MaxSafeDepDistBytes;
757
758   ValueToValueMap Strides;
759   SmallPtrSet<Value *, 8> StrideSet;
760 };
761
762 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
763 /// vectorization.
764 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because of
765 /// a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict the
766 /// expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set. We use the
767 /// TargetTransformInfo to query the different backends for the cost of
768 /// different operations.
769 class LoopVectorizationCostModel {
770 public:
771   LoopVectorizationCostModel(Loop *L, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
772                              LoopVectorizationLegality *Legal,
773                              const TargetTransformInfo &TTI,
774                              DataLayout *DL, const TargetLibraryInfo *TLI)
775       : TheLoop(L), SE(SE), LI(LI), Legal(Legal), TTI(TTI), DL(DL), TLI(TLI) {}
776
777   /// Information about vectorization costs
778   struct VectorizationFactor {
779     unsigned Width; // Vector width with best cost
780     unsigned Cost; // Cost of the loop with that width
781   };
782   /// \return The most profitable vectorization factor and the cost of that VF.
783   /// This method checks every power of two up to VF. If UserVF is not ZERO
784   /// then this vectorization factor will be selected if vectorization is
785   /// possible.
786   VectorizationFactor selectVectorizationFactor(bool OptForSize,
787                                                 unsigned UserVF);
788
789   /// \return The size (in bits) of the widest type in the code that
790   /// needs to be vectorized. We ignore values that remain scalar such as
791   /// 64 bit loop indices.
792   unsigned getWidestType();
793
794   /// \return The most profitable unroll factor.
795   /// If UserUF is non-zero then this method finds the best unroll-factor
796   /// based on register pressure and other parameters.
797   /// VF and LoopCost are the selected vectorization factor and the cost of the
798   /// selected VF.
799   unsigned selectUnrollFactor(bool OptForSize, unsigned UserUF, unsigned VF,
800                               unsigned LoopCost);
801
802   /// \brief A struct that represents some properties of the register usage
803   /// of a loop.
804   struct RegisterUsage {
805     /// Holds the number of loop invariant values that are used in the loop.
806     unsigned LoopInvariantRegs;
807     /// Holds the maximum number of concurrent live intervals in the loop.
808     unsigned MaxLocalUsers;
809     /// Holds the number of instructions in the loop.
810     unsigned NumInstructions;
811   };
812
813   /// \return  information about the register usage of the loop.
814   RegisterUsage calculateRegisterUsage();
815
816 private:
817   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
818   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
819   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
820   /// the factor width.
821   unsigned expectedCost(unsigned VF);
822
823   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
824   /// width. Vector width of one means scalar.
825   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
826
827   /// A helper function for converting Scalar types to vector types.
828   /// If the incoming type is void, we return void. If the VF is 1, we return
829   /// the scalar type.
830   static Type* ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF);
831
832   /// Returns whether the instruction is a load or store and will be a emitted
833   /// as a vector operation.
834   bool isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *I);
835
836   /// The loop that we evaluate.
837   Loop *TheLoop;
838   /// Scev analysis.
839   ScalarEvolution *SE;
840   /// Loop Info analysis.
841   LoopInfo *LI;
842   /// Vectorization legality.
843   LoopVectorizationLegality *Legal;
844   /// Vector target information.
845   const TargetTransformInfo &TTI;
846   /// Target data layout information.
847   DataLayout *DL;
848   /// Target Library Info.
849   const TargetLibraryInfo *TLI;
850 };
851
852 /// Utility class for getting and setting loop vectorizer hints in the form
853 /// of loop metadata.
854 struct LoopVectorizeHints {
855   /// Vectorization width.
856   unsigned Width;
857   /// Vectorization unroll factor.
858   unsigned Unroll;
859   /// Vectorization forced (-1 not selected, 0 force disabled, 1 force enabled)
860   int Force;
861
862   LoopVectorizeHints(const Loop *L, bool DisableUnrolling)
863   : Width(VectorizationFactor)
864   , Unroll(DisableUnrolling ? 1 : VectorizationUnroll)
865   , Force(-1)
866   , LoopID(L->getLoopID()) {
867     getHints(L);
868     // The command line options override any loop metadata except for when
869     // width == 1 which is used to indicate the loop is already vectorized.
870     if (VectorizationFactor.getNumOccurrences() > 0 && Width != 1)
871       Width = VectorizationFactor;
872     if (VectorizationUnroll.getNumOccurrences() > 0)
873       Unroll = VectorizationUnroll;
874
875     DEBUG(if (DisableUnrolling && Unroll == 1)
876             dbgs() << "LV: Unrolling disabled by the pass manager\n");
877   }
878
879   /// Return the loop vectorizer metadata prefix.
880   static StringRef Prefix() { return "llvm.vectorizer."; }
881
882   MDNode *createHint(LLVMContext &Context, StringRef Name, unsigned V) {
883     SmallVector<Value*, 2> Vals;
884     Vals.push_back(MDString::get(Context, Name));
885     Vals.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), V));
886     return MDNode::get(Context, Vals);
887   }
888
889   /// Mark the loop L as already vectorized by setting the width to 1.
890   void setAlreadyVectorized(Loop *L) {
891     LLVMContext &Context = L->getHeader()->getContext();
892
893     Width = 1;
894
895     // Create a new loop id with one more operand for the already_vectorized
896     // hint. If the loop already has a loop id then copy the existing operands.
897     SmallVector<Value*, 4> Vals(1);
898     if (LoopID)
899       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i)
900         Vals.push_back(LoopID->getOperand(i));
901
902     Vals.push_back(createHint(Context, Twine(Prefix(), "width").str(), Width));
903     Vals.push_back(createHint(Context, Twine(Prefix(), "unroll").str(), 1));
904
905     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, Vals);
906     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
907     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
908
909     L->setLoopID(NewLoopID);
910     if (LoopID)
911       LoopID->replaceAllUsesWith(NewLoopID);
912
913     LoopID = NewLoopID;
914   }
915
916 private:
917   MDNode *LoopID;
918
919   /// Find hints specified in the loop metadata.
920   void getHints(const Loop *L) {
921     if (!LoopID)
922       return;
923
924     // First operand should refer to the loop id itself.
925     assert(LoopID->getNumOperands() > 0 && "requires at least one operand");
926     assert(LoopID->getOperand(0) == LoopID && "invalid loop id");
927
928     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
929       const MDString *S = 0;
930       SmallVector<Value*, 4> Args;
931
932       // The expected hint is either a MDString or a MDNode with the first
933       // operand a MDString.
934       if (const MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i))) {
935         if (!MD || MD->getNumOperands() == 0)
936           continue;
937         S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
938         for (unsigned i = 1, ie = MD->getNumOperands(); i < ie; ++i)
939           Args.push_back(MD->getOperand(i));
940       } else {
941         S = dyn_cast<MDString>(LoopID->getOperand(i));
942         assert(Args.size() == 0 && "too many arguments for MDString");
943       }
944
945       if (!S)
946         continue;
947
948       // Check if the hint starts with the vectorizer prefix.
949       StringRef Hint = S->getString();
950       if (!Hint.startswith(Prefix()))
951         continue;
952       // Remove the prefix.
953       Hint = Hint.substr(Prefix().size(), StringRef::npos);
954
955       if (Args.size() == 1)
956         getHint(Hint, Args[0]);
957     }
958   }
959
960   // Check string hint with one operand.
961   void getHint(StringRef Hint, Value *Arg) {
962     const ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Arg);
963     if (!C) return;
964     unsigned Val = C->getZExtValue();
965
966     if (Hint == "width") {
967       if (isPowerOf2_32(Val) && Val <= MaxVectorWidth)
968         Width = Val;
969       else
970         DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid width hint metadata\n");
971     } else if (Hint == "unroll") {
972       if (isPowerOf2_32(Val) && Val <= MaxUnrollFactor)
973         Unroll = Val;
974       else
975         DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid unroll hint metadata\n");
976     } else if (Hint == "enable") {
977       if (C->getBitWidth() == 1)
978         Force = Val;
979       else
980         DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid enable hint metadata\n");
981     } else {
982       DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring unknown hint " << Hint << '\n');
983     }
984   }
985 };
986
987 static void addInnerLoop(Loop *L, SmallVectorImpl<Loop *> &V) {
988   if (L->empty())
989     return V.push_back(L);
990
991   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
992     addInnerLoop(*I, V);
993 }
994
995 /// The LoopVectorize Pass.
996 struct LoopVectorize : public FunctionPass {
997   /// Pass identification, replacement for typeid
998   static char ID;
999
1000   explicit LoopVectorize(bool NoUnrolling = false, bool AlwaysVectorize = true)
1001     : FunctionPass(ID),
1002       DisableUnrolling(NoUnrolling),
1003       AlwaysVectorize(AlwaysVectorize) {
1004     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1005   }
1006
1007   ScalarEvolution *SE;
1008   DataLayout *DL;
1009   LoopInfo *LI;
1010   TargetTransformInfo *TTI;
1011   DominatorTree *DT;
1012   BlockFrequencyInfo *BFI;
1013   TargetLibraryInfo *TLI;
1014   bool DisableUnrolling;
1015   bool AlwaysVectorize;
1016
1017   BlockFrequency ColdEntryFreq;
1018
1019   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
1020     SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1021     DL = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
1022     LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1023     TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfo>();
1024     DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1025     BFI = &getAnalysis<BlockFrequencyInfo>();
1026     TLI = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfo>();
1027
1028     // Compute some weights outside of the loop over the loops. Compute this
1029     // using a BranchProbability to re-use its scaling math.
1030     const BranchProbability ColdProb(1, 5); // 20%
1031     ColdEntryFreq = BlockFrequency(BFI->getEntryFreq()) * ColdProb;
1032
1033     // If the target claims to have no vector registers don't attempt
1034     // vectorization.
1035     if (!TTI->getNumberOfRegisters(true))
1036       return false;
1037
1038     if (DL == NULL) {
1039       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Missing data layout\n");
1040       return false;
1041     }
1042
1043     // Build up a worklist of inner-loops to vectorize. This is necessary as
1044     // the act of vectorizing or partially unrolling a loop creates new loops
1045     // and can invalidate iterators across the loops.
1046     SmallVector<Loop *, 8> Worklist;
1047
1048     for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
1049       addInnerLoop(*I, Worklist);
1050
1051     // Now walk the identified inner loops.
1052     bool Changed = false;
1053     while (!Worklist.empty())
1054       Changed |= processLoop(Worklist.pop_back_val());
1055
1056     // Process each loop nest in the function.
1057     return Changed;
1058   }
1059
1060   bool processLoop(Loop *L) {
1061     // We only handle inner loops, so if there are children just recurse.
1062     if (!L->empty()) {
1063       bool Changed = false;
1064       for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->begin(); I != E; ++I)
1065         Changed |= processLoop(*I);
1066       return Changed;
1067     }
1068
1069     DEBUG(dbgs() << "LV: Checking a loop in \"" <<
1070           L->getHeader()->getParent()->getName() << "\"\n");
1071
1072     LoopVectorizeHints Hints(L, DisableUnrolling);
1073
1074     if (Hints.Force == 0) {
1075       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: #pragma vectorize disable.\n");
1076       return false;
1077     }
1078
1079     if (!AlwaysVectorize && Hints.Force != 1) {
1080       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: No #pragma vectorize enable.\n");
1081       return false;
1082     }
1083
1084     if (Hints.Width == 1 && Hints.Unroll == 1) {
1085       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Disabled/already vectorized.\n");
1086       return false;
1087     }
1088
1089     // Check if it is legal to vectorize the loop.
1090     LoopVectorizationLegality LVL(L, SE, DL, DT, TLI);
1091     if (!LVL.canVectorize()) {
1092       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Cannot prove legality.\n");
1093       return false;
1094     }
1095
1096     // Use the cost model.
1097     LoopVectorizationCostModel CM(L, SE, LI, &LVL, *TTI, DL, TLI);
1098
1099     // Check the function attributes to find out if this function should be
1100     // optimized for size.
1101     Function *F = L->getHeader()->getParent();
1102     bool OptForSize =
1103         Hints.Force != 1 && F->hasFnAttribute(Attribute::OptimizeForSize);
1104
1105     // Compute the weighted frequency of this loop being executed and see if it
1106     // is less than 20% of the function entry baseline frequency. Note that we
1107     // always have a canonical loop here because we think we *can* vectoriez.
1108     // FIXME: This is hidden behind a flag due to pervasive problems with
1109     // exactly what block frequency models.
1110     if (LoopVectorizeWithBlockFrequency) {
1111       BlockFrequency LoopEntryFreq = BFI->getBlockFreq(L->getLoopPreheader());
1112       if (Hints.Force != 1 && LoopEntryFreq < ColdEntryFreq)
1113         OptForSize = true;
1114     }
1115
1116     // Check the function attributes to see if implicit floats are allowed.a
1117     // FIXME: This check doesn't seem possibly correct -- what if the loop is
1118     // an integer loop and the vector instructions selected are purely integer
1119     // vector instructions?
1120     if (F->hasFnAttribute(Attribute::NoImplicitFloat)) {
1121       DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize when the NoImplicitFloat"
1122             "attribute is used.\n");
1123       return false;
1124     }
1125
1126     // Select the optimal vectorization factor.
1127     LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor VF;
1128     VF = CM.selectVectorizationFactor(OptForSize, Hints.Width);
1129     // Select the unroll factor.
1130     unsigned UF = CM.selectUnrollFactor(OptForSize, Hints.Unroll, VF.Width,
1131                                         VF.Cost);
1132
1133     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop ("<< VF.Width << ") in "<<
1134           F->getParent()->getModuleIdentifier() << '\n');
1135     DEBUG(dbgs() << "LV: Unroll Factor is " << UF << '\n');
1136
1137     if (VF.Width == 1) {
1138       DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial.\n");
1139       if (UF == 1)
1140         return false;
1141       DEBUG(dbgs() << "LV: Trying to at least unroll the loops.\n");
1142       // We decided not to vectorize, but we may want to unroll.
1143       InnerLoopUnroller Unroller(L, SE, LI, DT, DL, TLI, UF);
1144       Unroller.vectorize(&LVL);
1145     } else {
1146       // If we decided that it is *legal* to vectorize the loop then do it.
1147       InnerLoopVectorizer LB(L, SE, LI, DT, DL, TLI, VF.Width, UF);
1148       LB.vectorize(&LVL);
1149     }
1150
1151     // Mark the loop as already vectorized to avoid vectorizing again.
1152     Hints.setAlreadyVectorized(L);
1153
1154     DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
1155     return true;
1156   }
1157
1158   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1159     AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
1160     AU.addRequiredID(LCSSAID);
1161     AU.addRequired<BlockFrequencyInfo>();
1162     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
1163     AU.addRequired<LoopInfo>();
1164     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
1165     AU.addRequired<TargetTransformInfo>();
1166     AU.addPreserved<LoopInfo>();
1167     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
1168   }
1169
1170 };
1171
1172 } // end anonymous namespace
1173
1174 //===----------------------------------------------------------------------===//
1175 // Implementation of LoopVectorizationLegality, InnerLoopVectorizer and
1176 // LoopVectorizationCostModel.
1177 //===----------------------------------------------------------------------===//
1178
1179 static Value *stripIntegerCast(Value *V) {
1180   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
1181     if (CI->getOperand(0)->getType()->isIntegerTy())
1182       return CI->getOperand(0);
1183   return V;
1184 }
1185
1186 ///\brief Replaces the symbolic stride in a pointer SCEV expression by one.
1187 ///
1188 /// If \p OrigPtr is not null, use it to look up the stride value instead of
1189 /// \p Ptr.
1190 static const SCEV *replaceSymbolicStrideSCEV(ScalarEvolution *SE,
1191                                              ValueToValueMap &PtrToStride,
1192                                              Value *Ptr, Value *OrigPtr = 0) {
1193
1194   const SCEV *OrigSCEV = SE->getSCEV(Ptr);
1195
1196   // If there is an entry in the map return the SCEV of the pointer with the
1197   // symbolic stride replaced by one.
1198   ValueToValueMap::iterator SI = PtrToStride.find(OrigPtr ? OrigPtr : Ptr);
1199   if (SI != PtrToStride.end()) {
1200     Value *StrideVal = SI->second;
1201
1202     // Strip casts.
1203     StrideVal = stripIntegerCast(StrideVal);
1204
1205     // Replace symbolic stride by one.
1206     Value *One = ConstantInt::get(StrideVal->getType(), 1);
1207     ValueToValueMap RewriteMap;
1208     RewriteMap[StrideVal] = One;
1209
1210     const SCEV *ByOne =
1211         SCEVParameterRewriter::rewrite(OrigSCEV, *SE, RewriteMap, true);
1212     DEBUG(dbgs() << "LV: Replacing SCEV: " << *OrigSCEV << " by: " << *ByOne
1213                  << "\n");
1214     return ByOne;
1215   }
1216
1217   // Otherwise, just return the SCEV of the original pointer.
1218   return SE->getSCEV(Ptr);
1219 }
1220
1221 void LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck::insert(
1222     ScalarEvolution *SE, Loop *Lp, Value *Ptr, bool WritePtr, unsigned DepSetId,
1223     ValueToValueMap &Strides) {
1224   // Get the stride replaced scev.
1225   const SCEV *Sc = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, Ptr);
1226   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Sc);
1227   assert(AR && "Invalid addrec expression");
1228   const SCEV *Ex = SE->getBackedgeTakenCount(Lp);
1229   const SCEV *ScEnd = AR->evaluateAtIteration(Ex, *SE);
1230   Pointers.push_back(Ptr);
1231   Starts.push_back(AR->getStart());
1232   Ends.push_back(ScEnd);
1233   IsWritePtr.push_back(WritePtr);
1234   DependencySetId.push_back(DepSetId);
1235 }
1236
1237 Value *InnerLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
1238   // We need to place the broadcast of invariant variables outside the loop.
1239   Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(V);
1240   bool NewInstr =
1241       (Instr && std::find(LoopVectorBody.begin(), LoopVectorBody.end(),
1242                           Instr->getParent()) != LoopVectorBody.end());
1243   bool Invariant = OrigLoop->isLoopInvariant(V) && !NewInstr;
1244
1245   // Place the code for broadcasting invariant variables in the new preheader.
1246   IRBuilder<>::InsertPointGuard Guard(Builder);
1247   if (Invariant)
1248     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
1249
1250   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
1251   Value *Shuf = Builder.CreateVectorSplat(VF, V, "broadcast");
1252
1253   return Shuf;
1254 }
1255
1256 Value *InnerLoopVectorizer::getConsecutiveVector(Value* Val, int StartIdx,
1257                                                  bool Negate) {
1258   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
1259   assert(Val->getType()->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1260          "Elem must be an integer");
1261   // Create the types.
1262   Type *ITy = Val->getType()->getScalarType();
1263   VectorType *Ty = cast<VectorType>(Val->getType());
1264   int VLen = Ty->getNumElements();
1265   SmallVector<Constant*, 8> Indices;
1266
1267   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
1268   for (int i = 0; i < VLen; ++i) {
1269     int64_t Idx = Negate ? (-i) : i;
1270     Indices.push_back(ConstantInt::get(ITy, StartIdx + Idx, Negate));
1271   }
1272
1273   // Add the consecutive indices to the vector value.
1274   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
1275   assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
1276   return Builder.CreateAdd(Val, Cv, "induction");
1277 }
1278
1279 /// \brief Find the operand of the GEP that should be checked for consecutive
1280 /// stores. This ignores trailing indices that have no effect on the final
1281 /// pointer.
1282 static unsigned getGEPInductionOperand(DataLayout *DL,
1283                                        const GetElementPtrInst *Gep) {
1284   unsigned LastOperand = Gep->getNumOperands() - 1;
1285   unsigned GEPAllocSize = DL->getTypeAllocSize(
1286       cast<PointerType>(Gep->getType()->getScalarType())->getElementType());
1287
1288   // Walk backwards and try to peel off zeros.
1289   while (LastOperand > 1 && match(Gep->getOperand(LastOperand), m_Zero())) {
1290     // Find the type we're currently indexing into.
1291     gep_type_iterator GEPTI = gep_type_begin(Gep);
1292     std::advance(GEPTI, LastOperand - 1);
1293
1294     // If it's a type with the same allocation size as the result of the GEP we
1295     // can peel off the zero index.
1296     if (DL->getTypeAllocSize(*GEPTI) != GEPAllocSize)
1297       break;
1298     --LastOperand;
1299   }
1300
1301   return LastOperand;
1302 }
1303
1304 int LoopVectorizationLegality::isConsecutivePtr(Value *Ptr) {
1305   assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected non-ptr");
1306   // Make sure that the pointer does not point to structs.
1307   if (Ptr->getType()->getPointerElementType()->isAggregateType())
1308     return 0;
1309
1310   // If this value is a pointer induction variable we know it is consecutive.
1311   PHINode *Phi = dyn_cast_or_null<PHINode>(Ptr);
1312   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
1313     InductionInfo II = Inductions[Phi];
1314     if (IK_PtrInduction == II.IK)
1315       return 1;
1316     else if (IK_ReversePtrInduction == II.IK)
1317       return -1;
1318   }
1319
1320   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast_or_null<GetElementPtrInst>(Ptr);
1321   if (!Gep)
1322     return 0;
1323
1324   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
1325   Value *GpPtr = Gep->getPointerOperand();
1326   // If this GEP value is a consecutive pointer induction variable and all of
1327   // the indices are constant then we know it is consecutive. We can
1328   Phi = dyn_cast<PHINode>(GpPtr);
1329   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
1330
1331     // Make sure that the pointer does not point to structs.
1332     PointerType *GepPtrType = cast<PointerType>(GpPtr->getType());
1333     if (GepPtrType->getElementType()->isAggregateType())
1334       return 0;
1335
1336     // Make sure that all of the index operands are loop invariant.
1337     for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i)
1338       if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
1339         return 0;
1340
1341     InductionInfo II = Inductions[Phi];
1342     if (IK_PtrInduction == II.IK)
1343       return 1;
1344     else if (IK_ReversePtrInduction == II.IK)
1345       return -1;
1346   }
1347
1348   unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(DL, Gep);
1349
1350   // Check that all of the gep indices are uniform except for our induction
1351   // operand.
1352   for (unsigned i = 0; i != NumOperands; ++i)
1353     if (i != InductionOperand &&
1354         !SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
1355       return 0;
1356
1357   // We can emit wide load/stores only if the last non-zero index is the
1358   // induction variable.
1359   const SCEV *Last = 0;
1360   if (!Strides.count(Gep))
1361     Last = SE->getSCEV(Gep->getOperand(InductionOperand));
1362   else {
1363     // Because of the multiplication by a stride we can have a s/zext cast.
1364     // We are going to replace this stride by 1 so the cast is safe to ignore.
1365     //
1366     //  %indvars.iv = phi i64 [ 0, %entry ], [ %indvars.iv.next, %for.body ]
1367     //  %0 = trunc i64 %indvars.iv to i32
1368     //  %mul = mul i32 %0, %Stride1
1369     //  %idxprom = zext i32 %mul to i64  << Safe cast.
1370     //  %arrayidx = getelementptr inbounds i32* %B, i64 %idxprom
1371     //
1372     Last = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides,
1373                                      Gep->getOperand(InductionOperand), Gep);
1374     if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(Last))
1375       Last =
1376           (C->getSCEVType() == scSignExtend || C->getSCEVType() == scZeroExtend)
1377               ? C->getOperand()
1378               : Last;
1379   }
1380   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Last)) {
1381     const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
1382
1383     // The memory is consecutive because the last index is consecutive
1384     // and all other indices are loop invariant.
1385     if (Step->isOne())
1386       return 1;
1387     if (Step->isAllOnesValue())
1388       return -1;
1389   }
1390
1391   return 0;
1392 }
1393
1394 bool LoopVectorizationLegality::isUniform(Value *V) {
1395   return (SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(V), TheLoop));
1396 }
1397
1398 InnerLoopVectorizer::VectorParts&
1399 InnerLoopVectorizer::getVectorValue(Value *V) {
1400   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
1401   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
1402
1403   // If we have a stride that is replaced by one, do it here.
1404   if (Legal->hasStride(V))
1405     V = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
1406
1407   // If we have this scalar in the map, return it.
1408   if (WidenMap.has(V))
1409     return WidenMap.get(V);
1410
1411   // If this scalar is unknown, assume that it is a constant or that it is
1412   // loop invariant. Broadcast V and save the value for future uses.
1413   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
1414   return WidenMap.splat(V, B);
1415 }
1416
1417 Value *InnerLoopVectorizer::reverseVector(Value *Vec) {
1418   assert(Vec->getType()->isVectorTy() && "Invalid type");
1419   SmallVector<Constant*, 8> ShuffleMask;
1420   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
1421     ShuffleMask.push_back(Builder.getInt32(VF - i - 1));
1422
1423   return Builder.CreateShuffleVector(Vec, UndefValue::get(Vec->getType()),
1424                                      ConstantVector::get(ShuffleMask),
1425                                      "reverse");
1426 }
1427
1428 void InnerLoopVectorizer::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
1429   // Attempt to issue a wide load.
1430   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
1431   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
1432
1433   assert((LI || SI) && "Invalid Load/Store instruction");
1434
1435   Type *ScalarDataTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
1436   Type *DataTy = VectorType::get(ScalarDataTy, VF);
1437   Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
1438   unsigned Alignment = LI ? LI->getAlignment() : SI->getAlignment();
1439   // An alignment of 0 means target abi alignment. We need to use the scalar's
1440   // target abi alignment in such a case.
1441   if (!Alignment)
1442     Alignment = DL->getABITypeAlignment(ScalarDataTy);
1443   unsigned AddressSpace = Ptr->getType()->getPointerAddressSpace();
1444   unsigned ScalarAllocatedSize = DL->getTypeAllocSize(ScalarDataTy);
1445   unsigned VectorElementSize = DL->getTypeStoreSize(DataTy)/VF;
1446
1447   if (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()))
1448     return scalarizeInstruction(Instr, true);
1449
1450   if (ScalarAllocatedSize != VectorElementSize)
1451     return scalarizeInstruction(Instr);
1452
1453   // If the pointer is loop invariant or if it is non-consecutive,
1454   // scalarize the load.
1455   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
1456   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
1457   bool UniformLoad = LI && Legal->isUniform(Ptr);
1458   if (!ConsecutiveStride || UniformLoad)
1459     return scalarizeInstruction(Instr);
1460
1461   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
1462   VectorParts &Entry = WidenMap.get(Instr);
1463
1464   // Handle consecutive loads/stores.
1465   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
1466   if (Gep && Legal->isInductionVariable(Gep->getPointerOperand())) {
1467     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
1468     Value *PtrOperand = Gep->getPointerOperand();
1469     Value *FirstBasePtr = getVectorValue(PtrOperand)[0];
1470     FirstBasePtr = Builder.CreateExtractElement(FirstBasePtr, Zero);
1471
1472     // Create the new GEP with the new induction variable.
1473     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
1474     Gep2->setOperand(0, FirstBasePtr);
1475     Gep2->setName("gep.indvar.base");
1476     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
1477   } else if (Gep) {
1478     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
1479     assert(SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getPointerOperand()),
1480                                OrigLoop) && "Base ptr must be invariant");
1481
1482     // The last index does not have to be the induction. It can be
1483     // consecutive and be a function of the index. For example A[I+1];
1484     unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
1485     unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(DL, Gep);
1486     // Create the new GEP with the new induction variable.
1487     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
1488
1489     for (unsigned i = 0; i < NumOperands; ++i) {
1490       Value *GepOperand = Gep->getOperand(i);
1491       Instruction *GepOperandInst = dyn_cast<Instruction>(GepOperand);
1492
1493       // Update last index or loop invariant instruction anchored in loop.
1494       if (i == InductionOperand ||
1495           (GepOperandInst && OrigLoop->contains(GepOperandInst))) {
1496         assert((i == InductionOperand ||
1497                SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(GepOperandInst), OrigLoop)) &&
1498                "Must be last index or loop invariant");
1499
1500         VectorParts &GEPParts = getVectorValue(GepOperand);
1501         Value *Index = GEPParts[0];
1502         Index = Builder.CreateExtractElement(Index, Zero);
1503         Gep2->setOperand(i, Index);
1504         Gep2->setName("gep.indvar.idx");
1505       }
1506     }
1507     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
1508   } else {
1509     // Use the induction element ptr.
1510     assert(isa<PHINode>(Ptr) && "Invalid induction ptr");
1511     setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
1512     VectorParts &PtrVal = getVectorValue(Ptr);
1513     Ptr = Builder.CreateExtractElement(PtrVal[0], Zero);
1514   }
1515
1516   // Handle Stores:
1517   if (SI) {
1518     assert(!Legal->isUniform(SI->getPointerOperand()) &&
1519            "We do not allow storing to uniform addresses");
1520     setDebugLocFromInst(Builder, SI);
1521     // We don't want to update the value in the map as it might be used in
1522     // another expression. So don't use a reference type for "StoredVal".
1523     VectorParts StoredVal = getVectorValue(SI->getValueOperand());
1524
1525     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
1526       // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
1527       Value *PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
1528
1529       if (Reverse) {
1530         // If we store to reverse consecutive memory locations then we need
1531         // to reverse the order of elements in the stored value.
1532         StoredVal[Part] = reverseVector(StoredVal[Part]);
1533         // If the address is consecutive but reversed, then the
1534         // wide store needs to start at the last vector element.
1535         PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
1536         PartPtr = Builder.CreateGEP(PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
1537       }
1538
1539       Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
1540                                             DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
1541       Builder.CreateStore(StoredVal[Part], VecPtr)->setAlignment(Alignment);
1542     }
1543     return;
1544   }
1545
1546   // Handle loads.
1547   assert(LI && "Must have a load instruction");
1548   setDebugLocFromInst(Builder, LI);
1549   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
1550     // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
1551     Value *PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
1552
1553     if (Reverse) {
1554       // If the address is consecutive but reversed, then the
1555       // wide store needs to start at the last vector element.
1556       PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
1557       PartPtr = Builder.CreateGEP(PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
1558     }
1559
1560     Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
1561                                           DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
1562     Value *LI = Builder.CreateLoad(VecPtr, "wide.load");
1563     cast<LoadInst>(LI)->setAlignment(Alignment);
1564     Entry[Part] = Reverse ? reverseVector(LI) :  LI;
1565   }
1566 }
1567
1568 void InnerLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr, bool IfPredicateStore) {
1569   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
1570   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
1571   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
1572
1573   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
1574
1575   // Find all of the vectorized parameters.
1576   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
1577     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
1578
1579     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
1580     if (SrcOp == OldInduction) {
1581       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
1582       continue;
1583     }
1584
1585     // Try using previously calculated values.
1586     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
1587
1588     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block
1589     // then it should already be vectorized.
1590     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
1591       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
1592       // The parameter is a vector value from earlier.
1593       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
1594     } else {
1595       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
1596       VectorParts Scalars;
1597       Scalars.append(UF, SrcOp);
1598       Params.push_back(Scalars);
1599     }
1600   }
1601
1602   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
1603          "Invalid number of operands");
1604
1605   // Does this instruction return a value ?
1606   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
1607
1608   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? 0 :
1609     UndefValue::get(VectorType::get(Instr->getType(), VF));
1610   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
1611   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
1612
1613   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
1614   BasicBlock *IfBlock = Builder.GetInsertBlock();
1615   BasicBlock *CondBlock = 0;
1616
1617   VectorParts Cond;
1618   Loop *VectorLp = 0;
1619   if (IfPredicateStore) {
1620     assert(Instr->getParent()->getSinglePredecessor() &&
1621            "Only support single predecessor blocks");
1622     Cond = createEdgeMask(Instr->getParent()->getSinglePredecessor(),
1623                           Instr->getParent());
1624     VectorLp = LI->getLoopFor(IfBlock);
1625     assert(VectorLp && "Must have a loop for this block");
1626   }
1627
1628   // For each vector unroll 'part':
1629   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
1630     // For each scalar that we create:
1631     for (unsigned Width = 0; Width < VF; ++Width) {
1632
1633       // Start if-block.
1634       Value *Cmp = 0;
1635       if (IfPredicateStore) {
1636         Cmp = Builder.CreateExtractElement(Cond[Part], Builder.getInt32(Width));
1637         Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cmp, ConstantInt::get(Cmp->getType(), 1));
1638         CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.store");
1639         VectorLp->addBasicBlockToLoop(CondBlock, LI->getBase());
1640         // Update Builder with newly created basic block.
1641         Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1642       }
1643
1644       Instruction *Cloned = Instr->clone();
1645       if (!IsVoidRetTy)
1646         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
1647       // Replace the operands of the cloned instructions with extracted scalars.
1648       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
1649         Value *Op = Params[op][Part];
1650         // Param is a vector. Need to extract the right lane.
1651         if (Op->getType()->isVectorTy())
1652           Op = Builder.CreateExtractElement(Op, Builder.getInt32(Width));
1653         Cloned->setOperand(op, Op);
1654       }
1655
1656       // Place the cloned scalar in the new loop.
1657       Builder.Insert(Cloned);
1658
1659       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
1660       // so that future users will be able to use it.
1661       if (!IsVoidRetTy)
1662         VecResults[Part] = Builder.CreateInsertElement(VecResults[Part], Cloned,
1663                                                        Builder.getInt32(Width));
1664       // End if-block.
1665       if (IfPredicateStore) {
1666          BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
1667          VectorLp->addBasicBlockToLoop(NewIfBlock, LI->getBase());
1668          Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1669          Instruction *OldBr = IfBlock->getTerminator();
1670          BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp, OldBr);
1671          OldBr->eraseFromParent();
1672          IfBlock = NewIfBlock;
1673       }
1674     }
1675   }
1676 }
1677
1678 static Instruction *getFirstInst(Instruction *FirstInst, Value *V,
1679                                  Instruction *Loc) {
1680   if (FirstInst)
1681     return FirstInst;
1682   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1683     return I->getParent() == Loc->getParent() ? I : 0;
1684   return 0;
1685 }
1686
1687 std::pair<Instruction *, Instruction *>
1688 InnerLoopVectorizer::addStrideCheck(Instruction *Loc) {
1689   Instruction *tnullptr = 0;
1690   if (!Legal->mustCheckStrides())
1691     return std::pair<Instruction *, Instruction *>(tnullptr, tnullptr);
1692
1693   IRBuilder<> ChkBuilder(Loc);
1694
1695   // Emit checks.
1696   Value *Check = 0;
1697   Instruction *FirstInst = 0;
1698   for (SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator SI = Legal->strides_begin(),
1699                                          SE = Legal->strides_end();
1700        SI != SE; ++SI) {
1701     Value *Ptr = stripIntegerCast(*SI);
1702     Value *C = ChkBuilder.CreateICmpNE(Ptr, ConstantInt::get(Ptr->getType(), 1),
1703                                        "stride.chk");
1704     // Store the first instruction we create.
1705     FirstInst = getFirstInst(FirstInst, C, Loc);
1706     if (Check)
1707       Check = ChkBuilder.CreateOr(Check, C);
1708     else
1709       Check = C;
1710   }
1711
1712   // We have to do this trickery because the IRBuilder might fold the check to a
1713   // constant expression in which case there is no Instruction anchored in a
1714   // the block.
1715   LLVMContext &Ctx = Loc->getContext();
1716   Instruction *TheCheck =
1717       BinaryOperator::CreateAnd(Check, ConstantInt::getTrue(Ctx));
1718   ChkBuilder.Insert(TheCheck, "stride.not.one");
1719   FirstInst = getFirstInst(FirstInst, TheCheck, Loc);
1720
1721   return std::make_pair(FirstInst, TheCheck);
1722 }
1723
1724 std::pair<Instruction *, Instruction *>
1725 InnerLoopVectorizer::addRuntimeCheck(Instruction *Loc) {
1726   LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck *PtrRtCheck =
1727   Legal->getRuntimePointerCheck();
1728
1729   Instruction *tnullptr = 0;
1730   if (!PtrRtCheck->Need)
1731     return std::pair<Instruction *, Instruction *>(tnullptr, tnullptr);
1732
1733   unsigned NumPointers = PtrRtCheck->Pointers.size();
1734   SmallVector<TrackingVH<Value> , 2> Starts;
1735   SmallVector<TrackingVH<Value> , 2> Ends;
1736
1737   LLVMContext &Ctx = Loc->getContext();
1738   SCEVExpander Exp(*SE, "induction");
1739   Instruction *FirstInst = 0;
1740
1741   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
1742     Value *Ptr = PtrRtCheck->Pointers[i];
1743     const SCEV *Sc = SE->getSCEV(Ptr);
1744
1745     if (SE->isLoopInvariant(Sc, OrigLoop)) {
1746       DEBUG(dbgs() << "LV: Adding RT check for a loop invariant ptr:" <<
1747             *Ptr <<"\n");
1748       Starts.push_back(Ptr);
1749       Ends.push_back(Ptr);
1750     } else {
1751       DEBUG(dbgs() << "LV: Adding RT check for range:" << *Ptr << '\n');
1752       unsigned AS = Ptr->getType()->getPointerAddressSpace();
1753
1754       // Use this type for pointer arithmetic.
1755       Type *PtrArithTy = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS);
1756
1757       Value *Start = Exp.expandCodeFor(PtrRtCheck->Starts[i], PtrArithTy, Loc);
1758       Value *End = Exp.expandCodeFor(PtrRtCheck->Ends[i], PtrArithTy, Loc);
1759       Starts.push_back(Start);
1760       Ends.push_back(End);
1761     }
1762   }
1763
1764   IRBuilder<> ChkBuilder(Loc);
1765   // Our instructions might fold to a constant.
1766   Value *MemoryRuntimeCheck = 0;
1767   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
1768     for (unsigned j = i+1; j < NumPointers; ++j) {
1769       // No need to check if two readonly pointers intersect.
1770       if (!PtrRtCheck->IsWritePtr[i] && !PtrRtCheck->IsWritePtr[j])
1771         continue;
1772
1773       // Only need to check pointers between two different dependency sets.
1774       if (PtrRtCheck->DependencySetId[i] == PtrRtCheck->DependencySetId[j])
1775        continue;
1776
1777       unsigned AS0 = Starts[i]->getType()->getPointerAddressSpace();
1778       unsigned AS1 = Starts[j]->getType()->getPointerAddressSpace();
1779
1780       assert((AS0 == Ends[j]->getType()->getPointerAddressSpace()) &&
1781              (AS1 == Ends[i]->getType()->getPointerAddressSpace()) &&
1782              "Trying to bounds check pointers with different address spaces");
1783
1784       Type *PtrArithTy0 = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS0);
1785       Type *PtrArithTy1 = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS1);
1786
1787       Value *Start0 = ChkBuilder.CreateBitCast(Starts[i], PtrArithTy0, "bc");
1788       Value *Start1 = ChkBuilder.CreateBitCast(Starts[j], PtrArithTy1, "bc");
1789       Value *End0 =   ChkBuilder.CreateBitCast(Ends[i],   PtrArithTy1, "bc");
1790       Value *End1 =   ChkBuilder.CreateBitCast(Ends[j],   PtrArithTy0, "bc");
1791
1792       Value *Cmp0 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start0, End1, "bound0");
1793       FirstInst = getFirstInst(FirstInst, Cmp0, Loc);
1794       Value *Cmp1 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start1, End0, "bound1");
1795       FirstInst = getFirstInst(FirstInst, Cmp1, Loc);
1796       Value *IsConflict = ChkBuilder.CreateAnd(Cmp0, Cmp1, "found.conflict");
1797       FirstInst = getFirstInst(FirstInst, IsConflict, Loc);
1798       if (MemoryRuntimeCheck) {
1799         IsConflict = ChkBuilder.CreateOr(MemoryRuntimeCheck, IsConflict,
1800                                          "conflict.rdx");
1801         FirstInst = getFirstInst(FirstInst, IsConflict, Loc);
1802       }
1803       MemoryRuntimeCheck = IsConflict;
1804     }
1805   }
1806
1807   // We have to do this trickery because the IRBuilder might fold the check to a
1808   // constant expression in which case there is no Instruction anchored in a
1809   // the block.
1810   Instruction *Check = BinaryOperator::CreateAnd(MemoryRuntimeCheck,
1811                                                  ConstantInt::getTrue(Ctx));
1812   ChkBuilder.Insert(Check, "memcheck.conflict");
1813   FirstInst = getFirstInst(FirstInst, Check, Loc);
1814   return std::make_pair(FirstInst, Check);
1815 }
1816
1817 void InnerLoopVectorizer::createEmptyLoop() {
1818   /*
1819    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
1820    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
1821    scalar remainder.
1822
1823        [ ] <-- vector loop bypass (may consist of multiple blocks).
1824      /  |
1825     /   v
1826    |   [ ]     <-- vector pre header.
1827    |    |
1828    |    v
1829    |   [  ] \
1830    |   [  ]_|   <-- vector loop.
1831    |    |
1832     \   v
1833       >[ ]   <--- middle-block.
1834      /  |
1835     /   v
1836    |   [ ]     <--- new preheader.
1837    |    |
1838    |    v
1839    |   [ ] \
1840    |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
1841     \   |
1842      \  v
1843       >[ ]     <-- exit block.
1844    ...
1845    */
1846
1847   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
1848   BasicBlock *BypassBlock = OrigLoop->getLoopPreheader();
1849   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
1850   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
1851
1852   // Some loops have a single integer induction variable, while other loops
1853   // don't. One example is c++ iterators that often have multiple pointer
1854   // induction variables. In the code below we also support a case where we
1855   // don't have a single induction variable.
1856   OldInduction = Legal->getInduction();
1857   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
1858
1859   // Find the loop boundaries.
1860   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(OrigLoop);
1861   assert(ExitCount != SE->getCouldNotCompute() && "Invalid loop count");
1862
1863   // The exit count might have the type of i64 while the phi is i32. This can
1864   // happen if we have an induction variable that is sign extended before the
1865   // compare. The only way that we get a backedge taken count is that the
1866   // induction variable was signed and as such will not overflow. In such a case
1867   // truncation is legal.
1868   if (ExitCount->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1869       IdxTy->getPrimitiveSizeInBits())
1870     ExitCount = SE->getTruncateOrNoop(ExitCount, IdxTy);
1871
1872   ExitCount = SE->getNoopOrZeroExtend(ExitCount, IdxTy);
1873   // Get the total trip count from the count by adding 1.
1874   ExitCount = SE->getAddExpr(ExitCount,
1875                              SE->getConstant(ExitCount->getType(), 1));
1876
1877   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
1878   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
1879   SCEVExpander Exp(*SE, "induction");
1880
1881   // Count holds the overall loop count (N).
1882   Value *Count = Exp.expandCodeFor(ExitCount, ExitCount->getType(),
1883                                    BypassBlock->getTerminator());
1884
1885   // The loop index does not have to start at Zero. Find the original start
1886   // value from the induction PHI node. If we don't have an induction variable
1887   // then we know that it starts at zero.
1888   Builder.SetInsertPoint(BypassBlock->getTerminator());
1889   Value *StartIdx = ExtendedIdx = OldInduction ?
1890     Builder.CreateZExt(OldInduction->getIncomingValueForBlock(BypassBlock),
1891                        IdxTy):
1892     ConstantInt::get(IdxTy, 0);
1893
1894   assert(BypassBlock && "Invalid loop structure");
1895   LoopBypassBlocks.push_back(BypassBlock);
1896
1897   // Split the single block loop into the two loop structure described above.
1898   BasicBlock *VectorPH =
1899   BypassBlock->splitBasicBlock(BypassBlock->getTerminator(), "vector.ph");
1900   BasicBlock *VecBody =
1901   VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.body");
1902   BasicBlock *MiddleBlock =
1903   VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(), "middle.block");
1904   BasicBlock *ScalarPH =
1905   MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(), "scalar.ph");
1906
1907   // Create and register the new vector loop.
1908   Loop* Lp = new Loop();
1909   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
1910
1911   // Insert the new loop into the loop nest and register the new basic blocks
1912   // before calling any utilities such as SCEV that require valid LoopInfo.
1913   if (ParentLoop) {
1914     ParentLoop->addChildLoop(Lp);
1915     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, LI->getBase());
1916     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(VectorPH, LI->getBase());
1917     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, LI->getBase());
1918   } else {
1919     LI->addTopLevelLoop(Lp);
1920   }
1921   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, LI->getBase());
1922
1923   // Use this IR builder to create the loop instructions (Phi, Br, Cmp)
1924   // inside the loop.
1925   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstNonPHI());
1926
1927   // Generate the induction variable.
1928   setDebugLocFromInst(Builder, getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
1929   Induction = Builder.CreatePHI(IdxTy, 2, "index");
1930   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
1931   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
1932   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF * UF);
1933
1934   // This is the IR builder that we use to add all of the logic for bypassing
1935   // the new vector loop.
1936   IRBuilder<> BypassBuilder(BypassBlock->getTerminator());
1937   setDebugLocFromInst(BypassBuilder,
1938                       getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
1939
1940   // We may need to extend the index in case there is a type mismatch.
1941   // We know that the count starts at zero and does not overflow.
1942   if (Count->getType() != IdxTy) {
1943     // The exit count can be of pointer type. Convert it to the correct
1944     // integer type.
1945     if (ExitCount->getType()->isPointerTy())
1946       Count = BypassBuilder.CreatePointerCast(Count, IdxTy, "ptrcnt.to.int");
1947     else
1948       Count = BypassBuilder.CreateZExtOrTrunc(Count, IdxTy, "cnt.cast");
1949   }
1950
1951   // Add the start index to the loop count to get the new end index.
1952   Value *IdxEnd = BypassBuilder.CreateAdd(Count, StartIdx, "end.idx");
1953
1954   // Now we need to generate the expression for N - (N % VF), which is
1955   // the part that the vectorized body will execute.
1956   Value *R = BypassBuilder.CreateURem(Count, Step, "n.mod.vf");
1957   Value *CountRoundDown = BypassBuilder.CreateSub(Count, R, "n.vec");
1958   Value *IdxEndRoundDown = BypassBuilder.CreateAdd(CountRoundDown, StartIdx,
1959                                                      "end.idx.rnd.down");
1960
1961   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
1962   // jump to the scalar loop.
1963   Value *Cmp = BypassBuilder.CreateICmpEQ(IdxEndRoundDown, StartIdx,
1964                                           "cmp.zero");
1965
1966   BasicBlock *LastBypassBlock = BypassBlock;
1967
1968   // Generate the code to check that the strides we assumed to be one are really
1969   // one. We want the new basic block to start at the first instruction in a
1970   // sequence of instructions that form a check.
1971   Instruction *StrideCheck;
1972   Instruction *FirstCheckInst;
1973   tie(FirstCheckInst, StrideCheck) =
1974       addStrideCheck(BypassBlock->getTerminator());
1975   if (StrideCheck) {
1976     // Create a new block containing the stride check.
1977     BasicBlock *CheckBlock =
1978         BypassBlock->splitBasicBlock(FirstCheckInst, "vector.stridecheck");
1979     if (ParentLoop)
1980       ParentLoop->addBasicBlockToLoop(CheckBlock, LI->getBase());
1981     LoopBypassBlocks.push_back(CheckBlock);
1982
1983     // Replace the branch into the memory check block with a conditional branch
1984     // for the "few elements case".
1985     Instruction *OldTerm = BypassBlock->getTerminator();
1986     BranchInst::Create(MiddleBlock, CheckBlock, Cmp, OldTerm);
1987     OldTerm->eraseFromParent();
1988
1989     Cmp = StrideCheck;
1990     LastBypassBlock = CheckBlock;
1991   }
1992
1993   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
1994   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
1995   // faster.
1996   Instruction *MemRuntimeCheck;
1997   tie(FirstCheckInst, MemRuntimeCheck) =
1998       addRuntimeCheck(LastBypassBlock->getTerminator());
1999   if (MemRuntimeCheck) {
2000     // Create a new block containing the memory check.
2001     BasicBlock *CheckBlock =
2002         LastBypassBlock->splitBasicBlock(MemRuntimeCheck, "vector.memcheck");
2003     if (ParentLoop)
2004       ParentLoop->addBasicBlockToLoop(CheckBlock, LI->getBase());
2005     LoopBypassBlocks.push_back(CheckBlock);
2006
2007     // Replace the branch into the memory check block with a conditional branch
2008     // for the "few elements case".
2009     Instruction *OldTerm = LastBypassBlock->getTerminator();
2010     BranchInst::Create(MiddleBlock, CheckBlock, Cmp, OldTerm);
2011     OldTerm->eraseFromParent();
2012
2013     Cmp = MemRuntimeCheck;
2014     LastBypassBlock = CheckBlock;
2015   }
2016
2017   LastBypassBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
2018   BranchInst::Create(MiddleBlock, VectorPH, Cmp,
2019                      LastBypassBlock);
2020
2021   // We are going to resume the execution of the scalar loop.
2022   // Go over all of the induction variables that we found and fix the
2023   // PHIs that are left in the scalar version of the loop.
2024   // The starting values of PHI nodes depend on the counter of the last
2025   // iteration in the vectorized loop.
2026   // If we come from a bypass edge then we need to start from the original
2027   // start value.
2028
2029   // This variable saves the new starting index for the scalar loop.
2030   PHINode *ResumeIndex = 0;
2031   LoopVectorizationLegality::InductionList::iterator I, E;
2032   LoopVectorizationLegality::InductionList *List = Legal->getInductionVars();
2033   // Set builder to point to last bypass block.
2034   BypassBuilder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
2035   for (I = List->begin(), E = List->end(); I != E; ++I) {
2036     PHINode *OrigPhi = I->first;
2037     LoopVectorizationLegality::InductionInfo II = I->second;
2038
2039     Type *ResumeValTy = (OrigPhi == OldInduction) ? IdxTy : OrigPhi->getType();
2040     PHINode *ResumeVal = PHINode::Create(ResumeValTy, 2, "resume.val",
2041                                          MiddleBlock->getTerminator());
2042     // We might have extended the type of the induction variable but we need a
2043     // truncated version for the scalar loop.
2044     PHINode *TruncResumeVal = (OrigPhi == OldInduction) ?
2045       PHINode::Create(OrigPhi->getType(), 2, "trunc.resume.val",
2046                       MiddleBlock->getTerminator()) : 0;
2047
2048     Value *EndValue = 0;
2049     switch (II.IK) {
2050     case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
2051       llvm_unreachable("Unknown induction");
2052     case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
2053       // Handle the integer induction counter.
2054       assert(OrigPhi->getType()->isIntegerTy() && "Invalid type");
2055
2056       // We have the canonical induction variable.
2057       if (OrigPhi == OldInduction) {
2058         // Create a truncated version of the resume value for the scalar loop,
2059         // we might have promoted the type to a larger width.
2060         EndValue =
2061           BypassBuilder.CreateTrunc(IdxEndRoundDown, OrigPhi->getType());
2062         // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
2063         // or the value at the end of the vectorized loop.
2064         for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2065           TruncResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[I]);
2066         TruncResumeVal->addIncoming(EndValue, VecBody);
2067
2068         // We know what the end value is.
2069         EndValue = IdxEndRoundDown;
2070         // We also know which PHI node holds it.
2071         ResumeIndex = ResumeVal;
2072         break;
2073       }
2074
2075       // Not the canonical induction variable - add the vector loop count to the
2076       // start value.
2077       Value *CRD = BypassBuilder.CreateSExtOrTrunc(CountRoundDown,
2078                                                    II.StartValue->getType(),
2079                                                    "cast.crd");
2080       EndValue = BypassBuilder.CreateAdd(CRD, II.StartValue , "ind.end");
2081       break;
2082     }
2083     case LoopVectorizationLegality::IK_ReverseIntInduction: {
2084       // Convert the CountRoundDown variable to the PHI size.
2085       Value *CRD = BypassBuilder.CreateSExtOrTrunc(CountRoundDown,
2086                                                    II.StartValue->getType(),
2087                                                    "cast.crd");
2088       // Handle reverse integer induction counter.
2089       EndValue = BypassBuilder.CreateSub(II.StartValue, CRD, "rev.ind.end");
2090       break;
2091     }
2092     case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction: {
2093       // For pointer induction variables, calculate the offset using
2094       // the end index.
2095       EndValue = BypassBuilder.CreateGEP(II.StartValue, CountRoundDown,
2096                                          "ptr.ind.end");
2097       break;
2098     }
2099     case LoopVectorizationLegality::IK_ReversePtrInduction: {
2100       // The value at the end of the loop for the reverse pointer is calculated
2101       // by creating a GEP with a negative index starting from the start value.
2102       Value *Zero = ConstantInt::get(CountRoundDown->getType(), 0);
2103       Value *NegIdx = BypassBuilder.CreateSub(Zero, CountRoundDown,
2104                                               "rev.ind.end");
2105       EndValue = BypassBuilder.CreateGEP(II.StartValue, NegIdx,
2106                                          "rev.ptr.ind.end");
2107       break;
2108     }
2109     }// end of case
2110
2111     // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
2112     // or the value at the end of the vectorized loop.
2113     for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I) {
2114       if (OrigPhi == OldInduction)
2115         ResumeVal->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[I]);
2116       else
2117         ResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[I]);
2118     }
2119     ResumeVal->addIncoming(EndValue, VecBody);
2120
2121     // Fix the scalar body counter (PHI node).
2122     unsigned BlockIdx = OrigPhi->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
2123     // The old inductions phi node in the scalar body needs the truncated value.
2124     if (OrigPhi == OldInduction)
2125       OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, TruncResumeVal);
2126     else
2127       OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, ResumeVal);
2128   }
2129
2130   // If we are generating a new induction variable then we also need to
2131   // generate the code that calculates the exit value. This value is not
2132   // simply the end of the counter because we may skip the vectorized body
2133   // in case of a runtime check.
2134   if (!OldInduction){
2135     assert(!ResumeIndex && "Unexpected resume value found");
2136     ResumeIndex = PHINode::Create(IdxTy, 2, "new.indc.resume.val",
2137                                   MiddleBlock->getTerminator());
2138     for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2139       ResumeIndex->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[I]);
2140     ResumeIndex->addIncoming(IdxEndRoundDown, VecBody);
2141   }
2142
2143   // Make sure that we found the index where scalar loop needs to continue.
2144   assert(ResumeIndex && ResumeIndex->getType()->isIntegerTy() &&
2145          "Invalid resume Index");
2146
2147   // Add a check in the middle block to see if we have completed
2148   // all of the iterations in the first vector loop.
2149   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
2150   Value *CmpN = CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, IdxEnd,
2151                                 ResumeIndex, "cmp.n",
2152                                 MiddleBlock->getTerminator());
2153
2154   BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN, MiddleBlock->getTerminator());
2155   // Remove the old terminator.
2156   MiddleBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
2157
2158   // Create i+1 and fill the PHINode.
2159   Value *NextIdx = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
2160   Induction->addIncoming(StartIdx, VectorPH);
2161   Induction->addIncoming(NextIdx, VecBody);
2162   // Create the compare.
2163   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(NextIdx, IdxEndRoundDown);
2164   Builder.CreateCondBr(ICmp, MiddleBlock, VecBody);
2165
2166   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
2167   VecBody->getTerminator()->eraseFromParent();
2168
2169   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
2170   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstInsertionPt());
2171
2172   // Save the state.
2173   LoopVectorPreHeader = VectorPH;
2174   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
2175   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
2176   LoopExitBlock = ExitBlock;
2177   LoopVectorBody.push_back(VecBody);
2178   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
2179
2180   LoopVectorizeHints Hints(Lp, true);
2181   Hints.setAlreadyVectorized(Lp);
2182 }
2183
2184 /// This function returns the identity element (or neutral element) for
2185 /// the operation K.
2186 Constant*
2187 LoopVectorizationLegality::getReductionIdentity(ReductionKind K, Type *Tp) {
2188   switch (K) {
2189   case RK_IntegerXor:
2190   case RK_IntegerAdd:
2191   case RK_IntegerOr:
2192     // Adding, Xoring, Oring zero to a number does not change it.
2193     return ConstantInt::get(Tp, 0);
2194   case RK_IntegerMult:
2195     // Multiplying a number by 1 does not change it.
2196     return ConstantInt::get(Tp, 1);
2197   case RK_IntegerAnd:
2198     // AND-ing a number with an all-1 value does not change it.
2199     return ConstantInt::get(Tp, -1, true);
2200   case  RK_FloatMult:
2201     // Multiplying a number by 1 does not change it.
2202     return ConstantFP::get(Tp, 1.0L);
2203   case  RK_FloatAdd:
2204     // Adding zero to a number does not change it.
2205     return ConstantFP::get(Tp, 0.0L);
2206   default:
2207     llvm_unreachable("Unknown reduction kind");
2208   }
2209 }
2210
2211 static Intrinsic::ID checkUnaryFloatSignature(const CallInst &I,
2212                                               Intrinsic::ID ValidIntrinsicID) {
2213   if (I.getNumArgOperands() != 1 ||
2214       !I.getArgOperand(0)->getType()->isFloatingPointTy() ||
2215       I.getType() != I.getArgOperand(0)->getType() ||
2216       !I.onlyReadsMemory())
2217     return Intrinsic::not_intrinsic;
2218
2219   return ValidIntrinsicID;
2220 }
2221
2222 static Intrinsic::ID checkBinaryFloatSignature(const CallInst &I,
2223                                                Intrinsic::ID ValidIntrinsicID) {
2224   if (I.getNumArgOperands() != 2 ||
2225       !I.getArgOperand(0)->getType()->isFloatingPointTy() ||
2226       !I.getArgOperand(1)->getType()->isFloatingPointTy() ||
2227       I.getType() != I.getArgOperand(0)->getType() ||
2228       I.getType() != I.getArgOperand(1)->getType() ||
2229       !I.onlyReadsMemory())
2230     return Intrinsic::not_intrinsic;
2231
2232   return ValidIntrinsicID;
2233 }
2234
2235
2236 static Intrinsic::ID
2237 getIntrinsicIDForCall(CallInst *CI, const TargetLibraryInfo *TLI) {
2238   // If we have an intrinsic call, check if it is trivially vectorizable.
2239   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI)) {
2240     switch (II->getIntrinsicID()) {
2241     case Intrinsic::sqrt:
2242     case Intrinsic::sin:
2243     case Intrinsic::cos:
2244     case Intrinsic::exp:
2245     case Intrinsic::exp2:
2246     case Intrinsic::log:
2247     case Intrinsic::log10:
2248     case Intrinsic::log2:
2249     case Intrinsic::fabs:
2250     case Intrinsic::copysign:
2251     case Intrinsic::floor:
2252     case Intrinsic::ceil:
2253     case Intrinsic::trunc:
2254     case Intrinsic::rint:
2255     case Intrinsic::nearbyint:
2256     case Intrinsic::round:
2257     case Intrinsic::pow:
2258     case Intrinsic::fma:
2259     case Intrinsic::fmuladd:
2260     case Intrinsic::lifetime_start:
2261     case Intrinsic::lifetime_end:
2262       return II->getIntrinsicID();
2263     default:
2264       return Intrinsic::not_intrinsic;
2265     }
2266   }
2267
2268   if (!TLI)
2269     return Intrinsic::not_intrinsic;
2270
2271   LibFunc::Func Func;
2272   Function *F = CI->getCalledFunction();
2273   // We're going to make assumptions on the semantics of the functions, check
2274   // that the target knows that it's available in this environment and it does
2275   // not have local linkage.
2276   if (!F || F->hasLocalLinkage() || !TLI->getLibFunc(F->getName(), Func))
2277     return Intrinsic::not_intrinsic;
2278
2279   // Otherwise check if we have a call to a function that can be turned into a
2280   // vector intrinsic.
2281   switch (Func) {
2282   default:
2283     break;
2284   case LibFunc::sin:
2285   case LibFunc::sinf:
2286   case LibFunc::sinl:
2287     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::sin);
2288   case LibFunc::cos:
2289   case LibFunc::cosf:
2290   case LibFunc::cosl:
2291     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::cos);
2292   case LibFunc::exp:
2293   case LibFunc::expf:
2294   case LibFunc::expl:
2295     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::exp);
2296   case LibFunc::exp2:
2297   case LibFunc::exp2f:
2298   case LibFunc::exp2l:
2299     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::exp2);
2300   case LibFunc::log:
2301   case LibFunc::logf:
2302   case LibFunc::logl:
2303     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::log);
2304   case LibFunc::log10:
2305   case LibFunc::log10f:
2306   case LibFunc::log10l:
2307     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::log10);
2308   case LibFunc::log2:
2309   case LibFunc::log2f:
2310   case LibFunc::log2l:
2311     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::log2);
2312   case LibFunc::fabs:
2313   case LibFunc::fabsf:
2314   case LibFunc::fabsl:
2315     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::fabs);
2316   case LibFunc::copysign:
2317   case LibFunc::copysignf:
2318   case LibFunc::copysignl:
2319     return checkBinaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::copysign);
2320   case LibFunc::floor:
2321   case LibFunc::floorf:
2322   case LibFunc::floorl:
2323     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::floor);
2324   case LibFunc::ceil:
2325   case LibFunc::ceilf:
2326   case LibFunc::ceill:
2327     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::ceil);
2328   case LibFunc::trunc:
2329   case LibFunc::truncf:
2330   case LibFunc::truncl:
2331     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::trunc);
2332   case LibFunc::rint:
2333   case LibFunc::rintf:
2334   case LibFunc::rintl:
2335     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::rint);
2336   case LibFunc::nearbyint:
2337   case LibFunc::nearbyintf:
2338   case LibFunc::nearbyintl:
2339     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::nearbyint);
2340   case LibFunc::round:
2341   case LibFunc::roundf:
2342   case LibFunc::roundl:
2343     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::round);
2344   case LibFunc::pow:
2345   case LibFunc::powf:
2346   case LibFunc::powl:
2347     return checkBinaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::pow);
2348   }
2349
2350   return Intrinsic::not_intrinsic;
2351 }
2352
2353 /// This function translates the reduction kind to an LLVM binary operator.
2354 static unsigned
2355 getReductionBinOp(LoopVectorizationLegality::ReductionKind Kind) {
2356   switch (Kind) {
2357     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerAdd:
2358       return Instruction::Add;
2359     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerMult:
2360       return Instruction::Mul;
2361     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerOr:
2362       return Instruction::Or;
2363     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerAnd:
2364       return Instruction::And;
2365     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerXor:
2366       return Instruction::Xor;
2367     case LoopVectorizationLegality::RK_FloatMult:
2368       return Instruction::FMul;
2369     case LoopVectorizationLegality::RK_FloatAdd:
2370       return Instruction::FAdd;
2371     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerMinMax:
2372       return Instruction::ICmp;
2373     case LoopVectorizationLegality::RK_FloatMinMax:
2374       return Instruction::FCmp;
2375     default:
2376       llvm_unreachable("Unknown reduction operation");
2377   }
2378 }
2379
2380 Value *createMinMaxOp(IRBuilder<> &Builder,
2381                       LoopVectorizationLegality::MinMaxReductionKind RK,
2382                       Value *Left,
2383                       Value *Right) {
2384   CmpInst::Predicate P = CmpInst::ICMP_NE;
2385   switch (RK) {
2386   default:
2387     llvm_unreachable("Unknown min/max reduction kind");
2388   case LoopVectorizationLegality::MRK_UIntMin:
2389     P = CmpInst::ICMP_ULT;
2390     break;
2391   case LoopVectorizationLegality::MRK_UIntMax:
2392     P = CmpInst::ICMP_UGT;
2393     break;
2394   case LoopVectorizationLegality::MRK_SIntMin:
2395     P = CmpInst::ICMP_SLT;
2396     break;
2397   case LoopVectorizationLegality::MRK_SIntMax:
2398     P = CmpInst::ICMP_SGT;
2399     break;
2400   case LoopVectorizationLegality::MRK_FloatMin:
2401     P = CmpInst::FCMP_OLT;
2402     break;
2403   case LoopVectorizationLegality::MRK_FloatMax:
2404     P = CmpInst::FCMP_OGT;
2405     break;
2406   }
2407
2408   Value *Cmp;
2409   if (RK == LoopVectorizationLegality::MRK_FloatMin ||
2410       RK == LoopVectorizationLegality::MRK_FloatMax)
2411     Cmp = Builder.CreateFCmp(P, Left, Right, "rdx.minmax.cmp");
2412   else
2413     Cmp = Builder.CreateICmp(P, Left, Right, "rdx.minmax.cmp");
2414
2415   Value *Select = Builder.CreateSelect(Cmp, Left, Right, "rdx.minmax.select");
2416   return Select;
2417 }
2418
2419 namespace {
2420 struct CSEDenseMapInfo {
2421   static bool canHandle(Instruction *I) {
2422     return isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
2423            isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I);
2424   }
2425   static inline Instruction *getEmptyKey() {
2426     return DenseMapInfo<Instruction *>::getEmptyKey();
2427   }
2428   static inline Instruction *getTombstoneKey() {
2429     return DenseMapInfo<Instruction *>::getTombstoneKey();
2430   }
2431   static unsigned getHashValue(Instruction *I) {
2432     assert(canHandle(I) && "Unknown instruction!");
2433     return hash_combine(I->getOpcode(), hash_combine_range(I->value_op_begin(),
2434                                                            I->value_op_end()));
2435   }
2436   static bool isEqual(Instruction *LHS, Instruction *RHS) {
2437     if (LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey() ||
2438         LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey())
2439       return LHS == RHS;
2440     return LHS->isIdenticalTo(RHS);
2441   }
2442 };
2443 }
2444
2445 /// \brief Check whether this block is a predicated block.
2446 /// Due to if predication of stores we might create a sequence of "if(pred) a[i]
2447 /// = ...;  " blocks. We start with one vectorized basic block. For every
2448 /// conditional block we split this vectorized block. Therefore, every second
2449 /// block will be a predicated one.
2450 static bool isPredicatedBlock(unsigned BlockNum) {
2451   return BlockNum % 2;
2452 }
2453
2454 ///\brief Perform cse of induction variable instructions.
2455 static void cse(SmallVector<BasicBlock *, 4> &BBs) {
2456   // Perform simple cse.
2457   SmallDenseMap<Instruction *, Instruction *, 4, CSEDenseMapInfo> CSEMap;
2458   for (unsigned i = 0, e = BBs.size(); i != e; ++i) {
2459     BasicBlock *BB = BBs[i];
2460     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
2461       Instruction *In = I++;
2462
2463       if (!CSEDenseMapInfo::canHandle(In))
2464         continue;
2465
2466       // Check if we can replace this instruction with any of the
2467       // visited instructions.
2468       if (Instruction *V = CSEMap.lookup(In)) {
2469         In->replaceAllUsesWith(V);
2470         In->eraseFromParent();
2471         continue;
2472       }
2473       // Ignore instructions in conditional blocks. We create "if (pred) a[i] =
2474       // ...;" blocks for predicated stores. Every second block is a predicated
2475       // block.
2476       if (isPredicatedBlock(i))
2477         continue;
2478
2479       CSEMap[In] = In;
2480     }
2481   }
2482 }
2483
2484 void InnerLoopVectorizer::vectorizeLoop() {
2485   //===------------------------------------------------===//
2486   //
2487   // Notice: any optimization or new instruction that go
2488   // into the code below should be also be implemented in
2489   // the cost-model.
2490   //
2491   //===------------------------------------------------===//
2492   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
2493
2494   // In order to support reduction variables we need to be able to vectorize
2495   // Phi nodes. Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two
2496   // stages. First, we create a new vector PHI node with no incoming edges.
2497   // We use this value when we vectorize all of the instructions that use the
2498   // PHI. Next, after all of the instructions in the block are complete we
2499   // add the new incoming edges to the PHI. At this point all of the
2500   // instructions in the basic block are vectorized, so we can use them to
2501   // construct the PHI.
2502   PhiVector RdxPHIsToFix;
2503
2504   // Scan the loop in a topological order to ensure that defs are vectorized
2505   // before users.
2506   LoopBlocksDFS DFS(OrigLoop);
2507   DFS.perform(LI);
2508
2509   // Vectorize all of the blocks in the original loop.
2510   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
2511        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb)
2512     vectorizeBlockInLoop(*bb, &RdxPHIsToFix);
2513
2514   // At this point every instruction in the original loop is widened to
2515   // a vector form. We are almost done. Now, we need to fix the PHI nodes
2516   // that we vectorized. The PHI nodes are currently empty because we did
2517   // not want to introduce cycles. Notice that the remaining PHI nodes
2518   // that we need to fix are reduction variables.
2519
2520   // Create the 'reduced' values for each of the induction vars.
2521   // The reduced values are the vector values that we scalarize and combine
2522   // after the loop is finished.
2523   for (PhiVector::iterator it = RdxPHIsToFix.begin(), e = RdxPHIsToFix.end();
2524        it != e; ++it) {
2525     PHINode *RdxPhi = *it;
2526     assert(RdxPhi && "Unable to recover vectorized PHI");
2527
2528     // Find the reduction variable descriptor.
2529     assert(Legal->getReductionVars()->count(RdxPhi) &&
2530            "Unable to find the reduction variable");
2531     LoopVectorizationLegality::ReductionDescriptor RdxDesc =
2532     (*Legal->getReductionVars())[RdxPhi];
2533
2534     setDebugLocFromInst(Builder, RdxDesc.StartValue);
2535
2536     // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
2537     // To do so, we need to generate the 'identity' vector and override
2538     // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
2539     // to do it in the vector-loop preheader.
2540     Builder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks.front()->getTerminator());
2541
2542     // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
2543     VectorParts &VectorExit = getVectorValue(RdxDesc.LoopExitInstr);
2544     Type *VecTy = VectorExit[0]->getType();
2545
2546     // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
2547     // one for multiplication, -1 for And.
2548     Value *Identity;
2549     Value *VectorStart;
2550     if (RdxDesc.Kind == LoopVectorizationLegality::RK_IntegerMinMax ||
2551         RdxDesc.Kind == LoopVectorizationLegality::RK_FloatMinMax) {
2552       // MinMax reduction have the start value as their identify.
2553       if (VF == 1) {
2554         VectorStart = Identity = RdxDesc.StartValue;
2555       } else {
2556         VectorStart = Identity = Builder.CreateVectorSplat(VF,
2557                                                            RdxDesc.StartValue,
2558                                                            "minmax.ident");
2559       }
2560     } else {
2561       // Handle other reduction kinds:
2562       Constant *Iden =
2563       LoopVectorizationLegality::getReductionIdentity(RdxDesc.Kind,
2564                                                       VecTy->getScalarType());
2565       if (VF == 1) {
2566         Identity = Iden;
2567         // This vector is the Identity vector where the first element is the
2568         // incoming scalar reduction.
2569         VectorStart = RdxDesc.StartValue;
2570       } else {
2571         Identity = ConstantVector::getSplat(VF, Iden);
2572
2573         // This vector is the Identity vector where the first element is the
2574         // incoming scalar reduction.
2575         VectorStart = Builder.CreateInsertElement(Identity,
2576                                                   RdxDesc.StartValue, Zero);
2577       }
2578     }
2579
2580     // Fix the vector-loop phi.
2581     // We created the induction variable so we know that the
2582     // preheader is the first entry.
2583     BasicBlock *VecPreheader = Induction->getIncomingBlock(0);
2584
2585     // Reductions do not have to start at zero. They can start with
2586     // any loop invariant values.
2587     VectorParts &VecRdxPhi = WidenMap.get(RdxPhi);
2588     BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
2589     Value *LoopVal = RdxPhi->getIncomingValueForBlock(Latch);
2590     VectorParts &Val = getVectorValue(LoopVal);
2591     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
2592       // Make sure to add the reduction stat value only to the
2593       // first unroll part.
2594       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
2595       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(StartVal, VecPreheader);
2596       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(Val[part],
2597                                                   LoopVectorBody.back());
2598     }
2599
2600     // Before each round, move the insertion point right between
2601     // the PHIs and the values we are going to write.
2602     // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
2603     // instructions.
2604     Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
2605
2606     VectorParts RdxParts;
2607     setDebugLocFromInst(Builder, RdxDesc.LoopExitInstr);
2608     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
2609       // This PHINode contains the vectorized reduction variable, or
2610       // the initial value vector, if we bypass the vector loop.
2611       VectorParts &RdxExitVal = getVectorValue(RdxDesc.LoopExitInstr);
2612       PHINode *NewPhi = Builder.CreatePHI(VecTy, 2, "rdx.vec.exit.phi");
2613       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
2614       for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2615         NewPhi->addIncoming(StartVal, LoopBypassBlocks[I]);
2616       NewPhi->addIncoming(RdxExitVal[part],
2617                           LoopVectorBody.back());
2618       RdxParts.push_back(NewPhi);
2619     }
2620
2621     // Reduce all of the unrolled parts into a single vector.
2622     Value *ReducedPartRdx = RdxParts[0];
2623     unsigned Op = getReductionBinOp(RdxDesc.Kind);
2624     setDebugLocFromInst(Builder, ReducedPartRdx);
2625     for (unsigned part = 1; part < UF; ++part) {
2626       if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
2627         ReducedPartRdx = Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Op,
2628                                              RdxParts[part], ReducedPartRdx,
2629                                              "bin.rdx");
2630       else
2631         ReducedPartRdx = createMinMaxOp(Builder, RdxDesc.MinMaxKind,
2632                                         ReducedPartRdx, RdxParts[part]);
2633     }
2634
2635     if (VF > 1) {
2636       // VF is a power of 2 so we can emit the reduction using log2(VF) shuffles
2637       // and vector ops, reducing the set of values being computed by half each
2638       // round.
2639       assert(isPowerOf2_32(VF) &&
2640              "Reduction emission only supported for pow2 vectors!");
2641       Value *TmpVec = ReducedPartRdx;
2642       SmallVector<Constant*, 32> ShuffleMask(VF, 0);
2643       for (unsigned i = VF; i != 1; i >>= 1) {
2644         // Move the upper half of the vector to the lower half.
2645         for (unsigned j = 0; j != i/2; ++j)
2646           ShuffleMask[j] = Builder.getInt32(i/2 + j);
2647
2648         // Fill the rest of the mask with undef.
2649         std::fill(&ShuffleMask[i/2], ShuffleMask.end(),
2650                   UndefValue::get(Builder.getInt32Ty()));
2651
2652         Value *Shuf =
2653         Builder.CreateShuffleVector(TmpVec,
2654                                     UndefValue::get(TmpVec->getType()),
2655                                     ConstantVector::get(ShuffleMask),
2656                                     "rdx.shuf");
2657
2658         if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
2659           TmpVec = Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Op, TmpVec, Shuf,
2660                                        "bin.rdx");
2661         else
2662           TmpVec = createMinMaxOp(Builder, RdxDesc.MinMaxKind, TmpVec, Shuf);
2663       }
2664
2665       // The result is in the first element of the vector.
2666       ReducedPartRdx = Builder.CreateExtractElement(TmpVec,
2667                                                     Builder.getInt32(0));
2668     }
2669
2670     // Now, we need to fix the users of the reduction variable
2671     // inside and outside of the scalar remainder loop.
2672     // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
2673     // PHI nodes in the exit blocks.
2674     for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
2675          LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
2676       PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
2677       if (!LCSSAPhi) break;
2678
2679       // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
2680       // we already fixed them.
2681       assert(LCSSAPhi->getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
2682
2683       // We found our reduction value exit-PHI. Update it with the
2684       // incoming bypass edge.
2685       if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == RdxDesc.LoopExitInstr) {
2686         // Add an edge coming from the bypass.
2687         LCSSAPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
2688         break;
2689       }
2690     }// end of the LCSSA phi scan.
2691
2692     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
2693     // from the vector body and from the backedge value.
2694     int IncomingEdgeBlockIdx =
2695     (RdxPhi)->getBasicBlockIndex(OrigLoop->getLoopLatch());
2696     assert(IncomingEdgeBlockIdx >= 0 && "Invalid block index");
2697     // Pick the other block.
2698     int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1);
2699     (RdxPhi)->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, ReducedPartRdx);
2700     (RdxPhi)->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, RdxDesc.LoopExitInstr);
2701   }// end of for each redux variable.
2702
2703   fixLCSSAPHIs();
2704
2705   // Remove redundant induction instructions.
2706   cse(LoopVectorBody);
2707 }
2708
2709 void InnerLoopVectorizer::fixLCSSAPHIs() {
2710   for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
2711        LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
2712     PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
2713     if (!LCSSAPhi) break;
2714     if (LCSSAPhi->getNumIncomingValues() == 1)
2715       LCSSAPhi->addIncoming(UndefValue::get(LCSSAPhi->getType()),
2716                             LoopMiddleBlock);
2717   }
2718
2719
2720 InnerLoopVectorizer::VectorParts
2721 InnerLoopVectorizer::createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst) {
2722   assert(std::find(pred_begin(Dst), pred_end(Dst), Src) != pred_end(Dst) &&
2723          "Invalid edge");
2724
2725   // Look for cached value.
2726   std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*> Edge(Src, Dst);
2727   EdgeMaskCache::iterator ECEntryIt = MaskCache.find(Edge);
2728   if (ECEntryIt != MaskCache.end())
2729     return ECEntryIt->second;
2730
2731   VectorParts SrcMask = createBlockInMask(Src);
2732
2733   // The terminator has to be a branch inst!
2734   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Src->getTerminator());
2735   assert(BI && "Unexpected terminator found");
2736
2737   if (BI->isConditional()) {
2738     VectorParts EdgeMask = getVectorValue(BI->getCondition());
2739
2740     if (BI->getSuccessor(0) != Dst)
2741       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
2742         EdgeMask[part] = Builder.CreateNot(EdgeMask[part]);
2743
2744     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
2745       EdgeMask[part] = Builder.CreateAnd(EdgeMask[part], SrcMask[part]);
2746
2747     MaskCache[Edge] = EdgeMask;
2748     return EdgeMask;
2749   }
2750
2751   MaskCache[Edge] = SrcMask;
2752   return SrcMask;
2753 }
2754
2755 InnerLoopVectorizer::VectorParts
2756 InnerLoopVectorizer::createBlockInMask(BasicBlock *BB) {
2757   assert(OrigLoop->contains(BB) && "Block is not a part of a loop");
2758
2759   // Loop incoming mask is all-one.
2760   if (OrigLoop->getHeader() == BB) {
2761     Value *C = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 1);
2762     return getVectorValue(C);
2763   }
2764
2765   // This is the block mask. We OR all incoming edges, and with zero.
2766   Value *Zero = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 0);
2767   VectorParts BlockMask = getVectorValue(Zero);
2768
2769   // For each pred:
2770   for (pred_iterator it = pred_begin(BB), e = pred_end(BB); it != e; ++it) {
2771     VectorParts EM = createEdgeMask(*it, BB);
2772     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
2773       BlockMask[part] = Builder.CreateOr(BlockMask[part], EM[part]);
2774   }
2775
2776   return BlockMask;
2777 }
2778
2779 void InnerLoopVectorizer::widenPHIInstruction(Instruction *PN,
2780                                               InnerLoopVectorizer::VectorParts &Entry,
2781                                               unsigned UF, unsigned VF, PhiVector *PV) {
2782   PHINode* P = cast<PHINode>(PN);
2783   // Handle reduction variables:
2784   if (Legal->getReductionVars()->count(P)) {
2785     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
2786       // This is phase one of vectorizing PHIs.
2787       Type *VecTy = (VF == 1) ? PN->getType() :
2788       VectorType::get(PN->getType(), VF);
2789       Entry[part] = PHINode::Create(VecTy, 2, "vec.phi",
2790                                     LoopVectorBody.back()-> getFirstInsertionPt());
2791     }
2792     PV->push_back(P);
2793     return;
2794   }
2795
2796   setDebugLocFromInst(Builder, P);
2797   // Check for PHI nodes that are lowered to vector selects.
2798   if (P->getParent() != OrigLoop->getHeader()) {
2799     // We know that all PHIs in non-header blocks are converted into
2800     // selects, so we don't have to worry about the insertion order and we
2801     // can just use the builder.
2802     // At this point we generate the predication tree. There may be
2803     // duplications since this is a simple recursive scan, but future
2804     // optimizations will clean it up.
2805
2806     unsigned NumIncoming = P->getNumIncomingValues();
2807
2808     // Generate a sequence of selects of the form:
2809     // SELECT(Mask3, In3,
2810     //      SELECT(Mask2, In2,
2811     //                   ( ...)))
2812     for (unsigned In = 0; In < NumIncoming; In++) {
2813       VectorParts Cond = createEdgeMask(P->getIncomingBlock(In),
2814                                         P->getParent());
2815       VectorParts &In0 = getVectorValue(P->getIncomingValue(In));
2816
2817       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
2818         // We might have single edge PHIs (blocks) - use an identity
2819         // 'select' for the first PHI operand.
2820         if (In == 0)
2821           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
2822                                              In0[part]);
2823         else
2824           // Select between the current value and the previous incoming edge
2825           // based on the incoming mask.
2826           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
2827                                              Entry[part], "predphi");
2828       }
2829     }
2830     return;
2831   }
2832
2833   // This PHINode must be an induction variable.
2834   // Make sure that we know about it.
2835   assert(Legal->getInductionVars()->count(P) &&
2836          "Not an induction variable");
2837
2838   LoopVectorizationLegality::InductionInfo II =
2839   Legal->getInductionVars()->lookup(P);
2840
2841   switch (II.IK) {
2842     case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
2843       llvm_unreachable("Unknown induction");
2844     case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
2845       assert(P->getType() == II.StartValue->getType() && "Types must match");
2846       Type *PhiTy = P->getType();
2847       Value *Broadcasted;
2848       if (P == OldInduction) {
2849         // Handle the canonical induction variable. We might have had to
2850         // extend the type.
2851         Broadcasted = Builder.CreateTrunc(Induction, PhiTy);
2852       } else {
2853         // Handle other induction variables that are now based on the
2854         // canonical one.
2855         Value *NormalizedIdx = Builder.CreateSub(Induction, ExtendedIdx,
2856                                                  "normalized.idx");
2857         NormalizedIdx = Builder.CreateSExtOrTrunc(NormalizedIdx, PhiTy);
2858         Broadcasted = Builder.CreateAdd(II.StartValue, NormalizedIdx,
2859                                         "offset.idx");
2860       }
2861       Broadcasted = getBroadcastInstrs(Broadcasted);
2862       // After broadcasting the induction variable we need to make the vector
2863       // consecutive by adding 0, 1, 2, etc.
2864       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
2865         Entry[part] = getConsecutiveVector(Broadcasted, VF * part, false);
2866       return;
2867     }
2868     case LoopVectorizationLegality::IK_ReverseIntInduction:
2869     case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction:
2870     case LoopVectorizationLegality::IK_ReversePtrInduction:
2871       // Handle reverse integer and pointer inductions.
2872       Value *StartIdx = ExtendedIdx;
2873       // This is the normalized GEP that starts counting at zero.
2874       Value *NormalizedIdx = Builder.CreateSub(Induction, StartIdx,
2875                                                "normalized.idx");
2876
2877       // Handle the reverse integer induction variable case.
2878       if (LoopVectorizationLegality::IK_ReverseIntInduction == II.IK) {
2879         IntegerType *DstTy = cast<IntegerType>(II.StartValue->getType());
2880         Value *CNI = Builder.CreateSExtOrTrunc(NormalizedIdx, DstTy,
2881                                                "resize.norm.idx");
2882         Value *ReverseInd  = Builder.CreateSub(II.StartValue, CNI,
2883                                                "reverse.idx");
2884
2885         // This is a new value so do not hoist it out.
2886         Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ReverseInd);
2887         // After broadcasting the induction variable we need to make the
2888         // vector consecutive by adding  ... -3, -2, -1, 0.
2889         for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
2890           Entry[part] = getConsecutiveVector(Broadcasted, -(int)VF * part,
2891                                              true);
2892         return;
2893       }
2894
2895       // Handle the pointer induction variable case.
2896       assert(P->getType()->isPointerTy() && "Unexpected type.");
2897
2898       // Is this a reverse induction ptr or a consecutive induction ptr.
2899       bool Reverse = (LoopVectorizationLegality::IK_ReversePtrInduction ==
2900                       II.IK);
2901
2902       // This is the vector of results. Notice that we don't generate
2903       // vector geps because scalar geps result in better code.
2904       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
2905         if (VF == 1) {
2906           int EltIndex = (part) * (Reverse ? -1 : 1);
2907           Constant *Idx = ConstantInt::get(Induction->getType(), EltIndex);
2908           Value *GlobalIdx;
2909           if (Reverse)
2910             GlobalIdx = Builder.CreateSub(Idx, NormalizedIdx, "gep.ridx");
2911           else
2912             GlobalIdx = Builder.CreateAdd(NormalizedIdx, Idx, "gep.idx");
2913
2914           Value *SclrGep = Builder.CreateGEP(II.StartValue, GlobalIdx,
2915                                              "next.gep");
2916           Entry[part] = SclrGep;
2917           continue;
2918         }
2919
2920         Value *VecVal = UndefValue::get(VectorType::get(P->getType(), VF));
2921         for (unsigned int i = 0; i < VF; ++i) {
2922           int EltIndex = (i + part * VF) * (Reverse ? -1 : 1);
2923           Constant *Idx = ConstantInt::get(Induction->getType(), EltIndex);
2924           Value *GlobalIdx;
2925           if (!Reverse)
2926             GlobalIdx = Builder.CreateAdd(NormalizedIdx, Idx, "gep.idx");
2927           else
2928             GlobalIdx = Builder.CreateSub(Idx, NormalizedIdx, "gep.ridx");
2929
2930           Value *SclrGep = Builder.CreateGEP(II.StartValue, GlobalIdx,
2931                                              "next.gep");
2932           VecVal = Builder.CreateInsertElement(VecVal, SclrGep,
2933                                                Builder.getInt32(i),
2934                                                "insert.gep");
2935         }
2936         Entry[part] = VecVal;
2937       }
2938       return;
2939   }
2940 }
2941
2942 void InnerLoopVectorizer::vectorizeBlockInLoop(BasicBlock *BB, PhiVector *PV) {
2943   // For each instruction in the old loop.
2944   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
2945     VectorParts &Entry = WidenMap.get(it);
2946     switch (it->getOpcode()) {
2947     case Instruction::Br:
2948       // Nothing to do for PHIs and BR, since we already took care of the
2949       // loop control flow instructions.
2950       continue;
2951     case Instruction::PHI:{
2952       // Vectorize PHINodes.
2953       widenPHIInstruction(it, Entry, UF, VF, PV);
2954       continue;
2955     }// End of PHI.
2956
2957     case Instruction::Add:
2958     case Instruction::FAdd:
2959     case Instruction::Sub:
2960     case Instruction::FSub:
2961     case Instruction::Mul:
2962     case Instruction::FMul:
2963     case Instruction::UDiv:
2964     case Instruction::SDiv:
2965     case Instruction::FDiv:
2966     case Instruction::URem:
2967     case Instruction::SRem:
2968     case Instruction::FRem:
2969     case Instruction::Shl:
2970     case Instruction::LShr:
2971     case Instruction::AShr:
2972     case Instruction::And:
2973     case Instruction::Or:
2974     case Instruction::Xor: {
2975       // Just widen binops.
2976       BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(it);
2977       setDebugLocFromInst(Builder, BinOp);
2978       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
2979       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
2980
2981       // Use this vector value for all users of the original instruction.
2982       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2983         Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), A[Part], B[Part]);
2984
2985         // Update the NSW, NUW and Exact flags. Notice: V can be an Undef.
2986         BinaryOperator *VecOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V);
2987         if (VecOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(BinOp)) {
2988           VecOp->setHasNoSignedWrap(BinOp->hasNoSignedWrap());
2989           VecOp->setHasNoUnsignedWrap(BinOp->hasNoUnsignedWrap());
2990         }
2991         if (VecOp && isa<PossiblyExactOperator>(VecOp))
2992           VecOp->setIsExact(BinOp->isExact());
2993
2994         Entry[Part] = V;
2995       }
2996       break;
2997     }
2998     case Instruction::Select: {
2999       // Widen selects.
3000       // If the selector is loop invariant we can create a select
3001       // instruction with a scalar condition. Otherwise, use vector-select.
3002       bool InvariantCond = SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(it->getOperand(0)),
3003                                                OrigLoop);
3004       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3005
3006       // The condition can be loop invariant  but still defined inside the
3007       // loop. This means that we can't just use the original 'cond' value.
3008       // We have to take the 'vectorized' value and pick the first lane.
3009       // Instcombine will make this a no-op.
3010       VectorParts &Cond = getVectorValue(it->getOperand(0));
3011       VectorParts &Op0  = getVectorValue(it->getOperand(1));
3012       VectorParts &Op1  = getVectorValue(it->getOperand(2));
3013
3014       Value *ScalarCond = (VF == 1) ? Cond[0] :
3015         Builder.CreateExtractElement(Cond[0], Builder.getInt32(0));
3016
3017       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3018         Entry[Part] = Builder.CreateSelect(
3019           InvariantCond ? ScalarCond : Cond[Part],
3020           Op0[Part],
3021           Op1[Part]);
3022       }
3023       break;
3024     }
3025
3026     case Instruction::ICmp:
3027     case Instruction::FCmp: {
3028       // Widen compares. Generate vector compares.
3029       bool FCmp = (it->getOpcode() == Instruction::FCmp);
3030       CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(it);
3031       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3032       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3033       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
3034       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3035         Value *C = 0;
3036         if (FCmp)
3037           C = Builder.CreateFCmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
3038         else
3039           C = Builder.CreateICmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
3040         Entry[Part] = C;
3041       }
3042       break;
3043     }
3044
3045     case Instruction::Store:
3046     case Instruction::Load:
3047       vectorizeMemoryInstruction(it);
3048         break;
3049     case Instruction::ZExt:
3050     case Instruction::SExt:
3051     case Instruction::FPToUI:
3052     case Instruction::FPToSI:
3053     case Instruction::FPExt:
3054     case Instruction::PtrToInt:
3055     case Instruction::IntToPtr:
3056     case Instruction::SIToFP:
3057     case Instruction::UIToFP:
3058     case Instruction::Trunc:
3059     case Instruction::FPTrunc:
3060     case Instruction::BitCast: {
3061       CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(it);
3062       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3063       /// Optimize the special case where the source is the induction
3064       /// variable. Notice that we can only optimize the 'trunc' case
3065       /// because: a. FP conversions lose precision, b. sext/zext may wrap,
3066       /// c. other casts depend on pointer size.
3067       if (CI->getOperand(0) == OldInduction &&
3068           it->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
3069         Value *ScalarCast = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), Induction,
3070                                                CI->getType());
3071         Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ScalarCast);
3072         for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
3073           Entry[Part] = getConsecutiveVector(Broadcasted, VF * Part, false);
3074         break;
3075       }
3076       /// Vectorize casts.
3077       Type *DestTy = (VF == 1) ? CI->getType() :
3078                                  VectorType::get(CI->getType(), VF);
3079
3080       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3081       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
3082         Entry[Part] = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), A[Part], DestTy);
3083       break;
3084     }
3085
3086     case Instruction::Call: {
3087       // Ignore dbg intrinsics.
3088       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
3089         break;
3090       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3091
3092       Module *M = BB->getParent()->getParent();
3093       CallInst *CI = cast<CallInst>(it);
3094       Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3095       assert(ID && "Not an intrinsic call!");
3096       switch (ID) {
3097       case Intrinsic::lifetime_end:
3098       case Intrinsic::lifetime_start:
3099         scalarizeInstruction(it);
3100         break;
3101       default:
3102         for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3103           SmallVector<Value *, 4> Args;
3104           for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i) {
3105             VectorParts &Arg = getVectorValue(CI->getArgOperand(i));
3106             Args.push_back(Arg[Part]);
3107           }
3108           Type *Tys[] = {CI->getType()};
3109           if (VF > 1)
3110             Tys[0] = VectorType::get(CI->getType()->getScalarType(), VF);
3111
3112           Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, ID, Tys);
3113           Entry[Part] = Builder.CreateCall(F, Args);
3114         }
3115         break;
3116       }
3117       break;
3118     }
3119
3120     default:
3121       // All other instructions are unsupported. Scalarize them.
3122       scalarizeInstruction(it);
3123       break;
3124     }// end of switch.
3125   }// end of for_each instr.
3126 }
3127
3128 void InnerLoopVectorizer::updateAnalysis() {
3129   // Forget the original basic block.
3130   SE->forgetLoop(OrigLoop);
3131
3132   // Update the dominator tree information.
3133   assert(DT->properlyDominates(LoopBypassBlocks.front(), LoopExitBlock) &&
3134          "Entry does not dominate exit.");
3135
3136   for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
3137     DT->addNewBlock(LoopBypassBlocks[I], LoopBypassBlocks[I-1]);
3138   DT->addNewBlock(LoopVectorPreHeader, LoopBypassBlocks.back());
3139
3140   // Due to if predication of stores we might create a sequence of "if(pred)
3141   // a[i] = ...;  " blocks.
3142   for (unsigned i = 0, e = LoopVectorBody.size(); i != e; ++i) {
3143     if (i == 0)
3144       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[0], LoopVectorPreHeader);
3145     else if (isPredicatedBlock(i)) {
3146       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[i], LoopVectorBody[i-1]);
3147     } else {
3148       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[i], LoopVectorBody[i-2]);
3149     }
3150   }
3151
3152   DT->addNewBlock(LoopMiddleBlock, LoopBypassBlocks.front());
3153   DT->addNewBlock(LoopScalarPreHeader, LoopMiddleBlock);
3154   DT->changeImmediateDominator(LoopScalarBody, LoopScalarPreHeader);
3155   DT->changeImmediateDominator(LoopExitBlock, LoopMiddleBlock);
3156
3157   DEBUG(DT->verifyDomTree());
3158 }
3159
3160 /// \brief Check whether it is safe to if-convert this phi node.
3161 ///
3162 /// Phi nodes with constant expressions that can trap are not safe to if
3163 /// convert.
3164 static bool canIfConvertPHINodes(BasicBlock *BB) {
3165   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3166     PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I);
3167     if (!Phi)
3168       return true;
3169     for (unsigned p = 0, e = Phi->getNumIncomingValues(); p != e; ++p)
3170       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Phi->getIncomingValue(p)))
3171         if (C->canTrap())
3172           return false;
3173   }
3174   return true;
3175 }
3176
3177 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeWithIfConvert() {
3178   if (!EnableIfConversion)
3179     return false;
3180
3181   assert(TheLoop->getNumBlocks() > 1 && "Single block loops are vectorizable");
3182
3183   // A list of pointers that we can safely read and write to.
3184   SmallPtrSet<Value *, 8> SafePointes;
3185
3186   // Collect safe addresses.
3187   for (Loop::block_iterator BI = TheLoop->block_begin(),
3188          BE = TheLoop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
3189     BasicBlock *BB = *BI;
3190
3191     if (blockNeedsPredication(BB))
3192       continue;
3193
3194     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3195       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
3196         SafePointes.insert(LI->getPointerOperand());
3197       else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
3198         SafePointes.insert(SI->getPointerOperand());
3199     }
3200   }
3201
3202   // Collect the blocks that need predication.
3203   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
3204   for (Loop::block_iterator BI = TheLoop->block_begin(),
3205          BE = TheLoop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
3206     BasicBlock *BB = *BI;
3207
3208     // We don't support switch statements inside loops.
3209     if (!isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
3210       return false;
3211
3212     // We must be able to predicate all blocks that need to be predicated.
3213     if (blockNeedsPredication(BB)) {
3214       if (!blockCanBePredicated(BB, SafePointes))
3215         return false;
3216     } else if (BB != Header && !canIfConvertPHINodes(BB))
3217       return false;
3218
3219   }
3220
3221   // We can if-convert this loop.
3222   return true;
3223 }
3224
3225 bool LoopVectorizationLegality::canVectorize() {
3226   // We must have a loop in canonical form. Loops with indirectbr in them cannot
3227   // be canonicalized.
3228   if (!TheLoop->getLoopPreheader())
3229     return false;
3230
3231   // We can only vectorize innermost loops.
3232   if (TheLoop->getSubLoopsVector().size())
3233     return false;
3234
3235   // We must have a single backedge.
3236   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1)
3237     return false;
3238
3239   // We must have a single exiting block.
3240   if (!TheLoop->getExitingBlock())
3241     return false;
3242
3243   // We need to have a loop header.
3244   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop: " <<
3245         TheLoop->getHeader()->getName() << '\n');
3246
3247   // Check if we can if-convert non-single-bb loops.
3248   unsigned NumBlocks = TheLoop->getNumBlocks();
3249   if (NumBlocks != 1 && !canVectorizeWithIfConvert()) {
3250     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't if-convert the loop.\n");
3251     return false;
3252   }
3253
3254   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
3255   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(TheLoop);
3256   if (ExitCount == SE->getCouldNotCompute()) {
3257     DEBUG(dbgs() << "LV: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
3258     return false;
3259   }
3260
3261   // Do not loop-vectorize loops with a tiny trip count.
3262   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
3263   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop, Latch);
3264   if (TC > 0u && TC < TinyTripCountVectorThreshold) {
3265     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop with a very small trip count. " <<
3266           "This loop is not worth vectorizing.\n");
3267     return false;
3268   }
3269
3270   // Check if we can vectorize the instructions and CFG in this loop.
3271   if (!canVectorizeInstrs()) {
3272     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize the instructions or CFG\n");
3273     return false;
3274   }
3275
3276   // Go over each instruction and look at memory deps.
3277   if (!canVectorizeMemory()) {
3278     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize due to memory conflicts\n");
3279     return false;
3280   }
3281
3282   // Collect all of the variables that remain uniform after vectorization.
3283   collectLoopUniforms();
3284
3285   DEBUG(dbgs() << "LV: We can vectorize this loop" <<
3286         (PtrRtCheck.Need ? " (with a runtime bound check)" : "")
3287         <<"!\n");
3288
3289   // Okay! We can vectorize. At this point we don't have any other mem analysis
3290   // which may limit our maximum vectorization factor, so just return true with
3291   // no restrictions.
3292   return true;
3293 }
3294
3295 static Type *convertPointerToIntegerType(DataLayout &DL, Type *Ty) {
3296   if (Ty->isPointerTy())
3297     return DL.getIntPtrType(Ty);
3298
3299   // It is possible that char's or short's overflow when we ask for the loop's
3300   // trip count, work around this by changing the type size.
3301   if (Ty->getScalarSizeInBits() < 32)
3302     return Type::getInt32Ty(Ty->getContext());
3303
3304   return Ty;
3305 }
3306
3307 static Type* getWiderType(DataLayout &DL, Type *Ty0, Type *Ty1) {
3308   Ty0 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty0);
3309   Ty1 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty1);
3310   if (Ty0->getScalarSizeInBits() > Ty1->getScalarSizeInBits())
3311     return Ty0;
3312   return Ty1;
3313 }
3314
3315 /// \brief Check that the instruction has outside loop users and is not an
3316 /// identified reduction variable.
3317 static bool hasOutsideLoopUser(const Loop *TheLoop, Instruction *Inst,
3318                                SmallPtrSet<Value *, 4> &Reductions) {
3319   // Reduction instructions are allowed to have exit users. All other
3320   // instructions must not have external users.
3321   if (!Reductions.count(Inst))
3322     //Check that all of the users of the loop are inside the BB.
3323     for (Value::use_iterator I = Inst->use_begin(), E = Inst->use_end();
3324          I != E; ++I) {
3325       Instruction *U = cast<Instruction>(*I);
3326       // This user may be a reduction exit value.
3327       if (!TheLoop->contains(U)) {
3328         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an outside user for : " << *U << '\n');
3329         return true;
3330       }
3331     }
3332   return false;
3333 }
3334
3335 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeInstrs() {
3336   BasicBlock *PreHeader = TheLoop->getLoopPreheader();
3337   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
3338
3339   // Look for the attribute signaling the absence of NaNs.
3340   Function &F = *Header->getParent();
3341   if (F.hasFnAttribute("no-nans-fp-math"))
3342     HasFunNoNaNAttr = F.getAttributes().getAttribute(
3343       AttributeSet::FunctionIndex,
3344       "no-nans-fp-math").getValueAsString() == "true";
3345
3346   // For each block in the loop.
3347   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
3348        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
3349
3350     // Scan the instructions in the block and look for hazards.
3351     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
3352          ++it) {
3353
3354       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(it)) {
3355         Type *PhiTy = Phi->getType();
3356         // Check that this PHI type is allowed.
3357         if (!PhiTy->isIntegerTy() &&
3358             !PhiTy->isFloatingPointTy() &&
3359             !PhiTy->isPointerTy()) {
3360           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an non-int non-pointer PHI.\n");
3361           return false;
3362         }
3363
3364         // If this PHINode is not in the header block, then we know that we
3365         // can convert it to select during if-conversion. No need to check if
3366         // the PHIs in this block are induction or reduction variables.
3367         if (*bb != Header) {
3368           // Check that this instruction has no outside users or is an
3369           // identified reduction value with an outside user.
3370           if(!hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit))
3371             continue;
3372           return false;
3373         }
3374
3375         // We only allow if-converted PHIs with more than two incoming values.
3376         if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
3377           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an invalid PHI.\n");
3378           return false;
3379         }
3380
3381         // This is the value coming from the preheader.
3382         Value *StartValue = Phi->getIncomingValueForBlock(PreHeader);
3383         // Check if this is an induction variable.
3384         InductionKind IK = isInductionVariable(Phi);
3385
3386         if (IK_NoInduction != IK) {
3387           // Get the widest type.
3388           if (!WidestIndTy)
3389             WidestIndTy = convertPointerToIntegerType(*DL, PhiTy);
3390           else
3391             WidestIndTy = getWiderType(*DL, PhiTy, WidestIndTy);
3392
3393           // Int inductions are special because we only allow one IV.
3394           if (IK == IK_IntInduction) {
3395             // Use the phi node with the widest type as induction. Use the last
3396             // one if there are multiple (no good reason for doing this other
3397             // than it is expedient).
3398             if (!Induction || PhiTy == WidestIndTy)
3399               Induction = Phi;
3400           }
3401
3402           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an induction variable.\n");
3403           Inductions[Phi] = InductionInfo(StartValue, IK);
3404
3405           // Until we explicitly handle the case of an induction variable with
3406           // an outside loop user we have to give up vectorizing this loop.
3407           if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit))
3408             return false;
3409
3410           continue;
3411         }
3412
3413         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerAdd)) {
3414           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an ADD reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3415           continue;
3416         }
3417         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerMult)) {
3418           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a MUL reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3419           continue;
3420         }
3421         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerOr)) {
3422           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an OR reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3423           continue;
3424         }
3425         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerAnd)) {
3426           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an AND reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3427           continue;
3428         }
3429         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerXor)) {
3430           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a XOR reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3431           continue;
3432         }
3433         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerMinMax)) {
3434           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a MINMAX reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3435           continue;
3436         }
3437         if (AddReductionVar(Phi, RK_FloatMult)) {
3438           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an FMult reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3439           continue;
3440         }
3441         if (AddReductionVar(Phi, RK_FloatAdd)) {
3442           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an FAdd reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3443           continue;
3444         }
3445         if (AddReductionVar(Phi, RK_FloatMinMax)) {
3446           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an float MINMAX reduction PHI."<< *Phi <<
3447                 "\n");
3448           continue;
3449         }
3450
3451         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified PHI."<< *Phi <<"\n");
3452         return false;
3453       }// end of PHI handling
3454
3455       // We still don't handle functions. However, we can ignore dbg intrinsic
3456       // calls and we do handle certain intrinsic and libm functions.
3457       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(it);
3458       if (CI && !getIntrinsicIDForCall(CI, TLI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(CI)) {
3459         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a call site.\n");
3460         return false;
3461       }
3462
3463       // Check that the instruction return type is vectorizable.
3464       // Also, we can't vectorize extractelement instructions.
3465       if ((!VectorType::isValidElementType(it->getType()) &&
3466            !it->getType()->isVoidTy()) || isa<ExtractElementInst>(it)) {
3467         DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable type.\n");
3468         return false;
3469       }
3470
3471       // Check that the stored type is vectorizable.
3472       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it)) {
3473         Type *T = ST->getValueOperand()->getType();
3474         if (!VectorType::isValidElementType(T))
3475           return false;
3476         if (EnableMemAccessVersioning)
3477           collectStridedAcccess(ST);
3478       }
3479
3480       if (EnableMemAccessVersioning)
3481         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(it))
3482           collectStridedAcccess(LI);
3483
3484       // Reduction instructions are allowed to have exit users.
3485       // All other instructions must not have external users.
3486       if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit))
3487         return false;
3488
3489     } // next instr.
3490
3491   }
3492
3493   if (!Induction) {
3494     DEBUG(dbgs() << "LV: Did not find one integer induction var.\n");
3495     if (Inductions.empty())
3496       return false;
3497   }
3498
3499   return true;
3500 }
3501
3502 ///\brief Remove GEPs whose indices but the last one are loop invariant and
3503 /// return the induction operand of the gep pointer.
3504 static Value *stripGetElementPtr(Value *Ptr, ScalarEvolution *SE,
3505                                  DataLayout *DL, Loop *Lp) {
3506   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
3507   if (!GEP)
3508     return Ptr;
3509
3510   unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(DL, GEP);
3511
3512   // Check that all of the gep indices are uniform except for our induction
3513   // operand.
3514   for (unsigned i = 0, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
3515     if (i != InductionOperand &&
3516         !SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(GEP->getOperand(i)), Lp))
3517       return Ptr;
3518   return GEP->getOperand(InductionOperand);
3519 }
3520
3521 ///\brief Look for a cast use of the passed value.
3522 static Value *getUniqueCastUse(Value *Ptr, Loop *Lp, Type *Ty) {
3523   Value *UniqueCast = 0;
3524   for (Value::use_iterator UI = Ptr->use_begin(), UE = Ptr->use_end(); UI != UE;
3525        ++UI) {
3526     CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(*UI);
3527     if (CI && CI->getType() == Ty) {
3528       if (!UniqueCast)
3529         UniqueCast = CI;
3530       else
3531         return 0;
3532     }
3533   }
3534   return UniqueCast;
3535 }
3536
3537 ///\brief Get the stride of a pointer access in a loop.
3538 /// Looks for symbolic strides "a[i*stride]". Returns the symbolic stride as a
3539 /// pointer to the Value, or null otherwise.
3540 static Value *getStrideFromPointer(Value *Ptr, ScalarEvolution *SE,
3541                                    DataLayout *DL, Loop *Lp) {
3542   const PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(Ptr->getType());
3543   if (!PtrTy || PtrTy->isAggregateType())
3544     return 0;
3545
3546   // Try to remove a gep instruction to make the pointer (actually index at this
3547   // point) easier analyzable. If OrigPtr is equal to Ptr we are analzying the
3548   // pointer, otherwise, we are analyzing the index.
3549   Value *OrigPtr = Ptr;
3550
3551   // The size of the pointer access.
3552   int64_t PtrAccessSize = 1;
3553
3554   Ptr = stripGetElementPtr(Ptr, SE, DL, Lp);
3555   const SCEV *V = SE->getSCEV(Ptr);
3556
3557   if (Ptr != OrigPtr)
3558     // Strip off casts.
3559     while (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(V))
3560       V = C->getOperand();
3561
3562   const SCEVAddRecExpr *S = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
3563   if (!S)
3564     return 0;
3565
3566   V = S->getStepRecurrence(*SE);
3567   if (!V)
3568     return 0;
3569
3570   // Strip off the size of access multiplication if we are still analyzing the
3571   // pointer.
3572   if (OrigPtr == Ptr) {
3573     DL->getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
3574     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(V)) {
3575       if (M->getOperand(0)->getSCEVType() != scConstant)
3576         return 0;
3577
3578       const APInt &APStepVal =
3579           cast<SCEVConstant>(M->getOperand(0))->getValue()->getValue();
3580
3581       // Huge step value - give up.
3582       if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
3583         return 0;
3584
3585       int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
3586       if (PtrAccessSize != StepVal)
3587         return 0;
3588       V = M->getOperand(1);
3589     }
3590   }
3591
3592   // Strip off casts.
3593   Type *StripedOffRecurrenceCast = 0;
3594   if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(V)) {
3595     StripedOffRecurrenceCast = C->getType();
3596     V = C->getOperand();
3597   }
3598
3599   // Look for the loop invariant symbolic value.
3600   const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(V);
3601   if (!U)
3602     return 0;
3603
3604   Value *Stride = U->getValue();
3605   if (!Lp->isLoopInvariant(Stride))
3606     return 0;
3607
3608   // If we have stripped off the recurrence cast we have to make sure that we
3609   // return the value that is used in this loop so that we can replace it later.
3610   if (StripedOffRecurrenceCast)
3611     Stride = getUniqueCastUse(Stride, Lp, StripedOffRecurrenceCast);
3612
3613   return Stride;
3614 }
3615
3616 void LoopVectorizationLegality::collectStridedAcccess(Value *MemAccess) {
3617   Value *Ptr = 0;
3618   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(MemAccess))
3619     Ptr = LI->getPointerOperand();
3620   else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(MemAccess))
3621     Ptr = SI->getPointerOperand();
3622   else
3623     return;
3624
3625   Value *Stride = getStrideFromPointer(Ptr, SE, DL, TheLoop);
3626   if (!Stride)
3627     return;
3628
3629   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a strided access that we can version");
3630   DEBUG(dbgs() << "  Ptr: " << *Ptr << " Stride: " << *Stride << "\n");
3631   Strides[Ptr] = Stride;
3632   StrideSet.insert(Stride);
3633 }
3634
3635 void LoopVectorizationLegality::collectLoopUniforms() {
3636   // We now know that the loop is vectorizable!
3637   // Collect variables that will remain uniform after vectorization.
3638   std::vector<Value*> Worklist;
3639   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
3640
3641   // Start with the conditional branch and walk up the block.
3642   Worklist.push_back(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
3643
3644   while (Worklist.size()) {
3645     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Worklist.back());
3646     Worklist.pop_back();
3647
3648     // Look at instructions inside this loop.
3649     // Stop when reaching PHI nodes.
3650     // TODO: we need to follow values all over the loop, not only in this block.
3651     if (!I || !TheLoop->contains(I) || isa<PHINode>(I))
3652       continue;
3653
3654     // This is a known uniform.
3655     Uniforms.insert(I);
3656
3657     // Insert all operands.
3658     Worklist.insert(Worklist.end(), I->op_begin(), I->op_end());
3659   }
3660 }
3661
3662 namespace {
3663 /// \brief Analyses memory accesses in a loop.
3664 ///
3665 /// Checks whether run time pointer checks are needed and builds sets for data
3666 /// dependence checking.
3667 class AccessAnalysis {
3668 public:
3669   /// \brief Read or write access location.
3670   typedef PointerIntPair<Value *, 1, bool> MemAccessInfo;
3671   typedef SmallPtrSet<MemAccessInfo, 8> MemAccessInfoSet;
3672
3673   /// \brief Set of potential dependent memory accesses.
3674   typedef EquivalenceClasses<MemAccessInfo> DepCandidates;
3675
3676   AccessAnalysis(DataLayout *Dl, DepCandidates &DA) :
3677     DL(Dl), DepCands(DA), AreAllWritesIdentified(true),
3678     AreAllReadsIdentified(true), IsRTCheckNeeded(false) {}
3679
3680   /// \brief Register a load  and whether it is only read from.
3681   void addLoad(Value *Ptr, bool IsReadOnly) {
3682     Accesses.insert(MemAccessInfo(Ptr, false));
3683     if (IsReadOnly)
3684       ReadOnlyPtr.insert(Ptr);
3685   }
3686
3687   /// \brief Register a store.
3688   void addStore(Value *Ptr) {
3689     Accesses.insert(MemAccessInfo(Ptr, true));
3690   }
3691
3692   /// \brief Check whether we can check the pointers at runtime for
3693   /// non-intersection.
3694   bool canCheckPtrAtRT(LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck &RtCheck,
3695                        unsigned &NumComparisons, ScalarEvolution *SE,
3696                        Loop *TheLoop, ValueToValueMap &Strides,
3697                        bool ShouldCheckStride = false);
3698
3699   /// \brief Goes over all memory accesses, checks whether a RT check is needed
3700   /// and builds sets of dependent accesses.
3701   void buildDependenceSets() {
3702     // Process read-write pointers first.
3703     processMemAccesses(false);
3704     // Next, process read pointers.
3705     processMemAccesses(true);
3706   }
3707
3708   bool isRTCheckNeeded() { return IsRTCheckNeeded; }
3709
3710   bool isDependencyCheckNeeded() { return !CheckDeps.empty(); }
3711   void resetDepChecks() { CheckDeps.clear(); }
3712
3713   MemAccessInfoSet &getDependenciesToCheck() { return CheckDeps; }
3714
3715 private:
3716   typedef SetVector<MemAccessInfo> PtrAccessSet;
3717   typedef DenseMap<Value*, MemAccessInfo> UnderlyingObjToAccessMap;
3718
3719   /// \brief Go over all memory access or only the deferred ones if
3720   /// \p UseDeferred is true and check whether runtime pointer checks are needed
3721   /// and build sets of dependency check candidates.
3722   void processMemAccesses(bool UseDeferred);
3723
3724   /// Set of all accesses.
3725   PtrAccessSet Accesses;
3726
3727   /// Set of access to check after all writes have been processed.
3728   PtrAccessSet DeferredAccesses;
3729
3730   /// Map of pointers to last access encountered.
3731   UnderlyingObjToAccessMap ObjToLastAccess;
3732
3733   /// Set of accesses that need a further dependence check.
3734   MemAccessInfoSet CheckDeps;
3735
3736   /// Set of pointers that are read only.
3737   SmallPtrSet<Value*, 16> ReadOnlyPtr;
3738
3739   /// Set of underlying objects already written to.
3740   SmallPtrSet<Value*, 16> WriteObjects;
3741
3742   DataLayout *DL;
3743
3744   /// Sets of potentially dependent accesses - members of one set share an
3745   /// underlying pointer. The set "CheckDeps" identfies which sets really need a
3746   /// dependence check.
3747   DepCandidates &DepCands;
3748
3749   bool AreAllWritesIdentified;
3750   bool AreAllReadsIdentified;
3751   bool IsRTCheckNeeded;
3752 };
3753
3754 } // end anonymous namespace
3755
3756 /// \brief Check whether a pointer can participate in a runtime bounds check.
3757 static bool hasComputableBounds(ScalarEvolution *SE, ValueToValueMap &Strides,
3758                                 Value *Ptr) {
3759   const SCEV *PtrScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, Ptr);
3760   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PtrScev);
3761   if (!AR)
3762     return false;
3763
3764   return AR->isAffine();
3765 }
3766
3767 /// \brief Check the stride of the pointer and ensure that it does not wrap in
3768 /// the address space.
3769 static int isStridedPtr(ScalarEvolution *SE, DataLayout *DL, Value *Ptr,
3770                         const Loop *Lp, ValueToValueMap &StridesMap);
3771
3772 bool AccessAnalysis::canCheckPtrAtRT(
3773     LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck &RtCheck,
3774     unsigned &NumComparisons, ScalarEvolution *SE, Loop *TheLoop,
3775     ValueToValueMap &StridesMap, bool ShouldCheckStride) {
3776   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
3777   // to place a runtime bound check.
3778   unsigned NumReadPtrChecks = 0;
3779   unsigned NumWritePtrChecks = 0;
3780   bool CanDoRT = true;
3781
3782   bool IsDepCheckNeeded = isDependencyCheckNeeded();
3783   // We assign consecutive id to access from different dependence sets.
3784   // Accesses within the same set don't need a runtime check.
3785   unsigned RunningDepId = 1;
3786   DenseMap<Value *, unsigned> DepSetId;
3787
3788   for (PtrAccessSet::iterator AI = Accesses.begin(), AE = Accesses.end();
3789        AI != AE; ++AI) {
3790     const MemAccessInfo &Access = *AI;
3791     Value *Ptr = Access.getPointer();
3792     bool IsWrite = Access.getInt();
3793
3794     // Just add write checks if we have both.
3795     if (!IsWrite && Accesses.count(MemAccessInfo(Ptr, true)))
3796       continue;
3797
3798     if (IsWrite)
3799       ++NumWritePtrChecks;
3800     else
3801       ++NumReadPtrChecks;
3802
3803     if (hasComputableBounds(SE, StridesMap, Ptr) &&
3804         // When we run after a failing dependency check we have to make sure we
3805         // don't have wrapping pointers.
3806         (!ShouldCheckStride ||
3807          isStridedPtr(SE, DL, Ptr, TheLoop, StridesMap) == 1)) {
3808       // The id of the dependence set.
3809       unsigned DepId;
3810
3811       if (IsDepCheckNeeded) {
3812         Value *Leader = DepCands.getLeaderValue(Access).getPointer();
3813         unsigned &LeaderId = DepSetId[Leader];
3814         if (!LeaderId)
3815           LeaderId = RunningDepId++;
3816         DepId = LeaderId;
3817       } else
3818         // Each access has its own dependence set.
3819         DepId = RunningDepId++;
3820
3821       RtCheck.insert(SE, TheLoop, Ptr, IsWrite, DepId, StridesMap);
3822
3823       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a runtime check ptr:" << *Ptr << '\n');
3824     } else {
3825       CanDoRT = false;
3826     }
3827   }
3828
3829   if (IsDepCheckNeeded && CanDoRT && RunningDepId == 2)
3830     NumComparisons = 0; // Only one dependence set.
3831   else {
3832     NumComparisons = (NumWritePtrChecks * (NumReadPtrChecks +
3833                                            NumWritePtrChecks - 1));
3834   }
3835
3836   // If the pointers that we would use for the bounds comparison have different
3837   // address spaces, assume the values aren't directly comparable, so we can't
3838   // use them for the runtime check. We also have to assume they could
3839   // overlap. In the future there should be metadata for whether address spaces
3840   // are disjoint.
3841   unsigned NumPointers = RtCheck.Pointers.size();
3842   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
3843     for (unsigned j = i + 1; j < NumPointers; ++j) {
3844       // Only need to check pointers between two different dependency sets.
3845       if (RtCheck.DependencySetId[i] == RtCheck.DependencySetId[j])
3846        continue;
3847
3848       Value *PtrI = RtCheck.Pointers[i];
3849       Value *PtrJ = RtCheck.Pointers[j];
3850
3851       unsigned ASi = PtrI->getType()->getPointerAddressSpace();
3852       unsigned ASj = PtrJ->getType()->getPointerAddressSpace();
3853       if (ASi != ASj) {
3854         DEBUG(dbgs() << "LV: Runtime check would require comparison between"
3855                        " different address spaces\n");
3856         return false;
3857       }
3858     }
3859   }
3860
3861   return CanDoRT;
3862 }
3863
3864 static bool isFunctionScopeIdentifiedObject(Value *Ptr) {
3865   return isNoAliasArgument(Ptr) || isNoAliasCall(Ptr) || isa<AllocaInst>(Ptr);
3866 }
3867
3868 void AccessAnalysis::processMemAccesses(bool UseDeferred) {
3869   // We process the set twice: first we process read-write pointers, last we
3870   // process read-only pointers. This allows us to skip dependence tests for
3871   // read-only pointers.
3872
3873   PtrAccessSet &S = UseDeferred ? DeferredAccesses : Accesses;
3874   for (PtrAccessSet::iterator AI = S.begin(), AE = S.end(); AI != AE; ++AI) {
3875     const MemAccessInfo &Access = *AI;
3876     Value *Ptr = Access.getPointer();
3877     bool IsWrite = Access.getInt();
3878
3879     DepCands.insert(Access);
3880
3881     // Memorize read-only pointers for later processing and skip them in the
3882     // first round (they need to be checked after we have seen all write
3883     // pointers). Note: we also mark pointer that are not consecutive as
3884     // "read-only" pointers (so that we check "a[b[i]] +="). Hence, we need the
3885     // second check for "!IsWrite".
3886     bool IsReadOnlyPtr = ReadOnlyPtr.count(Ptr) && !IsWrite;
3887     if (!UseDeferred && IsReadOnlyPtr) {
3888       DeferredAccesses.insert(Access);
3889       continue;
3890     }
3891
3892     bool NeedDepCheck = false;
3893     // Check whether there is the possibility of dependency because of
3894     // underlying objects being the same.
3895     typedef SmallVector<Value*, 16> ValueVector;
3896     ValueVector TempObjects;
3897     GetUnderlyingObjects(Ptr, TempObjects, DL);
3898     for (ValueVector::iterator UI = TempObjects.begin(), UE = TempObjects.end();
3899          UI != UE; ++UI) {
3900       Value *UnderlyingObj = *UI;
3901
3902       // If this is a write then it needs to be an identified object.  If this a
3903       // read and all writes (so far) are identified function scope objects we
3904       // don't need an identified underlying object but only an Argument (the
3905       // next write is going to invalidate this assumption if it is
3906       // unidentified).
3907       // This is a micro-optimization for the case where all writes are
3908       // identified and we have one argument pointer.
3909       // Otherwise, we do need a runtime check.
3910       if ((IsWrite && !isFunctionScopeIdentifiedObject(UnderlyingObj)) ||
3911           (!IsWrite && (!AreAllWritesIdentified ||
3912                         !isa<Argument>(UnderlyingObj)) &&
3913            !isIdentifiedObject(UnderlyingObj))) {
3914         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified " <<
3915               (IsWrite ?  "write" : "read" ) << " ptr: " << *UnderlyingObj <<
3916               "\n");
3917         IsRTCheckNeeded = (IsRTCheckNeeded ||
3918                            !isIdentifiedObject(UnderlyingObj) ||
3919                            !AreAllReadsIdentified);
3920
3921         if (IsWrite)
3922           AreAllWritesIdentified = false;
3923         if (!IsWrite)
3924           AreAllReadsIdentified = false;
3925       }
3926
3927       // If this is a write - check other reads and writes for conflicts.  If
3928       // this is a read only check other writes for conflicts (but only if there
3929       // is no other write to the ptr - this is an optimization to catch "a[i] =
3930       // a[i] + " without having to do a dependence check).
3931       if ((IsWrite || IsReadOnlyPtr) && WriteObjects.count(UnderlyingObj))
3932         NeedDepCheck = true;
3933
3934       if (IsWrite)
3935         WriteObjects.insert(UnderlyingObj);
3936
3937       // Create sets of pointers connected by shared underlying objects.
3938       UnderlyingObjToAccessMap::iterator Prev =
3939         ObjToLastAccess.find(UnderlyingObj);
3940       if (Prev != ObjToLastAccess.end())
3941         DepCands.unionSets(Access, Prev->second);
3942
3943       ObjToLastAccess[UnderlyingObj] = Access;
3944     }
3945
3946     if (NeedDepCheck)
3947       CheckDeps.insert(Access);
3948   }
3949 }
3950
3951 namespace {
3952 /// \brief Checks memory dependences among accesses to the same underlying
3953 /// object to determine whether there vectorization is legal or not (and at
3954 /// which vectorization factor).
3955 ///
3956 /// This class works under the assumption that we already checked that memory
3957 /// locations with different underlying pointers are "must-not alias".
3958 /// We use the ScalarEvolution framework to symbolically evalutate access
3959 /// functions pairs. Since we currently don't restructure the loop we can rely
3960 /// on the program order of memory accesses to determine their safety.
3961 /// At the moment we will only deem accesses as safe for:
3962 ///  * A negative constant distance assuming program order.
3963 ///
3964 ///      Safe: tmp = a[i + 1];     OR     a[i + 1] = x;
3965 ///            a[i] = tmp;                y = a[i];
3966 ///
3967 ///   The latter case is safe because later checks guarantuee that there can't
3968 ///   be a cycle through a phi node (that is, we check that "x" and "y" is not
3969 ///   the same variable: a header phi can only be an induction or a reduction, a
3970 ///   reduction can't have a memory sink, an induction can't have a memory
3971 ///   source). This is important and must not be violated (or we have to
3972 ///   resort to checking for cycles through memory).
3973 ///
3974 ///  * A positive constant distance assuming program order that is bigger
3975 ///    than the biggest memory access.
3976 ///
3977 ///     tmp = a[i]        OR              b[i] = x
3978 ///     a[i+2] = tmp                      y = b[i+2];
3979 ///
3980 ///     Safe distance: 2 x sizeof(a[0]), and 2 x sizeof(b[0]), respectively.
3981 ///
3982 ///  * Zero distances and all accesses have the same size.
3983 ///
3984 class MemoryDepChecker {
3985 public:
3986   typedef PointerIntPair<Value *, 1, bool> MemAccessInfo;
3987   typedef SmallPtrSet<MemAccessInfo, 8> MemAccessInfoSet;
3988
3989   MemoryDepChecker(ScalarEvolution *Se, DataLayout *Dl, const Loop *L)
3990       : SE(Se), DL(Dl), InnermostLoop(L), AccessIdx(0),
3991         ShouldRetryWithRuntimeCheck(false) {}
3992
3993   /// \brief Register the location (instructions are given increasing numbers)
3994   /// of a write access.
3995   void addAccess(StoreInst *SI) {
3996     Value *Ptr = SI->getPointerOperand();
3997     Accesses[MemAccessInfo(Ptr, true)].push_back(AccessIdx);
3998     InstMap.push_back(SI);
3999     ++AccessIdx;
4000   }
4001
4002   /// \brief Register the location (instructions are given increasing numbers)
4003   /// of a write access.
4004   void addAccess(LoadInst *LI) {
4005     Value *Ptr = LI->getPointerOperand();
4006     Accesses[MemAccessInfo(Ptr, false)].push_back(AccessIdx);
4007     InstMap.push_back(LI);
4008     ++AccessIdx;
4009   }
4010
4011   /// \brief Check whether the dependencies between the accesses are safe.
4012   ///
4013   /// Only checks sets with elements in \p CheckDeps.
4014   bool areDepsSafe(AccessAnalysis::DepCandidates &AccessSets,
4015                    MemAccessInfoSet &CheckDeps, ValueToValueMap &Strides);
4016
4017   /// \brief The maximum number of bytes of a vector register we can vectorize
4018   /// the accesses safely with.
4019   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return MaxSafeDepDistBytes; }
4020
4021   /// \brief In same cases when the dependency check fails we can still
4022   /// vectorize the loop with a dynamic array access check.
4023   bool shouldRetryWithRuntimeCheck() { return ShouldRetryWithRuntimeCheck; }
4024
4025 private:
4026   ScalarEvolution *SE;
4027   DataLayout *DL;
4028   const Loop *InnermostLoop;
4029
4030   /// \brief Maps access locations (ptr, read/write) to program order.
4031   DenseMap<MemAccessInfo, std::vector<unsigned> > Accesses;
4032
4033   /// \brief Memory access instructions in program order.
4034   SmallVector<Instruction *, 16> InstMap;
4035
4036   /// \brief The program order index to be used for the next instruction.
4037   unsigned AccessIdx;
4038
4039   // We can access this many bytes in parallel safely.
4040   unsigned MaxSafeDepDistBytes;
4041
4042   /// \brief If we see a non-constant dependence distance we can still try to
4043   /// vectorize this loop with runtime checks.
4044   bool ShouldRetryWithRuntimeCheck;
4045
4046   /// \brief Check whether there is a plausible dependence between the two
4047   /// accesses.
4048   ///
4049   /// Access \p A must happen before \p B in program order. The two indices
4050   /// identify the index into the program order map.
4051   ///
4052   /// This function checks  whether there is a plausible dependence (or the
4053   /// absence of such can't be proved) between the two accesses. If there is a
4054   /// plausible dependence but the dependence distance is bigger than one
4055   /// element access it records this distance in \p MaxSafeDepDistBytes (if this
4056   /// distance is smaller than any other distance encountered so far).
4057   /// Otherwise, this function returns true signaling a possible dependence.
4058   bool isDependent(const MemAccessInfo &A, unsigned AIdx,
4059                    const MemAccessInfo &B, unsigned BIdx,
4060                    ValueToValueMap &Strides);
4061
4062   /// \brief Check whether the data dependence could prevent store-load
4063   /// forwarding.
4064   bool couldPreventStoreLoadForward(unsigned Distance, unsigned TypeByteSize);
4065 };
4066
4067 } // end anonymous namespace
4068
4069 static bool isInBoundsGep(Value *Ptr) {
4070   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
4071     return GEP->isInBounds();
4072   return false;
4073 }
4074
4075 /// \brief Check whether the access through \p Ptr has a constant stride.
4076 static int isStridedPtr(ScalarEvolution *SE, DataLayout *DL, Value *Ptr,
4077                         const Loop *Lp, ValueToValueMap &StridesMap) {
4078   const Type *Ty = Ptr->getType();
4079   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-ptr");
4080
4081   // Make sure that the pointer does not point to aggregate types.
4082   const PointerType *PtrTy = cast<PointerType>(Ty);
4083   if (PtrTy->getElementType()->isAggregateType()) {
4084     DEBUG(dbgs() << "LV: Bad stride - Not a pointer to a scalar type" << *Ptr <<
4085           "\n");
4086     return 0;
4087   }
4088
4089   const SCEV *PtrScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, StridesMap, Ptr);
4090
4091   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PtrScev);
4092   if (!AR) {
4093     DEBUG(dbgs() << "LV: Bad stride - Not an AddRecExpr pointer "
4094           << *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
4095     return 0;
4096   }
4097
4098   // The accesss function must stride over the innermost loop.
4099   if (Lp != AR->getLoop()) {
4100     DEBUG(dbgs() << "LV: Bad stride - Not striding over innermost loop " <<
4101           *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
4102   }
4103
4104   // The address calculation must not wrap. Otherwise, a dependence could be
4105   // inverted.
4106   // An inbounds getelementptr that is a AddRec with a unit stride
4107   // cannot wrap per definition. The unit stride requirement is checked later.
4108   // An getelementptr without an inbounds attribute and unit stride would have
4109   // to access the pointer value "0" which is undefined behavior in address
4110   // space 0, therefore we can also vectorize this case.
4111   bool IsInBoundsGEP = isInBoundsGep(Ptr);
4112   bool IsNoWrapAddRec = AR->getNoWrapFlags(SCEV::NoWrapMask);
4113   bool IsInAddressSpaceZero = PtrTy->getAddressSpace() == 0;
4114   if (!IsNoWrapAddRec && !IsInBoundsGEP && !IsInAddressSpaceZero) {
4115     DEBUG(dbgs() << "LV: Bad stride - Pointer may wrap in the address space "
4116           << *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
4117     return 0;
4118   }
4119
4120   // Check the step is constant.
4121   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
4122
4123   // Calculate the pointer stride and check if it is consecutive.
4124   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
4125   if (!C) {
4126     DEBUG(dbgs() << "LV: Bad stride - Not a constant strided " << *Ptr <<
4127           " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
4128     return 0;
4129   }
4130
4131   int64_t Size = DL->getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
4132   const APInt &APStepVal = C->getValue()->getValue();
4133
4134   // Huge step value - give up.
4135   if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
4136     return 0;
4137
4138   int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
4139
4140   // Strided access.
4141   int64_t Stride = StepVal / Size;
4142   int64_t Rem = StepVal % Size;
4143   if (Rem)
4144     return 0;
4145
4146   // If the SCEV could wrap but we have an inbounds gep with a unit stride we
4147   // know we can't "wrap around the address space". In case of address space
4148   // zero we know that this won't happen without triggering undefined behavior.
4149   if (!IsNoWrapAddRec && (IsInBoundsGEP || IsInAddressSpaceZero) &&
4150       Stride != 1 && Stride != -1)
4151     return 0;
4152
4153   return Stride;
4154 }
4155
4156 bool MemoryDepChecker::couldPreventStoreLoadForward(unsigned Distance,
4157                                                     unsigned TypeByteSize) {
4158   // If loads occur at a distance that is not a multiple of a feasible vector
4159   // factor store-load forwarding does not take place.
4160   // Positive dependences might cause troubles because vectorizing them might
4161   // prevent store-load forwarding making vectorized code run a lot slower.
4162   //   a[i] = a[i-3] ^ a[i-8];
4163   //   The stores to a[i:i+1] don't align with the stores to a[i-3:i-2] and
4164   //   hence on your typical architecture store-load forwarding does not take
4165   //   place. Vectorizing in such cases does not make sense.
4166   // Store-load forwarding distance.
4167   const unsigned NumCyclesForStoreLoadThroughMemory = 8*TypeByteSize;
4168   // Maximum vector factor.
4169   unsigned MaxVFWithoutSLForwardIssues = MaxVectorWidth*TypeByteSize;
4170   if(MaxSafeDepDistBytes < MaxVFWithoutSLForwardIssues)
4171     MaxVFWithoutSLForwardIssues = MaxSafeDepDistBytes;
4172
4173   for (unsigned vf = 2*TypeByteSize; vf <= MaxVFWithoutSLForwardIssues;
4174        vf *= 2) {
4175     if (Distance % vf && Distance / vf < NumCyclesForStoreLoadThroughMemory) {
4176       MaxVFWithoutSLForwardIssues = (vf >>=1);
4177       break;
4178     }
4179   }
4180
4181   if (MaxVFWithoutSLForwardIssues< 2*TypeByteSize) {
4182     DEBUG(dbgs() << "LV: Distance " << Distance <<
4183           " that could cause a store-load forwarding conflict\n");
4184     return true;
4185   }
4186
4187   if (MaxVFWithoutSLForwardIssues < MaxSafeDepDistBytes &&
4188       MaxVFWithoutSLForwardIssues != MaxVectorWidth*TypeByteSize)
4189     MaxSafeDepDistBytes = MaxVFWithoutSLForwardIssues;
4190   return false;
4191 }
4192
4193 bool MemoryDepChecker::isDependent(const MemAccessInfo &A, unsigned AIdx,
4194                                    const MemAccessInfo &B, unsigned BIdx,
4195                                    ValueToValueMap &Strides) {
4196   assert (AIdx < BIdx && "Must pass arguments in program order");
4197
4198   Value *APtr = A.getPointer();
4199   Value *BPtr = B.getPointer();
4200   bool AIsWrite = A.getInt();
4201   bool BIsWrite = B.getInt();
4202
4203   // Two reads are independent.
4204   if (!AIsWrite && !BIsWrite)
4205     return false;
4206
4207   const SCEV *AScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, APtr);
4208   const SCEV *BScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, BPtr);
4209
4210   int StrideAPtr = isStridedPtr(SE, DL, APtr, InnermostLoop, Strides);
4211   int StrideBPtr = isStridedPtr(SE, DL, BPtr, InnermostLoop, Strides);
4212
4213   const SCEV *Src = AScev;
4214   const SCEV *Sink = BScev;
4215
4216   // If the induction step is negative we have to invert source and sink of the
4217   // dependence.
4218   if (StrideAPtr < 0) {
4219     //Src = BScev;
4220     //Sink = AScev;
4221     std::swap(APtr, BPtr);
4222     std::swap(Src, Sink);
4223     std::swap(AIsWrite, BIsWrite);
4224     std::swap(AIdx, BIdx);
4225     std::swap(StrideAPtr, StrideBPtr);
4226   }
4227
4228   const SCEV *Dist = SE->getMinusSCEV(Sink, Src);
4229
4230   DEBUG(dbgs() << "LV: Src Scev: " << *Src << "Sink Scev: " << *Sink
4231         << "(Induction step: " << StrideAPtr <<  ")\n");
4232   DEBUG(dbgs() << "LV: Distance for " << *InstMap[AIdx] << " to "
4233         << *InstMap[BIdx] << ": " << *Dist << "\n");
4234
4235   // Need consecutive accesses. We don't want to vectorize
4236   // "A[B[i]] += ..." and similar code or pointer arithmetic that could wrap in
4237   // the address space.
4238   if (!StrideAPtr || !StrideBPtr || StrideAPtr != StrideBPtr){
4239     DEBUG(dbgs() << "Non-consecutive pointer access\n");
4240     return true;
4241   }
4242
4243   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Dist);
4244   if (!C) {
4245     DEBUG(dbgs() << "LV: Dependence because of non-constant distance\n");
4246     ShouldRetryWithRuntimeCheck = true;
4247     return true;
4248   }
4249
4250   Type *ATy = APtr->getType()->getPointerElementType();
4251   Type *BTy = BPtr->getType()->getPointerElementType();
4252   unsigned TypeByteSize = DL->getTypeAllocSize(ATy);
4253
4254   // Negative distances are not plausible dependencies.
4255   const APInt &Val = C->getValue()->getValue();
4256   if (Val.isNegative()) {
4257     bool IsTrueDataDependence = (AIsWrite && !BIsWrite);
4258     if (IsTrueDataDependence &&
4259         (couldPreventStoreLoadForward(Val.abs().getZExtValue(), TypeByteSize) ||
4260          ATy != BTy))
4261       return true;
4262
4263     DEBUG(dbgs() << "LV: Dependence is negative: NoDep\n");
4264     return false;
4265   }
4266
4267   // Write to the same location with the same size.
4268   // Could be improved to assert type sizes are the same (i32 == float, etc).
4269   if (Val == 0) {
4270     if (ATy == BTy)
4271       return false;
4272     DEBUG(dbgs() << "LV: Zero dependence difference but different types\n");
4273     return true;
4274   }
4275
4276   assert(Val.isStrictlyPositive() && "Expect a positive value");
4277
4278   // Positive distance bigger than max vectorization factor.
4279   if (ATy != BTy) {
4280     DEBUG(dbgs() <<
4281           "LV: ReadWrite-Write positive dependency with different types\n");
4282     return false;
4283   }
4284
4285   unsigned Distance = (unsigned) Val.getZExtValue();
4286
4287   // Bail out early if passed-in parameters make vectorization not feasible.
4288   unsigned ForcedFactor = VectorizationFactor ? VectorizationFactor : 1;
4289   unsigned ForcedUnroll = VectorizationUnroll ? VectorizationUnroll : 1;
4290
4291   // The distance must be bigger than the size needed for a vectorized version
4292   // of the operation and the size of the vectorized operation must not be
4293   // bigger than the currrent maximum size.
4294   if (Distance < 2*TypeByteSize ||
4295       2*TypeByteSize > MaxSafeDepDistBytes ||
4296       Distance < TypeByteSize * ForcedUnroll * ForcedFactor) {
4297     DEBUG(dbgs() << "LV: Failure because of Positive distance "
4298         << Val.getSExtValue() << '\n');
4299     return true;
4300   }
4301
4302   MaxSafeDepDistBytes = Distance < MaxSafeDepDistBytes ?
4303     Distance : MaxSafeDepDistBytes;
4304
4305   bool IsTrueDataDependence = (!AIsWrite && BIsWrite);
4306   if (IsTrueDataDependence &&
4307       couldPreventStoreLoadForward(Distance, TypeByteSize))
4308      return true;
4309
4310   DEBUG(dbgs() << "LV: Positive distance " << Val.getSExtValue() <<
4311         " with max VF = " << MaxSafeDepDistBytes / TypeByteSize << '\n');
4312
4313   return false;
4314 }
4315
4316 bool MemoryDepChecker::areDepsSafe(AccessAnalysis::DepCandidates &AccessSets,
4317                                    MemAccessInfoSet &CheckDeps,
4318                                    ValueToValueMap &Strides) {
4319
4320   MaxSafeDepDistBytes = -1U;
4321   while (!CheckDeps.empty()) {
4322     MemAccessInfo CurAccess = *CheckDeps.begin();
4323
4324     // Get the relevant memory access set.
4325     EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::iterator I =
4326       AccessSets.findValue(AccessSets.getLeaderValue(CurAccess));
4327
4328     // Check accesses within this set.
4329     EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::member_iterator AI, AE;
4330     AI = AccessSets.member_begin(I), AE = AccessSets.member_end();
4331
4332     // Check every access pair.
4333     while (AI != AE) {
4334       CheckDeps.erase(*AI);
4335       EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::member_iterator OI = llvm::next(AI);
4336       while (OI != AE) {
4337         // Check every accessing instruction pair in program order.
4338         for (std::vector<unsigned>::iterator I1 = Accesses[*AI].begin(),
4339              I1E = Accesses[*AI].end(); I1 != I1E; ++I1)
4340           for (std::vector<unsigned>::iterator I2 = Accesses[*OI].begin(),
4341                I2E = Accesses[*OI].end(); I2 != I2E; ++I2) {
4342             if (*I1 < *I2 && isDependent(*AI, *I1, *OI, *I2, Strides))
4343               return false;
4344             if (*I2 < *I1 && isDependent(*OI, *I2, *AI, *I1, Strides))
4345               return false;
4346           }
4347         ++OI;
4348       }
4349       AI++;
4350     }
4351   }
4352   return true;
4353 }
4354
4355 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeMemory() {
4356
4357   typedef SmallVector<Value*, 16> ValueVector;
4358   typedef SmallPtrSet<Value*, 16> ValueSet;
4359
4360   // Holds the Load and Store *instructions*.
4361   ValueVector Loads;
4362   ValueVector Stores;
4363
4364   // Holds all the different accesses in the loop.
4365   unsigned NumReads = 0;
4366   unsigned NumReadWrites = 0;
4367
4368   PtrRtCheck.Pointers.clear();
4369   PtrRtCheck.Need = false;
4370
4371   const bool IsAnnotatedParallel = TheLoop->isAnnotatedParallel();
4372   MemoryDepChecker DepChecker(SE, DL, TheLoop);
4373
4374   // For each block.
4375   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
4376        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
4377
4378     // Scan the BB and collect legal loads and stores.
4379     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
4380          ++it) {
4381
4382       // If this is a load, save it. If this instruction can read from memory
4383       // but is not a load, then we quit. Notice that we don't handle function
4384       // calls that read or write.
4385       if (it->mayReadFromMemory()) {
4386         // Many math library functions read the rounding mode. We will only
4387         // vectorize a loop if it contains known function calls that don't set
4388         // the flag. Therefore, it is safe to ignore this read from memory.
4389         CallInst *Call = dyn_cast<CallInst>(it);
4390         if (Call && getIntrinsicIDForCall(Call, TLI))
4391           continue;
4392
4393         LoadInst *Ld = dyn_cast<LoadInst>(it);
4394         if (!Ld) return false;
4395         if (!Ld->isSimple() && !IsAnnotatedParallel) {
4396           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-simple load.\n");
4397           return false;
4398         }
4399         NumLoads++;
4400         Loads.push_back(Ld);
4401         DepChecker.addAccess(Ld);
4402         continue;
4403       }
4404
4405       // Save 'store' instructions. Abort if other instructions write to memory.
4406       if (it->mayWriteToMemory()) {
4407         StoreInst *St = dyn_cast<StoreInst>(it);
4408         if (!St) return false;
4409         if (!St->isSimple() && !IsAnnotatedParallel) {
4410           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-simple store.\n");
4411           return false;
4412         }
4413         NumStores++;
4414         Stores.push_back(St);
4415         DepChecker.addAccess(St);
4416       }
4417     } // Next instr.
4418   } // Next block.
4419
4420   // Now we have two lists that hold the loads and the stores.
4421   // Next, we find the pointers that they use.
4422
4423   // Check if we see any stores. If there are no stores, then we don't
4424   // care if the pointers are *restrict*.
4425   if (!Stores.size()) {
4426     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a read-only loop!\n");
4427     return true;
4428   }
4429
4430   AccessAnalysis::DepCandidates DependentAccesses;
4431   AccessAnalysis Accesses(DL, DependentAccesses);
4432
4433   // Holds the analyzed pointers. We don't want to call GetUnderlyingObjects
4434   // multiple times on the same object. If the ptr is accessed twice, once
4435   // for read and once for write, it will only appear once (on the write
4436   // list). This is okay, since we are going to check for conflicts between
4437   // writes and between reads and writes, but not between reads and reads.
4438   ValueSet Seen;
4439
4440   ValueVector::iterator I, IE;
4441   for (I = Stores.begin(), IE = Stores.end(); I != IE; ++I) {
4442     StoreInst *ST = cast<StoreInst>(*I);
4443     Value* Ptr = ST->getPointerOperand();
4444
4445     if (isUniform(Ptr)) {
4446       DEBUG(dbgs() << "LV: We don't allow storing to uniform addresses\n");
4447       return false;
4448     }
4449
4450     // If we did *not* see this pointer before, insert it to  the read-write
4451     // list. At this phase it is only a 'write' list.
4452     if (Seen.insert(Ptr)) {
4453       ++NumReadWrites;
4454       Accesses.addStore(Ptr);
4455     }
4456   }
4457
4458   if (IsAnnotatedParallel) {
4459     DEBUG(dbgs()
4460           << "LV: A loop annotated parallel, ignore memory dependency "
4461           << "checks.\n");
4462     return true;
4463   }
4464
4465   for (I = Loads.begin(), IE = Loads.end(); I != IE; ++I) {
4466     LoadInst *LD = cast<LoadInst>(*I);
4467     Value* Ptr = LD->getPointerOperand();
4468     // If we did *not* see this pointer before, insert it to the
4469     // read list. If we *did* see it before, then it is already in
4470     // the read-write list. This allows us to vectorize expressions
4471     // such as A[i] += x;  Because the address of A[i] is a read-write
4472     // pointer. This only works if the index of A[i] is consecutive.
4473     // If the address of i is unknown (for example A[B[i]]) then we may
4474     // read a few words, modify, and write a few words, and some of the
4475     // words may be written to the same address.
4476     bool IsReadOnlyPtr = false;
4477     if (Seen.insert(Ptr) || !isStridedPtr(SE, DL, Ptr, TheLoop, Strides)) {
4478       ++NumReads;
4479       IsReadOnlyPtr = true;
4480     }
4481     Accesses.addLoad(Ptr, IsReadOnlyPtr);
4482   }
4483
4484   // If we write (or read-write) to a single destination and there are no
4485   // other reads in this loop then is it safe to vectorize.
4486   if (NumReadWrites == 1 && NumReads == 0) {
4487     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a write-only loop!\n");
4488     return true;
4489   }
4490
4491   // Build dependence sets and check whether we need a runtime pointer bounds
4492   // check.
4493   Accesses.buildDependenceSets();
4494   bool NeedRTCheck = Accesses.isRTCheckNeeded();
4495
4496   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
4497   // to place a runtime bound check.
4498   unsigned NumComparisons = 0;
4499   bool CanDoRT = false;
4500   if (NeedRTCheck)
4501     CanDoRT = Accesses.canCheckPtrAtRT(PtrRtCheck, NumComparisons, SE, TheLoop,
4502                                        Strides);
4503
4504   DEBUG(dbgs() << "LV: We need to do " << NumComparisons <<
4505         " pointer comparisons.\n");
4506
4507   // If we only have one set of dependences to check pointers among we don't
4508   // need a runtime check.
4509   if (NumComparisons == 0 && NeedRTCheck)
4510     NeedRTCheck = false;
4511
4512   // Check that we did not collect too many pointers or found an unsizeable
4513   // pointer.
4514   if (!CanDoRT || NumComparisons > RuntimeMemoryCheckThreshold) {
4515     PtrRtCheck.reset();
4516     CanDoRT = false;
4517   }
4518
4519   if (CanDoRT) {
4520     DEBUG(dbgs() << "LV: We can perform a memory runtime check if needed.\n");
4521   }
4522
4523   if (NeedRTCheck && !CanDoRT) {
4524     DEBUG(dbgs() << "LV: We can't vectorize because we can't find " <<
4525           "the array bounds.\n");
4526     PtrRtCheck.reset();
4527     return false;
4528   }
4529
4530   PtrRtCheck.Need = NeedRTCheck;
4531
4532   bool CanVecMem = true;
4533   if (Accesses.isDependencyCheckNeeded()) {
4534     DEBUG(dbgs() << "LV: Checking memory dependencies\n");
4535     CanVecMem = DepChecker.areDepsSafe(
4536         DependentAccesses, Accesses.getDependenciesToCheck(), Strides);
4537     MaxSafeDepDistBytes = DepChecker.getMaxSafeDepDistBytes();
4538
4539     if (!CanVecMem && DepChecker.shouldRetryWithRuntimeCheck()) {
4540       DEBUG(dbgs() << "LV: Retrying with memory checks\n");
4541       NeedRTCheck = true;
4542
4543       // Clear the dependency checks. We assume they are not needed.
4544       Accesses.resetDepChecks();
4545
4546       PtrRtCheck.reset();
4547       PtrRtCheck.Need = true;
4548
4549       CanDoRT = Accesses.canCheckPtrAtRT(PtrRtCheck, NumComparisons, SE,
4550                                          TheLoop, Strides, true);
4551       // Check that we did not collect too many pointers or found an unsizeable
4552       // pointer.
4553       if (!CanDoRT || NumComparisons > RuntimeMemoryCheckThreshold) {
4554         DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize with memory checks\n");
4555         PtrRtCheck.reset();
4556         return false;
4557       }
4558
4559       CanVecMem = true;
4560     }
4561   }
4562
4563   DEBUG(dbgs() << "LV: We" << (NeedRTCheck ? "" : " don't") <<
4564         " need a runtime memory check.\n");
4565
4566   return CanVecMem;
4567 }
4568
4569 static bool hasMultipleUsesOf(Instruction *I,
4570                               SmallPtrSet<Instruction *, 8> &Insts) {
4571   unsigned NumUses = 0;
4572   for(User::op_iterator Use = I->op_begin(), E = I->op_end(); Use != E; ++Use) {
4573     if (Insts.count(dyn_cast<Instruction>(*Use)))
4574       ++NumUses;
4575     if (NumUses > 1)
4576       return true;
4577   }
4578
4579   return false;
4580 }
4581
4582 static bool areAllUsesIn(Instruction *I, SmallPtrSet<Instruction *, 8> &Set) {
4583   for(User::op_iterator Use = I->op_begin(), E = I->op_end(); Use != E; ++Use)
4584     if (!Set.count(dyn_cast<Instruction>(*Use)))
4585       return false;
4586   return true;
4587 }
4588
4589 bool LoopVectorizationLegality::AddReductionVar(PHINode *Phi,
4590                                                 ReductionKind Kind) {
4591   if (Phi->getNumIncomingValues() != 2)
4592     return false;
4593
4594   // Reduction variables are only found in the loop header block.
4595   if (Phi->getParent() != TheLoop->getHeader())
4596     return false;
4597
4598   // Obtain the reduction start value from the value that comes from the loop
4599   // preheader.
4600   Value *RdxStart = Phi->getIncomingValueForBlock(TheLoop->getLoopPreheader());
4601
4602   // ExitInstruction is the single value which is used outside the loop.
4603   // We only allow for a single reduction value to be used outside the loop.
4604   // This includes users of the reduction, variables (which form a cycle
4605   // which ends in the phi node).
4606   Instruction *ExitInstruction = 0;
4607   // Indicates that we found a reduction operation in our scan.
4608   bool FoundReduxOp = false;
4609
4610   // We start with the PHI node and scan for all of the users of this
4611   // instruction. All users must be instructions that can be used as reduction
4612   // variables (such as ADD). We must have a single out-of-block user. The cycle
4613   // must include the original PHI.
4614   bool FoundStartPHI = false;
4615
4616   // To recognize min/max patterns formed by a icmp select sequence, we store
4617   // the number of instruction we saw from the recognized min/max pattern,
4618   //  to make sure we only see exactly the two instructions.
4619   unsigned NumCmpSelectPatternInst = 0;
4620   ReductionInstDesc ReduxDesc(false, 0);
4621
4622   SmallPtrSet<Instruction *, 8> VisitedInsts;
4623   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
4624   Worklist.push_back(Phi);
4625   VisitedInsts.insert(Phi);
4626
4627   // A value in the reduction can be used:
4628   //  - By the reduction:
4629   //      - Reduction operation:
4630   //        - One use of reduction value (safe).
4631   //        - Multiple use of reduction value (not safe).
4632   //      - PHI:
4633   //        - All uses of the PHI must be the reduction (safe).
4634   //        - Otherwise, not safe.
4635   //  - By one instruction outside of the loop (safe).
4636   //  - By further instructions outside of the loop (not safe).
4637   //  - By an instruction that is not part of the reduction (not safe).
4638   //    This is either:
4639   //      * An instruction type other than PHI or the reduction operation.
4640   //      * A PHI in the header other than the initial PHI.
4641   while (!Worklist.empty()) {
4642     Instruction *Cur = Worklist.back();
4643     Worklist.pop_back();
4644
4645     // No Users.
4646     // If the instruction has no users then this is a broken chain and can't be
4647     // a reduction variable.
4648     if (Cur->use_empty())
4649       return false;
4650
4651     bool IsAPhi = isa<PHINode>(Cur);
4652
4653     // A header PHI use other than the original PHI.
4654     if (Cur != Phi && IsAPhi && Cur->getParent() == Phi->getParent())
4655       return false;
4656
4657     // Reductions of instructions such as Div, and Sub is only possible if the
4658     // LHS is the reduction variable.
4659     if (!Cur->isCommutative() && !IsAPhi && !isa<SelectInst>(Cur) &&
4660         !isa<ICmpInst>(Cur) && !isa<FCmpInst>(Cur) &&
4661         !VisitedInsts.count(dyn_cast<Instruction>(Cur->getOperand(0))))
4662       return false;
4663
4664     // Any reduction instruction must be of one of the allowed kinds.
4665     ReduxDesc = isReductionInstr(Cur, Kind, ReduxDesc);
4666     if (!ReduxDesc.IsReduction)
4667       return false;
4668
4669     // A reduction operation must only have one use of the reduction value.
4670     if (!IsAPhi && Kind != RK_IntegerMinMax && Kind != RK_FloatMinMax &&
4671         hasMultipleUsesOf(Cur, VisitedInsts))
4672       return false;
4673
4674     // All inputs to a PHI node must be a reduction value.
4675     if(IsAPhi && Cur != Phi && !areAllUsesIn(Cur, VisitedInsts))
4676       return false;
4677
4678     if (Kind == RK_IntegerMinMax && (isa<ICmpInst>(Cur) ||
4679                                      isa<SelectInst>(Cur)))
4680       ++NumCmpSelectPatternInst;
4681     if (Kind == RK_FloatMinMax && (isa<FCmpInst>(Cur) ||
4682                                    isa<SelectInst>(Cur)))
4683       ++NumCmpSelectPatternInst;
4684
4685     // Check  whether we found a reduction operator.
4686     FoundReduxOp |= !IsAPhi;
4687
4688     // Process users of current instruction. Push non-PHI nodes after PHI nodes
4689     // onto the stack. This way we are going to have seen all inputs to PHI
4690     // nodes once we get to them.
4691     SmallVector<Instruction *, 8> NonPHIs;
4692     SmallVector<Instruction *, 8> PHIs;
4693     for (Value::use_iterator UI = Cur->use_begin(), E = Cur->use_end(); UI != E;
4694          ++UI) {
4695       Instruction *Usr = cast<Instruction>(*UI);
4696
4697       // Check if we found the exit user.
4698       BasicBlock *Parent = Usr->getParent();
4699       if (!TheLoop->contains(Parent)) {
4700         // Exit if you find multiple outside users or if the header phi node is
4701         // being used. In this case the user uses the value of the previous
4702         // iteration, in which case we would loose "VF-1" iterations of the
4703         // reduction operation if we vectorize.
4704         if (ExitInstruction != 0 || Cur == Phi)
4705           return false;
4706
4707         // The instruction used by an outside user must be the last instruction
4708         // before we feed back to the reduction phi. Otherwise, we loose VF-1
4709         // operations on the value.
4710         if (std::find(Phi->op_begin(), Phi->op_end(), Cur) == Phi->op_end())
4711          return false;
4712
4713         ExitInstruction = Cur;
4714         continue;
4715       }
4716
4717       // Process instructions only once (termination). Each reduction cycle
4718       // value must only be used once, except by phi nodes and min/max
4719       // reductions which are represented as a cmp followed by a select.
4720       ReductionInstDesc IgnoredVal(false, 0);
4721       if (VisitedInsts.insert(Usr)) {
4722         if (isa<PHINode>(Usr))
4723           PHIs.push_back(Usr);
4724         else
4725           NonPHIs.push_back(Usr);
4726       } else if (!isa<PHINode>(Usr) &&
4727                  ((!isa<FCmpInst>(Usr) &&
4728                    !isa<ICmpInst>(Usr) &&
4729                    !isa<SelectInst>(Usr)) ||
4730                   !isMinMaxSelectCmpPattern(Usr, IgnoredVal).IsReduction))
4731         return false;
4732
4733       // Remember that we completed the cycle.
4734       if (Usr == Phi)
4735         FoundStartPHI = true;
4736     }
4737     Worklist.append(PHIs.begin(), PHIs.end());
4738     Worklist.append(NonPHIs.begin(), NonPHIs.end());
4739   }
4740
4741   // This means we have seen one but not the other instruction of the
4742   // pattern or more than just a select and cmp.
4743   if ((Kind == RK_IntegerMinMax || Kind == RK_FloatMinMax) &&
4744       NumCmpSelectPatternInst != 2)
4745     return false;
4746
4747   if (!FoundStartPHI || !FoundReduxOp || !ExitInstruction)
4748     return false;
4749
4750   // We found a reduction var if we have reached the original phi node and we
4751   // only have a single instruction with out-of-loop users.
4752
4753   // This instruction is allowed to have out-of-loop users.
4754   AllowedExit.insert(ExitInstruction);
4755
4756   // Save the description of this reduction variable.
4757   ReductionDescriptor RD(RdxStart, ExitInstruction, Kind,
4758                          ReduxDesc.MinMaxKind);
4759   Reductions[Phi] = RD;
4760   // We've ended the cycle. This is a reduction variable if we have an
4761   // outside user and it has a binary op.
4762
4763   return true;
4764 }
4765
4766 /// Returns true if the instruction is a Select(ICmp(X, Y), X, Y) instruction
4767 /// pattern corresponding to a min(X, Y) or max(X, Y).
4768 LoopVectorizationLegality::ReductionInstDesc
4769 LoopVectorizationLegality::isMinMaxSelectCmpPattern(Instruction *I,
4770                                                     ReductionInstDesc &Prev) {
4771
4772   assert((isa<ICmpInst>(I) || isa<FCmpInst>(I) || isa<SelectInst>(I)) &&
4773          "Expect a select instruction");
4774   Instruction *Cmp = 0;
4775   SelectInst *Select = 0;
4776
4777   // We must handle the select(cmp()) as a single instruction. Advance to the
4778   // select.
4779   if ((Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(I)) || (Cmp = dyn_cast<FCmpInst>(I))) {
4780     if (!Cmp->hasOneUse() || !(Select = dyn_cast<SelectInst>(*I->use_begin())))
4781       return ReductionInstDesc(false, I);
4782     return ReductionInstDesc(Select, Prev.MinMaxKind);
4783   }
4784
4785   // Only handle single use cases for now.
4786   if (!(Select = dyn_cast<SelectInst>(I)))
4787     return ReductionInstDesc(false, I);
4788   if (!(Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(I->getOperand(0))) &&
4789       !(Cmp = dyn_cast<FCmpInst>(I->getOperand(0))))
4790     return ReductionInstDesc(false, I);
4791   if (!Cmp->hasOneUse())
4792     return ReductionInstDesc(false, I);
4793
4794   Value *CmpLeft;
4795   Value *CmpRight;
4796
4797   // Look for a min/max pattern.
4798   if (m_UMin(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4799     return ReductionInstDesc(Select, MRK_UIntMin);
4800   else if (m_UMax(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4801     return ReductionInstDesc(Select, MRK_UIntMax);
4802   else if (m_SMax(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4803     return ReductionInstDesc(Select, MRK_SIntMax);
4804   else if (m_SMin(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4805     return ReductionInstDesc(Select, MRK_SIntMin);
4806   else if (m_OrdFMin(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4807     return ReductionInstDesc(Select, MRK_FloatMin);
4808   else if (m_OrdFMax(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4809     return ReductionInstDesc(Select, MRK_FloatMax);
4810   else if (m_UnordFMin(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4811     return ReductionInstDesc(Select, MRK_FloatMin);
4812   else if (m_UnordFMax(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4813     return ReductionInstDesc(Select, MRK_FloatMax);
4814
4815   return ReductionInstDesc(false, I);
4816 }
4817
4818 LoopVectorizationLegality::ReductionInstDesc
4819 LoopVectorizationLegality::isReductionInstr(Instruction *I,
4820                                             ReductionKind Kind,
4821                                             ReductionInstDesc &Prev) {
4822   bool FP = I->getType()->isFloatingPointTy();
4823   bool FastMath = (FP && I->isCommutative() && I->isAssociative());
4824   switch (I->getOpcode()) {
4825   default:
4826     return ReductionInstDesc(false, I);
4827   case Instruction::PHI:
4828       if (FP && (Kind != RK_FloatMult && Kind != RK_FloatAdd &&
4829                  Kind != RK_FloatMinMax))
4830         return ReductionInstDesc(false, I);
4831     return ReductionInstDesc(I, Prev.MinMaxKind);
4832   case Instruction::Sub:
4833   case Instruction::Add:
4834     return ReductionInstDesc(Kind == RK_IntegerAdd, I);
4835   case Instruction::Mul:
4836     return ReductionInstDesc(Kind == RK_IntegerMult, I);
4837   case Instruction::And:
4838     return ReductionInstDesc(Kind == RK_IntegerAnd, I);
4839   case Instruction::Or:
4840     return ReductionInstDesc(Kind == RK_IntegerOr, I);
4841   case Instruction::Xor:
4842     return ReductionInstDesc(Kind == RK_IntegerXor, I);
4843   case Instruction::FMul:
4844     return ReductionInstDesc(Kind == RK_FloatMult && FastMath, I);
4845   case Instruction::FAdd:
4846     return ReductionInstDesc(Kind == RK_FloatAdd && FastMath, I);
4847   case Instruction::FCmp:
4848   case Instruction::ICmp:
4849   case Instruction::Select:
4850     if (Kind != RK_IntegerMinMax &&
4851         (!HasFunNoNaNAttr || Kind != RK_FloatMinMax))
4852       return ReductionInstDesc(false, I);
4853     return isMinMaxSelectCmpPattern(I, Prev);
4854   }
4855 }
4856
4857 LoopVectorizationLegality::InductionKind
4858 LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(PHINode *Phi) {
4859   Type *PhiTy = Phi->getType();
4860   // We only handle integer and pointer inductions variables.
4861   if (!PhiTy->isIntegerTy() && !PhiTy->isPointerTy())
4862     return IK_NoInduction;
4863
4864   // Check that the PHI is consecutive.
4865   const SCEV *PhiScev = SE->getSCEV(Phi);
4866   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PhiScev);
4867   if (!AR) {
4868     DEBUG(dbgs() << "LV: PHI is not a poly recurrence.\n");
4869     return IK_NoInduction;
4870   }
4871   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
4872
4873   // Integer inductions need to have a stride of one.
4874   if (PhiTy->isIntegerTy()) {
4875     if (Step->isOne())
4876       return IK_IntInduction;
4877     if (Step->isAllOnesValue())
4878       return IK_ReverseIntInduction;
4879     return IK_NoInduction;
4880   }
4881
4882   // Calculate the pointer stride and check if it is consecutive.
4883   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
4884   if (!C)
4885     return IK_NoInduction;
4886
4887   assert(PhiTy->isPointerTy() && "The PHI must be a pointer");
4888   uint64_t Size = DL->getTypeAllocSize(PhiTy->getPointerElementType());
4889   if (C->getValue()->equalsInt(Size))
4890     return IK_PtrInduction;
4891   else if (C->getValue()->equalsInt(0 - Size))
4892     return IK_ReversePtrInduction;
4893
4894   return IK_NoInduction;
4895 }
4896
4897 bool LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(const Value *V) {
4898   Value *In0 = const_cast<Value*>(V);
4899   PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(In0);
4900   if (!PN)
4901     return false;
4902
4903   return Inductions.count(PN);
4904 }
4905
4906 bool LoopVectorizationLegality::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB)  {
4907   assert(TheLoop->contains(BB) && "Unknown block used");
4908
4909   // Blocks that do not dominate the latch need predication.
4910   BasicBlock* Latch = TheLoop->getLoopLatch();
4911   return !DT->dominates(BB, Latch);
4912 }
4913
4914 bool LoopVectorizationLegality::blockCanBePredicated(BasicBlock *BB,
4915                                             SmallPtrSet<Value *, 8>& SafePtrs) {
4916   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
4917     // We might be able to hoist the load.
4918     if (it->mayReadFromMemory()) {
4919       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(it);
4920       if (!LI || !SafePtrs.count(LI->getPointerOperand()))
4921         return false;
4922     }
4923
4924     // We don't predicate stores at the moment.
4925     if (it->mayWriteToMemory()) {
4926       StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(it);
4927       // We only support predication of stores in basic blocks with one
4928       // predecessor.
4929       if (!SI || ++NumPredStores > NumberOfStoresToPredicate ||
4930           !SafePtrs.count(SI->getPointerOperand()) ||
4931           !SI->getParent()->getSinglePredecessor())
4932         return false;
4933     }
4934     if (it->mayThrow())
4935       return false;
4936
4937     // Check that we don't have a constant expression that can trap as operand.
4938     for (Instruction::op_iterator OI = it->op_begin(), OE = it->op_end();
4939          OI != OE; ++OI) {
4940       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*OI))
4941         if (C->canTrap())
4942           return false;
4943     }
4944
4945     // The instructions below can trap.
4946     switch (it->getOpcode()) {
4947     default: continue;
4948     case Instruction::UDiv:
4949     case Instruction::SDiv:
4950     case Instruction::URem:
4951     case Instruction::SRem:
4952              return false;
4953     }
4954   }
4955
4956   return true;
4957 }
4958
4959 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
4960 LoopVectorizationCostModel::selectVectorizationFactor(bool OptForSize,
4961                                                       unsigned UserVF) {
4962   // Width 1 means no vectorize
4963   VectorizationFactor Factor = { 1U, 0U };
4964   if (OptForSize && Legal->getRuntimePointerCheck()->Need) {
4965     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. Runtime ptr check is required in Os.\n");
4966     return Factor;
4967   }
4968
4969   if (!EnableCondStoresVectorization && Legal->NumPredStores) {
4970     DEBUG(dbgs() << "LV: No vectorization. There are conditional stores.\n");
4971     return Factor;
4972   }
4973
4974   // Find the trip count.
4975   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop, TheLoop->getLoopLatch());
4976   DEBUG(dbgs() << "LV: Found trip count: " << TC << '\n');
4977
4978   unsigned WidestType = getWidestType();
4979   unsigned WidestRegister = TTI.getRegisterBitWidth(true);
4980   unsigned MaxSafeDepDist = -1U;
4981   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
4982     MaxSafeDepDist = Legal->getMaxSafeDepDistBytes() * 8;
4983   WidestRegister = ((WidestRegister < MaxSafeDepDist) ?
4984                     WidestRegister : MaxSafeDepDist);
4985   unsigned MaxVectorSize = WidestRegister / WidestType;
4986   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest type: " << WidestType << " bits.\n");
4987   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest register is: "
4988           << WidestRegister << " bits.\n");
4989
4990   if (MaxVectorSize == 0) {
4991     DEBUG(dbgs() << "LV: The target has no vector registers.\n");
4992     MaxVectorSize = 1;
4993   }
4994
4995   assert(MaxVectorSize <= 32 && "Did not expect to pack so many elements"
4996          " into one vector!");
4997
4998   unsigned VF = MaxVectorSize;
4999
5000   // If we optimize the program for size, avoid creating the tail loop.
5001   if (OptForSize) {
5002     // If we are unable to calculate the trip count then don't try to vectorize.
5003     if (TC < 2) {
5004       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required in Os.\n");
5005       return Factor;
5006     }
5007
5008     // Find the maximum SIMD width that can fit within the trip count.
5009     VF = TC % MaxVectorSize;
5010
5011     if (VF == 0)
5012       VF = MaxVectorSize;
5013
5014     // If the trip count that we found modulo the vectorization factor is not
5015     // zero then we require a tail.
5016     if (VF < 2) {
5017       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required in Os.\n");
5018       return Factor;
5019     }
5020   }
5021
5022   if (UserVF != 0) {
5023     assert(isPowerOf2_32(UserVF) && "VF needs to be a power of two");
5024     DEBUG(dbgs() << "LV: Using user VF " << UserVF << ".\n");
5025
5026     Factor.Width = UserVF;
5027     return Factor;
5028   }
5029
5030   float Cost = expectedCost(1);
5031   unsigned Width = 1;
5032   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalar loop costs: " << (int)Cost << ".\n");
5033   for (unsigned i=2; i <= VF; i*=2) {
5034     // Notice that the vector loop needs to be executed less times, so
5035     // we need to divide the cost of the vector loops by the width of
5036     // the vector elements.
5037     float VectorCost = expectedCost(i) / (float)i;
5038     DEBUG(dbgs() << "LV: Vector loop of width " << i << " costs: " <<
5039           (int)VectorCost << ".\n");
5040     if (VectorCost < Cost) {
5041       Cost = VectorCost;
5042       Width = i;
5043     }
5044   }
5045
5046   DEBUG(dbgs() << "LV: Selecting VF = : "<< Width << ".\n");
5047   Factor.Width = Width;
5048   Factor.Cost = Width * Cost;
5049   return Factor;
5050 }
5051
5052 unsigned LoopVectorizationCostModel::getWidestType() {
5053   unsigned MaxWidth = 8;
5054
5055   // For each block.
5056   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
5057        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
5058     BasicBlock *BB = *bb;
5059
5060     // For each instruction in the loop.
5061     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
5062       Type *T = it->getType();
5063
5064       // Only examine Loads, Stores and PHINodes.
5065       if (!isa<LoadInst>(it) && !isa<StoreInst>(it) && !isa<PHINode>(it))
5066         continue;
5067
5068       // Examine PHI nodes that are reduction variables.
5069       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(it))
5070         if (!Legal->getReductionVars()->count(PN))
5071           continue;
5072
5073       // Examine the stored values.
5074       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it))
5075         T = ST->getValueOperand()->getType();
5076
5077       // Ignore loaded pointer types and stored pointer types that are not
5078       // consecutive. However, we do want to take consecutive stores/loads of
5079       // pointer vectors into account.
5080       if (T->isPointerTy() && !isConsecutiveLoadOrStore(it))
5081         continue;
5082
5083       MaxWidth = std::max(MaxWidth,
5084                           (unsigned)DL->getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
5085     }
5086   }
5087
5088   return MaxWidth;
5089 }
5090
5091 unsigned
5092 LoopVectorizationCostModel::selectUnrollFactor(bool OptForSize,
5093                                                unsigned UserUF,
5094                                                unsigned VF,
5095                                                unsigned LoopCost) {
5096
5097   // -- The unroll heuristics --
5098   // We unroll the loop in order to expose ILP and reduce the loop overhead.
5099   // There are many micro-architectural considerations that we can't predict
5100   // at this level. For example frontend pressure (on decode or fetch) due to
5101   // code size, or the number and capabilities of the execution ports.
5102   //
5103   // We use the following heuristics to select the unroll factor:
5104   // 1. If the code has reductions the we unroll in order to break the cross
5105   // iteration dependency.
5106   // 2. If the loop is really small then we unroll in order to reduce the loop
5107   // overhead.
5108   // 3. We don't unroll if we think that we will spill registers to memory due
5109   // to the increased register pressure.
5110
5111   // Use the user preference, unless 'auto' is selected.
5112   if (UserUF != 0)
5113     return UserUF;
5114
5115   // When we optimize for size we don't unroll.
5116   if (OptForSize)
5117     return 1;
5118
5119   // We used the distance for the unroll factor.
5120   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
5121     return 1;
5122
5123   // Do not unroll loops with a relatively small trip count.
5124   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop,
5125                                               TheLoop->getLoopLatch());
5126   if (TC > 1 && TC < TinyTripCountUnrollThreshold)
5127     return 1;
5128
5129   unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(VF > 1);
5130   DEBUG(dbgs() << "LV: The target has " << TargetNumRegisters <<
5131         " registers\n");
5132
5133   if (VF == 1) {
5134     if (ForceTargetNumScalarRegs.getNumOccurrences() > 0)
5135       TargetNumRegisters = ForceTargetNumScalarRegs;
5136   } else {
5137     if (ForceTargetNumVectorRegs.getNumOccurrences() > 0)
5138       TargetNumRegisters = ForceTargetNumVectorRegs;
5139   }
5140
5141   LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage R = calculateRegisterUsage();
5142   // We divide by these constants so assume that we have at least one
5143   // instruction that uses at least one register.
5144   R.MaxLocalUsers = std::max(R.MaxLocalUsers, 1U);
5145   R.NumInstructions = std::max(R.NumInstructions, 1U);
5146
5147   // We calculate the unroll factor using the following formula.
5148   // Subtract the number of loop invariants from the number of available
5149   // registers. These registers are used by all of the unrolled instances.
5150   // Next, divide the remaining registers by the number of registers that is
5151   // required by the loop, in order to estimate how many parallel instances
5152   // fit without causing spills. All of this is rounded down if necessary to be
5153   // a power of two. We want power of two unroll factors to simplify any
5154   // addressing operations or alignment considerations.
5155   unsigned UF = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs) /
5156                               R.MaxLocalUsers);
5157
5158   // Clamp the unroll factor ranges to reasonable factors.
5159   unsigned MaxUnrollSize = TTI.getMaximumUnrollFactor();
5160
5161   // Check if the user has overridden the unroll max.
5162   if (VF == 1) {
5163     if (ForceTargetMaxScalarUnrollFactor.getNumOccurrences() > 0)
5164       MaxUnrollSize = ForceTargetMaxScalarUnrollFactor;
5165   } else {
5166     if (ForceTargetMaxVectorUnrollFactor.getNumOccurrences() > 0)
5167       MaxUnrollSize = ForceTargetMaxVectorUnrollFactor;
5168   }
5169
5170   // If we did not calculate the cost for VF (because the user selected the VF)
5171   // then we calculate the cost of VF here.
5172   if (LoopCost == 0)
5173     LoopCost = expectedCost(VF);
5174
5175   // Clamp the calculated UF to be between the 1 and the max unroll factor
5176   // that the target allows.
5177   if (UF > MaxUnrollSize)
5178     UF = MaxUnrollSize;
5179   else if (UF < 1)
5180     UF = 1;
5181
5182   // Unroll if we vectorized this loop and there is a reduction that could
5183   // benefit from unrolling.
5184   if (VF > 1 && Legal->getReductionVars()->size()) {
5185     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling because of reductions.\n");
5186     return UF;
5187   }
5188
5189   if (EnableLoadStoreRuntimeUnroll &&
5190       !Legal->getRuntimePointerCheck()->Need &&
5191       LoopCost < SmallLoopCost) {
5192     // Unroll until store/load ports (estimated by max unroll factor) are
5193     // saturated.
5194     unsigned UnrollStores = UF / (Legal->NumStores ? Legal->NumStores : 1);
5195     unsigned UnrollLoads = UF /  (Legal->NumLoads ? Legal->NumLoads : 1);
5196     UF = std::max(std::min(UnrollStores, UnrollLoads), 1u);
5197     return UF;
5198   }
5199
5200   // We want to unroll tiny loops in order to reduce the loop overhead.
5201   // We assume that the cost overhead is 1 and we use the cost model
5202   // to estimate the cost of the loop and unroll until the cost of the
5203   // loop overhead is about 5% of the cost of the loop.
5204   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop cost is " << LoopCost << '\n');
5205   if (LoopCost < SmallLoopCost) {
5206     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling to reduce branch cost.\n");
5207     unsigned NewUF = PowerOf2Floor(SmallLoopCost / LoopCost);
5208     return std::min(NewUF, UF);
5209   }
5210
5211   DEBUG(dbgs() << "LV: Not Unrolling.\n");
5212   return 1;
5213 }
5214
5215 LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage
5216 LoopVectorizationCostModel::calculateRegisterUsage() {
5217   // This function calculates the register usage by measuring the highest number
5218   // of values that are alive at a single location. Obviously, this is a very
5219   // rough estimation. We scan the loop in a topological order in order and
5220   // assign a number to each instruction. We use RPO to ensure that defs are
5221   // met before their users. We assume that each instruction that has in-loop
5222   // users starts an interval. We record every time that an in-loop value is
5223   // used, so we have a list of the first and last occurrences of each
5224   // instruction. Next, we transpose this data structure into a multi map that
5225   // holds the list of intervals that *end* at a specific location. This multi
5226   // map allows us to perform a linear search. We scan the instructions linearly
5227   // and record each time that a new interval starts, by placing it in a set.
5228   // If we find this value in the multi-map then we remove it from the set.
5229   // The max register usage is the maximum size of the set.
5230   // We also search for instructions that are defined outside the loop, but are
5231   // used inside the loop. We need this number separately from the max-interval
5232   // usage number because when we unroll, loop-invariant values do not take
5233   // more register.
5234   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
5235   DFS.perform(LI);
5236
5237   RegisterUsage R;
5238   R.NumInstructions = 0;
5239
5240   // Each 'key' in the map opens a new interval. The values
5241   // of the map are the index of the 'last seen' usage of the
5242   // instruction that is the key.
5243   typedef DenseMap<Instruction*, unsigned> IntervalMap;
5244   // Maps instruction to its index.
5245   DenseMap<unsigned, Instruction*> IdxToInstr;
5246   // Marks the end of each interval.
5247   IntervalMap EndPoint;
5248   // Saves the list of instruction indices that are used in the loop.
5249   SmallSet<Instruction*, 8> Ends;
5250   // Saves the list of values that are used in the loop but are
5251   // defined outside the loop, such as arguments and constants.
5252   SmallPtrSet<Value*, 8> LoopInvariants;
5253
5254   unsigned Index = 0;
5255   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
5256        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb) {
5257     R.NumInstructions += (*bb)->size();
5258     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
5259          ++it) {
5260       Instruction *I = it;
5261       IdxToInstr[Index++] = I;
5262
5263       // Save the end location of each USE.
5264       for (unsigned i = 0; i < I->getNumOperands(); ++i) {
5265         Value *U = I->getOperand(i);
5266         Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(U);
5267
5268         // Ignore non-instruction values such as arguments, constants, etc.
5269         if (!Instr) continue;
5270
5271         // If this instruction is outside the loop then record it and continue.
5272         if (!TheLoop->contains(Instr)) {
5273           LoopInvariants.insert(Instr);
5274           continue;
5275         }
5276
5277         // Overwrite previous end points.
5278         EndPoint[Instr] = Index;
5279         Ends.insert(Instr);
5280       }
5281     }
5282   }
5283
5284   // Saves the list of intervals that end with the index in 'key'.
5285   typedef SmallVector<Instruction*, 2> InstrList;
5286   DenseMap<unsigned, InstrList> TransposeEnds;
5287
5288   // Transpose the EndPoints to a list of values that end at each index.
5289   for (IntervalMap::iterator it = EndPoint.begin(), e = EndPoint.end();
5290        it != e; ++it)
5291     TransposeEnds[it->second].push_back(it->first);
5292
5293   SmallSet<Instruction*, 8> OpenIntervals;
5294   unsigned MaxUsage = 0;
5295
5296
5297   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Calculating max register usage:\n");
5298   for (unsigned int i = 0; i < Index; ++i) {
5299     Instruction *I = IdxToInstr[i];
5300     // Ignore instructions that are never used within the loop.
5301     if (!Ends.count(I)) continue;
5302
5303     // Remove all of the instructions that end at this location.
5304     InstrList &List = TransposeEnds[i];
5305     for (unsigned int j=0, e = List.size(); j < e; ++j)
5306       OpenIntervals.erase(List[j]);
5307
5308     // Count the number of live interals.
5309     MaxUsage = std::max(MaxUsage, OpenIntervals.size());
5310
5311     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): At #" << i << " Interval # " <<
5312           OpenIntervals.size() << '\n');
5313
5314     // Add the current instruction to the list of open intervals.
5315     OpenIntervals.insert(I);
5316   }
5317
5318   unsigned Invariant = LoopInvariants.size();
5319   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found max usage: " << MaxUsage << '\n');
5320   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found invariant usage: " << Invariant << '\n');
5321   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): LoopSize: " << R.NumInstructions << '\n');
5322
5323   R.LoopInvariantRegs = Invariant;
5324   R.MaxLocalUsers = MaxUsage;
5325   return R;
5326 }
5327
5328 unsigned LoopVectorizationCostModel::expectedCost(unsigned VF) {
5329   unsigned Cost = 0;
5330
5331   // For each block.
5332   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
5333        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
5334     unsigned BlockCost = 0;
5335     BasicBlock *BB = *bb;
5336
5337     // For each instruction in the old loop.
5338     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
5339       // Skip dbg intrinsics.
5340       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
5341         continue;
5342
5343       unsigned C = getInstructionCost(it, VF);
5344
5345       // Check if we should override the cost.
5346       if (ForceTargetInstructionCost.getNumOccurrences() > 0)
5347         C = ForceTargetInstructionCost;
5348
5349       BlockCost += C;
5350       DEBUG(dbgs() << "LV: Found an estimated cost of " << C << " for VF " <<
5351             VF << " For instruction: " << *it << '\n');
5352     }
5353
5354     // We assume that if-converted blocks have a 50% chance of being executed.
5355     // When the code is scalar then some of the blocks are avoided due to CF.
5356     // When the code is vectorized we execute all code paths.
5357     if (VF == 1 && Legal->blockNeedsPredication(*bb))
5358       BlockCost /= 2;
5359
5360     Cost += BlockCost;
5361   }
5362
5363   return Cost;
5364 }
5365
5366 /// \brief Check whether the address computation for a non-consecutive memory
5367 /// access looks like an unlikely candidate for being merged into the indexing
5368 /// mode.
5369 ///
5370 /// We look for a GEP which has one index that is an induction variable and all
5371 /// other indices are loop invariant. If the stride of this access is also
5372 /// within a small bound we decide that this address computation can likely be
5373 /// merged into the addressing mode.
5374 /// In all other cases, we identify the address computation as complex.
5375 static bool isLikelyComplexAddressComputation(Value *Ptr,
5376                                               LoopVectorizationLegality *Legal,
5377                                               ScalarEvolution *SE,
5378                                               const Loop *TheLoop) {
5379   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
5380   if (!Gep)
5381     return true;
5382
5383   // We are looking for a gep with all loop invariant indices except for one
5384   // which should be an induction variable.
5385   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
5386   for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i) {
5387     Value *Opd = Gep->getOperand(i);
5388     if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Opd), TheLoop) &&
5389         !Legal->isInductionVariable(Opd))
5390       return true;
5391   }
5392
5393   // Now we know we have a GEP ptr, %inv, %ind, %inv. Make sure that the step
5394   // can likely be merged into the address computation.
5395   unsigned MaxMergeDistance = 64;
5396
5397   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(Ptr));
5398   if (!AddRec)
5399     return true;
5400
5401   // Check the step is constant.
5402   const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*SE);
5403   // Calculate the pointer stride and check if it is consecutive.
5404   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
5405   if (!C)
5406     return true;
5407
5408   const APInt &APStepVal = C->getValue()->getValue();
5409
5410   // Huge step value - give up.
5411   if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
5412     return true;
5413
5414   int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
5415
5416   return StepVal > MaxMergeDistance;
5417 }
5418
5419 static bool isStrideMul(Instruction *I, LoopVectorizationLegality *Legal) {
5420   if (Legal->hasStride(I->getOperand(0)) || Legal->hasStride(I->getOperand(1)))
5421     return true;
5422   return false;
5423 }
5424
5425 unsigned
5426 LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF) {
5427   // If we know that this instruction will remain uniform, check the cost of
5428   // the scalar version.
5429   if (Legal->isUniformAfterVectorization(I))
5430     VF = 1;
5431
5432   Type *RetTy = I->getType();
5433   Type *VectorTy = ToVectorTy(RetTy, VF);
5434
5435   // TODO: We need to estimate the cost of intrinsic calls.
5436   switch (I->getOpcode()) {
5437   case Instruction::GetElementPtr:
5438     // We mark this instruction as zero-cost because the cost of GEPs in
5439     // vectorized code depends on whether the corresponding memory instruction
5440     // is scalarized or not. Therefore, we handle GEPs with the memory
5441     // instruction cost.
5442     return 0;
5443   case Instruction::Br: {
5444     return TTI.getCFInstrCost(I->getOpcode());
5445   }
5446   case Instruction::PHI:
5447     //TODO: IF-converted IFs become selects.
5448     return 0;
5449   case Instruction::Add:
5450   case Instruction::FAdd:
5451   case Instruction::Sub:
5452   case Instruction::FSub:
5453   case Instruction::Mul:
5454   case Instruction::FMul:
5455   case Instruction::UDiv:
5456   case Instruction::SDiv:
5457   case Instruction::FDiv:
5458   case Instruction::URem:
5459   case Instruction::SRem:
5460   case Instruction::FRem:
5461   case Instruction::Shl:
5462   case Instruction::LShr:
5463   case Instruction::AShr:
5464   case Instruction::And:
5465   case Instruction::Or:
5466   case Instruction::Xor: {
5467     // Since we will replace the stride by 1 the multiplication should go away.
5468     if (I->getOpcode() == Instruction::Mul && isStrideMul(I, Legal))
5469       return 0;
5470     // Certain instructions can be cheaper to vectorize if they have a constant
5471     // second vector operand. One example of this are shifts on x86.
5472     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
5473       TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5474     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
5475       TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5476
5477     if (isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)))
5478       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
5479
5480     return TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, Op1VK, Op2VK);
5481   }
5482   case Instruction::Select: {
5483     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
5484     const SCEV *CondSCEV = SE->getSCEV(SI->getCondition());
5485     bool ScalarCond = (SE->isLoopInvariant(CondSCEV, TheLoop));
5486     Type *CondTy = SI->getCondition()->getType();
5487     if (!ScalarCond)
5488       CondTy = VectorType::get(CondTy, VF);
5489
5490     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, CondTy);
5491   }
5492   case Instruction::ICmp:
5493   case Instruction::FCmp: {
5494     Type *ValTy = I->getOperand(0)->getType();
5495     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
5496     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy);
5497   }
5498   case Instruction::Store:
5499   case Instruction::Load: {
5500     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
5501     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
5502     Type *ValTy = (SI ? SI->getValueOperand()->getType() :
5503                    LI->getType());
5504     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
5505
5506     unsigned Alignment = SI ? SI->getAlignment() : LI->getAlignment();
5507     unsigned AS = SI ? SI->getPointerAddressSpace() :
5508       LI->getPointerAddressSpace();
5509     Value *Ptr = SI ? SI->getPointerOperand() : LI->getPointerOperand();
5510     // We add the cost of address computation here instead of with the gep
5511     // instruction because only here we know whether the operation is
5512     // scalarized.
5513     if (VF == 1)
5514       return TTI.getAddressComputationCost(VectorTy) +
5515         TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
5516
5517     // Scalarized loads/stores.
5518     int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
5519     bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
5520     unsigned ScalarAllocatedSize = DL->getTypeAllocSize(ValTy);
5521     unsigned VectorElementSize = DL->getTypeStoreSize(VectorTy)/VF;
5522     if (!ConsecutiveStride || ScalarAllocatedSize != VectorElementSize) {
5523       bool IsComplexComputation =
5524         isLikelyComplexAddressComputation(Ptr, Legal, SE, TheLoop);
5525       unsigned Cost = 0;
5526       // The cost of extracting from the value vector and pointer vector.
5527       Type *PtrTy = ToVectorTy(Ptr->getType(), VF);
5528       for (unsigned i = 0; i < VF; ++i) {
5529         //  The cost of extracting the pointer operand.
5530         Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, PtrTy, i);
5531         // In case of STORE, the cost of ExtractElement from the vector.
5532         // In case of LOAD, the cost of InsertElement into the returned
5533         // vector.
5534         Cost += TTI.getVectorInstrCost(SI ? Instruction::ExtractElement :
5535                                             Instruction::InsertElement,
5536                                             VectorTy, i);
5537       }
5538
5539       // The cost of the scalar loads/stores.
5540       Cost += VF * TTI.getAddressComputationCost(PtrTy, IsComplexComputation);
5541       Cost += VF * TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy->getScalarType(),
5542                                        Alignment, AS);
5543       return Cost;
5544     }
5545
5546     // Wide load/stores.
5547     unsigned Cost = TTI.getAddressComputationCost(VectorTy);
5548     Cost += TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
5549
5550     if (Reverse)
5551       Cost += TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse,
5552                                   VectorTy, 0);
5553     return Cost;
5554   }
5555   case Instruction::ZExt:
5556   case Instruction::SExt:
5557   case Instruction::FPToUI:
5558   case Instruction::FPToSI:
5559   case Instruction::FPExt:
5560   case Instruction::PtrToInt:
5561   case Instruction::IntToPtr:
5562   case Instruction::SIToFP:
5563   case Instruction::UIToFP:
5564   case Instruction::Trunc:
5565   case Instruction::FPTrunc:
5566   case Instruction::BitCast: {
5567     // We optimize the truncation of induction variable.
5568     // The cost of these is the same as the scalar operation.
5569     if (I->getOpcode() == Instruction::Trunc &&
5570         Legal->isInductionVariable(I->getOperand(0)))
5571       return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), I->getType(),
5572                                   I->getOperand(0)->getType());
5573
5574     Type *SrcVecTy = ToVectorTy(I->getOperand(0)->getType(), VF);
5575     return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, SrcVecTy);
5576   }
5577   case Instruction::Call: {
5578     CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
5579     Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
5580     assert(ID && "Not an intrinsic call!");
5581     Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
5582     SmallVector<Type*, 4> Tys;
5583     for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i)
5584       Tys.push_back(ToVectorTy(CI->getArgOperand(i)->getType(), VF));
5585     return TTI.getIntrinsicInstrCost(ID, RetTy, Tys);
5586   }
5587   default: {
5588     // We are scalarizing the instruction. Return the cost of the scalar
5589     // instruction, plus the cost of insert and extract into vector
5590     // elements, times the vector width.
5591     unsigned Cost = 0;
5592
5593     if (!RetTy->isVoidTy() && VF != 1) {
5594       unsigned InsCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement,
5595                                                 VectorTy);
5596       unsigned ExtCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement,
5597                                                 VectorTy);
5598
5599       // The cost of inserting the results plus extracting each one of the
5600       // operands.
5601       Cost += VF * (InsCost + ExtCost * I->getNumOperands());
5602     }
5603
5604     // The cost of executing VF copies of the scalar instruction. This opcode
5605     // is unknown. Assume that it is the same as 'mul'.
5606     Cost += VF * TTI.getArithmeticInstrCost(Instruction::Mul, VectorTy);
5607     return Cost;
5608   }
5609   }// end of switch.
5610 }
5611
5612 Type* LoopVectorizationCostModel::ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF) {
5613   if (Scalar->isVoidTy() || VF == 1)
5614     return Scalar;
5615   return VectorType::get(Scalar, VF);
5616 }
5617
5618 char LoopVectorize::ID = 0;
5619 static const char lv_name[] = "Loop Vectorization";
5620 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
5621 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(TargetTransformInfo)
5622 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BlockFrequencyInfo)
5623 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
5624 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
5625 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
5626 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
5627 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
5628 INITIALIZE_PASS_END(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
5629
5630 namespace llvm {
5631   Pass *createLoopVectorizePass(bool NoUnrolling, bool AlwaysVectorize) {
5632     return new LoopVectorize(NoUnrolling, AlwaysVectorize);
5633   }
5634 }
5635
5636 bool LoopVectorizationCostModel::isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *Inst) {
5637   // Check for a store.
5638   if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
5639     return Legal->isConsecutivePtr(ST->getPointerOperand()) != 0;
5640
5641   // Check for a load.
5642   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
5643     return Legal->isConsecutivePtr(LI->getPointerOperand()) != 0;
5644
5645   return false;
5646 }
5647
5648
5649 void InnerLoopUnroller::scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
5650                                              bool IfPredicateStore) {
5651   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
5652   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
5653   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
5654
5655   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
5656
5657   // Find all of the vectorized parameters.
5658   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
5659     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
5660
5661     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
5662     if (SrcOp == OldInduction) {
5663       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
5664       continue;
5665     }
5666
5667     // Try using previously calculated values.
5668     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
5669
5670     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block
5671     // then it should already be vectorized.
5672     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
5673       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
5674       // The parameter is a vector value from earlier.
5675       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
5676     } else {
5677       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
5678       VectorParts Scalars;
5679       Scalars.append(UF, SrcOp);
5680       Params.push_back(Scalars);
5681     }
5682   }
5683
5684   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
5685          "Invalid number of operands");
5686
5687   // Does this instruction return a value ?
5688   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
5689
5690   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? 0 :
5691   UndefValue::get(Instr->getType());
5692   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
5693   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
5694
5695   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
5696   BasicBlock *IfBlock = Builder.GetInsertBlock();
5697   BasicBlock *CondBlock = 0;
5698
5699   VectorParts Cond;
5700   Loop *VectorLp = 0;
5701   if (IfPredicateStore) {
5702     assert(Instr->getParent()->getSinglePredecessor() &&
5703            "Only support single predecessor blocks");
5704     Cond = createEdgeMask(Instr->getParent()->getSinglePredecessor(),
5705                           Instr->getParent());
5706     VectorLp = LI->getLoopFor(IfBlock);
5707     assert(VectorLp && "Must have a loop for this block");
5708   }
5709
5710   // For each vector unroll 'part':
5711   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
5712     // For each scalar that we create:
5713
5714     // Start an "if (pred) a[i] = ..." block.
5715     Value *Cmp = 0;
5716     if (IfPredicateStore) {
5717       if (Cond[Part]->getType()->isVectorTy())
5718         Cond[Part] =
5719             Builder.CreateExtractElement(Cond[Part], Builder.getInt32(0));
5720       Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cond[Part],
5721                                ConstantInt::get(Cond[Part]->getType(), 1));
5722       CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.store");
5723       VectorLp->addBasicBlockToLoop(CondBlock, LI->getBase());
5724       // Update Builder with newly created basic block.
5725       Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
5726     }
5727
5728     Instruction *Cloned = Instr->clone();
5729       if (!IsVoidRetTy)
5730         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
5731       // Replace the operands of the cloned instructions with extracted scalars.
5732       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
5733         Value *Op = Params[op][Part];
5734         Cloned->setOperand(op, Op);
5735       }
5736
5737       // Place the cloned scalar in the new loop.
5738       Builder.Insert(Cloned);
5739
5740       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
5741       // so that future users will be able to use it.
5742       if (!IsVoidRetTy)
5743         VecResults[Part] = Cloned;
5744
5745     // End if-block.
5746       if (IfPredicateStore) {
5747         BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
5748         VectorLp->addBasicBlockToLoop(NewIfBlock, LI->getBase());
5749         Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
5750         Instruction *OldBr = IfBlock->getTerminator();
5751         BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp, OldBr);
5752         OldBr->eraseFromParent();
5753         IfBlock = NewIfBlock;
5754       }
5755   }
5756 }
5757
5758 void InnerLoopUnroller::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
5759   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
5760   bool IfPredicateStore = (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()));
5761
5762   return scalarizeInstruction(Instr, IfPredicateStore);
5763 }
5764
5765 Value *InnerLoopUnroller::reverseVector(Value *Vec) {
5766   return Vec;
5767 }
5768
5769 Value *InnerLoopUnroller::getBroadcastInstrs(Value *V) {
5770   return V;
5771 }
5772
5773 Value *InnerLoopUnroller::getConsecutiveVector(Value* Val, int StartIdx,
5774                                                bool Negate) {
5775   // When unrolling and the VF is 1, we only need to add a simple scalar.
5776   Type *ITy = Val->getType();
5777   assert(!ITy->isVectorTy() && "Val must be a scalar");
5778   Constant *C = ConstantInt::get(ITy, StartIdx, Negate);
5779   return Builder.CreateAdd(Val, C, "induction");
5780 }
5781