[LV] While I'm here, use range based for loops which are so much cleaner
[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/PatternMatch.h"
79 #include "llvm/IR/Type.h"
80 #include "llvm/IR/Value.h"
81 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
82 #include "llvm/IR/Verifier.h"
83 #include "llvm/Pass.h"
84 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
85 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
86 #include "llvm/Support/Debug.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(true), 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(1), cl::Hidden,
189     cl::desc("Max number of stores to be predicated behind an if."));
190
191 static cl::opt<bool> EnableIndVarRegisterHeur(
192     "enable-ind-var-reg-heur", cl::init(true), cl::Hidden,
193     cl::desc("Count the induction variable only once when unrolling"));
194
195 static cl::opt<bool> EnableCondStoresVectorization(
196     "enable-cond-stores-vec", cl::init(false), cl::Hidden,
197     cl::desc("Enable if predication of stores during vectorization."));
198
199 namespace {
200
201 // Forward declarations.
202 class LoopVectorizationLegality;
203 class LoopVectorizationCostModel;
204
205 /// InnerLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
206 /// block to a specified vectorization factor (VF).
207 /// This class performs the widening of scalars into vectors, or multiple
208 /// scalars. This class also implements the following features:
209 /// * It inserts an epilogue loop for handling loops that don't have iteration
210 ///   counts that are known to be a multiple of the vectorization factor.
211 /// * It handles the code generation for reduction variables.
212 /// * Scalarization (implementation using scalars) of un-vectorizable
213 ///   instructions.
214 /// InnerLoopVectorizer does not perform any vectorization-legality
215 /// checks, and relies on the caller to check for the different legality
216 /// aspects. The InnerLoopVectorizer relies on the
217 /// LoopVectorizationLegality class to provide information about the induction
218 /// and reduction variables that were found to a given vectorization factor.
219 class InnerLoopVectorizer {
220 public:
221   InnerLoopVectorizer(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
222                       DominatorTree *DT, const DataLayout *DL,
223                       const TargetLibraryInfo *TLI, unsigned VecWidth,
224                       unsigned UnrollFactor)
225       : OrigLoop(OrigLoop), SE(SE), LI(LI), DT(DT), DL(DL), TLI(TLI),
226         VF(VecWidth), UF(UnrollFactor), Builder(SE->getContext()), Induction(0),
227         OldInduction(0), WidenMap(UnrollFactor), Legal(0) {}
228
229   // Perform the actual loop widening (vectorization).
230   void vectorize(LoopVectorizationLegality *L) {
231     Legal = L;
232     // Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
233     createEmptyLoop();
234     // Widen each instruction in the old loop to a new one in the new loop.
235     // Use the Legality module to find the induction and reduction variables.
236     vectorizeLoop();
237     // Register the new loop and update the analysis passes.
238     updateAnalysis();
239   }
240
241   virtual ~InnerLoopVectorizer() {}
242
243 protected:
244   /// A small list of PHINodes.
245   typedef SmallVector<PHINode*, 4> PhiVector;
246   /// When we unroll loops we have multiple vector values for each scalar.
247   /// This data structure holds the unrolled and vectorized values that
248   /// originated from one scalar instruction.
249   typedef SmallVector<Value*, 2> VectorParts;
250
251   // When we if-convert we need create edge masks. We have to cache values so
252   // that we don't end up with exponential recursion/IR.
253   typedef DenseMap<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>,
254                    VectorParts> EdgeMaskCache;
255
256   /// \brief Add code that checks at runtime if the accessed arrays overlap.
257   ///
258   /// Returns a pair of instructions where the first element is the first
259   /// instruction generated in possibly a sequence of instructions and the
260   /// second value is the final comparator value or NULL if no check is needed.
261   std::pair<Instruction *, Instruction *> addRuntimeCheck(Instruction *Loc);
262
263   /// \brief Add checks for strides that where assumed to be 1.
264   ///
265   /// Returns the last check instruction and the first check instruction in the
266   /// pair as (first, last).
267   std::pair<Instruction *, Instruction *> addStrideCheck(Instruction *Loc);
268
269   /// Create an empty loop, based on the loop ranges of the old loop.
270   void createEmptyLoop();
271   /// Copy and widen the instructions from the old loop.
272   virtual void vectorizeLoop();
273
274   /// \brief The Loop exit block may have single value PHI nodes where the
275   /// incoming value is 'Undef'. While vectorizing we only handled real values
276   /// that were defined inside the loop. Here we fix the 'undef case'.
277   /// See PR14725.
278   void fixLCSSAPHIs();
279
280   /// A helper function that computes the predicate of the block BB, assuming
281   /// that the header block of the loop is set to True. It returns the *entry*
282   /// mask for the block BB.
283   VectorParts createBlockInMask(BasicBlock *BB);
284   /// A helper function that computes the predicate of the edge between SRC
285   /// and DST.
286   VectorParts createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst);
287
288   /// A helper function to vectorize a single BB within the innermost loop.
289   void vectorizeBlockInLoop(BasicBlock *BB, PhiVector *PV);
290
291   /// Vectorize a single PHINode in a block. This method handles the induction
292   /// variable canonicalization. It supports both VF = 1 for unrolled loops and
293   /// arbitrary length vectors.
294   void widenPHIInstruction(Instruction *PN, VectorParts &Entry,
295                            unsigned UF, unsigned VF, PhiVector *PV);
296
297   /// Insert the new loop to the loop hierarchy and pass manager
298   /// and update the analysis passes.
299   void updateAnalysis();
300
301   /// This instruction is un-vectorizable. Implement it as a sequence
302   /// of scalars. If \p IfPredicateStore is true we need to 'hide' each
303   /// scalarized instruction behind an if block predicated on the control
304   /// dependence of the instruction.
305   virtual void scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
306                                     bool IfPredicateStore=false);
307
308   /// Vectorize Load and Store instructions,
309   virtual void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr);
310
311   /// Create a broadcast instruction. This method generates a broadcast
312   /// instruction (shuffle) for loop invariant values and for the induction
313   /// value. If this is the induction variable then we extend it to N, N+1, ...
314   /// this is needed because each iteration in the loop corresponds to a SIMD
315   /// element.
316   virtual Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
317
318   /// This function adds 0, 1, 2 ... to each vector element, starting at zero.
319   /// If Negate is set then negative numbers are added e.g. (0, -1, -2, ...).
320   /// The sequence starts at StartIndex.
321   virtual Value *getConsecutiveVector(Value* Val, int StartIdx, bool Negate);
322
323   /// When we go over instructions in the basic block we rely on previous
324   /// values within the current basic block or on loop invariant values.
325   /// When we widen (vectorize) values we place them in the map. If the values
326   /// are not within the map, they have to be loop invariant, so we simply
327   /// broadcast them into a vector.
328   VectorParts &getVectorValue(Value *V);
329
330   /// Generate a shuffle sequence that will reverse the vector Vec.
331   virtual Value *reverseVector(Value *Vec);
332
333   /// This is a helper class that holds the vectorizer state. It maps scalar
334   /// instructions to vector instructions. When the code is 'unrolled' then
335   /// then a single scalar value is mapped to multiple vector parts. The parts
336   /// are stored in the VectorPart type.
337   struct ValueMap {
338     /// C'tor.  UnrollFactor controls the number of vectors ('parts') that
339     /// are mapped.
340     ValueMap(unsigned UnrollFactor) : UF(UnrollFactor) {}
341
342     /// \return True if 'Key' is saved in the Value Map.
343     bool has(Value *Key) const { return MapStorage.count(Key); }
344
345     /// Initializes a new entry in the map. Sets all of the vector parts to the
346     /// save value in 'Val'.
347     /// \return A reference to a vector with splat values.
348     VectorParts &splat(Value *Key, Value *Val) {
349       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
350       Entry.assign(UF, Val);
351       return Entry;
352     }
353
354     ///\return A reference to the value that is stored at 'Key'.
355     VectorParts &get(Value *Key) {
356       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
357       if (Entry.empty())
358         Entry.resize(UF);
359       assert(Entry.size() == UF);
360       return Entry;
361     }
362
363   private:
364     /// The unroll factor. Each entry in the map stores this number of vector
365     /// elements.
366     unsigned UF;
367
368     /// Map storage. We use std::map and not DenseMap because insertions to a
369     /// dense map invalidates its iterators.
370     std::map<Value *, VectorParts> MapStorage;
371   };
372
373   /// The original loop.
374   Loop *OrigLoop;
375   /// Scev analysis to use.
376   ScalarEvolution *SE;
377   /// Loop Info.
378   LoopInfo *LI;
379   /// Dominator Tree.
380   DominatorTree *DT;
381   /// Data Layout.
382   const DataLayout *DL;
383   /// Target Library Info.
384   const TargetLibraryInfo *TLI;
385
386   /// The vectorization SIMD factor to use. Each vector will have this many
387   /// vector elements.
388   unsigned VF;
389
390 protected:
391   /// The vectorization unroll factor to use. Each scalar is vectorized to this
392   /// many different vector instructions.
393   unsigned UF;
394
395   /// The builder that we use
396   IRBuilder<> Builder;
397
398   // --- Vectorization state ---
399
400   /// The vector-loop preheader.
401   BasicBlock *LoopVectorPreHeader;
402   /// The scalar-loop preheader.
403   BasicBlock *LoopScalarPreHeader;
404   /// Middle Block between the vector and the scalar.
405   BasicBlock *LoopMiddleBlock;
406   ///The ExitBlock of the scalar loop.
407   BasicBlock *LoopExitBlock;
408   ///The vector loop body.
409   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopVectorBody;
410   ///The scalar loop body.
411   BasicBlock *LoopScalarBody;
412   /// A list of all bypass blocks. The first block is the entry of the loop.
413   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopBypassBlocks;
414
415   /// The new Induction variable which was added to the new block.
416   PHINode *Induction;
417   /// The induction variable of the old basic block.
418   PHINode *OldInduction;
419   /// Holds the extended (to the widest induction type) start index.
420   Value *ExtendedIdx;
421   /// Maps scalars to widened vectors.
422   ValueMap WidenMap;
423   EdgeMaskCache MaskCache;
424
425   LoopVectorizationLegality *Legal;
426 };
427
428 class InnerLoopUnroller : public InnerLoopVectorizer {
429 public:
430   InnerLoopUnroller(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
431                     DominatorTree *DT, const DataLayout *DL,
432                     const TargetLibraryInfo *TLI, unsigned UnrollFactor) :
433     InnerLoopVectorizer(OrigLoop, SE, LI, DT, DL, TLI, 1, UnrollFactor) { }
434
435 private:
436   void scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
437                             bool IfPredicateStore = false) override;
438   void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) override;
439   Value *getBroadcastInstrs(Value *V) override;
440   Value *getConsecutiveVector(Value* Val, int StartIdx, bool Negate) override;
441   Value *reverseVector(Value *Vec) override;
442 };
443
444 /// \brief Look for a meaningful debug location on the instruction or it's
445 /// operands.
446 static Instruction *getDebugLocFromInstOrOperands(Instruction *I) {
447   if (!I)
448     return I;
449
450   DebugLoc Empty;
451   if (I->getDebugLoc() != Empty)
452     return I;
453
454   for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end(); OI != OE; ++OI) {
455     if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OI))
456       if (OpInst->getDebugLoc() != Empty)
457         return OpInst;
458   }
459
460   return I;
461 }
462
463 /// \brief Set the debug location in the builder using the debug location in the
464 /// instruction.
465 static void setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr) {
466   if (const Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(Ptr))
467     B.SetCurrentDebugLocation(Inst->getDebugLoc());
468   else
469     B.SetCurrentDebugLocation(DebugLoc());
470 }
471
472 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
473 /// to what vectorization factor.
474 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
475 /// legality. This class has two main kinds of checks:
476 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
477 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
478 ///   correctness of the program.
479 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeInstrs and canVectorizeMemory
480 /// checks for a number of different conditions, such as the availability of a
481 /// single induction variable, that all types are supported and vectorize-able,
482 /// etc. This code reflects the capabilities of InnerLoopVectorizer.
483 /// This class is also used by InnerLoopVectorizer for identifying
484 /// induction variable and the different reduction variables.
485 class LoopVectorizationLegality {
486 public:
487   unsigned NumLoads;
488   unsigned NumStores;
489   unsigned NumPredStores;
490
491   LoopVectorizationLegality(Loop *L, ScalarEvolution *SE, const DataLayout *DL,
492                             DominatorTree *DT, TargetLibraryInfo *TLI)
493       : NumLoads(0), NumStores(0), NumPredStores(0), TheLoop(L), SE(SE), DL(DL),
494         DT(DT), TLI(TLI), Induction(0), WidestIndTy(0), HasFunNoNaNAttr(false),
495         MaxSafeDepDistBytes(-1U) {}
496
497   /// This enum represents the kinds of reductions that we support.
498   enum ReductionKind {
499     RK_NoReduction, ///< Not a reduction.
500     RK_IntegerAdd,  ///< Sum of integers.
501     RK_IntegerMult, ///< Product of integers.
502     RK_IntegerOr,   ///< Bitwise or logical OR of numbers.
503     RK_IntegerAnd,  ///< Bitwise or logical AND of numbers.
504     RK_IntegerXor,  ///< Bitwise or logical XOR of numbers.
505     RK_IntegerMinMax, ///< Min/max implemented in terms of select(cmp()).
506     RK_FloatAdd,    ///< Sum of floats.
507     RK_FloatMult,   ///< Product of floats.
508     RK_FloatMinMax  ///< Min/max implemented in terms of select(cmp()).
509   };
510
511   /// This enum represents the kinds of inductions that we support.
512   enum InductionKind {
513     IK_NoInduction,         ///< Not an induction variable.
514     IK_IntInduction,        ///< Integer induction variable. Step = 1.
515     IK_ReverseIntInduction, ///< Reverse int induction variable. Step = -1.
516     IK_PtrInduction,        ///< Pointer induction var. Step = sizeof(elem).
517     IK_ReversePtrInduction  ///< Reverse ptr indvar. Step = - sizeof(elem).
518   };
519
520   // This enum represents the kind of minmax reduction.
521   enum MinMaxReductionKind {
522     MRK_Invalid,
523     MRK_UIntMin,
524     MRK_UIntMax,
525     MRK_SIntMin,
526     MRK_SIntMax,
527     MRK_FloatMin,
528     MRK_FloatMax
529   };
530
531   /// This struct holds information about reduction variables.
532   struct ReductionDescriptor {
533     ReductionDescriptor() : StartValue(0), LoopExitInstr(0),
534       Kind(RK_NoReduction), MinMaxKind(MRK_Invalid) {}
535
536     ReductionDescriptor(Value *Start, Instruction *Exit, ReductionKind K,
537                         MinMaxReductionKind MK)
538         : StartValue(Start), LoopExitInstr(Exit), Kind(K), MinMaxKind(MK) {}
539
540     // The starting value of the reduction.
541     // It does not have to be zero!
542     TrackingVH<Value> StartValue;
543     // The instruction who's value is used outside the loop.
544     Instruction *LoopExitInstr;
545     // The kind of the reduction.
546     ReductionKind Kind;
547     // If this a min/max reduction the kind of reduction.
548     MinMaxReductionKind MinMaxKind;
549   };
550
551   /// This POD struct holds information about a potential reduction operation.
552   struct ReductionInstDesc {
553     ReductionInstDesc(bool IsRedux, Instruction *I) :
554       IsReduction(IsRedux), PatternLastInst(I), MinMaxKind(MRK_Invalid) {}
555
556     ReductionInstDesc(Instruction *I, MinMaxReductionKind K) :
557       IsReduction(true), PatternLastInst(I), MinMaxKind(K) {}
558
559     // Is this instruction a reduction candidate.
560     bool IsReduction;
561     // The last instruction in a min/max pattern (select of the select(icmp())
562     // pattern), or the current reduction instruction otherwise.
563     Instruction *PatternLastInst;
564     // If this is a min/max pattern the comparison predicate.
565     MinMaxReductionKind MinMaxKind;
566   };
567
568   /// This struct holds information about the memory runtime legality
569   /// check that a group of pointers do not overlap.
570   struct RuntimePointerCheck {
571     RuntimePointerCheck() : Need(false) {}
572
573     /// Reset the state of the pointer runtime information.
574     void reset() {
575       Need = false;
576       Pointers.clear();
577       Starts.clear();
578       Ends.clear();
579       IsWritePtr.clear();
580       DependencySetId.clear();
581     }
582
583     /// Insert a pointer and calculate the start and end SCEVs.
584     void insert(ScalarEvolution *SE, Loop *Lp, Value *Ptr, bool WritePtr,
585                 unsigned DepSetId, ValueToValueMap &Strides);
586
587     /// This flag indicates if we need to add the runtime check.
588     bool Need;
589     /// Holds the pointers that we need to check.
590     SmallVector<TrackingVH<Value>, 2> Pointers;
591     /// Holds the pointer value at the beginning of the loop.
592     SmallVector<const SCEV*, 2> Starts;
593     /// Holds the pointer value at the end of the loop.
594     SmallVector<const SCEV*, 2> Ends;
595     /// Holds the information if this pointer is used for writing to memory.
596     SmallVector<bool, 2> IsWritePtr;
597     /// Holds the id of the set of pointers that could be dependent because of a
598     /// shared underlying object.
599     SmallVector<unsigned, 2> DependencySetId;
600   };
601
602   /// A struct for saving information about induction variables.
603   struct InductionInfo {
604     InductionInfo(Value *Start, InductionKind K) : StartValue(Start), IK(K) {}
605     InductionInfo() : StartValue(0), IK(IK_NoInduction) {}
606     /// Start value.
607     TrackingVH<Value> StartValue;
608     /// Induction kind.
609     InductionKind IK;
610   };
611
612   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
613   /// of the reductions that were found in the loop.
614   typedef DenseMap<PHINode*, ReductionDescriptor> ReductionList;
615
616   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
617   /// induction descriptor.
618   typedef MapVector<PHINode*, InductionInfo> InductionList;
619
620   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
621   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
622   /// loop, only that it is legal to do so.
623   bool canVectorize();
624
625   /// Returns the Induction variable.
626   PHINode *getInduction() { return Induction; }
627
628   /// Returns the reduction variables found in the loop.
629   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
630
631   /// Returns the induction variables found in the loop.
632   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
633
634   /// Returns the widest induction type.
635   Type *getWidestInductionType() { return WidestIndTy; }
636
637   /// Returns True if V is an induction variable in this loop.
638   bool isInductionVariable(const Value *V);
639
640   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
641   /// to be vectorized.
642   bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB);
643
644   /// Check if this  pointer is consecutive when vectorizing. This happens
645   /// when the last index of the GEP is the induction variable, or that the
646   /// pointer itself is an induction variable.
647   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
648   /// Returns:
649   /// 0 - Stride is unknown or non-consecutive.
650   /// 1 - Address is consecutive.
651   /// -1 - Address is consecutive, and decreasing.
652   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
653
654   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
655   bool isUniform(Value *V);
656
657   /// Returns true if this instruction will remain scalar after vectorization.
658   bool isUniformAfterVectorization(Instruction* I) { return Uniforms.count(I); }
659
660   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
661   RuntimePointerCheck *getRuntimePointerCheck() { return &PtrRtCheck; }
662
663   /// This function returns the identity element (or neutral element) for
664   /// the operation K.
665   static Constant *getReductionIdentity(ReductionKind K, Type *Tp);
666
667   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return MaxSafeDepDistBytes; }
668
669   bool hasStride(Value *V) { return StrideSet.count(V); }
670   bool mustCheckStrides() { return !StrideSet.empty(); }
671   SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator strides_begin() {
672     return StrideSet.begin();
673   }
674   SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator strides_end() { return StrideSet.end(); }
675
676 private:
677   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
678   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
679   /// and we only need to check individual instructions.
680   bool canVectorizeInstrs();
681
682   /// When we vectorize loops we may change the order in which
683   /// we read and write from memory. This method checks if it is
684   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
685   /// Returns true if the loop is vectorizable
686   bool canVectorizeMemory();
687
688   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
689   /// transformation.
690   bool canVectorizeWithIfConvert();
691
692   /// Collect the variables that need to stay uniform after vectorization.
693   void collectLoopUniforms();
694
695   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
696   /// executed. \p SafePtrs is a list of addresses that are known to be legal
697   /// and we know that we can read from them without segfault.
698   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB, SmallPtrSet<Value *, 8>& SafePtrs);
699
700   /// Returns True, if 'Phi' is the kind of reduction variable for type
701   /// 'Kind'. If this is a reduction variable, it adds it to ReductionList.
702   bool AddReductionVar(PHINode *Phi, ReductionKind Kind);
703   /// Returns a struct describing if the instruction 'I' can be a reduction
704   /// variable of type 'Kind'. If the reduction is a min/max pattern of
705   /// select(icmp()) this function advances the instruction pointer 'I' from the
706   /// compare instruction to the select instruction and stores this pointer in
707   /// 'PatternLastInst' member of the returned struct.
708   ReductionInstDesc isReductionInstr(Instruction *I, ReductionKind Kind,
709                                      ReductionInstDesc &Desc);
710   /// Returns true if the instruction is a Select(ICmp(X, Y), X, Y) instruction
711   /// pattern corresponding to a min(X, Y) or max(X, Y).
712   static ReductionInstDesc isMinMaxSelectCmpPattern(Instruction *I,
713                                                     ReductionInstDesc &Prev);
714   /// Returns the induction kind of Phi. This function may return NoInduction
715   /// if the PHI is not an induction variable.
716   InductionKind isInductionVariable(PHINode *Phi);
717
718   /// \brief Collect memory access with loop invariant strides.
719   ///
720   /// Looks for accesses like "a[i * StrideA]" where "StrideA" is loop
721   /// invariant.
722   void collectStridedAcccess(Value *LoadOrStoreInst);
723
724   /// The loop that we evaluate.
725   Loop *TheLoop;
726   /// Scev analysis.
727   ScalarEvolution *SE;
728   /// DataLayout analysis.
729   const DataLayout *DL;
730   /// Dominators.
731   DominatorTree *DT;
732   /// Target Library Info.
733   TargetLibraryInfo *TLI;
734
735   //  ---  vectorization state --- //
736
737   /// Holds the integer induction variable. This is the counter of the
738   /// loop.
739   PHINode *Induction;
740   /// Holds the reduction variables.
741   ReductionList Reductions;
742   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
743   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
744   /// variables can be pointers.
745   InductionList Inductions;
746   /// Holds the widest induction type encountered.
747   Type *WidestIndTy;
748
749   /// Allowed outside users. This holds the reduction
750   /// vars which can be accessed from outside the loop.
751   SmallPtrSet<Value*, 4> AllowedExit;
752   /// This set holds the variables which are known to be uniform after
753   /// vectorization.
754   SmallPtrSet<Instruction*, 4> Uniforms;
755   /// We need to check that all of the pointers in this list are disjoint
756   /// at runtime.
757   RuntimePointerCheck PtrRtCheck;
758   /// Can we assume the absence of NaNs.
759   bool HasFunNoNaNAttr;
760
761   unsigned MaxSafeDepDistBytes;
762
763   ValueToValueMap Strides;
764   SmallPtrSet<Value *, 8> StrideSet;
765 };
766
767 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
768 /// vectorization.
769 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because of
770 /// a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict the
771 /// expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set. We use the
772 /// TargetTransformInfo to query the different backends for the cost of
773 /// different operations.
774 class LoopVectorizationCostModel {
775 public:
776   LoopVectorizationCostModel(Loop *L, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
777                              LoopVectorizationLegality *Legal,
778                              const TargetTransformInfo &TTI,
779                              const DataLayout *DL, const TargetLibraryInfo *TLI)
780       : TheLoop(L), SE(SE), LI(LI), Legal(Legal), TTI(TTI), DL(DL), TLI(TLI) {}
781
782   /// Information about vectorization costs
783   struct VectorizationFactor {
784     unsigned Width; // Vector width with best cost
785     unsigned Cost; // Cost of the loop with that width
786   };
787   /// \return The most profitable vectorization factor and the cost of that VF.
788   /// This method checks every power of two up to VF. If UserVF is not ZERO
789   /// then this vectorization factor will be selected if vectorization is
790   /// possible.
791   VectorizationFactor selectVectorizationFactor(bool OptForSize,
792                                                 unsigned UserVF);
793
794   /// \return The size (in bits) of the widest type in the code that
795   /// needs to be vectorized. We ignore values that remain scalar such as
796   /// 64 bit loop indices.
797   unsigned getWidestType();
798
799   /// \return The most profitable unroll factor.
800   /// If UserUF is non-zero then this method finds the best unroll-factor
801   /// based on register pressure and other parameters.
802   /// VF and LoopCost are the selected vectorization factor and the cost of the
803   /// selected VF.
804   unsigned selectUnrollFactor(bool OptForSize, unsigned UserUF, unsigned VF,
805                               unsigned LoopCost);
806
807   /// \brief A struct that represents some properties of the register usage
808   /// of a loop.
809   struct RegisterUsage {
810     /// Holds the number of loop invariant values that are used in the loop.
811     unsigned LoopInvariantRegs;
812     /// Holds the maximum number of concurrent live intervals in the loop.
813     unsigned MaxLocalUsers;
814     /// Holds the number of instructions in the loop.
815     unsigned NumInstructions;
816   };
817
818   /// \return  information about the register usage of the loop.
819   RegisterUsage calculateRegisterUsage();
820
821 private:
822   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
823   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
824   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
825   /// the factor width.
826   unsigned expectedCost(unsigned VF);
827
828   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
829   /// width. Vector width of one means scalar.
830   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
831
832   /// A helper function for converting Scalar types to vector types.
833   /// If the incoming type is void, we return void. If the VF is 1, we return
834   /// the scalar type.
835   static Type* ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF);
836
837   /// Returns whether the instruction is a load or store and will be a emitted
838   /// as a vector operation.
839   bool isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *I);
840
841   /// The loop that we evaluate.
842   Loop *TheLoop;
843   /// Scev analysis.
844   ScalarEvolution *SE;
845   /// Loop Info analysis.
846   LoopInfo *LI;
847   /// Vectorization legality.
848   LoopVectorizationLegality *Legal;
849   /// Vector target information.
850   const TargetTransformInfo &TTI;
851   /// Target data layout information.
852   const DataLayout *DL;
853   /// Target Library Info.
854   const TargetLibraryInfo *TLI;
855 };
856
857 /// Utility class for getting and setting loop vectorizer hints in the form
858 /// of loop metadata.
859 struct LoopVectorizeHints {
860   /// Vectorization width.
861   unsigned Width;
862   /// Vectorization unroll factor.
863   unsigned Unroll;
864   /// Vectorization forced (-1 not selected, 0 force disabled, 1 force enabled)
865   int Force;
866
867   LoopVectorizeHints(const Loop *L, bool DisableUnrolling)
868   : Width(VectorizationFactor)
869   , Unroll(DisableUnrolling ? 1 : VectorizationUnroll)
870   , Force(-1)
871   , LoopID(L->getLoopID()) {
872     getHints(L);
873     // The command line options override any loop metadata except for when
874     // width == 1 which is used to indicate the loop is already vectorized.
875     if (VectorizationFactor.getNumOccurrences() > 0 && Width != 1)
876       Width = VectorizationFactor;
877     if (VectorizationUnroll.getNumOccurrences() > 0)
878       Unroll = VectorizationUnroll;
879
880     DEBUG(if (DisableUnrolling && Unroll == 1)
881             dbgs() << "LV: Unrolling disabled by the pass manager\n");
882   }
883
884   /// Return the loop vectorizer metadata prefix.
885   static StringRef Prefix() { return "llvm.vectorizer."; }
886
887   MDNode *createHint(LLVMContext &Context, StringRef Name, unsigned V) {
888     SmallVector<Value*, 2> Vals;
889     Vals.push_back(MDString::get(Context, Name));
890     Vals.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), V));
891     return MDNode::get(Context, Vals);
892   }
893
894   /// Mark the loop L as already vectorized by setting the width to 1.
895   void setAlreadyVectorized(Loop *L) {
896     LLVMContext &Context = L->getHeader()->getContext();
897
898     Width = 1;
899
900     // Create a new loop id with one more operand for the already_vectorized
901     // hint. If the loop already has a loop id then copy the existing operands.
902     SmallVector<Value*, 4> Vals(1);
903     if (LoopID)
904       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i)
905         Vals.push_back(LoopID->getOperand(i));
906
907     Vals.push_back(createHint(Context, Twine(Prefix(), "width").str(), Width));
908     Vals.push_back(createHint(Context, Twine(Prefix(), "unroll").str(), 1));
909
910     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, Vals);
911     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
912     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
913
914     L->setLoopID(NewLoopID);
915     if (LoopID)
916       LoopID->replaceAllUsesWith(NewLoopID);
917
918     LoopID = NewLoopID;
919   }
920
921 private:
922   MDNode *LoopID;
923
924   /// Find hints specified in the loop metadata.
925   void getHints(const Loop *L) {
926     if (!LoopID)
927       return;
928
929     // First operand should refer to the loop id itself.
930     assert(LoopID->getNumOperands() > 0 && "requires at least one operand");
931     assert(LoopID->getOperand(0) == LoopID && "invalid loop id");
932
933     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
934       const MDString *S = 0;
935       SmallVector<Value*, 4> Args;
936
937       // The expected hint is either a MDString or a MDNode with the first
938       // operand a MDString.
939       if (const MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i))) {
940         if (!MD || MD->getNumOperands() == 0)
941           continue;
942         S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
943         for (unsigned i = 1, ie = MD->getNumOperands(); i < ie; ++i)
944           Args.push_back(MD->getOperand(i));
945       } else {
946         S = dyn_cast<MDString>(LoopID->getOperand(i));
947         assert(Args.size() == 0 && "too many arguments for MDString");
948       }
949
950       if (!S)
951         continue;
952
953       // Check if the hint starts with the vectorizer prefix.
954       StringRef Hint = S->getString();
955       if (!Hint.startswith(Prefix()))
956         continue;
957       // Remove the prefix.
958       Hint = Hint.substr(Prefix().size(), StringRef::npos);
959
960       if (Args.size() == 1)
961         getHint(Hint, Args[0]);
962     }
963   }
964
965   // Check string hint with one operand.
966   void getHint(StringRef Hint, Value *Arg) {
967     const ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Arg);
968     if (!C) return;
969     unsigned Val = C->getZExtValue();
970
971     if (Hint == "width") {
972       if (isPowerOf2_32(Val) && Val <= MaxVectorWidth)
973         Width = Val;
974       else
975         DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid width hint metadata\n");
976     } else if (Hint == "unroll") {
977       if (isPowerOf2_32(Val) && Val <= MaxUnrollFactor)
978         Unroll = Val;
979       else
980         DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid unroll hint metadata\n");
981     } else if (Hint == "enable") {
982       if (C->getBitWidth() == 1)
983         Force = Val;
984       else
985         DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid enable hint metadata\n");
986     } else {
987       DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring unknown hint " << Hint << '\n');
988     }
989   }
990 };
991
992 static void addInnerLoop(Loop &L, SmallVectorImpl<Loop *> &V) {
993   if (L.empty())
994     return V.push_back(&L);
995
996   for (Loop *InnerL : L)
997     addInnerLoop(*InnerL, V);
998 }
999
1000 /// The LoopVectorize Pass.
1001 struct LoopVectorize : public FunctionPass {
1002   /// Pass identification, replacement for typeid
1003   static char ID;
1004
1005   explicit LoopVectorize(bool NoUnrolling = false, bool AlwaysVectorize = true)
1006     : FunctionPass(ID),
1007       DisableUnrolling(NoUnrolling),
1008       AlwaysVectorize(AlwaysVectorize) {
1009     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1010   }
1011
1012   ScalarEvolution *SE;
1013   const DataLayout *DL;
1014   LoopInfo *LI;
1015   TargetTransformInfo *TTI;
1016   DominatorTree *DT;
1017   BlockFrequencyInfo *BFI;
1018   TargetLibraryInfo *TLI;
1019   bool DisableUnrolling;
1020   bool AlwaysVectorize;
1021
1022   BlockFrequency ColdEntryFreq;
1023
1024   bool runOnFunction(Function &F) override {
1025     SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1026     DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
1027     DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : 0;
1028     LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1029     TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfo>();
1030     DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1031     BFI = &getAnalysis<BlockFrequencyInfo>();
1032     TLI = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfo>();
1033
1034     // Compute some weights outside of the loop over the loops. Compute this
1035     // using a BranchProbability to re-use its scaling math.
1036     const BranchProbability ColdProb(1, 5); // 20%
1037     ColdEntryFreq = BlockFrequency(BFI->getEntryFreq()) * ColdProb;
1038
1039     // If the target claims to have no vector registers don't attempt
1040     // vectorization.
1041     if (!TTI->getNumberOfRegisters(true))
1042       return false;
1043
1044     if (DL == NULL) {
1045       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Missing data layout\n");
1046       return false;
1047     }
1048
1049     // Build up a worklist of inner-loops to vectorize. This is necessary as
1050     // the act of vectorizing or partially unrolling a loop creates new loops
1051     // and can invalidate iterators across the loops.
1052     SmallVector<Loop *, 8> Worklist;
1053
1054     for (Loop *L : *LI)
1055       addInnerLoop(*L, Worklist);
1056
1057     // Now walk the identified inner loops.
1058     bool Changed = false;
1059     while (!Worklist.empty())
1060       Changed |= processLoop(Worklist.pop_back_val());
1061
1062     // Process each loop nest in the function.
1063     return Changed;
1064   }
1065
1066   bool processLoop(Loop *L) {
1067     assert(L->empty() && "Only process inner loops.");
1068     DEBUG(dbgs() << "LV: Checking a loop in \"" <<
1069           L->getHeader()->getParent()->getName() << "\"\n");
1070
1071     LoopVectorizeHints Hints(L, DisableUnrolling);
1072
1073     if (Hints.Force == 0) {
1074       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: #pragma vectorize disable.\n");
1075       return false;
1076     }
1077
1078     if (!AlwaysVectorize && Hints.Force != 1) {
1079       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: No #pragma vectorize enable.\n");
1080       return false;
1081     }
1082
1083     if (Hints.Width == 1 && Hints.Unroll == 1) {
1084       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Disabled/already vectorized.\n");
1085       return false;
1086     }
1087
1088     // Check if it is legal to vectorize the loop.
1089     LoopVectorizationLegality LVL(L, SE, DL, DT, TLI);
1090     if (!LVL.canVectorize()) {
1091       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Cannot prove legality.\n");
1092       return false;
1093     }
1094
1095     // Use the cost model.
1096     LoopVectorizationCostModel CM(L, SE, LI, &LVL, *TTI, DL, TLI);
1097
1098     // Check the function attributes to find out if this function should be
1099     // optimized for size.
1100     Function *F = L->getHeader()->getParent();
1101     bool OptForSize =
1102         Hints.Force != 1 && F->hasFnAttribute(Attribute::OptimizeForSize);
1103
1104     // Compute the weighted frequency of this loop being executed and see if it
1105     // is less than 20% of the function entry baseline frequency. Note that we
1106     // always have a canonical loop here because we think we *can* vectoriez.
1107     // FIXME: This is hidden behind a flag due to pervasive problems with
1108     // exactly what block frequency models.
1109     if (LoopVectorizeWithBlockFrequency) {
1110       BlockFrequency LoopEntryFreq = BFI->getBlockFreq(L->getLoopPreheader());
1111       if (Hints.Force != 1 && LoopEntryFreq < ColdEntryFreq)
1112         OptForSize = true;
1113     }
1114
1115     // Check the function attributes to see if implicit floats are allowed.a
1116     // FIXME: This check doesn't seem possibly correct -- what if the loop is
1117     // an integer loop and the vector instructions selected are purely integer
1118     // vector instructions?
1119     if (F->hasFnAttribute(Attribute::NoImplicitFloat)) {
1120       DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize when the NoImplicitFloat"
1121             "attribute is used.\n");
1122       return false;
1123     }
1124
1125     // Select the optimal vectorization factor.
1126     LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor VF;
1127     VF = CM.selectVectorizationFactor(OptForSize, Hints.Width);
1128     // Select the unroll factor.
1129     unsigned UF = CM.selectUnrollFactor(OptForSize, Hints.Unroll, VF.Width,
1130                                         VF.Cost);
1131
1132     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop ("<< VF.Width << ") in "<<
1133           F->getParent()->getModuleIdentifier() << '\n');
1134     DEBUG(dbgs() << "LV: Unroll Factor is " << UF << '\n');
1135
1136     if (VF.Width == 1) {
1137       DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial.\n");
1138       if (UF == 1)
1139         return false;
1140       DEBUG(dbgs() << "LV: Trying to at least unroll the loops.\n");
1141       // We decided not to vectorize, but we may want to unroll.
1142       InnerLoopUnroller Unroller(L, SE, LI, DT, DL, TLI, UF);
1143       Unroller.vectorize(&LVL);
1144     } else {
1145       // If we decided that it is *legal* to vectorize the loop then do it.
1146       InnerLoopVectorizer LB(L, SE, LI, DT, DL, TLI, VF.Width, UF);
1147       LB.vectorize(&LVL);
1148     }
1149
1150     // Mark the loop as already vectorized to avoid vectorizing again.
1151     Hints.setAlreadyVectorized(L);
1152
1153     DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
1154     return true;
1155   }
1156
1157   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
1158     AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
1159     AU.addRequiredID(LCSSAID);
1160     AU.addRequired<BlockFrequencyInfo>();
1161     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
1162     AU.addRequired<LoopInfo>();
1163     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
1164     AU.addRequired<TargetTransformInfo>();
1165     AU.addPreserved<LoopInfo>();
1166     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
1167   }
1168
1169 };
1170
1171 } // end anonymous namespace
1172
1173 //===----------------------------------------------------------------------===//
1174 // Implementation of LoopVectorizationLegality, InnerLoopVectorizer and
1175 // LoopVectorizationCostModel.
1176 //===----------------------------------------------------------------------===//
1177
1178 static Value *stripIntegerCast(Value *V) {
1179   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
1180     if (CI->getOperand(0)->getType()->isIntegerTy())
1181       return CI->getOperand(0);
1182   return V;
1183 }
1184
1185 ///\brief Replaces the symbolic stride in a pointer SCEV expression by one.
1186 ///
1187 /// If \p OrigPtr is not null, use it to look up the stride value instead of
1188 /// \p Ptr.
1189 static const SCEV *replaceSymbolicStrideSCEV(ScalarEvolution *SE,
1190                                              ValueToValueMap &PtrToStride,
1191                                              Value *Ptr, Value *OrigPtr = 0) {
1192
1193   const SCEV *OrigSCEV = SE->getSCEV(Ptr);
1194
1195   // If there is an entry in the map return the SCEV of the pointer with the
1196   // symbolic stride replaced by one.
1197   ValueToValueMap::iterator SI = PtrToStride.find(OrigPtr ? OrigPtr : Ptr);
1198   if (SI != PtrToStride.end()) {
1199     Value *StrideVal = SI->second;
1200
1201     // Strip casts.
1202     StrideVal = stripIntegerCast(StrideVal);
1203
1204     // Replace symbolic stride by one.
1205     Value *One = ConstantInt::get(StrideVal->getType(), 1);
1206     ValueToValueMap RewriteMap;
1207     RewriteMap[StrideVal] = One;
1208
1209     const SCEV *ByOne =
1210         SCEVParameterRewriter::rewrite(OrigSCEV, *SE, RewriteMap, true);
1211     DEBUG(dbgs() << "LV: Replacing SCEV: " << *OrigSCEV << " by: " << *ByOne
1212                  << "\n");
1213     return ByOne;
1214   }
1215
1216   // Otherwise, just return the SCEV of the original pointer.
1217   return SE->getSCEV(Ptr);
1218 }
1219
1220 void LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck::insert(
1221     ScalarEvolution *SE, Loop *Lp, Value *Ptr, bool WritePtr, unsigned DepSetId,
1222     ValueToValueMap &Strides) {
1223   // Get the stride replaced scev.
1224   const SCEV *Sc = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, Ptr);
1225   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Sc);
1226   assert(AR && "Invalid addrec expression");
1227   const SCEV *Ex = SE->getBackedgeTakenCount(Lp);
1228   const SCEV *ScEnd = AR->evaluateAtIteration(Ex, *SE);
1229   Pointers.push_back(Ptr);
1230   Starts.push_back(AR->getStart());
1231   Ends.push_back(ScEnd);
1232   IsWritePtr.push_back(WritePtr);
1233   DependencySetId.push_back(DepSetId);
1234 }
1235
1236 Value *InnerLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
1237   // We need to place the broadcast of invariant variables outside the loop.
1238   Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(V);
1239   bool NewInstr =
1240       (Instr && std::find(LoopVectorBody.begin(), LoopVectorBody.end(),
1241                           Instr->getParent()) != LoopVectorBody.end());
1242   bool Invariant = OrigLoop->isLoopInvariant(V) && !NewInstr;
1243
1244   // Place the code for broadcasting invariant variables in the new preheader.
1245   IRBuilder<>::InsertPointGuard Guard(Builder);
1246   if (Invariant)
1247     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
1248
1249   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
1250   Value *Shuf = Builder.CreateVectorSplat(VF, V, "broadcast");
1251
1252   return Shuf;
1253 }
1254
1255 Value *InnerLoopVectorizer::getConsecutiveVector(Value* Val, int StartIdx,
1256                                                  bool Negate) {
1257   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
1258   assert(Val->getType()->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1259          "Elem must be an integer");
1260   // Create the types.
1261   Type *ITy = Val->getType()->getScalarType();
1262   VectorType *Ty = cast<VectorType>(Val->getType());
1263   int VLen = Ty->getNumElements();
1264   SmallVector<Constant*, 8> Indices;
1265
1266   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
1267   for (int i = 0; i < VLen; ++i) {
1268     int64_t Idx = Negate ? (-i) : i;
1269     Indices.push_back(ConstantInt::get(ITy, StartIdx + Idx, Negate));
1270   }
1271
1272   // Add the consecutive indices to the vector value.
1273   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
1274   assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
1275   return Builder.CreateAdd(Val, Cv, "induction");
1276 }
1277
1278 /// \brief Find the operand of the GEP that should be checked for consecutive
1279 /// stores. This ignores trailing indices that have no effect on the final
1280 /// pointer.
1281 static unsigned getGEPInductionOperand(const DataLayout *DL,
1282                                        const GetElementPtrInst *Gep) {
1283   unsigned LastOperand = Gep->getNumOperands() - 1;
1284   unsigned GEPAllocSize = DL->getTypeAllocSize(
1285       cast<PointerType>(Gep->getType()->getScalarType())->getElementType());
1286
1287   // Walk backwards and try to peel off zeros.
1288   while (LastOperand > 1 && match(Gep->getOperand(LastOperand), m_Zero())) {
1289     // Find the type we're currently indexing into.
1290     gep_type_iterator GEPTI = gep_type_begin(Gep);
1291     std::advance(GEPTI, LastOperand - 1);
1292
1293     // If it's a type with the same allocation size as the result of the GEP we
1294     // can peel off the zero index.
1295     if (DL->getTypeAllocSize(*GEPTI) != GEPAllocSize)
1296       break;
1297     --LastOperand;
1298   }
1299
1300   return LastOperand;
1301 }
1302
1303 int LoopVectorizationLegality::isConsecutivePtr(Value *Ptr) {
1304   assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected non-ptr");
1305   // Make sure that the pointer does not point to structs.
1306   if (Ptr->getType()->getPointerElementType()->isAggregateType())
1307     return 0;
1308
1309   // If this value is a pointer induction variable we know it is consecutive.
1310   PHINode *Phi = dyn_cast_or_null<PHINode>(Ptr);
1311   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
1312     InductionInfo II = Inductions[Phi];
1313     if (IK_PtrInduction == II.IK)
1314       return 1;
1315     else if (IK_ReversePtrInduction == II.IK)
1316       return -1;
1317   }
1318
1319   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast_or_null<GetElementPtrInst>(Ptr);
1320   if (!Gep)
1321     return 0;
1322
1323   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
1324   Value *GpPtr = Gep->getPointerOperand();
1325   // If this GEP value is a consecutive pointer induction variable and all of
1326   // the indices are constant then we know it is consecutive. We can
1327   Phi = dyn_cast<PHINode>(GpPtr);
1328   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
1329
1330     // Make sure that the pointer does not point to structs.
1331     PointerType *GepPtrType = cast<PointerType>(GpPtr->getType());
1332     if (GepPtrType->getElementType()->isAggregateType())
1333       return 0;
1334
1335     // Make sure that all of the index operands are loop invariant.
1336     for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i)
1337       if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
1338         return 0;
1339
1340     InductionInfo II = Inductions[Phi];
1341     if (IK_PtrInduction == II.IK)
1342       return 1;
1343     else if (IK_ReversePtrInduction == II.IK)
1344       return -1;
1345   }
1346
1347   unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(DL, Gep);
1348
1349   // Check that all of the gep indices are uniform except for our induction
1350   // operand.
1351   for (unsigned i = 0; i != NumOperands; ++i)
1352     if (i != InductionOperand &&
1353         !SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
1354       return 0;
1355
1356   // We can emit wide load/stores only if the last non-zero index is the
1357   // induction variable.
1358   const SCEV *Last = 0;
1359   if (!Strides.count(Gep))
1360     Last = SE->getSCEV(Gep->getOperand(InductionOperand));
1361   else {
1362     // Because of the multiplication by a stride we can have a s/zext cast.
1363     // We are going to replace this stride by 1 so the cast is safe to ignore.
1364     //
1365     //  %indvars.iv = phi i64 [ 0, %entry ], [ %indvars.iv.next, %for.body ]
1366     //  %0 = trunc i64 %indvars.iv to i32
1367     //  %mul = mul i32 %0, %Stride1
1368     //  %idxprom = zext i32 %mul to i64  << Safe cast.
1369     //  %arrayidx = getelementptr inbounds i32* %B, i64 %idxprom
1370     //
1371     Last = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides,
1372                                      Gep->getOperand(InductionOperand), Gep);
1373     if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(Last))
1374       Last =
1375           (C->getSCEVType() == scSignExtend || C->getSCEVType() == scZeroExtend)
1376               ? C->getOperand()
1377               : Last;
1378   }
1379   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Last)) {
1380     const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
1381
1382     // The memory is consecutive because the last index is consecutive
1383     // and all other indices are loop invariant.
1384     if (Step->isOne())
1385       return 1;
1386     if (Step->isAllOnesValue())
1387       return -1;
1388   }
1389
1390   return 0;
1391 }
1392
1393 bool LoopVectorizationLegality::isUniform(Value *V) {
1394   return (SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(V), TheLoop));
1395 }
1396
1397 InnerLoopVectorizer::VectorParts&
1398 InnerLoopVectorizer::getVectorValue(Value *V) {
1399   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
1400   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
1401
1402   // If we have a stride that is replaced by one, do it here.
1403   if (Legal->hasStride(V))
1404     V = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
1405
1406   // If we have this scalar in the map, return it.
1407   if (WidenMap.has(V))
1408     return WidenMap.get(V);
1409
1410   // If this scalar is unknown, assume that it is a constant or that it is
1411   // loop invariant. Broadcast V and save the value for future uses.
1412   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
1413   return WidenMap.splat(V, B);
1414 }
1415
1416 Value *InnerLoopVectorizer::reverseVector(Value *Vec) {
1417   assert(Vec->getType()->isVectorTy() && "Invalid type");
1418   SmallVector<Constant*, 8> ShuffleMask;
1419   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
1420     ShuffleMask.push_back(Builder.getInt32(VF - i - 1));
1421
1422   return Builder.CreateShuffleVector(Vec, UndefValue::get(Vec->getType()),
1423                                      ConstantVector::get(ShuffleMask),
1424                                      "reverse");
1425 }
1426
1427 void InnerLoopVectorizer::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
1428   // Attempt to issue a wide load.
1429   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
1430   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
1431
1432   assert((LI || SI) && "Invalid Load/Store instruction");
1433
1434   Type *ScalarDataTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
1435   Type *DataTy = VectorType::get(ScalarDataTy, VF);
1436   Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
1437   unsigned Alignment = LI ? LI->getAlignment() : SI->getAlignment();
1438   // An alignment of 0 means target abi alignment. We need to use the scalar's
1439   // target abi alignment in such a case.
1440   if (!Alignment)
1441     Alignment = DL->getABITypeAlignment(ScalarDataTy);
1442   unsigned AddressSpace = Ptr->getType()->getPointerAddressSpace();
1443   unsigned ScalarAllocatedSize = DL->getTypeAllocSize(ScalarDataTy);
1444   unsigned VectorElementSize = DL->getTypeStoreSize(DataTy)/VF;
1445
1446   if (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()))
1447     return scalarizeInstruction(Instr, true);
1448
1449   if (ScalarAllocatedSize != VectorElementSize)
1450     return scalarizeInstruction(Instr);
1451
1452   // If the pointer is loop invariant or if it is non-consecutive,
1453   // scalarize the load.
1454   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
1455   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
1456   bool UniformLoad = LI && Legal->isUniform(Ptr);
1457   if (!ConsecutiveStride || UniformLoad)
1458     return scalarizeInstruction(Instr);
1459
1460   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
1461   VectorParts &Entry = WidenMap.get(Instr);
1462
1463   // Handle consecutive loads/stores.
1464   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
1465   if (Gep && Legal->isInductionVariable(Gep->getPointerOperand())) {
1466     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
1467     Value *PtrOperand = Gep->getPointerOperand();
1468     Value *FirstBasePtr = getVectorValue(PtrOperand)[0];
1469     FirstBasePtr = Builder.CreateExtractElement(FirstBasePtr, Zero);
1470
1471     // Create the new GEP with the new induction variable.
1472     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
1473     Gep2->setOperand(0, FirstBasePtr);
1474     Gep2->setName("gep.indvar.base");
1475     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
1476   } else if (Gep) {
1477     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
1478     assert(SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getPointerOperand()),
1479                                OrigLoop) && "Base ptr must be invariant");
1480
1481     // The last index does not have to be the induction. It can be
1482     // consecutive and be a function of the index. For example A[I+1];
1483     unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
1484     unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(DL, Gep);
1485     // Create the new GEP with the new induction variable.
1486     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
1487
1488     for (unsigned i = 0; i < NumOperands; ++i) {
1489       Value *GepOperand = Gep->getOperand(i);
1490       Instruction *GepOperandInst = dyn_cast<Instruction>(GepOperand);
1491
1492       // Update last index or loop invariant instruction anchored in loop.
1493       if (i == InductionOperand ||
1494           (GepOperandInst && OrigLoop->contains(GepOperandInst))) {
1495         assert((i == InductionOperand ||
1496                SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(GepOperandInst), OrigLoop)) &&
1497                "Must be last index or loop invariant");
1498
1499         VectorParts &GEPParts = getVectorValue(GepOperand);
1500         Value *Index = GEPParts[0];
1501         Index = Builder.CreateExtractElement(Index, Zero);
1502         Gep2->setOperand(i, Index);
1503         Gep2->setName("gep.indvar.idx");
1504       }
1505     }
1506     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
1507   } else {
1508     // Use the induction element ptr.
1509     assert(isa<PHINode>(Ptr) && "Invalid induction ptr");
1510     setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
1511     VectorParts &PtrVal = getVectorValue(Ptr);
1512     Ptr = Builder.CreateExtractElement(PtrVal[0], Zero);
1513   }
1514
1515   // Handle Stores:
1516   if (SI) {
1517     assert(!Legal->isUniform(SI->getPointerOperand()) &&
1518            "We do not allow storing to uniform addresses");
1519     setDebugLocFromInst(Builder, SI);
1520     // We don't want to update the value in the map as it might be used in
1521     // another expression. So don't use a reference type for "StoredVal".
1522     VectorParts StoredVal = getVectorValue(SI->getValueOperand());
1523
1524     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
1525       // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
1526       Value *PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
1527
1528       if (Reverse) {
1529         // If we store to reverse consecutive memory locations then we need
1530         // to reverse the order of elements in the stored value.
1531         StoredVal[Part] = reverseVector(StoredVal[Part]);
1532         // If the address is consecutive but reversed, then the
1533         // wide store needs to start at the last vector element.
1534         PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
1535         PartPtr = Builder.CreateGEP(PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
1536       }
1537
1538       Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
1539                                             DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
1540       Builder.CreateStore(StoredVal[Part], VecPtr)->setAlignment(Alignment);
1541     }
1542     return;
1543   }
1544
1545   // Handle loads.
1546   assert(LI && "Must have a load instruction");
1547   setDebugLocFromInst(Builder, LI);
1548   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
1549     // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
1550     Value *PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
1551
1552     if (Reverse) {
1553       // If the address is consecutive but reversed, then the
1554       // wide store needs to start at the last vector element.
1555       PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
1556       PartPtr = Builder.CreateGEP(PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
1557     }
1558
1559     Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
1560                                           DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
1561     Value *LI = Builder.CreateLoad(VecPtr, "wide.load");
1562     cast<LoadInst>(LI)->setAlignment(Alignment);
1563     Entry[Part] = Reverse ? reverseVector(LI) :  LI;
1564   }
1565 }
1566
1567 void InnerLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr, bool IfPredicateStore) {
1568   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
1569   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
1570   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
1571
1572   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
1573
1574   // Find all of the vectorized parameters.
1575   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
1576     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
1577
1578     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
1579     if (SrcOp == OldInduction) {
1580       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
1581       continue;
1582     }
1583
1584     // Try using previously calculated values.
1585     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
1586
1587     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block
1588     // then it should already be vectorized.
1589     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
1590       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
1591       // The parameter is a vector value from earlier.
1592       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
1593     } else {
1594       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
1595       VectorParts Scalars;
1596       Scalars.append(UF, SrcOp);
1597       Params.push_back(Scalars);
1598     }
1599   }
1600
1601   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
1602          "Invalid number of operands");
1603
1604   // Does this instruction return a value ?
1605   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
1606
1607   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? 0 :
1608     UndefValue::get(VectorType::get(Instr->getType(), VF));
1609   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
1610   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
1611
1612   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
1613   BasicBlock *IfBlock = Builder.GetInsertBlock();
1614   BasicBlock *CondBlock = 0;
1615
1616   VectorParts Cond;
1617   Loop *VectorLp = 0;
1618   if (IfPredicateStore) {
1619     assert(Instr->getParent()->getSinglePredecessor() &&
1620            "Only support single predecessor blocks");
1621     Cond = createEdgeMask(Instr->getParent()->getSinglePredecessor(),
1622                           Instr->getParent());
1623     VectorLp = LI->getLoopFor(IfBlock);
1624     assert(VectorLp && "Must have a loop for this block");
1625   }
1626
1627   // For each vector unroll 'part':
1628   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
1629     // For each scalar that we create:
1630     for (unsigned Width = 0; Width < VF; ++Width) {
1631
1632       // Start if-block.
1633       Value *Cmp = 0;
1634       if (IfPredicateStore) {
1635         Cmp = Builder.CreateExtractElement(Cond[Part], Builder.getInt32(Width));
1636         Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cmp, ConstantInt::get(Cmp->getType(), 1));
1637         CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.store");
1638         LoopVectorBody.push_back(CondBlock);
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          LoopVectorBody.push_back(NewIfBlock);
1668          VectorLp->addBasicBlockToLoop(NewIfBlock, LI->getBase());
1669          Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1670          Instruction *OldBr = IfBlock->getTerminator();
1671          BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp, OldBr);
1672          OldBr->eraseFromParent();
1673          IfBlock = NewIfBlock;
1674       }
1675     }
1676   }
1677 }
1678
1679 static Instruction *getFirstInst(Instruction *FirstInst, Value *V,
1680                                  Instruction *Loc) {
1681   if (FirstInst)
1682     return FirstInst;
1683   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1684     return I->getParent() == Loc->getParent() ? I : 0;
1685   return 0;
1686 }
1687
1688 std::pair<Instruction *, Instruction *>
1689 InnerLoopVectorizer::addStrideCheck(Instruction *Loc) {
1690   Instruction *tnullptr = 0;
1691   if (!Legal->mustCheckStrides())
1692     return std::pair<Instruction *, Instruction *>(tnullptr, tnullptr);
1693
1694   IRBuilder<> ChkBuilder(Loc);
1695
1696   // Emit checks.
1697   Value *Check = 0;
1698   Instruction *FirstInst = 0;
1699   for (SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator SI = Legal->strides_begin(),
1700                                          SE = Legal->strides_end();
1701        SI != SE; ++SI) {
1702     Value *Ptr = stripIntegerCast(*SI);
1703     Value *C = ChkBuilder.CreateICmpNE(Ptr, ConstantInt::get(Ptr->getType(), 1),
1704                                        "stride.chk");
1705     // Store the first instruction we create.
1706     FirstInst = getFirstInst(FirstInst, C, Loc);
1707     if (Check)
1708       Check = ChkBuilder.CreateOr(Check, C);
1709     else
1710       Check = C;
1711   }
1712
1713   // We have to do this trickery because the IRBuilder might fold the check to a
1714   // constant expression in which case there is no Instruction anchored in a
1715   // the block.
1716   LLVMContext &Ctx = Loc->getContext();
1717   Instruction *TheCheck =
1718       BinaryOperator::CreateAnd(Check, ConstantInt::getTrue(Ctx));
1719   ChkBuilder.Insert(TheCheck, "stride.not.one");
1720   FirstInst = getFirstInst(FirstInst, TheCheck, Loc);
1721
1722   return std::make_pair(FirstInst, TheCheck);
1723 }
1724
1725 std::pair<Instruction *, Instruction *>
1726 InnerLoopVectorizer::addRuntimeCheck(Instruction *Loc) {
1727   LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck *PtrRtCheck =
1728   Legal->getRuntimePointerCheck();
1729
1730   Instruction *tnullptr = 0;
1731   if (!PtrRtCheck->Need)
1732     return std::pair<Instruction *, Instruction *>(tnullptr, tnullptr);
1733
1734   unsigned NumPointers = PtrRtCheck->Pointers.size();
1735   SmallVector<TrackingVH<Value> , 2> Starts;
1736   SmallVector<TrackingVH<Value> , 2> Ends;
1737
1738   LLVMContext &Ctx = Loc->getContext();
1739   SCEVExpander Exp(*SE, "induction");
1740   Instruction *FirstInst = 0;
1741
1742   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
1743     Value *Ptr = PtrRtCheck->Pointers[i];
1744     const SCEV *Sc = SE->getSCEV(Ptr);
1745
1746     if (SE->isLoopInvariant(Sc, OrigLoop)) {
1747       DEBUG(dbgs() << "LV: Adding RT check for a loop invariant ptr:" <<
1748             *Ptr <<"\n");
1749       Starts.push_back(Ptr);
1750       Ends.push_back(Ptr);
1751     } else {
1752       DEBUG(dbgs() << "LV: Adding RT check for range:" << *Ptr << '\n');
1753       unsigned AS = Ptr->getType()->getPointerAddressSpace();
1754
1755       // Use this type for pointer arithmetic.
1756       Type *PtrArithTy = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS);
1757
1758       Value *Start = Exp.expandCodeFor(PtrRtCheck->Starts[i], PtrArithTy, Loc);
1759       Value *End = Exp.expandCodeFor(PtrRtCheck->Ends[i], PtrArithTy, Loc);
1760       Starts.push_back(Start);
1761       Ends.push_back(End);
1762     }
1763   }
1764
1765   IRBuilder<> ChkBuilder(Loc);
1766   // Our instructions might fold to a constant.
1767   Value *MemoryRuntimeCheck = 0;
1768   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
1769     for (unsigned j = i+1; j < NumPointers; ++j) {
1770       // No need to check if two readonly pointers intersect.
1771       if (!PtrRtCheck->IsWritePtr[i] && !PtrRtCheck->IsWritePtr[j])
1772         continue;
1773
1774       // Only need to check pointers between two different dependency sets.
1775       if (PtrRtCheck->DependencySetId[i] == PtrRtCheck->DependencySetId[j])
1776        continue;
1777
1778       unsigned AS0 = Starts[i]->getType()->getPointerAddressSpace();
1779       unsigned AS1 = Starts[j]->getType()->getPointerAddressSpace();
1780
1781       assert((AS0 == Ends[j]->getType()->getPointerAddressSpace()) &&
1782              (AS1 == Ends[i]->getType()->getPointerAddressSpace()) &&
1783              "Trying to bounds check pointers with different address spaces");
1784
1785       Type *PtrArithTy0 = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS0);
1786       Type *PtrArithTy1 = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS1);
1787
1788       Value *Start0 = ChkBuilder.CreateBitCast(Starts[i], PtrArithTy0, "bc");
1789       Value *Start1 = ChkBuilder.CreateBitCast(Starts[j], PtrArithTy1, "bc");
1790       Value *End0 =   ChkBuilder.CreateBitCast(Ends[i],   PtrArithTy1, "bc");
1791       Value *End1 =   ChkBuilder.CreateBitCast(Ends[j],   PtrArithTy0, "bc");
1792
1793       Value *Cmp0 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start0, End1, "bound0");
1794       FirstInst = getFirstInst(FirstInst, Cmp0, Loc);
1795       Value *Cmp1 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start1, End0, "bound1");
1796       FirstInst = getFirstInst(FirstInst, Cmp1, Loc);
1797       Value *IsConflict = ChkBuilder.CreateAnd(Cmp0, Cmp1, "found.conflict");
1798       FirstInst = getFirstInst(FirstInst, IsConflict, Loc);
1799       if (MemoryRuntimeCheck) {
1800         IsConflict = ChkBuilder.CreateOr(MemoryRuntimeCheck, IsConflict,
1801                                          "conflict.rdx");
1802         FirstInst = getFirstInst(FirstInst, IsConflict, Loc);
1803       }
1804       MemoryRuntimeCheck = IsConflict;
1805     }
1806   }
1807
1808   // We have to do this trickery because the IRBuilder might fold the check to a
1809   // constant expression in which case there is no Instruction anchored in a
1810   // the block.
1811   Instruction *Check = BinaryOperator::CreateAnd(MemoryRuntimeCheck,
1812                                                  ConstantInt::getTrue(Ctx));
1813   ChkBuilder.Insert(Check, "memcheck.conflict");
1814   FirstInst = getFirstInst(FirstInst, Check, Loc);
1815   return std::make_pair(FirstInst, Check);
1816 }
1817
1818 void InnerLoopVectorizer::createEmptyLoop() {
1819   /*
1820    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
1821    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
1822    scalar remainder.
1823
1824        [ ] <-- vector loop bypass (may consist of multiple blocks).
1825      /  |
1826     /   v
1827    |   [ ]     <-- vector pre header.
1828    |    |
1829    |    v
1830    |   [  ] \
1831    |   [  ]_|   <-- vector loop.
1832    |    |
1833     \   v
1834       >[ ]   <--- middle-block.
1835      /  |
1836     /   v
1837    |   [ ]     <--- new preheader.
1838    |    |
1839    |    v
1840    |   [ ] \
1841    |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
1842     \   |
1843      \  v
1844       >[ ]     <-- exit block.
1845    ...
1846    */
1847
1848   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
1849   BasicBlock *BypassBlock = OrigLoop->getLoopPreheader();
1850   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
1851   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
1852
1853   // Some loops have a single integer induction variable, while other loops
1854   // don't. One example is c++ iterators that often have multiple pointer
1855   // induction variables. In the code below we also support a case where we
1856   // don't have a single induction variable.
1857   OldInduction = Legal->getInduction();
1858   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
1859
1860   // Find the loop boundaries.
1861   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(OrigLoop);
1862   assert(ExitCount != SE->getCouldNotCompute() && "Invalid loop count");
1863
1864   // The exit count might have the type of i64 while the phi is i32. This can
1865   // happen if we have an induction variable that is sign extended before the
1866   // compare. The only way that we get a backedge taken count is that the
1867   // induction variable was signed and as such will not overflow. In such a case
1868   // truncation is legal.
1869   if (ExitCount->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1870       IdxTy->getPrimitiveSizeInBits())
1871     ExitCount = SE->getTruncateOrNoop(ExitCount, IdxTy);
1872
1873   ExitCount = SE->getNoopOrZeroExtend(ExitCount, IdxTy);
1874   // Get the total trip count from the count by adding 1.
1875   ExitCount = SE->getAddExpr(ExitCount,
1876                              SE->getConstant(ExitCount->getType(), 1));
1877
1878   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
1879   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
1880   SCEVExpander Exp(*SE, "induction");
1881
1882   // Count holds the overall loop count (N).
1883   Value *Count = Exp.expandCodeFor(ExitCount, ExitCount->getType(),
1884                                    BypassBlock->getTerminator());
1885
1886   // The loop index does not have to start at Zero. Find the original start
1887   // value from the induction PHI node. If we don't have an induction variable
1888   // then we know that it starts at zero.
1889   Builder.SetInsertPoint(BypassBlock->getTerminator());
1890   Value *StartIdx = ExtendedIdx = OldInduction ?
1891     Builder.CreateZExt(OldInduction->getIncomingValueForBlock(BypassBlock),
1892                        IdxTy):
1893     ConstantInt::get(IdxTy, 0);
1894
1895   assert(BypassBlock && "Invalid loop structure");
1896   LoopBypassBlocks.push_back(BypassBlock);
1897
1898   // Split the single block loop into the two loop structure described above.
1899   BasicBlock *VectorPH =
1900   BypassBlock->splitBasicBlock(BypassBlock->getTerminator(), "vector.ph");
1901   BasicBlock *VecBody =
1902   VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.body");
1903   BasicBlock *MiddleBlock =
1904   VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(), "middle.block");
1905   BasicBlock *ScalarPH =
1906   MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(), "scalar.ph");
1907
1908   // Create and register the new vector loop.
1909   Loop* Lp = new Loop();
1910   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
1911
1912   // Insert the new loop into the loop nest and register the new basic blocks
1913   // before calling any utilities such as SCEV that require valid LoopInfo.
1914   if (ParentLoop) {
1915     ParentLoop->addChildLoop(Lp);
1916     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, LI->getBase());
1917     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(VectorPH, LI->getBase());
1918     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, LI->getBase());
1919   } else {
1920     LI->addTopLevelLoop(Lp);
1921   }
1922   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, LI->getBase());
1923
1924   // Use this IR builder to create the loop instructions (Phi, Br, Cmp)
1925   // inside the loop.
1926   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstNonPHI());
1927
1928   // Generate the induction variable.
1929   setDebugLocFromInst(Builder, getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
1930   Induction = Builder.CreatePHI(IdxTy, 2, "index");
1931   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
1932   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
1933   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF * UF);
1934
1935   // This is the IR builder that we use to add all of the logic for bypassing
1936   // the new vector loop.
1937   IRBuilder<> BypassBuilder(BypassBlock->getTerminator());
1938   setDebugLocFromInst(BypassBuilder,
1939                       getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
1940
1941   // We may need to extend the index in case there is a type mismatch.
1942   // We know that the count starts at zero and does not overflow.
1943   if (Count->getType() != IdxTy) {
1944     // The exit count can be of pointer type. Convert it to the correct
1945     // integer type.
1946     if (ExitCount->getType()->isPointerTy())
1947       Count = BypassBuilder.CreatePointerCast(Count, IdxTy, "ptrcnt.to.int");
1948     else
1949       Count = BypassBuilder.CreateZExtOrTrunc(Count, IdxTy, "cnt.cast");
1950   }
1951
1952   // Add the start index to the loop count to get the new end index.
1953   Value *IdxEnd = BypassBuilder.CreateAdd(Count, StartIdx, "end.idx");
1954
1955   // Now we need to generate the expression for N - (N % VF), which is
1956   // the part that the vectorized body will execute.
1957   Value *R = BypassBuilder.CreateURem(Count, Step, "n.mod.vf");
1958   Value *CountRoundDown = BypassBuilder.CreateSub(Count, R, "n.vec");
1959   Value *IdxEndRoundDown = BypassBuilder.CreateAdd(CountRoundDown, StartIdx,
1960                                                      "end.idx.rnd.down");
1961
1962   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
1963   // jump to the scalar loop.
1964   Value *Cmp = BypassBuilder.CreateICmpEQ(IdxEndRoundDown, StartIdx,
1965                                           "cmp.zero");
1966
1967   BasicBlock *LastBypassBlock = BypassBlock;
1968
1969   // Generate the code to check that the strides we assumed to be one are really
1970   // one. We want the new basic block to start at the first instruction in a
1971   // sequence of instructions that form a check.
1972   Instruction *StrideCheck;
1973   Instruction *FirstCheckInst;
1974   std::tie(FirstCheckInst, StrideCheck) =
1975       addStrideCheck(BypassBlock->getTerminator());
1976   if (StrideCheck) {
1977     // Create a new block containing the stride check.
1978     BasicBlock *CheckBlock =
1979         BypassBlock->splitBasicBlock(FirstCheckInst, "vector.stridecheck");
1980     if (ParentLoop)
1981       ParentLoop->addBasicBlockToLoop(CheckBlock, LI->getBase());
1982     LoopBypassBlocks.push_back(CheckBlock);
1983
1984     // Replace the branch into the memory check block with a conditional branch
1985     // for the "few elements case".
1986     Instruction *OldTerm = BypassBlock->getTerminator();
1987     BranchInst::Create(MiddleBlock, CheckBlock, Cmp, OldTerm);
1988     OldTerm->eraseFromParent();
1989
1990     Cmp = StrideCheck;
1991     LastBypassBlock = CheckBlock;
1992   }
1993
1994   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
1995   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
1996   // faster.
1997   Instruction *MemRuntimeCheck;
1998   std::tie(FirstCheckInst, MemRuntimeCheck) =
1999       addRuntimeCheck(LastBypassBlock->getTerminator());
2000   if (MemRuntimeCheck) {
2001     // Create a new block containing the memory check.
2002     BasicBlock *CheckBlock =
2003         LastBypassBlock->splitBasicBlock(MemRuntimeCheck, "vector.memcheck");
2004     if (ParentLoop)
2005       ParentLoop->addBasicBlockToLoop(CheckBlock, LI->getBase());
2006     LoopBypassBlocks.push_back(CheckBlock);
2007
2008     // Replace the branch into the memory check block with a conditional branch
2009     // for the "few elements case".
2010     Instruction *OldTerm = LastBypassBlock->getTerminator();
2011     BranchInst::Create(MiddleBlock, CheckBlock, Cmp, OldTerm);
2012     OldTerm->eraseFromParent();
2013
2014     Cmp = MemRuntimeCheck;
2015     LastBypassBlock = CheckBlock;
2016   }
2017
2018   LastBypassBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
2019   BranchInst::Create(MiddleBlock, VectorPH, Cmp,
2020                      LastBypassBlock);
2021
2022   // We are going to resume the execution of the scalar loop.
2023   // Go over all of the induction variables that we found and fix the
2024   // PHIs that are left in the scalar version of the loop.
2025   // The starting values of PHI nodes depend on the counter of the last
2026   // iteration in the vectorized loop.
2027   // If we come from a bypass edge then we need to start from the original
2028   // start value.
2029
2030   // This variable saves the new starting index for the scalar loop.
2031   PHINode *ResumeIndex = 0;
2032   LoopVectorizationLegality::InductionList::iterator I, E;
2033   LoopVectorizationLegality::InductionList *List = Legal->getInductionVars();
2034   // Set builder to point to last bypass block.
2035   BypassBuilder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
2036   for (I = List->begin(), E = List->end(); I != E; ++I) {
2037     PHINode *OrigPhi = I->first;
2038     LoopVectorizationLegality::InductionInfo II = I->second;
2039
2040     Type *ResumeValTy = (OrigPhi == OldInduction) ? IdxTy : OrigPhi->getType();
2041     PHINode *ResumeVal = PHINode::Create(ResumeValTy, 2, "resume.val",
2042                                          MiddleBlock->getTerminator());
2043     // We might have extended the type of the induction variable but we need a
2044     // truncated version for the scalar loop.
2045     PHINode *TruncResumeVal = (OrigPhi == OldInduction) ?
2046       PHINode::Create(OrigPhi->getType(), 2, "trunc.resume.val",
2047                       MiddleBlock->getTerminator()) : 0;
2048
2049     Value *EndValue = 0;
2050     switch (II.IK) {
2051     case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
2052       llvm_unreachable("Unknown induction");
2053     case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
2054       // Handle the integer induction counter.
2055       assert(OrigPhi->getType()->isIntegerTy() && "Invalid type");
2056
2057       // We have the canonical induction variable.
2058       if (OrigPhi == OldInduction) {
2059         // Create a truncated version of the resume value for the scalar loop,
2060         // we might have promoted the type to a larger width.
2061         EndValue =
2062           BypassBuilder.CreateTrunc(IdxEndRoundDown, OrigPhi->getType());
2063         // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
2064         // or the value at the end of the vectorized loop.
2065         for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2066           TruncResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[I]);
2067         TruncResumeVal->addIncoming(EndValue, VecBody);
2068
2069         // We know what the end value is.
2070         EndValue = IdxEndRoundDown;
2071         // We also know which PHI node holds it.
2072         ResumeIndex = ResumeVal;
2073         break;
2074       }
2075
2076       // Not the canonical induction variable - add the vector loop count to the
2077       // start value.
2078       Value *CRD = BypassBuilder.CreateSExtOrTrunc(CountRoundDown,
2079                                                    II.StartValue->getType(),
2080                                                    "cast.crd");
2081       EndValue = BypassBuilder.CreateAdd(CRD, II.StartValue , "ind.end");
2082       break;
2083     }
2084     case LoopVectorizationLegality::IK_ReverseIntInduction: {
2085       // Convert the CountRoundDown variable to the PHI size.
2086       Value *CRD = BypassBuilder.CreateSExtOrTrunc(CountRoundDown,
2087                                                    II.StartValue->getType(),
2088                                                    "cast.crd");
2089       // Handle reverse integer induction counter.
2090       EndValue = BypassBuilder.CreateSub(II.StartValue, CRD, "rev.ind.end");
2091       break;
2092     }
2093     case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction: {
2094       // For pointer induction variables, calculate the offset using
2095       // the end index.
2096       EndValue = BypassBuilder.CreateGEP(II.StartValue, CountRoundDown,
2097                                          "ptr.ind.end");
2098       break;
2099     }
2100     case LoopVectorizationLegality::IK_ReversePtrInduction: {
2101       // The value at the end of the loop for the reverse pointer is calculated
2102       // by creating a GEP with a negative index starting from the start value.
2103       Value *Zero = ConstantInt::get(CountRoundDown->getType(), 0);
2104       Value *NegIdx = BypassBuilder.CreateSub(Zero, CountRoundDown,
2105                                               "rev.ind.end");
2106       EndValue = BypassBuilder.CreateGEP(II.StartValue, NegIdx,
2107                                          "rev.ptr.ind.end");
2108       break;
2109     }
2110     }// end of case
2111
2112     // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
2113     // or the value at the end of the vectorized loop.
2114     for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I) {
2115       if (OrigPhi == OldInduction)
2116         ResumeVal->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[I]);
2117       else
2118         ResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[I]);
2119     }
2120     ResumeVal->addIncoming(EndValue, VecBody);
2121
2122     // Fix the scalar body counter (PHI node).
2123     unsigned BlockIdx = OrigPhi->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
2124     // The old inductions phi node in the scalar body needs the truncated value.
2125     if (OrigPhi == OldInduction)
2126       OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, TruncResumeVal);
2127     else
2128       OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, ResumeVal);
2129   }
2130
2131   // If we are generating a new induction variable then we also need to
2132   // generate the code that calculates the exit value. This value is not
2133   // simply the end of the counter because we may skip the vectorized body
2134   // in case of a runtime check.
2135   if (!OldInduction){
2136     assert(!ResumeIndex && "Unexpected resume value found");
2137     ResumeIndex = PHINode::Create(IdxTy, 2, "new.indc.resume.val",
2138                                   MiddleBlock->getTerminator());
2139     for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2140       ResumeIndex->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[I]);
2141     ResumeIndex->addIncoming(IdxEndRoundDown, VecBody);
2142   }
2143
2144   // Make sure that we found the index where scalar loop needs to continue.
2145   assert(ResumeIndex && ResumeIndex->getType()->isIntegerTy() &&
2146          "Invalid resume Index");
2147
2148   // Add a check in the middle block to see if we have completed
2149   // all of the iterations in the first vector loop.
2150   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
2151   Value *CmpN = CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, IdxEnd,
2152                                 ResumeIndex, "cmp.n",
2153                                 MiddleBlock->getTerminator());
2154
2155   BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN, MiddleBlock->getTerminator());
2156   // Remove the old terminator.
2157   MiddleBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
2158
2159   // Create i+1 and fill the PHINode.
2160   Value *NextIdx = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
2161   Induction->addIncoming(StartIdx, VectorPH);
2162   Induction->addIncoming(NextIdx, VecBody);
2163   // Create the compare.
2164   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(NextIdx, IdxEndRoundDown);
2165   Builder.CreateCondBr(ICmp, MiddleBlock, VecBody);
2166
2167   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
2168   VecBody->getTerminator()->eraseFromParent();
2169
2170   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
2171   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstInsertionPt());
2172
2173   // Save the state.
2174   LoopVectorPreHeader = VectorPH;
2175   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
2176   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
2177   LoopExitBlock = ExitBlock;
2178   LoopVectorBody.push_back(VecBody);
2179   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
2180
2181   LoopVectorizeHints Hints(Lp, true);
2182   Hints.setAlreadyVectorized(Lp);
2183 }
2184
2185 /// This function returns the identity element (or neutral element) for
2186 /// the operation K.
2187 Constant*
2188 LoopVectorizationLegality::getReductionIdentity(ReductionKind K, Type *Tp) {
2189   switch (K) {
2190   case RK_IntegerXor:
2191   case RK_IntegerAdd:
2192   case RK_IntegerOr:
2193     // Adding, Xoring, Oring zero to a number does not change it.
2194     return ConstantInt::get(Tp, 0);
2195   case RK_IntegerMult:
2196     // Multiplying a number by 1 does not change it.
2197     return ConstantInt::get(Tp, 1);
2198   case RK_IntegerAnd:
2199     // AND-ing a number with an all-1 value does not change it.
2200     return ConstantInt::get(Tp, -1, true);
2201   case  RK_FloatMult:
2202     // Multiplying a number by 1 does not change it.
2203     return ConstantFP::get(Tp, 1.0L);
2204   case  RK_FloatAdd:
2205     // Adding zero to a number does not change it.
2206     return ConstantFP::get(Tp, 0.0L);
2207   default:
2208     llvm_unreachable("Unknown reduction kind");
2209   }
2210 }
2211
2212 static Intrinsic::ID checkUnaryFloatSignature(const CallInst &I,
2213                                               Intrinsic::ID ValidIntrinsicID) {
2214   if (I.getNumArgOperands() != 1 ||
2215       !I.getArgOperand(0)->getType()->isFloatingPointTy() ||
2216       I.getType() != I.getArgOperand(0)->getType() ||
2217       !I.onlyReadsMemory())
2218     return Intrinsic::not_intrinsic;
2219
2220   return ValidIntrinsicID;
2221 }
2222
2223 static Intrinsic::ID checkBinaryFloatSignature(const CallInst &I,
2224                                                Intrinsic::ID ValidIntrinsicID) {
2225   if (I.getNumArgOperands() != 2 ||
2226       !I.getArgOperand(0)->getType()->isFloatingPointTy() ||
2227       !I.getArgOperand(1)->getType()->isFloatingPointTy() ||
2228       I.getType() != I.getArgOperand(0)->getType() ||
2229       I.getType() != I.getArgOperand(1)->getType() ||
2230       !I.onlyReadsMemory())
2231     return Intrinsic::not_intrinsic;
2232
2233   return ValidIntrinsicID;
2234 }
2235
2236
2237 static Intrinsic::ID
2238 getIntrinsicIDForCall(CallInst *CI, const TargetLibraryInfo *TLI) {
2239   // If we have an intrinsic call, check if it is trivially vectorizable.
2240   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI)) {
2241     switch (II->getIntrinsicID()) {
2242     case Intrinsic::sqrt:
2243     case Intrinsic::sin:
2244     case Intrinsic::cos:
2245     case Intrinsic::exp:
2246     case Intrinsic::exp2:
2247     case Intrinsic::log:
2248     case Intrinsic::log10:
2249     case Intrinsic::log2:
2250     case Intrinsic::fabs:
2251     case Intrinsic::copysign:
2252     case Intrinsic::floor:
2253     case Intrinsic::ceil:
2254     case Intrinsic::trunc:
2255     case Intrinsic::rint:
2256     case Intrinsic::nearbyint:
2257     case Intrinsic::round:
2258     case Intrinsic::pow:
2259     case Intrinsic::fma:
2260     case Intrinsic::fmuladd:
2261     case Intrinsic::lifetime_start:
2262     case Intrinsic::lifetime_end:
2263       return II->getIntrinsicID();
2264     default:
2265       return Intrinsic::not_intrinsic;
2266     }
2267   }
2268
2269   if (!TLI)
2270     return Intrinsic::not_intrinsic;
2271
2272   LibFunc::Func Func;
2273   Function *F = CI->getCalledFunction();
2274   // We're going to make assumptions on the semantics of the functions, check
2275   // that the target knows that it's available in this environment and it does
2276   // not have local linkage.
2277   if (!F || F->hasLocalLinkage() || !TLI->getLibFunc(F->getName(), Func))
2278     return Intrinsic::not_intrinsic;
2279
2280   // Otherwise check if we have a call to a function that can be turned into a
2281   // vector intrinsic.
2282   switch (Func) {
2283   default:
2284     break;
2285   case LibFunc::sin:
2286   case LibFunc::sinf:
2287   case LibFunc::sinl:
2288     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::sin);
2289   case LibFunc::cos:
2290   case LibFunc::cosf:
2291   case LibFunc::cosl:
2292     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::cos);
2293   case LibFunc::exp:
2294   case LibFunc::expf:
2295   case LibFunc::expl:
2296     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::exp);
2297   case LibFunc::exp2:
2298   case LibFunc::exp2f:
2299   case LibFunc::exp2l:
2300     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::exp2);
2301   case LibFunc::log:
2302   case LibFunc::logf:
2303   case LibFunc::logl:
2304     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::log);
2305   case LibFunc::log10:
2306   case LibFunc::log10f:
2307   case LibFunc::log10l:
2308     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::log10);
2309   case LibFunc::log2:
2310   case LibFunc::log2f:
2311   case LibFunc::log2l:
2312     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::log2);
2313   case LibFunc::fabs:
2314   case LibFunc::fabsf:
2315   case LibFunc::fabsl:
2316     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::fabs);
2317   case LibFunc::copysign:
2318   case LibFunc::copysignf:
2319   case LibFunc::copysignl:
2320     return checkBinaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::copysign);
2321   case LibFunc::floor:
2322   case LibFunc::floorf:
2323   case LibFunc::floorl:
2324     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::floor);
2325   case LibFunc::ceil:
2326   case LibFunc::ceilf:
2327   case LibFunc::ceill:
2328     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::ceil);
2329   case LibFunc::trunc:
2330   case LibFunc::truncf:
2331   case LibFunc::truncl:
2332     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::trunc);
2333   case LibFunc::rint:
2334   case LibFunc::rintf:
2335   case LibFunc::rintl:
2336     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::rint);
2337   case LibFunc::nearbyint:
2338   case LibFunc::nearbyintf:
2339   case LibFunc::nearbyintl:
2340     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::nearbyint);
2341   case LibFunc::round:
2342   case LibFunc::roundf:
2343   case LibFunc::roundl:
2344     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::round);
2345   case LibFunc::pow:
2346   case LibFunc::powf:
2347   case LibFunc::powl:
2348     return checkBinaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::pow);
2349   }
2350
2351   return Intrinsic::not_intrinsic;
2352 }
2353
2354 /// This function translates the reduction kind to an LLVM binary operator.
2355 static unsigned
2356 getReductionBinOp(LoopVectorizationLegality::ReductionKind Kind) {
2357   switch (Kind) {
2358     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerAdd:
2359       return Instruction::Add;
2360     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerMult:
2361       return Instruction::Mul;
2362     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerOr:
2363       return Instruction::Or;
2364     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerAnd:
2365       return Instruction::And;
2366     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerXor:
2367       return Instruction::Xor;
2368     case LoopVectorizationLegality::RK_FloatMult:
2369       return Instruction::FMul;
2370     case LoopVectorizationLegality::RK_FloatAdd:
2371       return Instruction::FAdd;
2372     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerMinMax:
2373       return Instruction::ICmp;
2374     case LoopVectorizationLegality::RK_FloatMinMax:
2375       return Instruction::FCmp;
2376     default:
2377       llvm_unreachable("Unknown reduction operation");
2378   }
2379 }
2380
2381 Value *createMinMaxOp(IRBuilder<> &Builder,
2382                       LoopVectorizationLegality::MinMaxReductionKind RK,
2383                       Value *Left,
2384                       Value *Right) {
2385   CmpInst::Predicate P = CmpInst::ICMP_NE;
2386   switch (RK) {
2387   default:
2388     llvm_unreachable("Unknown min/max reduction kind");
2389   case LoopVectorizationLegality::MRK_UIntMin:
2390     P = CmpInst::ICMP_ULT;
2391     break;
2392   case LoopVectorizationLegality::MRK_UIntMax:
2393     P = CmpInst::ICMP_UGT;
2394     break;
2395   case LoopVectorizationLegality::MRK_SIntMin:
2396     P = CmpInst::ICMP_SLT;
2397     break;
2398   case LoopVectorizationLegality::MRK_SIntMax:
2399     P = CmpInst::ICMP_SGT;
2400     break;
2401   case LoopVectorizationLegality::MRK_FloatMin:
2402     P = CmpInst::FCMP_OLT;
2403     break;
2404   case LoopVectorizationLegality::MRK_FloatMax:
2405     P = CmpInst::FCMP_OGT;
2406     break;
2407   }
2408
2409   Value *Cmp;
2410   if (RK == LoopVectorizationLegality::MRK_FloatMin ||
2411       RK == LoopVectorizationLegality::MRK_FloatMax)
2412     Cmp = Builder.CreateFCmp(P, Left, Right, "rdx.minmax.cmp");
2413   else
2414     Cmp = Builder.CreateICmp(P, Left, Right, "rdx.minmax.cmp");
2415
2416   Value *Select = Builder.CreateSelect(Cmp, Left, Right, "rdx.minmax.select");
2417   return Select;
2418 }
2419
2420 namespace {
2421 struct CSEDenseMapInfo {
2422   static bool canHandle(Instruction *I) {
2423     return isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
2424            isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I);
2425   }
2426   static inline Instruction *getEmptyKey() {
2427     return DenseMapInfo<Instruction *>::getEmptyKey();
2428   }
2429   static inline Instruction *getTombstoneKey() {
2430     return DenseMapInfo<Instruction *>::getTombstoneKey();
2431   }
2432   static unsigned getHashValue(Instruction *I) {
2433     assert(canHandle(I) && "Unknown instruction!");
2434     return hash_combine(I->getOpcode(), hash_combine_range(I->value_op_begin(),
2435                                                            I->value_op_end()));
2436   }
2437   static bool isEqual(Instruction *LHS, Instruction *RHS) {
2438     if (LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey() ||
2439         LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey())
2440       return LHS == RHS;
2441     return LHS->isIdenticalTo(RHS);
2442   }
2443 };
2444 }
2445
2446 /// \brief Check whether this block is a predicated block.
2447 /// Due to if predication of stores we might create a sequence of "if(pred) a[i]
2448 /// = ...;  " blocks. We start with one vectorized basic block. For every
2449 /// conditional block we split this vectorized block. Therefore, every second
2450 /// block will be a predicated one.
2451 static bool isPredicatedBlock(unsigned BlockNum) {
2452   return BlockNum % 2;
2453 }
2454
2455 ///\brief Perform cse of induction variable instructions.
2456 static void cse(SmallVector<BasicBlock *, 4> &BBs) {
2457   // Perform simple cse.
2458   SmallDenseMap<Instruction *, Instruction *, 4, CSEDenseMapInfo> CSEMap;
2459   for (unsigned i = 0, e = BBs.size(); i != e; ++i) {
2460     BasicBlock *BB = BBs[i];
2461     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
2462       Instruction *In = I++;
2463
2464       if (!CSEDenseMapInfo::canHandle(In))
2465         continue;
2466
2467       // Check if we can replace this instruction with any of the
2468       // visited instructions.
2469       if (Instruction *V = CSEMap.lookup(In)) {
2470         In->replaceAllUsesWith(V);
2471         In->eraseFromParent();
2472         continue;
2473       }
2474       // Ignore instructions in conditional blocks. We create "if (pred) a[i] =
2475       // ...;" blocks for predicated stores. Every second block is a predicated
2476       // block.
2477       if (isPredicatedBlock(i))
2478         continue;
2479
2480       CSEMap[In] = In;
2481     }
2482   }
2483 }
2484
2485 /// \brief Adds a 'fast' flag to floating point operations.
2486 static Value *addFastMathFlag(Value *V) {
2487   if (isa<FPMathOperator>(V)){
2488     FastMathFlags Flags;
2489     Flags.setUnsafeAlgebra();
2490     cast<Instruction>(V)->setFastMathFlags(Flags);
2491   }
2492   return V;
2493 }
2494
2495 void InnerLoopVectorizer::vectorizeLoop() {
2496   //===------------------------------------------------===//
2497   //
2498   // Notice: any optimization or new instruction that go
2499   // into the code below should be also be implemented in
2500   // the cost-model.
2501   //
2502   //===------------------------------------------------===//
2503   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
2504
2505   // In order to support reduction variables we need to be able to vectorize
2506   // Phi nodes. Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two
2507   // stages. First, we create a new vector PHI node with no incoming edges.
2508   // We use this value when we vectorize all of the instructions that use the
2509   // PHI. Next, after all of the instructions in the block are complete we
2510   // add the new incoming edges to the PHI. At this point all of the
2511   // instructions in the basic block are vectorized, so we can use them to
2512   // construct the PHI.
2513   PhiVector RdxPHIsToFix;
2514
2515   // Scan the loop in a topological order to ensure that defs are vectorized
2516   // before users.
2517   LoopBlocksDFS DFS(OrigLoop);
2518   DFS.perform(LI);
2519
2520   // Vectorize all of the blocks in the original loop.
2521   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
2522        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb)
2523     vectorizeBlockInLoop(*bb, &RdxPHIsToFix);
2524
2525   // At this point every instruction in the original loop is widened to
2526   // a vector form. We are almost done. Now, we need to fix the PHI nodes
2527   // that we vectorized. The PHI nodes are currently empty because we did
2528   // not want to introduce cycles. Notice that the remaining PHI nodes
2529   // that we need to fix are reduction variables.
2530
2531   // Create the 'reduced' values for each of the induction vars.
2532   // The reduced values are the vector values that we scalarize and combine
2533   // after the loop is finished.
2534   for (PhiVector::iterator it = RdxPHIsToFix.begin(), e = RdxPHIsToFix.end();
2535        it != e; ++it) {
2536     PHINode *RdxPhi = *it;
2537     assert(RdxPhi && "Unable to recover vectorized PHI");
2538
2539     // Find the reduction variable descriptor.
2540     assert(Legal->getReductionVars()->count(RdxPhi) &&
2541            "Unable to find the reduction variable");
2542     LoopVectorizationLegality::ReductionDescriptor RdxDesc =
2543     (*Legal->getReductionVars())[RdxPhi];
2544
2545     setDebugLocFromInst(Builder, RdxDesc.StartValue);
2546
2547     // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
2548     // To do so, we need to generate the 'identity' vector and override
2549     // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
2550     // to do it in the vector-loop preheader.
2551     Builder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks.front()->getTerminator());
2552
2553     // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
2554     VectorParts &VectorExit = getVectorValue(RdxDesc.LoopExitInstr);
2555     Type *VecTy = VectorExit[0]->getType();
2556
2557     // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
2558     // one for multiplication, -1 for And.
2559     Value *Identity;
2560     Value *VectorStart;
2561     if (RdxDesc.Kind == LoopVectorizationLegality::RK_IntegerMinMax ||
2562         RdxDesc.Kind == LoopVectorizationLegality::RK_FloatMinMax) {
2563       // MinMax reduction have the start value as their identify.
2564       if (VF == 1) {
2565         VectorStart = Identity = RdxDesc.StartValue;
2566       } else {
2567         VectorStart = Identity = Builder.CreateVectorSplat(VF,
2568                                                            RdxDesc.StartValue,
2569                                                            "minmax.ident");
2570       }
2571     } else {
2572       // Handle other reduction kinds:
2573       Constant *Iden =
2574       LoopVectorizationLegality::getReductionIdentity(RdxDesc.Kind,
2575                                                       VecTy->getScalarType());
2576       if (VF == 1) {
2577         Identity = Iden;
2578         // This vector is the Identity vector where the first element is the
2579         // incoming scalar reduction.
2580         VectorStart = RdxDesc.StartValue;
2581       } else {
2582         Identity = ConstantVector::getSplat(VF, Iden);
2583
2584         // This vector is the Identity vector where the first element is the
2585         // incoming scalar reduction.
2586         VectorStart = Builder.CreateInsertElement(Identity,
2587                                                   RdxDesc.StartValue, Zero);
2588       }
2589     }
2590
2591     // Fix the vector-loop phi.
2592     // We created the induction variable so we know that the
2593     // preheader is the first entry.
2594     BasicBlock *VecPreheader = Induction->getIncomingBlock(0);
2595
2596     // Reductions do not have to start at zero. They can start with
2597     // any loop invariant values.
2598     VectorParts &VecRdxPhi = WidenMap.get(RdxPhi);
2599     BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
2600     Value *LoopVal = RdxPhi->getIncomingValueForBlock(Latch);
2601     VectorParts &Val = getVectorValue(LoopVal);
2602     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
2603       // Make sure to add the reduction stat value only to the
2604       // first unroll part.
2605       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
2606       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(StartVal, VecPreheader);
2607       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(Val[part],
2608                                                   LoopVectorBody.back());
2609     }
2610
2611     // Before each round, move the insertion point right between
2612     // the PHIs and the values we are going to write.
2613     // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
2614     // instructions.
2615     Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
2616
2617     VectorParts RdxParts;
2618     setDebugLocFromInst(Builder, RdxDesc.LoopExitInstr);
2619     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
2620       // This PHINode contains the vectorized reduction variable, or
2621       // the initial value vector, if we bypass the vector loop.
2622       VectorParts &RdxExitVal = getVectorValue(RdxDesc.LoopExitInstr);
2623       PHINode *NewPhi = Builder.CreatePHI(VecTy, 2, "rdx.vec.exit.phi");
2624       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
2625       for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2626         NewPhi->addIncoming(StartVal, LoopBypassBlocks[I]);
2627       NewPhi->addIncoming(RdxExitVal[part],
2628                           LoopVectorBody.back());
2629       RdxParts.push_back(NewPhi);
2630     }
2631
2632     // Reduce all of the unrolled parts into a single vector.
2633     Value *ReducedPartRdx = RdxParts[0];
2634     unsigned Op = getReductionBinOp(RdxDesc.Kind);
2635     setDebugLocFromInst(Builder, ReducedPartRdx);
2636     for (unsigned part = 1; part < UF; ++part) {
2637       if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
2638         // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
2639         ReducedPartRdx = addFastMathFlag(
2640             Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Op, RdxParts[part],
2641                                 ReducedPartRdx, "bin.rdx"));
2642       else
2643         ReducedPartRdx = createMinMaxOp(Builder, RdxDesc.MinMaxKind,
2644                                         ReducedPartRdx, RdxParts[part]);
2645     }
2646
2647     if (VF > 1) {
2648       // VF is a power of 2 so we can emit the reduction using log2(VF) shuffles
2649       // and vector ops, reducing the set of values being computed by half each
2650       // round.
2651       assert(isPowerOf2_32(VF) &&
2652              "Reduction emission only supported for pow2 vectors!");
2653       Value *TmpVec = ReducedPartRdx;
2654       SmallVector<Constant*, 32> ShuffleMask(VF, 0);
2655       for (unsigned i = VF; i != 1; i >>= 1) {
2656         // Move the upper half of the vector to the lower half.
2657         for (unsigned j = 0; j != i/2; ++j)
2658           ShuffleMask[j] = Builder.getInt32(i/2 + j);
2659
2660         // Fill the rest of the mask with undef.
2661         std::fill(&ShuffleMask[i/2], ShuffleMask.end(),
2662                   UndefValue::get(Builder.getInt32Ty()));
2663
2664         Value *Shuf =
2665         Builder.CreateShuffleVector(TmpVec,
2666                                     UndefValue::get(TmpVec->getType()),
2667                                     ConstantVector::get(ShuffleMask),
2668                                     "rdx.shuf");
2669
2670         if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
2671           // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
2672           TmpVec = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(
2673               (Instruction::BinaryOps)Op, TmpVec, Shuf, "bin.rdx"));
2674         else
2675           TmpVec = createMinMaxOp(Builder, RdxDesc.MinMaxKind, TmpVec, Shuf);
2676       }
2677
2678       // The result is in the first element of the vector.
2679       ReducedPartRdx = Builder.CreateExtractElement(TmpVec,
2680                                                     Builder.getInt32(0));
2681     }
2682
2683     // Now, we need to fix the users of the reduction variable
2684     // inside and outside of the scalar remainder loop.
2685     // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
2686     // PHI nodes in the exit blocks.
2687     for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
2688          LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
2689       PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
2690       if (!LCSSAPhi) break;
2691
2692       // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
2693       // we already fixed them.
2694       assert(LCSSAPhi->getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
2695
2696       // We found our reduction value exit-PHI. Update it with the
2697       // incoming bypass edge.
2698       if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == RdxDesc.LoopExitInstr) {
2699         // Add an edge coming from the bypass.
2700         LCSSAPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
2701         break;
2702       }
2703     }// end of the LCSSA phi scan.
2704
2705     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
2706     // from the vector body and from the backedge value.
2707     int IncomingEdgeBlockIdx =
2708     (RdxPhi)->getBasicBlockIndex(OrigLoop->getLoopLatch());
2709     assert(IncomingEdgeBlockIdx >= 0 && "Invalid block index");
2710     // Pick the other block.
2711     int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1);
2712     (RdxPhi)->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, ReducedPartRdx);
2713     (RdxPhi)->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, RdxDesc.LoopExitInstr);
2714   }// end of for each redux variable.
2715
2716   fixLCSSAPHIs();
2717
2718   // Remove redundant induction instructions.
2719   cse(LoopVectorBody);
2720 }
2721
2722 void InnerLoopVectorizer::fixLCSSAPHIs() {
2723   for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
2724        LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
2725     PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
2726     if (!LCSSAPhi) break;
2727     if (LCSSAPhi->getNumIncomingValues() == 1)
2728       LCSSAPhi->addIncoming(UndefValue::get(LCSSAPhi->getType()),
2729                             LoopMiddleBlock);
2730   }
2731
2732
2733 InnerLoopVectorizer::VectorParts
2734 InnerLoopVectorizer::createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst) {
2735   assert(std::find(pred_begin(Dst), pred_end(Dst), Src) != pred_end(Dst) &&
2736          "Invalid edge");
2737
2738   // Look for cached value.
2739   std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*> Edge(Src, Dst);
2740   EdgeMaskCache::iterator ECEntryIt = MaskCache.find(Edge);
2741   if (ECEntryIt != MaskCache.end())
2742     return ECEntryIt->second;
2743
2744   VectorParts SrcMask = createBlockInMask(Src);
2745
2746   // The terminator has to be a branch inst!
2747   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Src->getTerminator());
2748   assert(BI && "Unexpected terminator found");
2749
2750   if (BI->isConditional()) {
2751     VectorParts EdgeMask = getVectorValue(BI->getCondition());
2752
2753     if (BI->getSuccessor(0) != Dst)
2754       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
2755         EdgeMask[part] = Builder.CreateNot(EdgeMask[part]);
2756
2757     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
2758       EdgeMask[part] = Builder.CreateAnd(EdgeMask[part], SrcMask[part]);
2759
2760     MaskCache[Edge] = EdgeMask;
2761     return EdgeMask;
2762   }
2763
2764   MaskCache[Edge] = SrcMask;
2765   return SrcMask;
2766 }
2767
2768 InnerLoopVectorizer::VectorParts
2769 InnerLoopVectorizer::createBlockInMask(BasicBlock *BB) {
2770   assert(OrigLoop->contains(BB) && "Block is not a part of a loop");
2771
2772   // Loop incoming mask is all-one.
2773   if (OrigLoop->getHeader() == BB) {
2774     Value *C = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 1);
2775     return getVectorValue(C);
2776   }
2777
2778   // This is the block mask. We OR all incoming edges, and with zero.
2779   Value *Zero = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 0);
2780   VectorParts BlockMask = getVectorValue(Zero);
2781
2782   // For each pred:
2783   for (pred_iterator it = pred_begin(BB), e = pred_end(BB); it != e; ++it) {
2784     VectorParts EM = createEdgeMask(*it, BB);
2785     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
2786       BlockMask[part] = Builder.CreateOr(BlockMask[part], EM[part]);
2787   }
2788
2789   return BlockMask;
2790 }
2791
2792 void InnerLoopVectorizer::widenPHIInstruction(Instruction *PN,
2793                                               InnerLoopVectorizer::VectorParts &Entry,
2794                                               unsigned UF, unsigned VF, PhiVector *PV) {
2795   PHINode* P = cast<PHINode>(PN);
2796   // Handle reduction variables:
2797   if (Legal->getReductionVars()->count(P)) {
2798     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
2799       // This is phase one of vectorizing PHIs.
2800       Type *VecTy = (VF == 1) ? PN->getType() :
2801       VectorType::get(PN->getType(), VF);
2802       Entry[part] = PHINode::Create(VecTy, 2, "vec.phi",
2803                                     LoopVectorBody.back()-> getFirstInsertionPt());
2804     }
2805     PV->push_back(P);
2806     return;
2807   }
2808
2809   setDebugLocFromInst(Builder, P);
2810   // Check for PHI nodes that are lowered to vector selects.
2811   if (P->getParent() != OrigLoop->getHeader()) {
2812     // We know that all PHIs in non-header blocks are converted into
2813     // selects, so we don't have to worry about the insertion order and we
2814     // can just use the builder.
2815     // At this point we generate the predication tree. There may be
2816     // duplications since this is a simple recursive scan, but future
2817     // optimizations will clean it up.
2818
2819     unsigned NumIncoming = P->getNumIncomingValues();
2820
2821     // Generate a sequence of selects of the form:
2822     // SELECT(Mask3, In3,
2823     //      SELECT(Mask2, In2,
2824     //                   ( ...)))
2825     for (unsigned In = 0; In < NumIncoming; In++) {
2826       VectorParts Cond = createEdgeMask(P->getIncomingBlock(In),
2827                                         P->getParent());
2828       VectorParts &In0 = getVectorValue(P->getIncomingValue(In));
2829
2830       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
2831         // We might have single edge PHIs (blocks) - use an identity
2832         // 'select' for the first PHI operand.
2833         if (In == 0)
2834           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
2835                                              In0[part]);
2836         else
2837           // Select between the current value and the previous incoming edge
2838           // based on the incoming mask.
2839           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
2840                                              Entry[part], "predphi");
2841       }
2842     }
2843     return;
2844   }
2845
2846   // This PHINode must be an induction variable.
2847   // Make sure that we know about it.
2848   assert(Legal->getInductionVars()->count(P) &&
2849          "Not an induction variable");
2850
2851   LoopVectorizationLegality::InductionInfo II =
2852   Legal->getInductionVars()->lookup(P);
2853
2854   switch (II.IK) {
2855     case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
2856       llvm_unreachable("Unknown induction");
2857     case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
2858       assert(P->getType() == II.StartValue->getType() && "Types must match");
2859       Type *PhiTy = P->getType();
2860       Value *Broadcasted;
2861       if (P == OldInduction) {
2862         // Handle the canonical induction variable. We might have had to
2863         // extend the type.
2864         Broadcasted = Builder.CreateTrunc(Induction, PhiTy);
2865       } else {
2866         // Handle other induction variables that are now based on the
2867         // canonical one.
2868         Value *NormalizedIdx = Builder.CreateSub(Induction, ExtendedIdx,
2869                                                  "normalized.idx");
2870         NormalizedIdx = Builder.CreateSExtOrTrunc(NormalizedIdx, PhiTy);
2871         Broadcasted = Builder.CreateAdd(II.StartValue, NormalizedIdx,
2872                                         "offset.idx");
2873       }
2874       Broadcasted = getBroadcastInstrs(Broadcasted);
2875       // After broadcasting the induction variable we need to make the vector
2876       // consecutive by adding 0, 1, 2, etc.
2877       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
2878         Entry[part] = getConsecutiveVector(Broadcasted, VF * part, false);
2879       return;
2880     }
2881     case LoopVectorizationLegality::IK_ReverseIntInduction:
2882     case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction:
2883     case LoopVectorizationLegality::IK_ReversePtrInduction:
2884       // Handle reverse integer and pointer inductions.
2885       Value *StartIdx = ExtendedIdx;
2886       // This is the normalized GEP that starts counting at zero.
2887       Value *NormalizedIdx = Builder.CreateSub(Induction, StartIdx,
2888                                                "normalized.idx");
2889
2890       // Handle the reverse integer induction variable case.
2891       if (LoopVectorizationLegality::IK_ReverseIntInduction == II.IK) {
2892         IntegerType *DstTy = cast<IntegerType>(II.StartValue->getType());
2893         Value *CNI = Builder.CreateSExtOrTrunc(NormalizedIdx, DstTy,
2894                                                "resize.norm.idx");
2895         Value *ReverseInd  = Builder.CreateSub(II.StartValue, CNI,
2896                                                "reverse.idx");
2897
2898         // This is a new value so do not hoist it out.
2899         Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ReverseInd);
2900         // After broadcasting the induction variable we need to make the
2901         // vector consecutive by adding  ... -3, -2, -1, 0.
2902         for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
2903           Entry[part] = getConsecutiveVector(Broadcasted, -(int)VF * part,
2904                                              true);
2905         return;
2906       }
2907
2908       // Handle the pointer induction variable case.
2909       assert(P->getType()->isPointerTy() && "Unexpected type.");
2910
2911       // Is this a reverse induction ptr or a consecutive induction ptr.
2912       bool Reverse = (LoopVectorizationLegality::IK_ReversePtrInduction ==
2913                       II.IK);
2914
2915       // This is the vector of results. Notice that we don't generate
2916       // vector geps because scalar geps result in better code.
2917       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
2918         if (VF == 1) {
2919           int EltIndex = (part) * (Reverse ? -1 : 1);
2920           Constant *Idx = ConstantInt::get(Induction->getType(), EltIndex);
2921           Value *GlobalIdx;
2922           if (Reverse)
2923             GlobalIdx = Builder.CreateSub(Idx, NormalizedIdx, "gep.ridx");
2924           else
2925             GlobalIdx = Builder.CreateAdd(NormalizedIdx, Idx, "gep.idx");
2926
2927           Value *SclrGep = Builder.CreateGEP(II.StartValue, GlobalIdx,
2928                                              "next.gep");
2929           Entry[part] = SclrGep;
2930           continue;
2931         }
2932
2933         Value *VecVal = UndefValue::get(VectorType::get(P->getType(), VF));
2934         for (unsigned int i = 0; i < VF; ++i) {
2935           int EltIndex = (i + part * VF) * (Reverse ? -1 : 1);
2936           Constant *Idx = ConstantInt::get(Induction->getType(), EltIndex);
2937           Value *GlobalIdx;
2938           if (!Reverse)
2939             GlobalIdx = Builder.CreateAdd(NormalizedIdx, Idx, "gep.idx");
2940           else
2941             GlobalIdx = Builder.CreateSub(Idx, NormalizedIdx, "gep.ridx");
2942
2943           Value *SclrGep = Builder.CreateGEP(II.StartValue, GlobalIdx,
2944                                              "next.gep");
2945           VecVal = Builder.CreateInsertElement(VecVal, SclrGep,
2946                                                Builder.getInt32(i),
2947                                                "insert.gep");
2948         }
2949         Entry[part] = VecVal;
2950       }
2951       return;
2952   }
2953 }
2954
2955 void InnerLoopVectorizer::vectorizeBlockInLoop(BasicBlock *BB, PhiVector *PV) {
2956   // For each instruction in the old loop.
2957   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
2958     VectorParts &Entry = WidenMap.get(it);
2959     switch (it->getOpcode()) {
2960     case Instruction::Br:
2961       // Nothing to do for PHIs and BR, since we already took care of the
2962       // loop control flow instructions.
2963       continue;
2964     case Instruction::PHI:{
2965       // Vectorize PHINodes.
2966       widenPHIInstruction(it, Entry, UF, VF, PV);
2967       continue;
2968     }// End of PHI.
2969
2970     case Instruction::Add:
2971     case Instruction::FAdd:
2972     case Instruction::Sub:
2973     case Instruction::FSub:
2974     case Instruction::Mul:
2975     case Instruction::FMul:
2976     case Instruction::UDiv:
2977     case Instruction::SDiv:
2978     case Instruction::FDiv:
2979     case Instruction::URem:
2980     case Instruction::SRem:
2981     case Instruction::FRem:
2982     case Instruction::Shl:
2983     case Instruction::LShr:
2984     case Instruction::AShr:
2985     case Instruction::And:
2986     case Instruction::Or:
2987     case Instruction::Xor: {
2988       // Just widen binops.
2989       BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(it);
2990       setDebugLocFromInst(Builder, BinOp);
2991       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
2992       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
2993
2994       // Use this vector value for all users of the original instruction.
2995       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2996         Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), A[Part], B[Part]);
2997
2998         // Update the NSW, NUW and Exact flags. Notice: V can be an Undef.
2999         BinaryOperator *VecOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V);
3000         if (VecOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(BinOp)) {
3001           VecOp->setHasNoSignedWrap(BinOp->hasNoSignedWrap());
3002           VecOp->setHasNoUnsignedWrap(BinOp->hasNoUnsignedWrap());
3003         }
3004         if (VecOp && isa<PossiblyExactOperator>(VecOp))
3005           VecOp->setIsExact(BinOp->isExact());
3006
3007         // Copy the fast-math flags.
3008         if (VecOp && isa<FPMathOperator>(V))
3009           VecOp->setFastMathFlags(it->getFastMathFlags());
3010
3011         Entry[Part] = V;
3012       }
3013       break;
3014     }
3015     case Instruction::Select: {
3016       // Widen selects.
3017       // If the selector is loop invariant we can create a select
3018       // instruction with a scalar condition. Otherwise, use vector-select.
3019       bool InvariantCond = SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(it->getOperand(0)),
3020                                                OrigLoop);
3021       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3022
3023       // The condition can be loop invariant  but still defined inside the
3024       // loop. This means that we can't just use the original 'cond' value.
3025       // We have to take the 'vectorized' value and pick the first lane.
3026       // Instcombine will make this a no-op.
3027       VectorParts &Cond = getVectorValue(it->getOperand(0));
3028       VectorParts &Op0  = getVectorValue(it->getOperand(1));
3029       VectorParts &Op1  = getVectorValue(it->getOperand(2));
3030
3031       Value *ScalarCond = (VF == 1) ? Cond[0] :
3032         Builder.CreateExtractElement(Cond[0], Builder.getInt32(0));
3033
3034       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3035         Entry[Part] = Builder.CreateSelect(
3036           InvariantCond ? ScalarCond : Cond[Part],
3037           Op0[Part],
3038           Op1[Part]);
3039       }
3040       break;
3041     }
3042
3043     case Instruction::ICmp:
3044     case Instruction::FCmp: {
3045       // Widen compares. Generate vector compares.
3046       bool FCmp = (it->getOpcode() == Instruction::FCmp);
3047       CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(it);
3048       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3049       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3050       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
3051       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3052         Value *C = 0;
3053         if (FCmp)
3054           C = Builder.CreateFCmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
3055         else
3056           C = Builder.CreateICmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
3057         Entry[Part] = C;
3058       }
3059       break;
3060     }
3061
3062     case Instruction::Store:
3063     case Instruction::Load:
3064       vectorizeMemoryInstruction(it);
3065         break;
3066     case Instruction::ZExt:
3067     case Instruction::SExt:
3068     case Instruction::FPToUI:
3069     case Instruction::FPToSI:
3070     case Instruction::FPExt:
3071     case Instruction::PtrToInt:
3072     case Instruction::IntToPtr:
3073     case Instruction::SIToFP:
3074     case Instruction::UIToFP:
3075     case Instruction::Trunc:
3076     case Instruction::FPTrunc:
3077     case Instruction::BitCast: {
3078       CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(it);
3079       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3080       /// Optimize the special case where the source is the induction
3081       /// variable. Notice that we can only optimize the 'trunc' case
3082       /// because: a. FP conversions lose precision, b. sext/zext may wrap,
3083       /// c. other casts depend on pointer size.
3084       if (CI->getOperand(0) == OldInduction &&
3085           it->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
3086         Value *ScalarCast = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), Induction,
3087                                                CI->getType());
3088         Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ScalarCast);
3089         for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
3090           Entry[Part] = getConsecutiveVector(Broadcasted, VF * Part, false);
3091         break;
3092       }
3093       /// Vectorize casts.
3094       Type *DestTy = (VF == 1) ? CI->getType() :
3095                                  VectorType::get(CI->getType(), VF);
3096
3097       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3098       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
3099         Entry[Part] = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), A[Part], DestTy);
3100       break;
3101     }
3102
3103     case Instruction::Call: {
3104       // Ignore dbg intrinsics.
3105       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
3106         break;
3107       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3108
3109       Module *M = BB->getParent()->getParent();
3110       CallInst *CI = cast<CallInst>(it);
3111       Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3112       assert(ID && "Not an intrinsic call!");
3113       switch (ID) {
3114       case Intrinsic::lifetime_end:
3115       case Intrinsic::lifetime_start:
3116         scalarizeInstruction(it);
3117         break;
3118       default:
3119         for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3120           SmallVector<Value *, 4> Args;
3121           for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i) {
3122             VectorParts &Arg = getVectorValue(CI->getArgOperand(i));
3123             Args.push_back(Arg[Part]);
3124           }
3125           Type *Tys[] = {CI->getType()};
3126           if (VF > 1)
3127             Tys[0] = VectorType::get(CI->getType()->getScalarType(), VF);
3128
3129           Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, ID, Tys);
3130           Entry[Part] = Builder.CreateCall(F, Args);
3131         }
3132         break;
3133       }
3134       break;
3135     }
3136
3137     default:
3138       // All other instructions are unsupported. Scalarize them.
3139       scalarizeInstruction(it);
3140       break;
3141     }// end of switch.
3142   }// end of for_each instr.
3143 }
3144
3145 void InnerLoopVectorizer::updateAnalysis() {
3146   // Forget the original basic block.
3147   SE->forgetLoop(OrigLoop);
3148
3149   // Update the dominator tree information.
3150   assert(DT->properlyDominates(LoopBypassBlocks.front(), LoopExitBlock) &&
3151          "Entry does not dominate exit.");
3152
3153   for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
3154     DT->addNewBlock(LoopBypassBlocks[I], LoopBypassBlocks[I-1]);
3155   DT->addNewBlock(LoopVectorPreHeader, LoopBypassBlocks.back());
3156
3157   // Due to if predication of stores we might create a sequence of "if(pred)
3158   // a[i] = ...;  " blocks.
3159   for (unsigned i = 0, e = LoopVectorBody.size(); i != e; ++i) {
3160     if (i == 0)
3161       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[0], LoopVectorPreHeader);
3162     else if (isPredicatedBlock(i)) {
3163       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[i], LoopVectorBody[i-1]);
3164     } else {
3165       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[i], LoopVectorBody[i-2]);
3166     }
3167   }
3168
3169   DT->addNewBlock(LoopMiddleBlock, LoopBypassBlocks.front());
3170   DT->addNewBlock(LoopScalarPreHeader, LoopMiddleBlock);
3171   DT->changeImmediateDominator(LoopScalarBody, LoopScalarPreHeader);
3172   DT->changeImmediateDominator(LoopExitBlock, LoopMiddleBlock);
3173
3174   DEBUG(DT->verifyDomTree());
3175 }
3176
3177 /// \brief Check whether it is safe to if-convert this phi node.
3178 ///
3179 /// Phi nodes with constant expressions that can trap are not safe to if
3180 /// convert.
3181 static bool canIfConvertPHINodes(BasicBlock *BB) {
3182   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3183     PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I);
3184     if (!Phi)
3185       return true;
3186     for (unsigned p = 0, e = Phi->getNumIncomingValues(); p != e; ++p)
3187       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Phi->getIncomingValue(p)))
3188         if (C->canTrap())
3189           return false;
3190   }
3191   return true;
3192 }
3193
3194 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeWithIfConvert() {
3195   if (!EnableIfConversion)
3196     return false;
3197
3198   assert(TheLoop->getNumBlocks() > 1 && "Single block loops are vectorizable");
3199
3200   // A list of pointers that we can safely read and write to.
3201   SmallPtrSet<Value *, 8> SafePointes;
3202
3203   // Collect safe addresses.
3204   for (Loop::block_iterator BI = TheLoop->block_begin(),
3205          BE = TheLoop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
3206     BasicBlock *BB = *BI;
3207
3208     if (blockNeedsPredication(BB))
3209       continue;
3210
3211     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3212       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
3213         SafePointes.insert(LI->getPointerOperand());
3214       else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
3215         SafePointes.insert(SI->getPointerOperand());
3216     }
3217   }
3218
3219   // Collect the blocks that need predication.
3220   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
3221   for (Loop::block_iterator BI = TheLoop->block_begin(),
3222          BE = TheLoop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
3223     BasicBlock *BB = *BI;
3224
3225     // We don't support switch statements inside loops.
3226     if (!isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
3227       return false;
3228
3229     // We must be able to predicate all blocks that need to be predicated.
3230     if (blockNeedsPredication(BB)) {
3231       if (!blockCanBePredicated(BB, SafePointes))
3232         return false;
3233     } else if (BB != Header && !canIfConvertPHINodes(BB))
3234       return false;
3235
3236   }
3237
3238   // We can if-convert this loop.
3239   return true;
3240 }
3241
3242 bool LoopVectorizationLegality::canVectorize() {
3243   // We must have a loop in canonical form. Loops with indirectbr in them cannot
3244   // be canonicalized.
3245   if (!TheLoop->getLoopPreheader())
3246     return false;
3247
3248   // We can only vectorize innermost loops.
3249   if (TheLoop->getSubLoopsVector().size())
3250     return false;
3251
3252   // We must have a single backedge.
3253   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1)
3254     return false;
3255
3256   // We must have a single exiting block.
3257   if (!TheLoop->getExitingBlock())
3258     return false;
3259
3260   // We need to have a loop header.
3261   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop: " <<
3262         TheLoop->getHeader()->getName() << '\n');
3263
3264   // Check if we can if-convert non-single-bb loops.
3265   unsigned NumBlocks = TheLoop->getNumBlocks();
3266   if (NumBlocks != 1 && !canVectorizeWithIfConvert()) {
3267     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't if-convert the loop.\n");
3268     return false;
3269   }
3270
3271   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
3272   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(TheLoop);
3273   if (ExitCount == SE->getCouldNotCompute()) {
3274     DEBUG(dbgs() << "LV: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
3275     return false;
3276   }
3277
3278   // Do not loop-vectorize loops with a tiny trip count.
3279   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
3280   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop, Latch);
3281   if (TC > 0u && TC < TinyTripCountVectorThreshold) {
3282     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop with a very small trip count. " <<
3283           "This loop is not worth vectorizing.\n");
3284     return false;
3285   }
3286
3287   // Check if we can vectorize the instructions and CFG in this loop.
3288   if (!canVectorizeInstrs()) {
3289     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize the instructions or CFG\n");
3290     return false;
3291   }
3292
3293   // Go over each instruction and look at memory deps.
3294   if (!canVectorizeMemory()) {
3295     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize due to memory conflicts\n");
3296     return false;
3297   }
3298
3299   // Collect all of the variables that remain uniform after vectorization.
3300   collectLoopUniforms();
3301
3302   DEBUG(dbgs() << "LV: We can vectorize this loop" <<
3303         (PtrRtCheck.Need ? " (with a runtime bound check)" : "")
3304         <<"!\n");
3305
3306   // Okay! We can vectorize. At this point we don't have any other mem analysis
3307   // which may limit our maximum vectorization factor, so just return true with
3308   // no restrictions.
3309   return true;
3310 }
3311
3312 static Type *convertPointerToIntegerType(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
3313   if (Ty->isPointerTy())
3314     return DL.getIntPtrType(Ty);
3315
3316   // It is possible that char's or short's overflow when we ask for the loop's
3317   // trip count, work around this by changing the type size.
3318   if (Ty->getScalarSizeInBits() < 32)
3319     return Type::getInt32Ty(Ty->getContext());
3320
3321   return Ty;
3322 }
3323
3324 static Type* getWiderType(const DataLayout &DL, Type *Ty0, Type *Ty1) {
3325   Ty0 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty0);
3326   Ty1 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty1);
3327   if (Ty0->getScalarSizeInBits() > Ty1->getScalarSizeInBits())
3328     return Ty0;
3329   return Ty1;
3330 }
3331
3332 /// \brief Check that the instruction has outside loop users and is not an
3333 /// identified reduction variable.
3334 static bool hasOutsideLoopUser(const Loop *TheLoop, Instruction *Inst,
3335                                SmallPtrSet<Value *, 4> &Reductions) {
3336   // Reduction instructions are allowed to have exit users. All other
3337   // instructions must not have external users.
3338   if (!Reductions.count(Inst))
3339     //Check that all of the users of the loop are inside the BB.
3340     for (User *U : Inst->users()) {
3341       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3342       // This user may be a reduction exit value.
3343       if (!TheLoop->contains(UI)) {
3344         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an outside user for : " << *UI << '\n');
3345         return true;
3346       }
3347     }
3348   return false;
3349 }
3350
3351 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeInstrs() {
3352   BasicBlock *PreHeader = TheLoop->getLoopPreheader();
3353   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
3354
3355   // Look for the attribute signaling the absence of NaNs.
3356   Function &F = *Header->getParent();
3357   if (F.hasFnAttribute("no-nans-fp-math"))
3358     HasFunNoNaNAttr = F.getAttributes().getAttribute(
3359       AttributeSet::FunctionIndex,
3360       "no-nans-fp-math").getValueAsString() == "true";
3361
3362   // For each block in the loop.
3363   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
3364        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
3365
3366     // Scan the instructions in the block and look for hazards.
3367     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
3368          ++it) {
3369
3370       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(it)) {
3371         Type *PhiTy = Phi->getType();
3372         // Check that this PHI type is allowed.
3373         if (!PhiTy->isIntegerTy() &&
3374             !PhiTy->isFloatingPointTy() &&
3375             !PhiTy->isPointerTy()) {
3376           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an non-int non-pointer PHI.\n");
3377           return false;
3378         }
3379
3380         // If this PHINode is not in the header block, then we know that we
3381         // can convert it to select during if-conversion. No need to check if
3382         // the PHIs in this block are induction or reduction variables.
3383         if (*bb != Header) {
3384           // Check that this instruction has no outside users or is an
3385           // identified reduction value with an outside user.
3386           if(!hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit))
3387             continue;
3388           return false;
3389         }
3390
3391         // We only allow if-converted PHIs with more than two incoming values.
3392         if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
3393           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an invalid PHI.\n");
3394           return false;
3395         }
3396
3397         // This is the value coming from the preheader.
3398         Value *StartValue = Phi->getIncomingValueForBlock(PreHeader);
3399         // Check if this is an induction variable.
3400         InductionKind IK = isInductionVariable(Phi);
3401
3402         if (IK_NoInduction != IK) {
3403           // Get the widest type.
3404           if (!WidestIndTy)
3405             WidestIndTy = convertPointerToIntegerType(*DL, PhiTy);
3406           else
3407             WidestIndTy = getWiderType(*DL, PhiTy, WidestIndTy);
3408
3409           // Int inductions are special because we only allow one IV.
3410           if (IK == IK_IntInduction) {
3411             // Use the phi node with the widest type as induction. Use the last
3412             // one if there are multiple (no good reason for doing this other
3413             // than it is expedient).
3414             if (!Induction || PhiTy == WidestIndTy)
3415               Induction = Phi;
3416           }
3417
3418           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an induction variable.\n");
3419           Inductions[Phi] = InductionInfo(StartValue, IK);
3420
3421           // Until we explicitly handle the case of an induction variable with
3422           // an outside loop user we have to give up vectorizing this loop.
3423           if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit))
3424             return false;
3425
3426           continue;
3427         }
3428
3429         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerAdd)) {
3430           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an ADD reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3431           continue;
3432         }
3433         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerMult)) {
3434           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a MUL reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3435           continue;
3436         }
3437         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerOr)) {
3438           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an OR reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3439           continue;
3440         }
3441         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerAnd)) {
3442           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an AND reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3443           continue;
3444         }
3445         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerXor)) {
3446           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a XOR reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3447           continue;
3448         }
3449         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerMinMax)) {
3450           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a MINMAX reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3451           continue;
3452         }
3453         if (AddReductionVar(Phi, RK_FloatMult)) {
3454           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an FMult reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3455           continue;
3456         }
3457         if (AddReductionVar(Phi, RK_FloatAdd)) {
3458           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an FAdd reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3459           continue;
3460         }
3461         if (AddReductionVar(Phi, RK_FloatMinMax)) {
3462           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an float MINMAX reduction PHI."<< *Phi <<
3463                 "\n");
3464           continue;
3465         }
3466
3467         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified PHI."<< *Phi <<"\n");
3468         return false;
3469       }// end of PHI handling
3470
3471       // We still don't handle functions. However, we can ignore dbg intrinsic
3472       // calls and we do handle certain intrinsic and libm functions.
3473       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(it);
3474       if (CI && !getIntrinsicIDForCall(CI, TLI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(CI)) {
3475         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a call site.\n");
3476         return false;
3477       }
3478
3479       // Check that the instruction return type is vectorizable.
3480       // Also, we can't vectorize extractelement instructions.
3481       if ((!VectorType::isValidElementType(it->getType()) &&
3482            !it->getType()->isVoidTy()) || isa<ExtractElementInst>(it)) {
3483         DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable type.\n");
3484         return false;
3485       }
3486
3487       // Check that the stored type is vectorizable.
3488       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it)) {
3489         Type *T = ST->getValueOperand()->getType();
3490         if (!VectorType::isValidElementType(T))
3491           return false;
3492         if (EnableMemAccessVersioning)
3493           collectStridedAcccess(ST);
3494       }
3495
3496       if (EnableMemAccessVersioning)
3497         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(it))
3498           collectStridedAcccess(LI);
3499
3500       // Reduction instructions are allowed to have exit users.
3501       // All other instructions must not have external users.
3502       if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit))
3503         return false;
3504
3505     } // next instr.
3506
3507   }
3508
3509   if (!Induction) {
3510     DEBUG(dbgs() << "LV: Did not find one integer induction var.\n");
3511     if (Inductions.empty())
3512       return false;
3513   }
3514
3515   return true;
3516 }
3517
3518 ///\brief Remove GEPs whose indices but the last one are loop invariant and
3519 /// return the induction operand of the gep pointer.
3520 static Value *stripGetElementPtr(Value *Ptr, ScalarEvolution *SE,
3521                                  const DataLayout *DL, Loop *Lp) {
3522   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
3523   if (!GEP)
3524     return Ptr;
3525
3526   unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(DL, GEP);
3527
3528   // Check that all of the gep indices are uniform except for our induction
3529   // operand.
3530   for (unsigned i = 0, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
3531     if (i != InductionOperand &&
3532         !SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(GEP->getOperand(i)), Lp))
3533       return Ptr;
3534   return GEP->getOperand(InductionOperand);
3535 }
3536
3537 ///\brief Look for a cast use of the passed value.
3538 static Value *getUniqueCastUse(Value *Ptr, Loop *Lp, Type *Ty) {
3539   Value *UniqueCast = 0;
3540   for (User *U : Ptr->users()) {
3541     CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(U);
3542     if (CI && CI->getType() == Ty) {
3543       if (!UniqueCast)
3544         UniqueCast = CI;
3545       else
3546         return 0;
3547     }
3548   }
3549   return UniqueCast;
3550 }
3551
3552 ///\brief Get the stride of a pointer access in a loop.
3553 /// Looks for symbolic strides "a[i*stride]". Returns the symbolic stride as a
3554 /// pointer to the Value, or null otherwise.
3555 static Value *getStrideFromPointer(Value *Ptr, ScalarEvolution *SE,
3556                                    const DataLayout *DL, Loop *Lp) {
3557   const PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(Ptr->getType());
3558   if (!PtrTy || PtrTy->isAggregateType())
3559     return 0;
3560
3561   // Try to remove a gep instruction to make the pointer (actually index at this
3562   // point) easier analyzable. If OrigPtr is equal to Ptr we are analzying the
3563   // pointer, otherwise, we are analyzing the index.
3564   Value *OrigPtr = Ptr;
3565
3566   // The size of the pointer access.
3567   int64_t PtrAccessSize = 1;
3568
3569   Ptr = stripGetElementPtr(Ptr, SE, DL, Lp);
3570   const SCEV *V = SE->getSCEV(Ptr);
3571
3572   if (Ptr != OrigPtr)
3573     // Strip off casts.
3574     while (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(V))
3575       V = C->getOperand();
3576
3577   const SCEVAddRecExpr *S = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
3578   if (!S)
3579     return 0;
3580
3581   V = S->getStepRecurrence(*SE);
3582   if (!V)
3583     return 0;
3584
3585   // Strip off the size of access multiplication if we are still analyzing the
3586   // pointer.
3587   if (OrigPtr == Ptr) {
3588     DL->getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
3589     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(V)) {
3590       if (M->getOperand(0)->getSCEVType() != scConstant)
3591         return 0;
3592
3593       const APInt &APStepVal =
3594           cast<SCEVConstant>(M->getOperand(0))->getValue()->getValue();
3595
3596       // Huge step value - give up.
3597       if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
3598         return 0;
3599
3600       int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
3601       if (PtrAccessSize != StepVal)
3602         return 0;
3603       V = M->getOperand(1);
3604     }
3605   }
3606
3607   // Strip off casts.
3608   Type *StripedOffRecurrenceCast = 0;
3609   if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(V)) {
3610     StripedOffRecurrenceCast = C->getType();
3611     V = C->getOperand();
3612   }
3613
3614   // Look for the loop invariant symbolic value.
3615   const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(V);
3616   if (!U)
3617     return 0;
3618
3619   Value *Stride = U->getValue();
3620   if (!Lp->isLoopInvariant(Stride))
3621     return 0;
3622
3623   // If we have stripped off the recurrence cast we have to make sure that we
3624   // return the value that is used in this loop so that we can replace it later.
3625   if (StripedOffRecurrenceCast)
3626     Stride = getUniqueCastUse(Stride, Lp, StripedOffRecurrenceCast);
3627
3628   return Stride;
3629 }
3630
3631 void LoopVectorizationLegality::collectStridedAcccess(Value *MemAccess) {
3632   Value *Ptr = 0;
3633   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(MemAccess))
3634     Ptr = LI->getPointerOperand();
3635   else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(MemAccess))
3636     Ptr = SI->getPointerOperand();
3637   else
3638     return;
3639
3640   Value *Stride = getStrideFromPointer(Ptr, SE, DL, TheLoop);
3641   if (!Stride)
3642     return;
3643
3644   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a strided access that we can version");
3645   DEBUG(dbgs() << "  Ptr: " << *Ptr << " Stride: " << *Stride << "\n");
3646   Strides[Ptr] = Stride;
3647   StrideSet.insert(Stride);
3648 }
3649
3650 void LoopVectorizationLegality::collectLoopUniforms() {
3651   // We now know that the loop is vectorizable!
3652   // Collect variables that will remain uniform after vectorization.
3653   std::vector<Value*> Worklist;
3654   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
3655
3656   // Start with the conditional branch and walk up the block.
3657   Worklist.push_back(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
3658
3659   while (Worklist.size()) {
3660     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Worklist.back());
3661     Worklist.pop_back();
3662
3663     // Look at instructions inside this loop.
3664     // Stop when reaching PHI nodes.
3665     // TODO: we need to follow values all over the loop, not only in this block.
3666     if (!I || !TheLoop->contains(I) || isa<PHINode>(I))
3667       continue;
3668
3669     // This is a known uniform.
3670     Uniforms.insert(I);
3671
3672     // Insert all operands.
3673     Worklist.insert(Worklist.end(), I->op_begin(), I->op_end());
3674   }
3675 }
3676
3677 namespace {
3678 /// \brief Analyses memory accesses in a loop.
3679 ///
3680 /// Checks whether run time pointer checks are needed and builds sets for data
3681 /// dependence checking.
3682 class AccessAnalysis {
3683 public:
3684   /// \brief Read or write access location.
3685   typedef PointerIntPair<Value *, 1, bool> MemAccessInfo;
3686   typedef SmallPtrSet<MemAccessInfo, 8> MemAccessInfoSet;
3687
3688   /// \brief Set of potential dependent memory accesses.
3689   typedef EquivalenceClasses<MemAccessInfo> DepCandidates;
3690
3691   AccessAnalysis(const DataLayout *Dl, DepCandidates &DA) :
3692     DL(Dl), DepCands(DA), AreAllWritesIdentified(true),
3693     AreAllReadsIdentified(true), IsRTCheckNeeded(false) {}
3694
3695   /// \brief Register a load  and whether it is only read from.
3696   void addLoad(Value *Ptr, bool IsReadOnly) {
3697     Accesses.insert(MemAccessInfo(Ptr, false));
3698     if (IsReadOnly)
3699       ReadOnlyPtr.insert(Ptr);
3700   }
3701
3702   /// \brief Register a store.
3703   void addStore(Value *Ptr) {
3704     Accesses.insert(MemAccessInfo(Ptr, true));
3705   }
3706
3707   /// \brief Check whether we can check the pointers at runtime for
3708   /// non-intersection.
3709   bool canCheckPtrAtRT(LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck &RtCheck,
3710                        unsigned &NumComparisons, ScalarEvolution *SE,
3711                        Loop *TheLoop, ValueToValueMap &Strides,
3712                        bool ShouldCheckStride = false);
3713
3714   /// \brief Goes over all memory accesses, checks whether a RT check is needed
3715   /// and builds sets of dependent accesses.
3716   void buildDependenceSets() {
3717     // Process read-write pointers first.
3718     processMemAccesses(false);
3719     // Next, process read pointers.
3720     processMemAccesses(true);
3721   }
3722
3723   bool isRTCheckNeeded() { return IsRTCheckNeeded; }
3724
3725   bool isDependencyCheckNeeded() { return !CheckDeps.empty(); }
3726   void resetDepChecks() { CheckDeps.clear(); }
3727
3728   MemAccessInfoSet &getDependenciesToCheck() { return CheckDeps; }
3729
3730 private:
3731   typedef SetVector<MemAccessInfo> PtrAccessSet;
3732   typedef DenseMap<Value*, MemAccessInfo> UnderlyingObjToAccessMap;
3733
3734   /// \brief Go over all memory access or only the deferred ones if
3735   /// \p UseDeferred is true and check whether runtime pointer checks are needed
3736   /// and build sets of dependency check candidates.
3737   void processMemAccesses(bool UseDeferred);
3738
3739   /// Set of all accesses.
3740   PtrAccessSet Accesses;
3741
3742   /// Set of access to check after all writes have been processed.
3743   PtrAccessSet DeferredAccesses;
3744
3745   /// Map of pointers to last access encountered.
3746   UnderlyingObjToAccessMap ObjToLastAccess;
3747
3748   /// Set of accesses that need a further dependence check.
3749   MemAccessInfoSet CheckDeps;
3750
3751   /// Set of pointers that are read only.
3752   SmallPtrSet<Value*, 16> ReadOnlyPtr;
3753
3754   /// Set of underlying objects already written to.
3755   SmallPtrSet<Value*, 16> WriteObjects;
3756
3757   const DataLayout *DL;
3758
3759   /// Sets of potentially dependent accesses - members of one set share an
3760   /// underlying pointer. The set "CheckDeps" identfies which sets really need a
3761   /// dependence check.
3762   DepCandidates &DepCands;
3763
3764   bool AreAllWritesIdentified;
3765   bool AreAllReadsIdentified;
3766   bool IsRTCheckNeeded;
3767 };
3768
3769 } // end anonymous namespace
3770
3771 /// \brief Check whether a pointer can participate in a runtime bounds check.
3772 static bool hasComputableBounds(ScalarEvolution *SE, ValueToValueMap &Strides,
3773                                 Value *Ptr) {
3774   const SCEV *PtrScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, Ptr);
3775   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PtrScev);
3776   if (!AR)
3777     return false;
3778
3779   return AR->isAffine();
3780 }
3781
3782 /// \brief Check the stride of the pointer and ensure that it does not wrap in
3783 /// the address space.
3784 static int isStridedPtr(ScalarEvolution *SE, const DataLayout *DL, Value *Ptr,
3785                         const Loop *Lp, ValueToValueMap &StridesMap);
3786
3787 bool AccessAnalysis::canCheckPtrAtRT(
3788     LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck &RtCheck,
3789     unsigned &NumComparisons, ScalarEvolution *SE, Loop *TheLoop,
3790     ValueToValueMap &StridesMap, bool ShouldCheckStride) {
3791   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
3792   // to place a runtime bound check.
3793   unsigned NumReadPtrChecks = 0;
3794   unsigned NumWritePtrChecks = 0;
3795   bool CanDoRT = true;
3796
3797   bool IsDepCheckNeeded = isDependencyCheckNeeded();
3798   // We assign consecutive id to access from different dependence sets.
3799   // Accesses within the same set don't need a runtime check.
3800   unsigned RunningDepId = 1;
3801   DenseMap<Value *, unsigned> DepSetId;
3802
3803   for (PtrAccessSet::iterator AI = Accesses.begin(), AE = Accesses.end();
3804        AI != AE; ++AI) {
3805     const MemAccessInfo &Access = *AI;
3806     Value *Ptr = Access.getPointer();
3807     bool IsWrite = Access.getInt();
3808
3809     // Just add write checks if we have both.
3810     if (!IsWrite && Accesses.count(MemAccessInfo(Ptr, true)))
3811       continue;
3812
3813     if (IsWrite)
3814       ++NumWritePtrChecks;
3815     else
3816       ++NumReadPtrChecks;
3817
3818     if (hasComputableBounds(SE, StridesMap, Ptr) &&
3819         // When we run after a failing dependency check we have to make sure we
3820         // don't have wrapping pointers.
3821         (!ShouldCheckStride ||
3822          isStridedPtr(SE, DL, Ptr, TheLoop, StridesMap) == 1)) {
3823       // The id of the dependence set.
3824       unsigned DepId;
3825
3826       if (IsDepCheckNeeded) {
3827         Value *Leader = DepCands.getLeaderValue(Access).getPointer();
3828         unsigned &LeaderId = DepSetId[Leader];
3829         if (!LeaderId)
3830           LeaderId = RunningDepId++;
3831         DepId = LeaderId;
3832       } else
3833         // Each access has its own dependence set.
3834         DepId = RunningDepId++;
3835
3836       RtCheck.insert(SE, TheLoop, Ptr, IsWrite, DepId, StridesMap);
3837
3838       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a runtime check ptr:" << *Ptr << '\n');
3839     } else {
3840       CanDoRT = false;
3841     }
3842   }
3843
3844   if (IsDepCheckNeeded && CanDoRT && RunningDepId == 2)
3845     NumComparisons = 0; // Only one dependence set.
3846   else {
3847     NumComparisons = (NumWritePtrChecks * (NumReadPtrChecks +
3848                                            NumWritePtrChecks - 1));
3849   }
3850
3851   // If the pointers that we would use for the bounds comparison have different
3852   // address spaces, assume the values aren't directly comparable, so we can't
3853   // use them for the runtime check. We also have to assume they could
3854   // overlap. In the future there should be metadata for whether address spaces
3855   // are disjoint.
3856   unsigned NumPointers = RtCheck.Pointers.size();
3857   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
3858     for (unsigned j = i + 1; j < NumPointers; ++j) {
3859       // Only need to check pointers between two different dependency sets.
3860       if (RtCheck.DependencySetId[i] == RtCheck.DependencySetId[j])
3861        continue;
3862
3863       Value *PtrI = RtCheck.Pointers[i];
3864       Value *PtrJ = RtCheck.Pointers[j];
3865
3866       unsigned ASi = PtrI->getType()->getPointerAddressSpace();
3867       unsigned ASj = PtrJ->getType()->getPointerAddressSpace();
3868       if (ASi != ASj) {
3869         DEBUG(dbgs() << "LV: Runtime check would require comparison between"
3870                        " different address spaces\n");
3871         return false;
3872       }
3873     }
3874   }
3875
3876   return CanDoRT;
3877 }
3878
3879 static bool isFunctionScopeIdentifiedObject(Value *Ptr) {
3880   return isNoAliasArgument(Ptr) || isNoAliasCall(Ptr) || isa<AllocaInst>(Ptr);
3881 }
3882
3883 void AccessAnalysis::processMemAccesses(bool UseDeferred) {
3884   // We process the set twice: first we process read-write pointers, last we
3885   // process read-only pointers. This allows us to skip dependence tests for
3886   // read-only pointers.
3887
3888   PtrAccessSet &S = UseDeferred ? DeferredAccesses : Accesses;
3889   for (PtrAccessSet::iterator AI = S.begin(), AE = S.end(); AI != AE; ++AI) {
3890     const MemAccessInfo &Access = *AI;
3891     Value *Ptr = Access.getPointer();
3892     bool IsWrite = Access.getInt();
3893
3894     DepCands.insert(Access);
3895
3896     // Memorize read-only pointers for later processing and skip them in the
3897     // first round (they need to be checked after we have seen all write
3898     // pointers). Note: we also mark pointer that are not consecutive as
3899     // "read-only" pointers (so that we check "a[b[i]] +="). Hence, we need the
3900     // second check for "!IsWrite".
3901     bool IsReadOnlyPtr = ReadOnlyPtr.count(Ptr) && !IsWrite;
3902     if (!UseDeferred && IsReadOnlyPtr) {
3903       DeferredAccesses.insert(Access);
3904       continue;
3905     }
3906
3907     bool NeedDepCheck = false;
3908     // Check whether there is the possibility of dependency because of
3909     // underlying objects being the same.
3910     typedef SmallVector<Value*, 16> ValueVector;
3911     ValueVector TempObjects;
3912     GetUnderlyingObjects(Ptr, TempObjects, DL);
3913     for (ValueVector::iterator UI = TempObjects.begin(), UE = TempObjects.end();
3914          UI != UE; ++UI) {
3915       Value *UnderlyingObj = *UI;
3916
3917       // If this is a write then it needs to be an identified object.  If this a
3918       // read and all writes (so far) are identified function scope objects we
3919       // don't need an identified underlying object but only an Argument (the
3920       // next write is going to invalidate this assumption if it is
3921       // unidentified).
3922       // This is a micro-optimization for the case where all writes are
3923       // identified and we have one argument pointer.
3924       // Otherwise, we do need a runtime check.
3925       if ((IsWrite && !isFunctionScopeIdentifiedObject(UnderlyingObj)) ||
3926           (!IsWrite && (!AreAllWritesIdentified ||
3927                         !isa<Argument>(UnderlyingObj)) &&
3928            !isIdentifiedObject(UnderlyingObj))) {
3929         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified " <<
3930               (IsWrite ?  "write" : "read" ) << " ptr: " << *UnderlyingObj <<
3931               "\n");
3932         IsRTCheckNeeded = (IsRTCheckNeeded ||
3933                            !isIdentifiedObject(UnderlyingObj) ||
3934                            !AreAllReadsIdentified);
3935
3936         if (IsWrite)
3937           AreAllWritesIdentified = false;
3938         if (!IsWrite)
3939           AreAllReadsIdentified = false;
3940       }
3941
3942       // If this is a write - check other reads and writes for conflicts.  If
3943       // this is a read only check other writes for conflicts (but only if there
3944       // is no other write to the ptr - this is an optimization to catch "a[i] =
3945       // a[i] + " without having to do a dependence check).
3946       if ((IsWrite || IsReadOnlyPtr) && WriteObjects.count(UnderlyingObj))
3947         NeedDepCheck = true;
3948
3949       if (IsWrite)
3950         WriteObjects.insert(UnderlyingObj);
3951
3952       // Create sets of pointers connected by shared underlying objects.
3953       UnderlyingObjToAccessMap::iterator Prev =
3954         ObjToLastAccess.find(UnderlyingObj);
3955       if (Prev != ObjToLastAccess.end())
3956         DepCands.unionSets(Access, Prev->second);
3957
3958       ObjToLastAccess[UnderlyingObj] = Access;
3959     }
3960
3961     if (NeedDepCheck)
3962       CheckDeps.insert(Access);
3963   }
3964 }
3965
3966 namespace {
3967 /// \brief Checks memory dependences among accesses to the same underlying
3968 /// object to determine whether there vectorization is legal or not (and at
3969 /// which vectorization factor).
3970 ///
3971 /// This class works under the assumption that we already checked that memory
3972 /// locations with different underlying pointers are "must-not alias".
3973 /// We use the ScalarEvolution framework to symbolically evalutate access
3974 /// functions pairs. Since we currently don't restructure the loop we can rely
3975 /// on the program order of memory accesses to determine their safety.
3976 /// At the moment we will only deem accesses as safe for:
3977 ///  * A negative constant distance assuming program order.
3978 ///
3979 ///      Safe: tmp = a[i + 1];     OR     a[i + 1] = x;
3980 ///            a[i] = tmp;                y = a[i];
3981 ///
3982 ///   The latter case is safe because later checks guarantuee that there can't
3983 ///   be a cycle through a phi node (that is, we check that "x" and "y" is not
3984 ///   the same variable: a header phi can only be an induction or a reduction, a
3985 ///   reduction can't have a memory sink, an induction can't have a memory
3986 ///   source). This is important and must not be violated (or we have to
3987 ///   resort to checking for cycles through memory).
3988 ///
3989 ///  * A positive constant distance assuming program order that is bigger
3990 ///    than the biggest memory access.
3991 ///
3992 ///     tmp = a[i]        OR              b[i] = x
3993 ///     a[i+2] = tmp                      y = b[i+2];
3994 ///
3995 ///     Safe distance: 2 x sizeof(a[0]), and 2 x sizeof(b[0]), respectively.
3996 ///
3997 ///  * Zero distances and all accesses have the same size.
3998 ///
3999 class MemoryDepChecker {
4000 public:
4001   typedef PointerIntPair<Value *, 1, bool> MemAccessInfo;
4002   typedef SmallPtrSet<MemAccessInfo, 8> MemAccessInfoSet;
4003
4004   MemoryDepChecker(ScalarEvolution *Se, const DataLayout *Dl, const Loop *L)
4005       : SE(Se), DL(Dl), InnermostLoop(L), AccessIdx(0),
4006         ShouldRetryWithRuntimeCheck(false) {}
4007
4008   /// \brief Register the location (instructions are given increasing numbers)
4009   /// of a write access.
4010   void addAccess(StoreInst *SI) {
4011     Value *Ptr = SI->getPointerOperand();
4012     Accesses[MemAccessInfo(Ptr, true)].push_back(AccessIdx);
4013     InstMap.push_back(SI);
4014     ++AccessIdx;
4015   }
4016
4017   /// \brief Register the location (instructions are given increasing numbers)
4018   /// of a write access.
4019   void addAccess(LoadInst *LI) {
4020     Value *Ptr = LI->getPointerOperand();
4021     Accesses[MemAccessInfo(Ptr, false)].push_back(AccessIdx);
4022     InstMap.push_back(LI);
4023     ++AccessIdx;
4024   }
4025
4026   /// \brief Check whether the dependencies between the accesses are safe.
4027   ///
4028   /// Only checks sets with elements in \p CheckDeps.
4029   bool areDepsSafe(AccessAnalysis::DepCandidates &AccessSets,
4030                    MemAccessInfoSet &CheckDeps, ValueToValueMap &Strides);
4031
4032   /// \brief The maximum number of bytes of a vector register we can vectorize
4033   /// the accesses safely with.
4034   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return MaxSafeDepDistBytes; }
4035
4036   /// \brief In same cases when the dependency check fails we can still
4037   /// vectorize the loop with a dynamic array access check.
4038   bool shouldRetryWithRuntimeCheck() { return ShouldRetryWithRuntimeCheck; }
4039
4040 private:
4041   ScalarEvolution *SE;
4042   const DataLayout *DL;
4043   const Loop *InnermostLoop;
4044
4045   /// \brief Maps access locations (ptr, read/write) to program order.
4046   DenseMap<MemAccessInfo, std::vector<unsigned> > Accesses;
4047
4048   /// \brief Memory access instructions in program order.
4049   SmallVector<Instruction *, 16> InstMap;
4050
4051   /// \brief The program order index to be used for the next instruction.
4052   unsigned AccessIdx;
4053
4054   // We can access this many bytes in parallel safely.
4055   unsigned MaxSafeDepDistBytes;
4056
4057   /// \brief If we see a non-constant dependence distance we can still try to
4058   /// vectorize this loop with runtime checks.
4059   bool ShouldRetryWithRuntimeCheck;
4060
4061   /// \brief Check whether there is a plausible dependence between the two
4062   /// accesses.
4063   ///
4064   /// Access \p A must happen before \p B in program order. The two indices
4065   /// identify the index into the program order map.
4066   ///
4067   /// This function checks  whether there is a plausible dependence (or the
4068   /// absence of such can't be proved) between the two accesses. If there is a
4069   /// plausible dependence but the dependence distance is bigger than one
4070   /// element access it records this distance in \p MaxSafeDepDistBytes (if this
4071   /// distance is smaller than any other distance encountered so far).
4072   /// Otherwise, this function returns true signaling a possible dependence.
4073   bool isDependent(const MemAccessInfo &A, unsigned AIdx,
4074                    const MemAccessInfo &B, unsigned BIdx,
4075                    ValueToValueMap &Strides);
4076
4077   /// \brief Check whether the data dependence could prevent store-load
4078   /// forwarding.
4079   bool couldPreventStoreLoadForward(unsigned Distance, unsigned TypeByteSize);
4080 };
4081
4082 } // end anonymous namespace
4083
4084 static bool isInBoundsGep(Value *Ptr) {
4085   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
4086     return GEP->isInBounds();
4087   return false;
4088 }
4089
4090 /// \brief Check whether the access through \p Ptr has a constant stride.
4091 static int isStridedPtr(ScalarEvolution *SE, const DataLayout *DL, Value *Ptr,
4092                         const Loop *Lp, ValueToValueMap &StridesMap) {
4093   const Type *Ty = Ptr->getType();
4094   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-ptr");
4095
4096   // Make sure that the pointer does not point to aggregate types.
4097   const PointerType *PtrTy = cast<PointerType>(Ty);
4098   if (PtrTy->getElementType()->isAggregateType()) {
4099     DEBUG(dbgs() << "LV: Bad stride - Not a pointer to a scalar type" << *Ptr <<
4100           "\n");
4101     return 0;
4102   }
4103
4104   const SCEV *PtrScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, StridesMap, Ptr);
4105
4106   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PtrScev);
4107   if (!AR) {
4108     DEBUG(dbgs() << "LV: Bad stride - Not an AddRecExpr pointer "
4109           << *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
4110     return 0;
4111   }
4112
4113   // The accesss function must stride over the innermost loop.
4114   if (Lp != AR->getLoop()) {
4115     DEBUG(dbgs() << "LV: Bad stride - Not striding over innermost loop " <<
4116           *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
4117   }
4118
4119   // The address calculation must not wrap. Otherwise, a dependence could be
4120   // inverted.
4121   // An inbounds getelementptr that is a AddRec with a unit stride
4122   // cannot wrap per definition. The unit stride requirement is checked later.
4123   // An getelementptr without an inbounds attribute and unit stride would have
4124   // to access the pointer value "0" which is undefined behavior in address
4125   // space 0, therefore we can also vectorize this case.
4126   bool IsInBoundsGEP = isInBoundsGep(Ptr);
4127   bool IsNoWrapAddRec = AR->getNoWrapFlags(SCEV::NoWrapMask);
4128   bool IsInAddressSpaceZero = PtrTy->getAddressSpace() == 0;
4129   if (!IsNoWrapAddRec && !IsInBoundsGEP && !IsInAddressSpaceZero) {
4130     DEBUG(dbgs() << "LV: Bad stride - Pointer may wrap in the address space "
4131           << *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
4132     return 0;
4133   }
4134
4135   // Check the step is constant.
4136   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
4137
4138   // Calculate the pointer stride and check if it is consecutive.
4139   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
4140   if (!C) {
4141     DEBUG(dbgs() << "LV: Bad stride - Not a constant strided " << *Ptr <<
4142           " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
4143     return 0;
4144   }
4145
4146   int64_t Size = DL->getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
4147   const APInt &APStepVal = C->getValue()->getValue();
4148
4149   // Huge step value - give up.
4150   if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
4151     return 0;
4152
4153   int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
4154
4155   // Strided access.
4156   int64_t Stride = StepVal / Size;
4157   int64_t Rem = StepVal % Size;
4158   if (Rem)
4159     return 0;
4160
4161   // If the SCEV could wrap but we have an inbounds gep with a unit stride we
4162   // know we can't "wrap around the address space". In case of address space
4163   // zero we know that this won't happen without triggering undefined behavior.
4164   if (!IsNoWrapAddRec && (IsInBoundsGEP || IsInAddressSpaceZero) &&
4165       Stride != 1 && Stride != -1)
4166     return 0;
4167
4168   return Stride;
4169 }
4170
4171 bool MemoryDepChecker::couldPreventStoreLoadForward(unsigned Distance,
4172                                                     unsigned TypeByteSize) {
4173   // If loads occur at a distance that is not a multiple of a feasible vector
4174   // factor store-load forwarding does not take place.
4175   // Positive dependences might cause troubles because vectorizing them might
4176   // prevent store-load forwarding making vectorized code run a lot slower.
4177   //   a[i] = a[i-3] ^ a[i-8];
4178   //   The stores to a[i:i+1] don't align with the stores to a[i-3:i-2] and
4179   //   hence on your typical architecture store-load forwarding does not take
4180   //   place. Vectorizing in such cases does not make sense.
4181   // Store-load forwarding distance.
4182   const unsigned NumCyclesForStoreLoadThroughMemory = 8*TypeByteSize;
4183   // Maximum vector factor.
4184   unsigned MaxVFWithoutSLForwardIssues = MaxVectorWidth*TypeByteSize;
4185   if(MaxSafeDepDistBytes < MaxVFWithoutSLForwardIssues)
4186     MaxVFWithoutSLForwardIssues = MaxSafeDepDistBytes;
4187
4188   for (unsigned vf = 2*TypeByteSize; vf <= MaxVFWithoutSLForwardIssues;
4189        vf *= 2) {
4190     if (Distance % vf && Distance / vf < NumCyclesForStoreLoadThroughMemory) {
4191       MaxVFWithoutSLForwardIssues = (vf >>=1);
4192       break;
4193     }
4194   }
4195
4196   if (MaxVFWithoutSLForwardIssues< 2*TypeByteSize) {
4197     DEBUG(dbgs() << "LV: Distance " << Distance <<
4198           " that could cause a store-load forwarding conflict\n");
4199     return true;
4200   }
4201
4202   if (MaxVFWithoutSLForwardIssues < MaxSafeDepDistBytes &&
4203       MaxVFWithoutSLForwardIssues != MaxVectorWidth*TypeByteSize)
4204     MaxSafeDepDistBytes = MaxVFWithoutSLForwardIssues;
4205   return false;
4206 }
4207
4208 bool MemoryDepChecker::isDependent(const MemAccessInfo &A, unsigned AIdx,
4209                                    const MemAccessInfo &B, unsigned BIdx,
4210                                    ValueToValueMap &Strides) {
4211   assert (AIdx < BIdx && "Must pass arguments in program order");
4212
4213   Value *APtr = A.getPointer();
4214   Value *BPtr = B.getPointer();
4215   bool AIsWrite = A.getInt();
4216   bool BIsWrite = B.getInt();
4217
4218   // Two reads are independent.
4219   if (!AIsWrite && !BIsWrite)
4220     return false;
4221
4222   const SCEV *AScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, APtr);
4223   const SCEV *BScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, BPtr);
4224
4225   int StrideAPtr = isStridedPtr(SE, DL, APtr, InnermostLoop, Strides);
4226   int StrideBPtr = isStridedPtr(SE, DL, BPtr, InnermostLoop, Strides);
4227
4228   const SCEV *Src = AScev;
4229   const SCEV *Sink = BScev;
4230
4231   // If the induction step is negative we have to invert source and sink of the
4232   // dependence.
4233   if (StrideAPtr < 0) {
4234     //Src = BScev;
4235     //Sink = AScev;
4236     std::swap(APtr, BPtr);
4237     std::swap(Src, Sink);
4238     std::swap(AIsWrite, BIsWrite);
4239     std::swap(AIdx, BIdx);
4240     std::swap(StrideAPtr, StrideBPtr);
4241   }
4242
4243   const SCEV *Dist = SE->getMinusSCEV(Sink, Src);
4244
4245   DEBUG(dbgs() << "LV: Src Scev: " << *Src << "Sink Scev: " << *Sink
4246         << "(Induction step: " << StrideAPtr <<  ")\n");
4247   DEBUG(dbgs() << "LV: Distance for " << *InstMap[AIdx] << " to "
4248         << *InstMap[BIdx] << ": " << *Dist << "\n");
4249
4250   // Need consecutive accesses. We don't want to vectorize
4251   // "A[B[i]] += ..." and similar code or pointer arithmetic that could wrap in
4252   // the address space.
4253   if (!StrideAPtr || !StrideBPtr || StrideAPtr != StrideBPtr){
4254     DEBUG(dbgs() << "Non-consecutive pointer access\n");
4255     return true;
4256   }
4257
4258   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Dist);
4259   if (!C) {
4260     DEBUG(dbgs() << "LV: Dependence because of non-constant distance\n");
4261     ShouldRetryWithRuntimeCheck = true;
4262     return true;
4263   }
4264
4265   Type *ATy = APtr->getType()->getPointerElementType();
4266   Type *BTy = BPtr->getType()->getPointerElementType();
4267   unsigned TypeByteSize = DL->getTypeAllocSize(ATy);
4268
4269   // Negative distances are not plausible dependencies.
4270   const APInt &Val = C->getValue()->getValue();
4271   if (Val.isNegative()) {
4272     bool IsTrueDataDependence = (AIsWrite && !BIsWrite);
4273     if (IsTrueDataDependence &&
4274         (couldPreventStoreLoadForward(Val.abs().getZExtValue(), TypeByteSize) ||
4275          ATy != BTy))
4276       return true;
4277
4278     DEBUG(dbgs() << "LV: Dependence is negative: NoDep\n");
4279     return false;
4280   }
4281
4282   // Write to the same location with the same size.
4283   // Could be improved to assert type sizes are the same (i32 == float, etc).
4284   if (Val == 0) {
4285     if (ATy == BTy)
4286       return false;
4287     DEBUG(dbgs() << "LV: Zero dependence difference but different types\n");
4288     return true;
4289   }
4290
4291   assert(Val.isStrictlyPositive() && "Expect a positive value");
4292
4293   // Positive distance bigger than max vectorization factor.
4294   if (ATy != BTy) {
4295     DEBUG(dbgs() <<
4296           "LV: ReadWrite-Write positive dependency with different types\n");
4297     return false;
4298   }
4299
4300   unsigned Distance = (unsigned) Val.getZExtValue();
4301
4302   // Bail out early if passed-in parameters make vectorization not feasible.
4303   unsigned ForcedFactor = VectorizationFactor ? VectorizationFactor : 1;
4304   unsigned ForcedUnroll = VectorizationUnroll ? VectorizationUnroll : 1;
4305
4306   // The distance must be bigger than the size needed for a vectorized version
4307   // of the operation and the size of the vectorized operation must not be
4308   // bigger than the currrent maximum size.
4309   if (Distance < 2*TypeByteSize ||
4310       2*TypeByteSize > MaxSafeDepDistBytes ||
4311       Distance < TypeByteSize * ForcedUnroll * ForcedFactor) {
4312     DEBUG(dbgs() << "LV: Failure because of Positive distance "
4313         << Val.getSExtValue() << '\n');
4314     return true;
4315   }
4316
4317   MaxSafeDepDistBytes = Distance < MaxSafeDepDistBytes ?
4318     Distance : MaxSafeDepDistBytes;
4319
4320   bool IsTrueDataDependence = (!AIsWrite && BIsWrite);
4321   if (IsTrueDataDependence &&
4322       couldPreventStoreLoadForward(Distance, TypeByteSize))
4323      return true;
4324
4325   DEBUG(dbgs() << "LV: Positive distance " << Val.getSExtValue() <<
4326         " with max VF = " << MaxSafeDepDistBytes / TypeByteSize << '\n');
4327
4328   return false;
4329 }
4330
4331 bool MemoryDepChecker::areDepsSafe(AccessAnalysis::DepCandidates &AccessSets,
4332                                    MemAccessInfoSet &CheckDeps,
4333                                    ValueToValueMap &Strides) {
4334
4335   MaxSafeDepDistBytes = -1U;
4336   while (!CheckDeps.empty()) {
4337     MemAccessInfo CurAccess = *CheckDeps.begin();
4338
4339     // Get the relevant memory access set.
4340     EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::iterator I =
4341       AccessSets.findValue(AccessSets.getLeaderValue(CurAccess));
4342
4343     // Check accesses within this set.
4344     EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::member_iterator AI, AE;
4345     AI = AccessSets.member_begin(I), AE = AccessSets.member_end();
4346
4347     // Check every access pair.
4348     while (AI != AE) {
4349       CheckDeps.erase(*AI);
4350       EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::member_iterator OI = std::next(AI);
4351       while (OI != AE) {
4352         // Check every accessing instruction pair in program order.
4353         for (std::vector<unsigned>::iterator I1 = Accesses[*AI].begin(),
4354              I1E = Accesses[*AI].end(); I1 != I1E; ++I1)
4355           for (std::vector<unsigned>::iterator I2 = Accesses[*OI].begin(),
4356                I2E = Accesses[*OI].end(); I2 != I2E; ++I2) {
4357             if (*I1 < *I2 && isDependent(*AI, *I1, *OI, *I2, Strides))
4358               return false;
4359             if (*I2 < *I1 && isDependent(*OI, *I2, *AI, *I1, Strides))
4360               return false;
4361           }
4362         ++OI;
4363       }
4364       AI++;
4365     }
4366   }
4367   return true;
4368 }
4369
4370 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeMemory() {
4371
4372   typedef SmallVector<Value*, 16> ValueVector;
4373   typedef SmallPtrSet<Value*, 16> ValueSet;
4374
4375   // Holds the Load and Store *instructions*.
4376   ValueVector Loads;
4377   ValueVector Stores;
4378
4379   // Holds all the different accesses in the loop.
4380   unsigned NumReads = 0;
4381   unsigned NumReadWrites = 0;
4382
4383   PtrRtCheck.Pointers.clear();
4384   PtrRtCheck.Need = false;
4385
4386   const bool IsAnnotatedParallel = TheLoop->isAnnotatedParallel();
4387   MemoryDepChecker DepChecker(SE, DL, TheLoop);
4388
4389   // For each block.
4390   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
4391        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
4392
4393     // Scan the BB and collect legal loads and stores.
4394     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
4395          ++it) {
4396
4397       // If this is a load, save it. If this instruction can read from memory
4398       // but is not a load, then we quit. Notice that we don't handle function
4399       // calls that read or write.
4400       if (it->mayReadFromMemory()) {
4401         // Many math library functions read the rounding mode. We will only
4402         // vectorize a loop if it contains known function calls that don't set
4403         // the flag. Therefore, it is safe to ignore this read from memory.
4404         CallInst *Call = dyn_cast<CallInst>(it);
4405         if (Call && getIntrinsicIDForCall(Call, TLI))
4406           continue;
4407
4408         LoadInst *Ld = dyn_cast<LoadInst>(it);
4409         if (!Ld) return false;
4410         if (!Ld->isSimple() && !IsAnnotatedParallel) {
4411           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-simple load.\n");
4412           return false;
4413         }
4414         NumLoads++;
4415         Loads.push_back(Ld);
4416         DepChecker.addAccess(Ld);
4417         continue;
4418       }
4419
4420       // Save 'store' instructions. Abort if other instructions write to memory.
4421       if (it->mayWriteToMemory()) {
4422         StoreInst *St = dyn_cast<StoreInst>(it);
4423         if (!St) return false;
4424         if (!St->isSimple() && !IsAnnotatedParallel) {
4425           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-simple store.\n");
4426           return false;
4427         }
4428         NumStores++;
4429         Stores.push_back(St);
4430         DepChecker.addAccess(St);
4431       }
4432     } // Next instr.
4433   } // Next block.
4434
4435   // Now we have two lists that hold the loads and the stores.
4436   // Next, we find the pointers that they use.
4437
4438   // Check if we see any stores. If there are no stores, then we don't
4439   // care if the pointers are *restrict*.
4440   if (!Stores.size()) {
4441     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a read-only loop!\n");
4442     return true;
4443   }
4444
4445   AccessAnalysis::DepCandidates DependentAccesses;
4446   AccessAnalysis Accesses(DL, DependentAccesses);
4447
4448   // Holds the analyzed pointers. We don't want to call GetUnderlyingObjects
4449   // multiple times on the same object. If the ptr is accessed twice, once
4450   // for read and once for write, it will only appear once (on the write
4451   // list). This is okay, since we are going to check for conflicts between
4452   // writes and between reads and writes, but not between reads and reads.
4453   ValueSet Seen;
4454
4455   ValueVector::iterator I, IE;
4456   for (I = Stores.begin(), IE = Stores.end(); I != IE; ++I) {
4457     StoreInst *ST = cast<StoreInst>(*I);
4458     Value* Ptr = ST->getPointerOperand();
4459
4460     if (isUniform(Ptr)) {
4461       DEBUG(dbgs() << "LV: We don't allow storing to uniform addresses\n");
4462       return false;
4463     }
4464
4465     // If we did *not* see this pointer before, insert it to  the read-write
4466     // list. At this phase it is only a 'write' list.
4467     if (Seen.insert(Ptr)) {
4468       ++NumReadWrites;
4469       Accesses.addStore(Ptr);
4470     }
4471   }
4472
4473   if (IsAnnotatedParallel) {
4474     DEBUG(dbgs()
4475           << "LV: A loop annotated parallel, ignore memory dependency "
4476           << "checks.\n");
4477     return true;
4478   }
4479
4480   for (I = Loads.begin(), IE = Loads.end(); I != IE; ++I) {
4481     LoadInst *LD = cast<LoadInst>(*I);
4482     Value* Ptr = LD->getPointerOperand();
4483     // If we did *not* see this pointer before, insert it to the
4484     // read list. If we *did* see it before, then it is already in
4485     // the read-write list. This allows us to vectorize expressions
4486     // such as A[i] += x;  Because the address of A[i] is a read-write
4487     // pointer. This only works if the index of A[i] is consecutive.
4488     // If the address of i is unknown (for example A[B[i]]) then we may
4489     // read a few words, modify, and write a few words, and some of the
4490     // words may be written to the same address.
4491     bool IsReadOnlyPtr = false;
4492     if (Seen.insert(Ptr) || !isStridedPtr(SE, DL, Ptr, TheLoop, Strides)) {
4493       ++NumReads;
4494       IsReadOnlyPtr = true;
4495     }
4496     Accesses.addLoad(Ptr, IsReadOnlyPtr);
4497   }
4498
4499   // If we write (or read-write) to a single destination and there are no
4500   // other reads in this loop then is it safe to vectorize.
4501   if (NumReadWrites == 1 && NumReads == 0) {
4502     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a write-only loop!\n");
4503     return true;
4504   }
4505
4506   // Build dependence sets and check whether we need a runtime pointer bounds
4507   // check.
4508   Accesses.buildDependenceSets();
4509   bool NeedRTCheck = Accesses.isRTCheckNeeded();
4510
4511   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
4512   // to place a runtime bound check.
4513   unsigned NumComparisons = 0;
4514   bool CanDoRT = false;
4515   if (NeedRTCheck)
4516     CanDoRT = Accesses.canCheckPtrAtRT(PtrRtCheck, NumComparisons, SE, TheLoop,
4517                                        Strides);
4518
4519   DEBUG(dbgs() << "LV: We need to do " << NumComparisons <<
4520         " pointer comparisons.\n");
4521
4522   // If we only have one set of dependences to check pointers among we don't
4523   // need a runtime check.
4524   if (NumComparisons == 0 && NeedRTCheck)
4525     NeedRTCheck = false;
4526
4527   // Check that we did not collect too many pointers or found an unsizeable
4528   // pointer.
4529   if (!CanDoRT || NumComparisons > RuntimeMemoryCheckThreshold) {
4530     PtrRtCheck.reset();
4531     CanDoRT = false;
4532   }
4533
4534   if (CanDoRT) {
4535     DEBUG(dbgs() << "LV: We can perform a memory runtime check if needed.\n");
4536   }
4537
4538   if (NeedRTCheck && !CanDoRT) {
4539     DEBUG(dbgs() << "LV: We can't vectorize because we can't find " <<
4540           "the array bounds.\n");
4541     PtrRtCheck.reset();
4542     return false;
4543   }
4544
4545   PtrRtCheck.Need = NeedRTCheck;
4546
4547   bool CanVecMem = true;
4548   if (Accesses.isDependencyCheckNeeded()) {
4549     DEBUG(dbgs() << "LV: Checking memory dependencies\n");
4550     CanVecMem = DepChecker.areDepsSafe(
4551         DependentAccesses, Accesses.getDependenciesToCheck(), Strides);
4552     MaxSafeDepDistBytes = DepChecker.getMaxSafeDepDistBytes();
4553
4554     if (!CanVecMem && DepChecker.shouldRetryWithRuntimeCheck()) {
4555       DEBUG(dbgs() << "LV: Retrying with memory checks\n");
4556       NeedRTCheck = true;
4557
4558       // Clear the dependency checks. We assume they are not needed.
4559       Accesses.resetDepChecks();
4560
4561       PtrRtCheck.reset();
4562       PtrRtCheck.Need = true;
4563
4564       CanDoRT = Accesses.canCheckPtrAtRT(PtrRtCheck, NumComparisons, SE,
4565                                          TheLoop, Strides, true);
4566       // Check that we did not collect too many pointers or found an unsizeable
4567       // pointer.
4568       if (!CanDoRT || NumComparisons > RuntimeMemoryCheckThreshold) {
4569         DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize with memory checks\n");
4570         PtrRtCheck.reset();
4571         return false;
4572       }
4573
4574       CanVecMem = true;
4575     }
4576   }
4577
4578   DEBUG(dbgs() << "LV: We" << (NeedRTCheck ? "" : " don't") <<
4579         " need a runtime memory check.\n");
4580
4581   return CanVecMem;
4582 }
4583
4584 static bool hasMultipleUsesOf(Instruction *I,
4585                               SmallPtrSet<Instruction *, 8> &Insts) {
4586   unsigned NumUses = 0;
4587   for(User::op_iterator Use = I->op_begin(), E = I->op_end(); Use != E; ++Use) {
4588     if (Insts.count(dyn_cast<Instruction>(*Use)))
4589       ++NumUses;
4590     if (NumUses > 1)
4591       return true;
4592   }
4593
4594   return false;
4595 }
4596
4597 static bool areAllUsesIn(Instruction *I, SmallPtrSet<Instruction *, 8> &Set) {
4598   for(User::op_iterator Use = I->op_begin(), E = I->op_end(); Use != E; ++Use)
4599     if (!Set.count(dyn_cast<Instruction>(*Use)))
4600       return false;
4601   return true;
4602 }
4603
4604 bool LoopVectorizationLegality::AddReductionVar(PHINode *Phi,
4605                                                 ReductionKind Kind) {
4606   if (Phi->getNumIncomingValues() != 2)
4607     return false;
4608
4609   // Reduction variables are only found in the loop header block.
4610   if (Phi->getParent() != TheLoop->getHeader())
4611     return false;
4612
4613   // Obtain the reduction start value from the value that comes from the loop
4614   // preheader.
4615   Value *RdxStart = Phi->getIncomingValueForBlock(TheLoop->getLoopPreheader());
4616
4617   // ExitInstruction is the single value which is used outside the loop.
4618   // We only allow for a single reduction value to be used outside the loop.
4619   // This includes users of the reduction, variables (which form a cycle
4620   // which ends in the phi node).
4621   Instruction *ExitInstruction = 0;
4622   // Indicates that we found a reduction operation in our scan.
4623   bool FoundReduxOp = false;
4624
4625   // We start with the PHI node and scan for all of the users of this
4626   // instruction. All users must be instructions that can be used as reduction
4627   // variables (such as ADD). We must have a single out-of-block user. The cycle
4628   // must include the original PHI.
4629   bool FoundStartPHI = false;
4630
4631   // To recognize min/max patterns formed by a icmp select sequence, we store
4632   // the number of instruction we saw from the recognized min/max pattern,
4633   //  to make sure we only see exactly the two instructions.
4634   unsigned NumCmpSelectPatternInst = 0;
4635   ReductionInstDesc ReduxDesc(false, 0);
4636
4637   SmallPtrSet<Instruction *, 8> VisitedInsts;
4638   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
4639   Worklist.push_back(Phi);
4640   VisitedInsts.insert(Phi);
4641
4642   // A value in the reduction can be used:
4643   //  - By the reduction:
4644   //      - Reduction operation:
4645   //        - One use of reduction value (safe).
4646   //        - Multiple use of reduction value (not safe).
4647   //      - PHI:
4648   //        - All uses of the PHI must be the reduction (safe).
4649   //        - Otherwise, not safe.
4650   //  - By one instruction outside of the loop (safe).
4651   //  - By further instructions outside of the loop (not safe).
4652   //  - By an instruction that is not part of the reduction (not safe).
4653   //    This is either:
4654   //      * An instruction type other than PHI or the reduction operation.
4655   //      * A PHI in the header other than the initial PHI.
4656   while (!Worklist.empty()) {
4657     Instruction *Cur = Worklist.back();
4658     Worklist.pop_back();
4659
4660     // No Users.
4661     // If the instruction has no users then this is a broken chain and can't be
4662     // a reduction variable.
4663     if (Cur->use_empty())
4664       return false;
4665
4666     bool IsAPhi = isa<PHINode>(Cur);
4667
4668     // A header PHI use other than the original PHI.
4669     if (Cur != Phi && IsAPhi && Cur->getParent() == Phi->getParent())
4670       return false;
4671
4672     // Reductions of instructions such as Div, and Sub is only possible if the
4673     // LHS is the reduction variable.
4674     if (!Cur->isCommutative() && !IsAPhi && !isa<SelectInst>(Cur) &&
4675         !isa<ICmpInst>(Cur) && !isa<FCmpInst>(Cur) &&
4676         !VisitedInsts.count(dyn_cast<Instruction>(Cur->getOperand(0))))
4677       return false;
4678
4679     // Any reduction instruction must be of one of the allowed kinds.
4680     ReduxDesc = isReductionInstr(Cur, Kind, ReduxDesc);
4681     if (!ReduxDesc.IsReduction)
4682       return false;
4683
4684     // A reduction operation must only have one use of the reduction value.
4685     if (!IsAPhi && Kind != RK_IntegerMinMax && Kind != RK_FloatMinMax &&
4686         hasMultipleUsesOf(Cur, VisitedInsts))
4687       return false;
4688
4689     // All inputs to a PHI node must be a reduction value.
4690     if(IsAPhi && Cur != Phi && !areAllUsesIn(Cur, VisitedInsts))
4691       return false;
4692
4693     if (Kind == RK_IntegerMinMax && (isa<ICmpInst>(Cur) ||
4694                                      isa<SelectInst>(Cur)))
4695       ++NumCmpSelectPatternInst;
4696     if (Kind == RK_FloatMinMax && (isa<FCmpInst>(Cur) ||
4697                                    isa<SelectInst>(Cur)))
4698       ++NumCmpSelectPatternInst;
4699
4700     // Check  whether we found a reduction operator.
4701     FoundReduxOp |= !IsAPhi;
4702
4703     // Process users of current instruction. Push non-PHI nodes after PHI nodes
4704     // onto the stack. This way we are going to have seen all inputs to PHI
4705     // nodes once we get to them.
4706     SmallVector<Instruction *, 8> NonPHIs;
4707     SmallVector<Instruction *, 8> PHIs;
4708     for (User *U : Cur->users()) {
4709       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
4710
4711       // Check if we found the exit user.
4712       BasicBlock *Parent = UI->getParent();
4713       if (!TheLoop->contains(Parent)) {
4714         // Exit if you find multiple outside users or if the header phi node is
4715         // being used. In this case the user uses the value of the previous
4716         // iteration, in which case we would loose "VF-1" iterations of the
4717         // reduction operation if we vectorize.
4718         if (ExitInstruction != 0 || Cur == Phi)
4719           return false;
4720
4721         // The instruction used by an outside user must be the last instruction
4722         // before we feed back to the reduction phi. Otherwise, we loose VF-1
4723         // operations on the value.
4724         if (std::find(Phi->op_begin(), Phi->op_end(), Cur) == Phi->op_end())
4725          return false;
4726
4727         ExitInstruction = Cur;
4728         continue;
4729       }
4730
4731       // Process instructions only once (termination). Each reduction cycle
4732       // value must only be used once, except by phi nodes and min/max
4733       // reductions which are represented as a cmp followed by a select.
4734       ReductionInstDesc IgnoredVal(false, 0);
4735       if (VisitedInsts.insert(UI)) {
4736         if (isa<PHINode>(UI))
4737           PHIs.push_back(UI);
4738         else
4739           NonPHIs.push_back(UI);
4740       } else if (!isa<PHINode>(UI) &&
4741                  ((!isa<FCmpInst>(UI) &&
4742                    !isa<ICmpInst>(UI) &&
4743                    !isa<SelectInst>(UI)) ||
4744                   !isMinMaxSelectCmpPattern(UI, IgnoredVal).IsReduction))
4745         return false;
4746
4747       // Remember that we completed the cycle.
4748       if (UI == Phi)
4749         FoundStartPHI = true;
4750     }
4751     Worklist.append(PHIs.begin(), PHIs.end());
4752     Worklist.append(NonPHIs.begin(), NonPHIs.end());
4753   }
4754
4755   // This means we have seen one but not the other instruction of the
4756   // pattern or more than just a select and cmp.
4757   if ((Kind == RK_IntegerMinMax || Kind == RK_FloatMinMax) &&
4758       NumCmpSelectPatternInst != 2)
4759     return false;
4760
4761   if (!FoundStartPHI || !FoundReduxOp || !ExitInstruction)
4762     return false;
4763
4764   // We found a reduction var if we have reached the original phi node and we
4765   // only have a single instruction with out-of-loop users.
4766
4767   // This instruction is allowed to have out-of-loop users.
4768   AllowedExit.insert(ExitInstruction);
4769
4770   // Save the description of this reduction variable.
4771   ReductionDescriptor RD(RdxStart, ExitInstruction, Kind,
4772                          ReduxDesc.MinMaxKind);
4773   Reductions[Phi] = RD;
4774   // We've ended the cycle. This is a reduction variable if we have an
4775   // outside user and it has a binary op.
4776
4777   return true;
4778 }
4779
4780 /// Returns true if the instruction is a Select(ICmp(X, Y), X, Y) instruction
4781 /// pattern corresponding to a min(X, Y) or max(X, Y).
4782 LoopVectorizationLegality::ReductionInstDesc
4783 LoopVectorizationLegality::isMinMaxSelectCmpPattern(Instruction *I,
4784                                                     ReductionInstDesc &Prev) {
4785
4786   assert((isa<ICmpInst>(I) || isa<FCmpInst>(I) || isa<SelectInst>(I)) &&
4787          "Expect a select instruction");
4788   Instruction *Cmp = 0;
4789   SelectInst *Select = 0;
4790
4791   // We must handle the select(cmp()) as a single instruction. Advance to the
4792   // select.
4793   if ((Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(I)) || (Cmp = dyn_cast<FCmpInst>(I))) {
4794     if (!Cmp->hasOneUse() || !(Select = dyn_cast<SelectInst>(*I->user_begin())))
4795       return ReductionInstDesc(false, I);
4796     return ReductionInstDesc(Select, Prev.MinMaxKind);
4797   }
4798
4799   // Only handle single use cases for now.
4800   if (!(Select = dyn_cast<SelectInst>(I)))
4801     return ReductionInstDesc(false, I);
4802   if (!(Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(I->getOperand(0))) &&
4803       !(Cmp = dyn_cast<FCmpInst>(I->getOperand(0))))
4804     return ReductionInstDesc(false, I);
4805   if (!Cmp->hasOneUse())
4806     return ReductionInstDesc(false, I);
4807
4808   Value *CmpLeft;
4809   Value *CmpRight;
4810
4811   // Look for a min/max pattern.
4812   if (m_UMin(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4813     return ReductionInstDesc(Select, MRK_UIntMin);
4814   else if (m_UMax(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4815     return ReductionInstDesc(Select, MRK_UIntMax);
4816   else if (m_SMax(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4817     return ReductionInstDesc(Select, MRK_SIntMax);
4818   else if (m_SMin(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4819     return ReductionInstDesc(Select, MRK_SIntMin);
4820   else if (m_OrdFMin(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4821     return ReductionInstDesc(Select, MRK_FloatMin);
4822   else if (m_OrdFMax(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4823     return ReductionInstDesc(Select, MRK_FloatMax);
4824   else if (m_UnordFMin(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4825     return ReductionInstDesc(Select, MRK_FloatMin);
4826   else if (m_UnordFMax(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4827     return ReductionInstDesc(Select, MRK_FloatMax);
4828
4829   return ReductionInstDesc(false, I);
4830 }
4831
4832 LoopVectorizationLegality::ReductionInstDesc
4833 LoopVectorizationLegality::isReductionInstr(Instruction *I,
4834                                             ReductionKind Kind,
4835                                             ReductionInstDesc &Prev) {
4836   bool FP = I->getType()->isFloatingPointTy();
4837   bool FastMath = (FP && I->isCommutative() && I->isAssociative());
4838   switch (I->getOpcode()) {
4839   default:
4840     return ReductionInstDesc(false, I);
4841   case Instruction::PHI:
4842       if (FP && (Kind != RK_FloatMult && Kind != RK_FloatAdd &&
4843                  Kind != RK_FloatMinMax))
4844         return ReductionInstDesc(false, I);
4845     return ReductionInstDesc(I, Prev.MinMaxKind);
4846   case Instruction::Sub:
4847   case Instruction::Add:
4848     return ReductionInstDesc(Kind == RK_IntegerAdd, I);
4849   case Instruction::Mul:
4850     return ReductionInstDesc(Kind == RK_IntegerMult, I);
4851   case Instruction::And:
4852     return ReductionInstDesc(Kind == RK_IntegerAnd, I);
4853   case Instruction::Or:
4854     return ReductionInstDesc(Kind == RK_IntegerOr, I);
4855   case Instruction::Xor:
4856     return ReductionInstDesc(Kind == RK_IntegerXor, I);
4857   case Instruction::FMul:
4858     return ReductionInstDesc(Kind == RK_FloatMult && FastMath, I);
4859   case Instruction::FAdd:
4860     return ReductionInstDesc(Kind == RK_FloatAdd && FastMath, I);
4861   case Instruction::FCmp:
4862   case Instruction::ICmp:
4863   case Instruction::Select:
4864     if (Kind != RK_IntegerMinMax &&
4865         (!HasFunNoNaNAttr || Kind != RK_FloatMinMax))
4866       return ReductionInstDesc(false, I);
4867     return isMinMaxSelectCmpPattern(I, Prev);
4868   }
4869 }
4870
4871 LoopVectorizationLegality::InductionKind
4872 LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(PHINode *Phi) {
4873   Type *PhiTy = Phi->getType();
4874   // We only handle integer and pointer inductions variables.
4875   if (!PhiTy->isIntegerTy() && !PhiTy->isPointerTy())
4876     return IK_NoInduction;
4877
4878   // Check that the PHI is consecutive.
4879   const SCEV *PhiScev = SE->getSCEV(Phi);
4880   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PhiScev);
4881   if (!AR) {
4882     DEBUG(dbgs() << "LV: PHI is not a poly recurrence.\n");
4883     return IK_NoInduction;
4884   }
4885   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
4886
4887   // Integer inductions need to have a stride of one.
4888   if (PhiTy->isIntegerTy()) {
4889     if (Step->isOne())
4890       return IK_IntInduction;
4891     if (Step->isAllOnesValue())
4892       return IK_ReverseIntInduction;
4893     return IK_NoInduction;
4894   }
4895
4896   // Calculate the pointer stride and check if it is consecutive.
4897   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
4898   if (!C)
4899     return IK_NoInduction;
4900
4901   assert(PhiTy->isPointerTy() && "The PHI must be a pointer");
4902   uint64_t Size = DL->getTypeAllocSize(PhiTy->getPointerElementType());
4903   if (C->getValue()->equalsInt(Size))
4904     return IK_PtrInduction;
4905   else if (C->getValue()->equalsInt(0 - Size))
4906     return IK_ReversePtrInduction;
4907
4908   return IK_NoInduction;
4909 }
4910
4911 bool LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(const Value *V) {
4912   Value *In0 = const_cast<Value*>(V);
4913   PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(In0);
4914   if (!PN)
4915     return false;
4916
4917   return Inductions.count(PN);
4918 }
4919
4920 bool LoopVectorizationLegality::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB)  {
4921   assert(TheLoop->contains(BB) && "Unknown block used");
4922
4923   // Blocks that do not dominate the latch need predication.
4924   BasicBlock* Latch = TheLoop->getLoopLatch();
4925   return !DT->dominates(BB, Latch);
4926 }
4927
4928 bool LoopVectorizationLegality::blockCanBePredicated(BasicBlock *BB,
4929                                             SmallPtrSet<Value *, 8>& SafePtrs) {
4930   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
4931     // We might be able to hoist the load.
4932     if (it->mayReadFromMemory()) {
4933       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(it);
4934       if (!LI || !SafePtrs.count(LI->getPointerOperand()))
4935         return false;
4936     }
4937
4938     // We don't predicate stores at the moment.
4939     if (it->mayWriteToMemory()) {
4940       StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(it);
4941       // We only support predication of stores in basic blocks with one
4942       // predecessor.
4943       if (!SI || ++NumPredStores > NumberOfStoresToPredicate ||
4944           !SafePtrs.count(SI->getPointerOperand()) ||
4945           !SI->getParent()->getSinglePredecessor())
4946         return false;
4947     }
4948     if (it->mayThrow())
4949       return false;
4950
4951     // Check that we don't have a constant expression that can trap as operand.
4952     for (Instruction::op_iterator OI = it->op_begin(), OE = it->op_end();
4953          OI != OE; ++OI) {
4954       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*OI))
4955         if (C->canTrap())
4956           return false;
4957     }
4958
4959     // The instructions below can trap.
4960     switch (it->getOpcode()) {
4961     default: continue;
4962     case Instruction::UDiv:
4963     case Instruction::SDiv:
4964     case Instruction::URem:
4965     case Instruction::SRem:
4966              return false;
4967     }
4968   }
4969
4970   return true;
4971 }
4972
4973 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
4974 LoopVectorizationCostModel::selectVectorizationFactor(bool OptForSize,
4975                                                       unsigned UserVF) {
4976   // Width 1 means no vectorize
4977   VectorizationFactor Factor = { 1U, 0U };
4978   if (OptForSize && Legal->getRuntimePointerCheck()->Need) {
4979     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. Runtime ptr check is required in Os.\n");
4980     return Factor;
4981   }
4982
4983   if (!EnableCondStoresVectorization && Legal->NumPredStores) {
4984     DEBUG(dbgs() << "LV: No vectorization. There are conditional stores.\n");
4985     return Factor;
4986   }
4987
4988   // Find the trip count.
4989   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop, TheLoop->getLoopLatch());
4990   DEBUG(dbgs() << "LV: Found trip count: " << TC << '\n');
4991
4992   unsigned WidestType = getWidestType();
4993   unsigned WidestRegister = TTI.getRegisterBitWidth(true);
4994   unsigned MaxSafeDepDist = -1U;
4995   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
4996     MaxSafeDepDist = Legal->getMaxSafeDepDistBytes() * 8;
4997   WidestRegister = ((WidestRegister < MaxSafeDepDist) ?
4998                     WidestRegister : MaxSafeDepDist);
4999   unsigned MaxVectorSize = WidestRegister / WidestType;
5000   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest type: " << WidestType << " bits.\n");
5001   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest register is: "
5002           << WidestRegister << " bits.\n");
5003
5004   if (MaxVectorSize == 0) {
5005     DEBUG(dbgs() << "LV: The target has no vector registers.\n");
5006     MaxVectorSize = 1;
5007   }
5008
5009   assert(MaxVectorSize <= 32 && "Did not expect to pack so many elements"
5010          " into one vector!");
5011
5012   unsigned VF = MaxVectorSize;
5013
5014   // If we optimize the program for size, avoid creating the tail loop.
5015   if (OptForSize) {
5016     // If we are unable to calculate the trip count then don't try to vectorize.
5017     if (TC < 2) {
5018       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required in Os.\n");
5019       return Factor;
5020     }
5021
5022     // Find the maximum SIMD width that can fit within the trip count.
5023     VF = TC % MaxVectorSize;
5024
5025     if (VF == 0)
5026       VF = MaxVectorSize;
5027
5028     // If the trip count that we found modulo the vectorization factor is not
5029     // zero then we require a tail.
5030     if (VF < 2) {
5031       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required in Os.\n");
5032       return Factor;
5033     }
5034   }
5035
5036   if (UserVF != 0) {
5037     assert(isPowerOf2_32(UserVF) && "VF needs to be a power of two");
5038     DEBUG(dbgs() << "LV: Using user VF " << UserVF << ".\n");
5039
5040     Factor.Width = UserVF;
5041     return Factor;
5042   }
5043
5044   float Cost = expectedCost(1);
5045   unsigned Width = 1;
5046   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalar loop costs: " << (int)Cost << ".\n");
5047   for (unsigned i=2; i <= VF; i*=2) {
5048     // Notice that the vector loop needs to be executed less times, so
5049     // we need to divide the cost of the vector loops by the width of
5050     // the vector elements.
5051     float VectorCost = expectedCost(i) / (float)i;
5052     DEBUG(dbgs() << "LV: Vector loop of width " << i << " costs: " <<
5053           (int)VectorCost << ".\n");
5054     if (VectorCost < Cost) {
5055       Cost = VectorCost;
5056       Width = i;
5057     }
5058   }
5059
5060   DEBUG(dbgs() << "LV: Selecting VF = : "<< Width << ".\n");
5061   Factor.Width = Width;
5062   Factor.Cost = Width * Cost;
5063   return Factor;
5064 }
5065
5066 unsigned LoopVectorizationCostModel::getWidestType() {
5067   unsigned MaxWidth = 8;
5068
5069   // For each block.
5070   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
5071        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
5072     BasicBlock *BB = *bb;
5073
5074     // For each instruction in the loop.
5075     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
5076       Type *T = it->getType();
5077
5078       // Only examine Loads, Stores and PHINodes.
5079       if (!isa<LoadInst>(it) && !isa<StoreInst>(it) && !isa<PHINode>(it))
5080         continue;
5081
5082       // Examine PHI nodes that are reduction variables.
5083       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(it))
5084         if (!Legal->getReductionVars()->count(PN))
5085           continue;
5086
5087       // Examine the stored values.
5088       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it))
5089         T = ST->getValueOperand()->getType();
5090
5091       // Ignore loaded pointer types and stored pointer types that are not
5092       // consecutive. However, we do want to take consecutive stores/loads of
5093       // pointer vectors into account.
5094       if (T->isPointerTy() && !isConsecutiveLoadOrStore(it))
5095         continue;
5096
5097       MaxWidth = std::max(MaxWidth,
5098                           (unsigned)DL->getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
5099     }
5100   }
5101
5102   return MaxWidth;
5103 }
5104
5105 unsigned
5106 LoopVectorizationCostModel::selectUnrollFactor(bool OptForSize,
5107                                                unsigned UserUF,
5108                                                unsigned VF,
5109                                                unsigned LoopCost) {
5110
5111   // -- The unroll heuristics --
5112   // We unroll the loop in order to expose ILP and reduce the loop overhead.
5113   // There are many micro-architectural considerations that we can't predict
5114   // at this level. For example frontend pressure (on decode or fetch) due to
5115   // code size, or the number and capabilities of the execution ports.
5116   //
5117   // We use the following heuristics to select the unroll factor:
5118   // 1. If the code has reductions the we unroll in order to break the cross
5119   // iteration dependency.
5120   // 2. If the loop is really small then we unroll in order to reduce the loop
5121   // overhead.
5122   // 3. We don't unroll if we think that we will spill registers to memory due
5123   // to the increased register pressure.
5124
5125   // Use the user preference, unless 'auto' is selected.
5126   if (UserUF != 0)
5127     return UserUF;
5128
5129   // When we optimize for size we don't unroll.
5130   if (OptForSize)
5131     return 1;
5132
5133   // We used the distance for the unroll factor.
5134   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
5135     return 1;
5136
5137   // Do not unroll loops with a relatively small trip count.
5138   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop,
5139                                               TheLoop->getLoopLatch());
5140   if (TC > 1 && TC < TinyTripCountUnrollThreshold)
5141     return 1;
5142
5143   unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(VF > 1);
5144   DEBUG(dbgs() << "LV: The target has " << TargetNumRegisters <<
5145         " registers\n");
5146
5147   if (VF == 1) {
5148     if (ForceTargetNumScalarRegs.getNumOccurrences() > 0)
5149       TargetNumRegisters = ForceTargetNumScalarRegs;
5150   } else {
5151     if (ForceTargetNumVectorRegs.getNumOccurrences() > 0)
5152       TargetNumRegisters = ForceTargetNumVectorRegs;
5153   }
5154
5155   LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage R = calculateRegisterUsage();
5156   // We divide by these constants so assume that we have at least one
5157   // instruction that uses at least one register.
5158   R.MaxLocalUsers = std::max(R.MaxLocalUsers, 1U);
5159   R.NumInstructions = std::max(R.NumInstructions, 1U);
5160
5161   // We calculate the unroll factor using the following formula.
5162   // Subtract the number of loop invariants from the number of available
5163   // registers. These registers are used by all of the unrolled instances.
5164   // Next, divide the remaining registers by the number of registers that is
5165   // required by the loop, in order to estimate how many parallel instances
5166   // fit without causing spills. All of this is rounded down if necessary to be
5167   // a power of two. We want power of two unroll factors to simplify any
5168   // addressing operations or alignment considerations.
5169   unsigned UF = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs) /
5170                               R.MaxLocalUsers);
5171
5172   // Don't count the induction variable as unrolled.
5173   if (EnableIndVarRegisterHeur)
5174     UF = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs - 1) /
5175                        std::max(1U, (R.MaxLocalUsers - 1)));
5176
5177   // Clamp the unroll factor ranges to reasonable factors.
5178   unsigned MaxUnrollSize = TTI.getMaximumUnrollFactor();
5179
5180   // Check if the user has overridden the unroll max.
5181   if (VF == 1) {
5182     if (ForceTargetMaxScalarUnrollFactor.getNumOccurrences() > 0)
5183       MaxUnrollSize = ForceTargetMaxScalarUnrollFactor;
5184   } else {
5185     if (ForceTargetMaxVectorUnrollFactor.getNumOccurrences() > 0)
5186       MaxUnrollSize = ForceTargetMaxVectorUnrollFactor;
5187   }
5188
5189   // If we did not calculate the cost for VF (because the user selected the VF)
5190   // then we calculate the cost of VF here.
5191   if (LoopCost == 0)
5192     LoopCost = expectedCost(VF);
5193
5194   // Clamp the calculated UF to be between the 1 and the max unroll factor
5195   // that the target allows.
5196   if (UF > MaxUnrollSize)
5197     UF = MaxUnrollSize;
5198   else if (UF < 1)
5199     UF = 1;
5200
5201   // Unroll if we vectorized this loop and there is a reduction that could
5202   // benefit from unrolling.
5203   if (VF > 1 && Legal->getReductionVars()->size()) {
5204     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling because of reductions.\n");
5205     return UF;
5206   }
5207
5208   // Note that if we've already vectorized the loop we will have done the
5209   // runtime check and so unrolling won't require further checks.
5210   bool UnrollingRequiresRuntimePointerCheck =
5211       (VF == 1 && Legal->getRuntimePointerCheck()->Need);
5212
5213   // We want to unroll small loops in order to reduce the loop overhead and
5214   // potentially expose ILP opportunities.
5215   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop cost is " << LoopCost << '\n');
5216   if (!UnrollingRequiresRuntimePointerCheck &&
5217       LoopCost < SmallLoopCost) {
5218     // We assume that the cost overhead is 1 and we use the cost model
5219     // to estimate the cost of the loop and unroll until the cost of the
5220     // loop overhead is about 5% of the cost of the loop.
5221     unsigned SmallUF = std::min(UF, (unsigned)PowerOf2Floor(SmallLoopCost / LoopCost));
5222
5223     // Unroll until store/load ports (estimated by max unroll factor) are
5224     // saturated.
5225     unsigned StoresUF = UF / (Legal->NumStores ? Legal->NumStores : 1);
5226     unsigned LoadsUF = UF /  (Legal->NumLoads ? Legal->NumLoads : 1);
5227
5228     if (EnableLoadStoreRuntimeUnroll && std::max(StoresUF, LoadsUF) > SmallUF) {
5229       DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling to saturate store or load ports.\n");
5230       return std::max(StoresUF, LoadsUF);
5231     }
5232
5233     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling to reduce branch cost.\n");
5234     return SmallUF;
5235   }
5236
5237   DEBUG(dbgs() << "LV: Not Unrolling.\n");
5238   return 1;
5239 }
5240
5241 LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage
5242 LoopVectorizationCostModel::calculateRegisterUsage() {
5243   // This function calculates the register usage by measuring the highest number
5244   // of values that are alive at a single location. Obviously, this is a very
5245   // rough estimation. We scan the loop in a topological order in order and
5246   // assign a number to each instruction. We use RPO to ensure that defs are
5247   // met before their users. We assume that each instruction that has in-loop
5248   // users starts an interval. We record every time that an in-loop value is
5249   // used, so we have a list of the first and last occurrences of each
5250   // instruction. Next, we transpose this data structure into a multi map that
5251   // holds the list of intervals that *end* at a specific location. This multi
5252   // map allows us to perform a linear search. We scan the instructions linearly
5253   // and record each time that a new interval starts, by placing it in a set.
5254   // If we find this value in the multi-map then we remove it from the set.
5255   // The max register usage is the maximum size of the set.
5256   // We also search for instructions that are defined outside the loop, but are
5257   // used inside the loop. We need this number separately from the max-interval
5258   // usage number because when we unroll, loop-invariant values do not take
5259   // more register.
5260   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
5261   DFS.perform(LI);
5262
5263   RegisterUsage R;
5264   R.NumInstructions = 0;
5265
5266   // Each 'key' in the map opens a new interval. The values
5267   // of the map are the index of the 'last seen' usage of the
5268   // instruction that is the key.
5269   typedef DenseMap<Instruction*, unsigned> IntervalMap;
5270   // Maps instruction to its index.
5271   DenseMap<unsigned, Instruction*> IdxToInstr;
5272   // Marks the end of each interval.
5273   IntervalMap EndPoint;
5274   // Saves the list of instruction indices that are used in the loop.
5275   SmallSet<Instruction*, 8> Ends;
5276   // Saves the list of values that are used in the loop but are
5277   // defined outside the loop, such as arguments and constants.
5278   SmallPtrSet<Value*, 8> LoopInvariants;
5279
5280   unsigned Index = 0;
5281   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
5282        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb) {
5283     R.NumInstructions += (*bb)->size();
5284     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
5285          ++it) {
5286       Instruction *I = it;
5287       IdxToInstr[Index++] = I;
5288
5289       // Save the end location of each USE.
5290       for (unsigned i = 0; i < I->getNumOperands(); ++i) {
5291         Value *U = I->getOperand(i);
5292         Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(U);
5293
5294         // Ignore non-instruction values such as arguments, constants, etc.
5295         if (!Instr) continue;
5296
5297         // If this instruction is outside the loop then record it and continue.
5298         if (!TheLoop->contains(Instr)) {
5299           LoopInvariants.insert(Instr);
5300           continue;
5301         }
5302
5303         // Overwrite previous end points.
5304         EndPoint[Instr] = Index;
5305         Ends.insert(Instr);
5306       }
5307     }
5308   }
5309
5310   // Saves the list of intervals that end with the index in 'key'.
5311   typedef SmallVector<Instruction*, 2> InstrList;
5312   DenseMap<unsigned, InstrList> TransposeEnds;
5313
5314   // Transpose the EndPoints to a list of values that end at each index.
5315   for (IntervalMap::iterator it = EndPoint.begin(), e = EndPoint.end();
5316        it != e; ++it)
5317     TransposeEnds[it->second].push_back(it->first);
5318
5319   SmallSet<Instruction*, 8> OpenIntervals;
5320   unsigned MaxUsage = 0;
5321
5322
5323   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Calculating max register usage:\n");
5324   for (unsigned int i = 0; i < Index; ++i) {
5325     Instruction *I = IdxToInstr[i];
5326     // Ignore instructions that are never used within the loop.
5327     if (!Ends.count(I)) continue;
5328
5329     // Remove all of the instructions that end at this location.
5330     InstrList &List = TransposeEnds[i];
5331     for (unsigned int j=0, e = List.size(); j < e; ++j)
5332       OpenIntervals.erase(List[j]);
5333
5334     // Count the number of live interals.
5335     MaxUsage = std::max(MaxUsage, OpenIntervals.size());
5336
5337     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): At #" << i << " Interval # " <<
5338           OpenIntervals.size() << '\n');
5339
5340     // Add the current instruction to the list of open intervals.
5341     OpenIntervals.insert(I);
5342   }
5343
5344   unsigned Invariant = LoopInvariants.size();
5345   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found max usage: " << MaxUsage << '\n');
5346   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found invariant usage: " << Invariant << '\n');
5347   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): LoopSize: " << R.NumInstructions << '\n');
5348
5349   R.LoopInvariantRegs = Invariant;
5350   R.MaxLocalUsers = MaxUsage;
5351   return R;
5352 }
5353
5354 unsigned LoopVectorizationCostModel::expectedCost(unsigned VF) {
5355   unsigned Cost = 0;
5356
5357   // For each block.
5358   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
5359        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
5360     unsigned BlockCost = 0;
5361     BasicBlock *BB = *bb;
5362
5363     // For each instruction in the old loop.
5364     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
5365       // Skip dbg intrinsics.
5366       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
5367         continue;
5368
5369       unsigned C = getInstructionCost(it, VF);
5370
5371       // Check if we should override the cost.
5372       if (ForceTargetInstructionCost.getNumOccurrences() > 0)
5373         C = ForceTargetInstructionCost;
5374
5375       BlockCost += C;
5376       DEBUG(dbgs() << "LV: Found an estimated cost of " << C << " for VF " <<
5377             VF << " For instruction: " << *it << '\n');
5378     }
5379
5380     // We assume that if-converted blocks have a 50% chance of being executed.
5381     // When the code is scalar then some of the blocks are avoided due to CF.
5382     // When the code is vectorized we execute all code paths.
5383     if (VF == 1 && Legal->blockNeedsPredication(*bb))
5384       BlockCost /= 2;
5385
5386     Cost += BlockCost;
5387   }
5388
5389   return Cost;
5390 }
5391
5392 /// \brief Check whether the address computation for a non-consecutive memory
5393 /// access looks like an unlikely candidate for being merged into the indexing
5394 /// mode.
5395 ///
5396 /// We look for a GEP which has one index that is an induction variable and all
5397 /// other indices are loop invariant. If the stride of this access is also
5398 /// within a small bound we decide that this address computation can likely be
5399 /// merged into the addressing mode.
5400 /// In all other cases, we identify the address computation as complex.
5401 static bool isLikelyComplexAddressComputation(Value *Ptr,
5402                                               LoopVectorizationLegality *Legal,
5403                                               ScalarEvolution *SE,
5404                                               const Loop *TheLoop) {
5405   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
5406   if (!Gep)
5407     return true;
5408
5409   // We are looking for a gep with all loop invariant indices except for one
5410   // which should be an induction variable.
5411   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
5412   for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i) {
5413     Value *Opd = Gep->getOperand(i);
5414     if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Opd), TheLoop) &&
5415         !Legal->isInductionVariable(Opd))
5416       return true;
5417   }
5418
5419   // Now we know we have a GEP ptr, %inv, %ind, %inv. Make sure that the step
5420   // can likely be merged into the address computation.
5421   unsigned MaxMergeDistance = 64;
5422
5423   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(Ptr));
5424   if (!AddRec)
5425     return true;
5426
5427   // Check the step is constant.
5428   const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*SE);
5429   // Calculate the pointer stride and check if it is consecutive.
5430   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
5431   if (!C)
5432     return true;
5433
5434   const APInt &APStepVal = C->getValue()->getValue();
5435
5436   // Huge step value - give up.
5437   if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
5438     return true;
5439
5440   int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
5441
5442   return StepVal > MaxMergeDistance;
5443 }
5444
5445 static bool isStrideMul(Instruction *I, LoopVectorizationLegality *Legal) {
5446   if (Legal->hasStride(I->getOperand(0)) || Legal->hasStride(I->getOperand(1)))
5447     return true;
5448   return false;
5449 }
5450
5451 unsigned
5452 LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF) {
5453   // If we know that this instruction will remain uniform, check the cost of
5454   // the scalar version.
5455   if (Legal->isUniformAfterVectorization(I))
5456     VF = 1;
5457
5458   Type *RetTy = I->getType();
5459   Type *VectorTy = ToVectorTy(RetTy, VF);
5460
5461   // TODO: We need to estimate the cost of intrinsic calls.
5462   switch (I->getOpcode()) {
5463   case Instruction::GetElementPtr:
5464     // We mark this instruction as zero-cost because the cost of GEPs in
5465     // vectorized code depends on whether the corresponding memory instruction
5466     // is scalarized or not. Therefore, we handle GEPs with the memory
5467     // instruction cost.
5468     return 0;
5469   case Instruction::Br: {
5470     return TTI.getCFInstrCost(I->getOpcode());
5471   }
5472   case Instruction::PHI:
5473     //TODO: IF-converted IFs become selects.
5474     return 0;
5475   case Instruction::Add:
5476   case Instruction::FAdd:
5477   case Instruction::Sub:
5478   case Instruction::FSub:
5479   case Instruction::Mul:
5480   case Instruction::FMul:
5481   case Instruction::UDiv:
5482   case Instruction::SDiv:
5483   case Instruction::FDiv:
5484   case Instruction::URem:
5485   case Instruction::SRem:
5486   case Instruction::FRem:
5487   case Instruction::Shl:
5488   case Instruction::LShr:
5489   case Instruction::AShr:
5490   case Instruction::And:
5491   case Instruction::Or:
5492   case Instruction::Xor: {
5493     // Since we will replace the stride by 1 the multiplication should go away.
5494     if (I->getOpcode() == Instruction::Mul && isStrideMul(I, Legal))
5495       return 0;
5496     // Certain instructions can be cheaper to vectorize if they have a constant
5497     // second vector operand. One example of this are shifts on x86.
5498     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
5499       TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5500     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
5501       TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5502     Value *Op2 = I->getOperand(1);
5503
5504     // Check for a splat of a constant or for a non uniform vector of constants.
5505     if (isa<ConstantInt>(Op2))
5506       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
5507     else if (isa<ConstantVector>(Op2) || isa<ConstantDataVector>(Op2)) {
5508       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_NonUniformConstantValue;
5509       if (cast<Constant>(Op2)->getSplatValue() != NULL)
5510         Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
5511     }
5512
5513     return TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, Op1VK, Op2VK);
5514   }
5515   case Instruction::Select: {
5516     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
5517     const SCEV *CondSCEV = SE->getSCEV(SI->getCondition());
5518     bool ScalarCond = (SE->isLoopInvariant(CondSCEV, TheLoop));
5519     Type *CondTy = SI->getCondition()->getType();
5520     if (!ScalarCond)
5521       CondTy = VectorType::get(CondTy, VF);
5522
5523     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, CondTy);
5524   }
5525   case Instruction::ICmp:
5526   case Instruction::FCmp: {
5527     Type *ValTy = I->getOperand(0)->getType();
5528     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
5529     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy);
5530   }
5531   case Instruction::Store:
5532   case Instruction::Load: {
5533     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
5534     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
5535     Type *ValTy = (SI ? SI->getValueOperand()->getType() :
5536                    LI->getType());
5537     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
5538
5539     unsigned Alignment = SI ? SI->getAlignment() : LI->getAlignment();
5540     unsigned AS = SI ? SI->getPointerAddressSpace() :
5541       LI->getPointerAddressSpace();
5542     Value *Ptr = SI ? SI->getPointerOperand() : LI->getPointerOperand();
5543     // We add the cost of address computation here instead of with the gep
5544     // instruction because only here we know whether the operation is
5545     // scalarized.
5546     if (VF == 1)
5547       return TTI.getAddressComputationCost(VectorTy) +
5548         TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
5549
5550     // Scalarized loads/stores.
5551     int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
5552     bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
5553     unsigned ScalarAllocatedSize = DL->getTypeAllocSize(ValTy);
5554     unsigned VectorElementSize = DL->getTypeStoreSize(VectorTy)/VF;
5555     if (!ConsecutiveStride || ScalarAllocatedSize != VectorElementSize) {
5556       bool IsComplexComputation =
5557         isLikelyComplexAddressComputation(Ptr, Legal, SE, TheLoop);
5558       unsigned Cost = 0;
5559       // The cost of extracting from the value vector and pointer vector.
5560       Type *PtrTy = ToVectorTy(Ptr->getType(), VF);
5561       for (unsigned i = 0; i < VF; ++i) {
5562         //  The cost of extracting the pointer operand.
5563         Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, PtrTy, i);
5564         // In case of STORE, the cost of ExtractElement from the vector.
5565         // In case of LOAD, the cost of InsertElement into the returned
5566         // vector.
5567         Cost += TTI.getVectorInstrCost(SI ? Instruction::ExtractElement :
5568                                             Instruction::InsertElement,
5569                                             VectorTy, i);
5570       }
5571
5572       // The cost of the scalar loads/stores.
5573       Cost += VF * TTI.getAddressComputationCost(PtrTy, IsComplexComputation);
5574       Cost += VF * TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy->getScalarType(),
5575                                        Alignment, AS);
5576       return Cost;
5577     }
5578
5579     // Wide load/stores.
5580     unsigned Cost = TTI.getAddressComputationCost(VectorTy);
5581     Cost += TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
5582
5583     if (Reverse)
5584       Cost += TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse,
5585                                   VectorTy, 0);
5586     return Cost;
5587   }
5588   case Instruction::ZExt:
5589   case Instruction::SExt:
5590   case Instruction::FPToUI:
5591   case Instruction::FPToSI:
5592   case Instruction::FPExt:
5593   case Instruction::PtrToInt:
5594   case Instruction::IntToPtr:
5595   case Instruction::SIToFP:
5596   case Instruction::UIToFP:
5597   case Instruction::Trunc:
5598   case Instruction::FPTrunc:
5599   case Instruction::BitCast: {
5600     // We optimize the truncation of induction variable.
5601     // The cost of these is the same as the scalar operation.
5602     if (I->getOpcode() == Instruction::Trunc &&
5603         Legal->isInductionVariable(I->getOperand(0)))
5604       return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), I->getType(),
5605                                   I->getOperand(0)->getType());
5606
5607     Type *SrcVecTy = ToVectorTy(I->getOperand(0)->getType(), VF);
5608     return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, SrcVecTy);
5609   }
5610   case Instruction::Call: {
5611     CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
5612     Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
5613     assert(ID && "Not an intrinsic call!");
5614     Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
5615     SmallVector<Type*, 4> Tys;
5616     for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i)
5617       Tys.push_back(ToVectorTy(CI->getArgOperand(i)->getType(), VF));
5618     return TTI.getIntrinsicInstrCost(ID, RetTy, Tys);
5619   }
5620   default: {
5621     // We are scalarizing the instruction. Return the cost of the scalar
5622     // instruction, plus the cost of insert and extract into vector
5623     // elements, times the vector width.
5624     unsigned Cost = 0;
5625
5626     if (!RetTy->isVoidTy() && VF != 1) {
5627       unsigned InsCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement,
5628                                                 VectorTy);
5629       unsigned ExtCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement,
5630                                                 VectorTy);
5631
5632       // The cost of inserting the results plus extracting each one of the
5633       // operands.
5634       Cost += VF * (InsCost + ExtCost * I->getNumOperands());
5635     }
5636
5637     // The cost of executing VF copies of the scalar instruction. This opcode
5638     // is unknown. Assume that it is the same as 'mul'.
5639     Cost += VF * TTI.getArithmeticInstrCost(Instruction::Mul, VectorTy);
5640     return Cost;
5641   }
5642   }// end of switch.
5643 }
5644
5645 Type* LoopVectorizationCostModel::ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF) {
5646   if (Scalar->isVoidTy() || VF == 1)
5647     return Scalar;
5648   return VectorType::get(Scalar, VF);
5649 }
5650
5651 char LoopVectorize::ID = 0;
5652 static const char lv_name[] = "Loop Vectorization";
5653 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
5654 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(TargetTransformInfo)
5655 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BlockFrequencyInfo)
5656 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
5657 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
5658 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
5659 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
5660 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
5661 INITIALIZE_PASS_END(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
5662
5663 namespace llvm {
5664   Pass *createLoopVectorizePass(bool NoUnrolling, bool AlwaysVectorize) {
5665     return new LoopVectorize(NoUnrolling, AlwaysVectorize);
5666   }
5667 }
5668
5669 bool LoopVectorizationCostModel::isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *Inst) {
5670   // Check for a store.
5671   if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
5672     return Legal->isConsecutivePtr(ST->getPointerOperand()) != 0;
5673
5674   // Check for a load.
5675   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
5676     return Legal->isConsecutivePtr(LI->getPointerOperand()) != 0;
5677
5678   return false;
5679 }
5680
5681
5682 void InnerLoopUnroller::scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
5683                                              bool IfPredicateStore) {
5684   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
5685   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
5686   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
5687
5688   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
5689
5690   // Find all of the vectorized parameters.
5691   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
5692     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
5693
5694     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
5695     if (SrcOp == OldInduction) {
5696       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
5697       continue;
5698     }
5699
5700     // Try using previously calculated values.
5701     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
5702
5703     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block
5704     // then it should already be vectorized.
5705     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
5706       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
5707       // The parameter is a vector value from earlier.
5708       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
5709     } else {
5710       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
5711       VectorParts Scalars;
5712       Scalars.append(UF, SrcOp);
5713       Params.push_back(Scalars);
5714     }
5715   }
5716
5717   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
5718          "Invalid number of operands");
5719
5720   // Does this instruction return a value ?
5721   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
5722
5723   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? 0 :
5724   UndefValue::get(Instr->getType());
5725   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
5726   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
5727
5728   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
5729   BasicBlock *IfBlock = Builder.GetInsertBlock();
5730   BasicBlock *CondBlock = 0;
5731
5732   VectorParts Cond;
5733   Loop *VectorLp = 0;
5734   if (IfPredicateStore) {
5735     assert(Instr->getParent()->getSinglePredecessor() &&
5736            "Only support single predecessor blocks");
5737     Cond = createEdgeMask(Instr->getParent()->getSinglePredecessor(),
5738                           Instr->getParent());
5739     VectorLp = LI->getLoopFor(IfBlock);
5740     assert(VectorLp && "Must have a loop for this block");
5741   }
5742
5743   // For each vector unroll 'part':
5744   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
5745     // For each scalar that we create:
5746
5747     // Start an "if (pred) a[i] = ..." block.
5748     Value *Cmp = 0;
5749     if (IfPredicateStore) {
5750       if (Cond[Part]->getType()->isVectorTy())
5751         Cond[Part] =
5752             Builder.CreateExtractElement(Cond[Part], Builder.getInt32(0));
5753       Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cond[Part],
5754                                ConstantInt::get(Cond[Part]->getType(), 1));
5755       CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.store");
5756       LoopVectorBody.push_back(CondBlock);
5757       VectorLp->addBasicBlockToLoop(CondBlock, LI->getBase());
5758       // Update Builder with newly created basic block.
5759       Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
5760     }
5761
5762     Instruction *Cloned = Instr->clone();
5763       if (!IsVoidRetTy)
5764         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
5765       // Replace the operands of the cloned instructions with extracted scalars.
5766       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
5767         Value *Op = Params[op][Part];
5768         Cloned->setOperand(op, Op);
5769       }
5770
5771       // Place the cloned scalar in the new loop.
5772       Builder.Insert(Cloned);
5773
5774       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
5775       // so that future users will be able to use it.
5776       if (!IsVoidRetTy)
5777         VecResults[Part] = Cloned;
5778
5779     // End if-block.
5780       if (IfPredicateStore) {
5781         BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
5782         LoopVectorBody.push_back(NewIfBlock);
5783         VectorLp->addBasicBlockToLoop(NewIfBlock, LI->getBase());
5784         Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
5785         Instruction *OldBr = IfBlock->getTerminator();
5786         BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp, OldBr);
5787         OldBr->eraseFromParent();
5788         IfBlock = NewIfBlock;
5789       }
5790   }
5791 }
5792
5793 void InnerLoopUnroller::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
5794   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
5795   bool IfPredicateStore = (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()));
5796
5797   return scalarizeInstruction(Instr, IfPredicateStore);
5798 }
5799
5800 Value *InnerLoopUnroller::reverseVector(Value *Vec) {
5801   return Vec;
5802 }
5803
5804 Value *InnerLoopUnroller::getBroadcastInstrs(Value *V) {
5805   return V;
5806 }
5807
5808 Value *InnerLoopUnroller::getConsecutiveVector(Value* Val, int StartIdx,
5809                                                bool Negate) {
5810   // When unrolling and the VF is 1, we only need to add a simple scalar.
5811   Type *ITy = Val->getType();
5812   assert(!ITy->isVectorTy() && "Val must be a scalar");
5813   Constant *C = ConstantInt::get(ITy, StartIdx, Negate);
5814   return Builder.CreateAdd(Val, C, "induction");
5815 }
5816