LoopVectorize: Don't hang forever if a PHI only has skipped PHI uses.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Vectorize / LoopVectorize.cpp
1 //===- LoopVectorize.cpp - A Loop Vectorizer ------------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This is the LLVM loop vectorizer. This pass modifies 'vectorizable' loops
11 // and generates target-independent LLVM-IR. Legalization of the IR is done
12 // in the codegen. However, the vectorizer uses (will use) the codegen
13 // interfaces to generate IR that is likely to result in an optimal binary.
14 //
15 // The loop vectorizer combines consecutive loop 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/MapVector.h"
51 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
52 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
53 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
54 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
55 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
56 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
57 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
58 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
59 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
60 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
61 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
62 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
63 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
64 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
65 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
66 #include "llvm/Analysis/Verifier.h"
67 #include "llvm/IR/Constants.h"
68 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
69 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
70 #include "llvm/IR/Function.h"
71 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
72 #include "llvm/IR/Instructions.h"
73 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
74 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
75 #include "llvm/IR/Module.h"
76 #include "llvm/IR/Type.h"
77 #include "llvm/IR/Value.h"
78 #include "llvm/Pass.h"
79 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
80 #include "llvm/Support/Debug.h"
81 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
82 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
83 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
84 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
85 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
86 #include <algorithm>
87 #include <map>
88
89 using namespace llvm;
90
91 static cl::opt<unsigned>
92 VectorizationFactor("force-vector-width", cl::init(0), cl::Hidden,
93                     cl::desc("Sets the SIMD width. Zero is autoselect."));
94
95 static cl::opt<unsigned>
96 VectorizationUnroll("force-vector-unroll", cl::init(0), cl::Hidden,
97                     cl::desc("Sets the vectorization unroll count. "
98                              "Zero is autoselect."));
99
100 static cl::opt<bool>
101 EnableIfConversion("enable-if-conversion", cl::init(true), cl::Hidden,
102                    cl::desc("Enable if-conversion during vectorization."));
103
104 /// We don't vectorize loops with a known constant trip count below this number.
105 static cl::opt<unsigned>
106 TinyTripCountVectorThreshold("vectorizer-min-trip-count", cl::init(16),
107                              cl::Hidden,
108                              cl::desc("Don't vectorize loops with a constant "
109                                       "trip count that is smaller than this "
110                                       "value."));
111
112 /// We don't unroll loops with a known constant trip count below this number.
113 static const unsigned TinyTripCountUnrollThreshold = 128;
114
115 /// When performing a runtime memory check, do not check more than this
116 /// number of pointers. Notice that the check is quadratic!
117 static const unsigned RuntimeMemoryCheckThreshold = 4;
118
119 namespace {
120
121 // Forward declarations.
122 class LoopVectorizationLegality;
123 class LoopVectorizationCostModel;
124
125 /// InnerLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
126 /// block to a specified vectorization factor (VF).
127 /// This class performs the widening of scalars into vectors, or multiple
128 /// scalars. This class also implements the following features:
129 /// * It inserts an epilogue loop for handling loops that don't have iteration
130 ///   counts that are known to be a multiple of the vectorization factor.
131 /// * It handles the code generation for reduction variables.
132 /// * Scalarization (implementation using scalars) of un-vectorizable
133 ///   instructions.
134 /// InnerLoopVectorizer does not perform any vectorization-legality
135 /// checks, and relies on the caller to check for the different legality
136 /// aspects. The InnerLoopVectorizer relies on the
137 /// LoopVectorizationLegality class to provide information about the induction
138 /// and reduction variables that were found to a given vectorization factor.
139 class InnerLoopVectorizer {
140 public:
141   InnerLoopVectorizer(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
142                       DominatorTree *DT, DataLayout *DL,
143                       const TargetLibraryInfo *TLI, unsigned VecWidth,
144                       unsigned UnrollFactor)
145       : OrigLoop(OrigLoop), SE(SE), LI(LI), DT(DT), DL(DL), TLI(TLI),
146         VF(VecWidth), UF(UnrollFactor), Builder(SE->getContext()), Induction(0),
147         OldInduction(0), WidenMap(UnrollFactor) {}
148
149   // Perform the actual loop widening (vectorization).
150   void vectorize(LoopVectorizationLegality *Legal) {
151     // Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
152     createEmptyLoop(Legal);
153     // Widen each instruction in the old loop to a new one in the new loop.
154     // Use the Legality module to find the induction and reduction variables.
155     vectorizeLoop(Legal);
156     // Register the new loop and update the analysis passes.
157     updateAnalysis();
158   }
159
160 private:
161   /// A small list of PHINodes.
162   typedef SmallVector<PHINode*, 4> PhiVector;
163   /// When we unroll loops we have multiple vector values for each scalar.
164   /// This data structure holds the unrolled and vectorized values that
165   /// originated from one scalar instruction.
166   typedef SmallVector<Value*, 2> VectorParts;
167
168   /// Add code that checks at runtime if the accessed arrays overlap.
169   /// Returns the comparator value or NULL if no check is needed.
170   Instruction *addRuntimeCheck(LoopVectorizationLegality *Legal,
171                                Instruction *Loc);
172   /// Create an empty loop, based on the loop ranges of the old loop.
173   void createEmptyLoop(LoopVectorizationLegality *Legal);
174   /// Copy and widen the instructions from the old loop.
175   void vectorizeLoop(LoopVectorizationLegality *Legal);
176
177   /// A helper function that computes the predicate of the block BB, assuming
178   /// that the header block of the loop is set to True. It returns the *entry*
179   /// mask for the block BB.
180   VectorParts createBlockInMask(BasicBlock *BB);
181   /// A helper function that computes the predicate of the edge between SRC
182   /// and DST.
183   VectorParts createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst);
184
185   /// A helper function to vectorize a single BB within the innermost loop.
186   void vectorizeBlockInLoop(LoopVectorizationLegality *Legal, BasicBlock *BB,
187                             PhiVector *PV);
188
189   /// Insert the new loop to the loop hierarchy and pass manager
190   /// and update the analysis passes.
191   void updateAnalysis();
192
193   /// This instruction is un-vectorizable. Implement it as a sequence
194   /// of scalars.
195   void scalarizeInstruction(Instruction *Instr);
196
197   /// Vectorize Load and Store instructions,
198   void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr,
199                                   LoopVectorizationLegality *Legal);
200
201   /// Create a broadcast instruction. This method generates a broadcast
202   /// instruction (shuffle) for loop invariant values and for the induction
203   /// value. If this is the induction variable then we extend it to N, N+1, ...
204   /// this is needed because each iteration in the loop corresponds to a SIMD
205   /// element.
206   Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
207
208   /// This function adds 0, 1, 2 ... to each vector element, starting at zero.
209   /// If Negate is set then negative numbers are added e.g. (0, -1, -2, ...).
210   /// The sequence starts at StartIndex.
211   Value *getConsecutiveVector(Value* Val, unsigned StartIdx, bool Negate);
212
213   /// When we go over instructions in the basic block we rely on previous
214   /// values within the current basic block or on loop invariant values.
215   /// When we widen (vectorize) values we place them in the map. If the values
216   /// are not within the map, they have to be loop invariant, so we simply
217   /// broadcast them into a vector.
218   VectorParts &getVectorValue(Value *V);
219
220   /// Generate a shuffle sequence that will reverse the vector Vec.
221   Value *reverseVector(Value *Vec);
222
223   /// This is a helper class that holds the vectorizer state. It maps scalar
224   /// instructions to vector instructions. When the code is 'unrolled' then
225   /// then a single scalar value is mapped to multiple vector parts. The parts
226   /// are stored in the VectorPart type.
227   struct ValueMap {
228     /// C'tor.  UnrollFactor controls the number of vectors ('parts') that
229     /// are mapped.
230     ValueMap(unsigned UnrollFactor) : UF(UnrollFactor) {}
231
232     /// \return True if 'Key' is saved in the Value Map.
233     bool has(Value *Key) const { return MapStorage.count(Key); }
234
235     /// Initializes a new entry in the map. Sets all of the vector parts to the
236     /// save value in 'Val'.
237     /// \return A reference to a vector with splat values.
238     VectorParts &splat(Value *Key, Value *Val) {
239       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
240       Entry.assign(UF, Val);
241       return Entry;
242     }
243
244     ///\return A reference to the value that is stored at 'Key'.
245     VectorParts &get(Value *Key) {
246       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
247       if (Entry.empty())
248         Entry.resize(UF);
249       assert(Entry.size() == UF);
250       return Entry;
251     }
252
253   private:
254     /// The unroll factor. Each entry in the map stores this number of vector
255     /// elements.
256     unsigned UF;
257
258     /// Map storage. We use std::map and not DenseMap because insertions to a
259     /// dense map invalidates its iterators.
260     std::map<Value *, VectorParts> MapStorage;
261   };
262
263   /// The original loop.
264   Loop *OrigLoop;
265   /// Scev analysis to use.
266   ScalarEvolution *SE;
267   /// Loop Info.
268   LoopInfo *LI;
269   /// Dominator Tree.
270   DominatorTree *DT;
271   /// Data Layout.
272   DataLayout *DL;
273   /// Target Library Info.
274   const TargetLibraryInfo *TLI;
275
276   /// The vectorization SIMD factor to use. Each vector will have this many
277   /// vector elements.
278   unsigned VF;
279   /// The vectorization unroll factor to use. Each scalar is vectorized to this
280   /// many different vector instructions.
281   unsigned UF;
282
283   /// The builder that we use
284   IRBuilder<> Builder;
285
286   // --- Vectorization state ---
287
288   /// The vector-loop preheader.
289   BasicBlock *LoopVectorPreHeader;
290   /// The scalar-loop preheader.
291   BasicBlock *LoopScalarPreHeader;
292   /// Middle Block between the vector and the scalar.
293   BasicBlock *LoopMiddleBlock;
294   ///The ExitBlock of the scalar loop.
295   BasicBlock *LoopExitBlock;
296   ///The vector loop body.
297   BasicBlock *LoopVectorBody;
298   ///The scalar loop body.
299   BasicBlock *LoopScalarBody;
300   /// A list of all bypass blocks. The first block is the entry of the loop.
301   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopBypassBlocks;
302
303   /// The new Induction variable which was added to the new block.
304   PHINode *Induction;
305   /// The induction variable of the old basic block.
306   PHINode *OldInduction;
307   /// Maps scalars to widened vectors.
308   ValueMap WidenMap;
309 };
310
311 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
312 /// to what vectorization factor.
313 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
314 /// legality. This class has two main kinds of checks:
315 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
316 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
317 ///   correctness of the program.
318 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeInstrs and canVectorizeMemory
319 /// checks for a number of different conditions, such as the availability of a
320 /// single induction variable, that all types are supported and vectorize-able,
321 /// etc. This code reflects the capabilities of InnerLoopVectorizer.
322 /// This class is also used by InnerLoopVectorizer for identifying
323 /// induction variable and the different reduction variables.
324 class LoopVectorizationLegality {
325 public:
326   LoopVectorizationLegality(Loop *L, ScalarEvolution *SE, DataLayout *DL,
327                             DominatorTree *DT, TargetTransformInfo* TTI,
328                             AliasAnalysis *AA, TargetLibraryInfo *TLI)
329       : TheLoop(L), SE(SE), DL(DL), DT(DT), TTI(TTI), AA(AA), TLI(TLI),
330         Induction(0) {}
331
332   /// This enum represents the kinds of reductions that we support.
333   enum ReductionKind {
334     RK_NoReduction, ///< Not a reduction.
335     RK_IntegerAdd,  ///< Sum of integers.
336     RK_IntegerMult, ///< Product of integers.
337     RK_IntegerOr,   ///< Bitwise or logical OR of numbers.
338     RK_IntegerAnd,  ///< Bitwise or logical AND of numbers.
339     RK_IntegerXor,  ///< Bitwise or logical XOR of numbers.
340     RK_FloatAdd,    ///< Sum of floats.
341     RK_FloatMult    ///< Product of floats.
342   };
343
344   /// This enum represents the kinds of inductions that we support.
345   enum InductionKind {
346     IK_NoInduction,         ///< Not an induction variable.
347     IK_IntInduction,        ///< Integer induction variable. Step = 1.
348     IK_ReverseIntInduction, ///< Reverse int induction variable. Step = -1.
349     IK_PtrInduction,        ///< Pointer induction var. Step = sizeof(elem).
350     IK_ReversePtrInduction  ///< Reverse ptr indvar. Step = - sizeof(elem).
351   };
352
353   /// This POD struct holds information about reduction variables.
354   struct ReductionDescriptor {
355     ReductionDescriptor() : StartValue(0), LoopExitInstr(0),
356       Kind(RK_NoReduction) {}
357
358     ReductionDescriptor(Value *Start, Instruction *Exit, ReductionKind K)
359         : StartValue(Start), LoopExitInstr(Exit), Kind(K) {}
360
361     // The starting value of the reduction.
362     // It does not have to be zero!
363     Value *StartValue;
364     // The instruction who's value is used outside the loop.
365     Instruction *LoopExitInstr;
366     // The kind of the reduction.
367     ReductionKind Kind;
368   };
369
370   // This POD struct holds information about the memory runtime legality
371   // check that a group of pointers do not overlap.
372   struct RuntimePointerCheck {
373     RuntimePointerCheck() : Need(false) {}
374
375     /// Reset the state of the pointer runtime information.
376     void reset() {
377       Need = false;
378       Pointers.clear();
379       Starts.clear();
380       Ends.clear();
381     }
382
383     /// Insert a pointer and calculate the start and end SCEVs.
384     void insert(ScalarEvolution *SE, Loop *Lp, Value *Ptr);
385
386     /// This flag indicates if we need to add the runtime check.
387     bool Need;
388     /// Holds the pointers that we need to check.
389     SmallVector<Value*, 2> Pointers;
390     /// Holds the pointer value at the beginning of the loop.
391     SmallVector<const SCEV*, 2> Starts;
392     /// Holds the pointer value at the end of the loop.
393     SmallVector<const SCEV*, 2> Ends;
394   };
395
396   /// A POD for saving information about induction variables.
397   struct InductionInfo {
398     InductionInfo(Value *Start, InductionKind K) : StartValue(Start), IK(K) {}
399     InductionInfo() : StartValue(0), IK(IK_NoInduction) {}
400     /// Start value.
401     Value *StartValue;
402     /// Induction kind.
403     InductionKind IK;
404   };
405
406   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
407   /// of the reductions that were found in the loop.
408   typedef DenseMap<PHINode*, ReductionDescriptor> ReductionList;
409
410   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
411   /// induction descriptor.
412   typedef MapVector<PHINode*, InductionInfo> InductionList;
413
414   /// Alias(Multi)Map stores the values (GEPs or underlying objects and their
415   /// respective Store/Load instruction(s) to calculate aliasing.
416   typedef DenseMap<Value*, Instruction* > AliasMap;
417   typedef DenseMap<Value*, std::vector<Instruction*> > AliasMultiMap;
418
419   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
420   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
421   /// loop, only that it is legal to do so.
422   bool canVectorize();
423
424   /// Returns the Induction variable.
425   PHINode *getInduction() { return Induction; }
426
427   /// Returns the reduction variables found in the loop.
428   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
429
430   /// Returns the induction variables found in the loop.
431   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
432
433   /// Returns True if V is an induction variable in this loop.
434   bool isInductionVariable(const Value *V);
435
436   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
437   /// to be vectorized.
438   bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB);
439
440   /// Check if this  pointer is consecutive when vectorizing. This happens
441   /// when the last index of the GEP is the induction variable, or that the
442   /// pointer itself is an induction variable.
443   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
444   /// Returns:
445   /// 0 - Stride is unknown or non consecutive.
446   /// 1 - Address is consecutive.
447   /// -1 - Address is consecutive, and decreasing.
448   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
449
450   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
451   bool isUniform(Value *V);
452
453   /// Returns true if this instruction will remain scalar after vectorization.
454   bool isUniformAfterVectorization(Instruction* I) { return Uniforms.count(I); }
455
456   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
457   RuntimePointerCheck *getRuntimePointerCheck() { return &PtrRtCheck; }
458 private:
459   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
460   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
461   /// and we only need to check individual instructions.
462   bool canVectorizeInstrs();
463
464   /// When we vectorize loops we may change the order in which
465   /// we read and write from memory. This method checks if it is
466   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
467   /// Returns true if the loop is vectorizable
468   bool canVectorizeMemory();
469
470   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
471   /// transformation.
472   bool canVectorizeWithIfConvert();
473
474   /// Collect the variables that need to stay uniform after vectorization.
475   void collectLoopUniforms();
476
477   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
478   /// executed.
479   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB);
480
481   /// Returns True, if 'Phi' is the kind of reduction variable for type
482   /// 'Kind'. If this is a reduction variable, it adds it to ReductionList.
483   bool AddReductionVar(PHINode *Phi, ReductionKind Kind);
484   /// Returns true if the instruction I can be a reduction variable of type
485   /// 'Kind'.
486   bool isReductionInstr(Instruction *I, ReductionKind Kind);
487   /// Returns the induction kind of Phi. This function may return NoInduction
488   /// if the PHI is not an induction variable.
489   InductionKind isInductionVariable(PHINode *Phi);
490   /// Return true if can compute the address bounds of Ptr within the loop.
491   bool hasComputableBounds(Value *Ptr);
492   /// Return true if there is the chance of write reorder.
493   bool hasPossibleGlobalWriteReorder(Value *Object,
494                                      Instruction *Inst,
495                                      AliasMultiMap &WriteObjects,
496                                      unsigned MaxByteWidth);
497   /// Return the AA location for a load or a store.
498   AliasAnalysis::Location getLoadStoreLocation(Instruction *Inst);
499
500
501   /// The loop that we evaluate.
502   Loop *TheLoop;
503   /// Scev analysis.
504   ScalarEvolution *SE;
505   /// DataLayout analysis.
506   DataLayout *DL;
507   /// Dominators.
508   DominatorTree *DT;
509   /// Target Info.
510   TargetTransformInfo *TTI;
511   /// Alias Analysis.
512   AliasAnalysis *AA;
513   /// Target Library Info.
514   TargetLibraryInfo *TLI;
515
516   //  ---  vectorization state --- //
517
518   /// Holds the integer induction variable. This is the counter of the
519   /// loop.
520   PHINode *Induction;
521   /// Holds the reduction variables.
522   ReductionList Reductions;
523   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
524   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
525   /// variables can be pointers.
526   InductionList Inductions;
527
528   /// Allowed outside users. This holds the reduction
529   /// vars which can be accessed from outside the loop.
530   SmallPtrSet<Value*, 4> AllowedExit;
531   /// This set holds the variables which are known to be uniform after
532   /// vectorization.
533   SmallPtrSet<Instruction*, 4> Uniforms;
534   /// We need to check that all of the pointers in this list are disjoint
535   /// at runtime.
536   RuntimePointerCheck PtrRtCheck;
537 };
538
539 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
540 /// vectorization.
541 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because of
542 /// a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict the
543 /// expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set. We use the
544 /// TargetTransformInfo to query the different backends for the cost of
545 /// different operations.
546 class LoopVectorizationCostModel {
547 public:
548   LoopVectorizationCostModel(Loop *L, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
549                              LoopVectorizationLegality *Legal,
550                              const TargetTransformInfo &TTI,
551                              DataLayout *DL, const TargetLibraryInfo *TLI)
552       : TheLoop(L), SE(SE), LI(LI), Legal(Legal), TTI(TTI), DL(DL), TLI(TLI) {}
553
554   /// Information about vectorization costs
555   struct VectorizationFactor {
556     unsigned Width; // Vector width with best cost
557     unsigned Cost; // Cost of the loop with that width
558   };
559   /// \return The most profitable vectorization factor and the cost of that VF.
560   /// This method checks every power of two up to VF. If UserVF is not ZERO
561   /// then this vectorization factor will be selected if vectorization is
562   /// possible.
563   VectorizationFactor selectVectorizationFactor(bool OptForSize,
564                                                 unsigned UserVF);
565
566   /// \return The size (in bits) of the widest type in the code that
567   /// needs to be vectorized. We ignore values that remain scalar such as
568   /// 64 bit loop indices.
569   unsigned getWidestType();
570
571   /// \return The most profitable unroll factor.
572   /// If UserUF is non-zero then this method finds the best unroll-factor
573   /// based on register pressure and other parameters.
574   /// VF and LoopCost are the selected vectorization factor and the cost of the
575   /// selected VF.
576   unsigned selectUnrollFactor(bool OptForSize, unsigned UserUF, unsigned VF,
577                               unsigned LoopCost);
578
579   /// \brief A struct that represents some properties of the register usage
580   /// of a loop.
581   struct RegisterUsage {
582     /// Holds the number of loop invariant values that are used in the loop.
583     unsigned LoopInvariantRegs;
584     /// Holds the maximum number of concurrent live intervals in the loop.
585     unsigned MaxLocalUsers;
586     /// Holds the number of instructions in the loop.
587     unsigned NumInstructions;
588   };
589
590   /// \return  information about the register usage of the loop.
591   RegisterUsage calculateRegisterUsage();
592
593 private:
594   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
595   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
596   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
597   /// the factor width.
598   unsigned expectedCost(unsigned VF);
599
600   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
601   /// width. Vector width of one means scalar.
602   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
603
604   /// A helper function for converting Scalar types to vector types.
605   /// If the incoming type is void, we return void. If the VF is 1, we return
606   /// the scalar type.
607   static Type* ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF);
608
609   /// Returns whether the instruction is a load or store and will be a emitted
610   /// as a vector operation.
611   bool isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *I);
612
613   /// The loop that we evaluate.
614   Loop *TheLoop;
615   /// Scev analysis.
616   ScalarEvolution *SE;
617   /// Loop Info analysis.
618   LoopInfo *LI;
619   /// Vectorization legality.
620   LoopVectorizationLegality *Legal;
621   /// Vector target information.
622   const TargetTransformInfo &TTI;
623   /// Target data layout information.
624   DataLayout *DL;
625   /// Target Library Info.
626   const TargetLibraryInfo *TLI;
627 };
628
629 /// The LoopVectorize Pass.
630 struct LoopVectorize : public LoopPass {
631   /// Pass identification, replacement for typeid
632   static char ID;
633
634   explicit LoopVectorize() : LoopPass(ID) {
635     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
636   }
637
638   ScalarEvolution *SE;
639   DataLayout *DL;
640   LoopInfo *LI;
641   TargetTransformInfo *TTI;
642   DominatorTree *DT;
643   AliasAnalysis *AA;
644   TargetLibraryInfo *TLI;
645
646   virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
647     // We only vectorize innermost loops.
648     if (!L->empty())
649       return false;
650
651     SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
652     DL = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
653     LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
654     TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfo>();
655     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
656     AA = getAnalysisIfAvailable<AliasAnalysis>();
657     TLI = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfo>();
658
659     DEBUG(dbgs() << "LV: Checking a loop in \"" <<
660           L->getHeader()->getParent()->getName() << "\"\n");
661
662     // Check if it is legal to vectorize the loop.
663     LoopVectorizationLegality LVL(L, SE, DL, DT, TTI, AA, TLI);
664     if (!LVL.canVectorize()) {
665       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing.\n");
666       return false;
667     }
668
669     // Use the cost model.
670     LoopVectorizationCostModel CM(L, SE, LI, &LVL, *TTI, DL, TLI);
671
672     // Check the function attributes to find out if this function should be
673     // optimized for size.
674     Function *F = L->getHeader()->getParent();
675     Attribute::AttrKind SzAttr = Attribute::OptimizeForSize;
676     Attribute::AttrKind FlAttr = Attribute::NoImplicitFloat;
677     unsigned FnIndex = AttributeSet::FunctionIndex;
678     bool OptForSize = F->getAttributes().hasAttribute(FnIndex, SzAttr);
679     bool NoFloat = F->getAttributes().hasAttribute(FnIndex, FlAttr);
680
681     if (NoFloat) {
682       DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize when the NoImplicitFloat"
683             "attribute is used.\n");
684       return false;
685     }
686
687     // Select the optimal vectorization factor.
688     LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor VF;
689     VF = CM.selectVectorizationFactor(OptForSize, VectorizationFactor);
690     // Select the unroll factor.
691     unsigned UF = CM.selectUnrollFactor(OptForSize, VectorizationUnroll,
692                                         VF.Width, VF.Cost);
693
694     if (VF.Width == 1) {
695       DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial.\n");
696       return false;
697     }
698
699     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop ("<< VF.Width << ") in "<<
700           F->getParent()->getModuleIdentifier()<<"\n");
701     DEBUG(dbgs() << "LV: Unroll Factor is " << UF << "\n");
702
703     // If we decided that it is *legal* to vectorize the loop then do it.
704     InnerLoopVectorizer LB(L, SE, LI, DT, DL, TLI, VF.Width, UF);
705     LB.vectorize(&LVL);
706
707     DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
708     return true;
709   }
710
711   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
712     LoopPass::getAnalysisUsage(AU);
713     AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
714     AU.addRequiredID(LCSSAID);
715     AU.addRequired<DominatorTree>();
716     AU.addRequired<LoopInfo>();
717     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
718     AU.addRequired<TargetTransformInfo>();
719     AU.addPreserved<LoopInfo>();
720     AU.addPreserved<DominatorTree>();
721   }
722
723 };
724
725 } // end anonymous namespace
726
727 //===----------------------------------------------------------------------===//
728 // Implementation of LoopVectorizationLegality, InnerLoopVectorizer and
729 // LoopVectorizationCostModel.
730 //===----------------------------------------------------------------------===//
731
732 void
733 LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck::insert(ScalarEvolution *SE,
734                                                        Loop *Lp, Value *Ptr) {
735   const SCEV *Sc = SE->getSCEV(Ptr);
736   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Sc);
737   assert(AR && "Invalid addrec expression");
738   const SCEV *Ex = SE->getExitCount(Lp, Lp->getLoopLatch());
739   const SCEV *ScEnd = AR->evaluateAtIteration(Ex, *SE);
740   Pointers.push_back(Ptr);
741   Starts.push_back(AR->getStart());
742   Ends.push_back(ScEnd);
743 }
744
745 Value *InnerLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
746   // Save the current insertion location.
747   Instruction *Loc = Builder.GetInsertPoint();
748
749   // We need to place the broadcast of invariant variables outside the loop.
750   Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(V);
751   bool NewInstr = (Instr && Instr->getParent() == LoopVectorBody);
752   bool Invariant = OrigLoop->isLoopInvariant(V) && !NewInstr;
753
754   // Place the code for broadcasting invariant variables in the new preheader.
755   if (Invariant)
756     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
757
758   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
759   Value *Shuf = Builder.CreateVectorSplat(VF, V, "broadcast");
760
761   // Restore the builder insertion point.
762   if (Invariant)
763     Builder.SetInsertPoint(Loc);
764
765   return Shuf;
766 }
767
768 Value *InnerLoopVectorizer::getConsecutiveVector(Value* Val, unsigned StartIdx,
769                                                  bool Negate) {
770   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
771   assert(Val->getType()->getScalarType()->isIntegerTy() &&
772          "Elem must be an integer");
773   // Create the types.
774   Type *ITy = Val->getType()->getScalarType();
775   VectorType *Ty = cast<VectorType>(Val->getType());
776   int VLen = Ty->getNumElements();
777   SmallVector<Constant*, 8> Indices;
778
779   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
780   for (int i = 0; i < VLen; ++i) {
781     int Idx = Negate ? (-i): i;
782     Indices.push_back(ConstantInt::get(ITy, StartIdx + Idx));
783   }
784
785   // Add the consecutive indices to the vector value.
786   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
787   assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
788   return Builder.CreateAdd(Val, Cv, "induction");
789 }
790
791 int LoopVectorizationLegality::isConsecutivePtr(Value *Ptr) {
792   assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected non ptr");
793   // Make sure that the pointer does not point to structs.
794   if (cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType()->isAggregateType())
795     return 0;
796
797   // If this value is a pointer induction variable we know it is consecutive.
798   PHINode *Phi = dyn_cast_or_null<PHINode>(Ptr);
799   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
800     InductionInfo II = Inductions[Phi];
801     if (IK_PtrInduction == II.IK)
802       return 1;
803     else if (IK_ReversePtrInduction == II.IK)
804       return -1;
805   }
806
807   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast_or_null<GetElementPtrInst>(Ptr);
808   if (!Gep)
809     return 0;
810
811   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
812   Value *LastIndex = Gep->getOperand(NumOperands - 1);
813
814   Value *GpPtr = Gep->getPointerOperand();
815   // If this GEP value is a consecutive pointer induction variable and all of
816   // the indices are constant then we know it is consecutive. We can
817   Phi = dyn_cast<PHINode>(GpPtr);
818   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
819
820     // Make sure that the pointer does not point to structs.
821     PointerType *GepPtrType = cast<PointerType>(GpPtr->getType());
822     if (GepPtrType->getElementType()->isAggregateType())
823       return 0;
824
825     // Make sure that all of the index operands are loop invariant.
826     for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i)
827       if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
828         return 0;
829
830     InductionInfo II = Inductions[Phi];
831     if (IK_PtrInduction == II.IK)
832       return 1;
833     else if (IK_ReversePtrInduction == II.IK)
834       return -1;
835   }
836
837   // Check that all of the gep indices are uniform except for the last.
838   for (unsigned i = 0; i < NumOperands - 1; ++i)
839     if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
840       return 0;
841
842   // We can emit wide load/stores only if the last index is the induction
843   // variable.
844   const SCEV *Last = SE->getSCEV(LastIndex);
845   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Last)) {
846     const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
847
848     // The memory is consecutive because the last index is consecutive
849     // and all other indices are loop invariant.
850     if (Step->isOne())
851       return 1;
852     if (Step->isAllOnesValue())
853       return -1;
854   }
855
856   return 0;
857 }
858
859 bool LoopVectorizationLegality::isUniform(Value *V) {
860   return (SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(V), TheLoop));
861 }
862
863 InnerLoopVectorizer::VectorParts&
864 InnerLoopVectorizer::getVectorValue(Value *V) {
865   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
866   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
867
868   // If we have this scalar in the map, return it.
869   if (WidenMap.has(V))
870     return WidenMap.get(V);
871
872   // If this scalar is unknown, assume that it is a constant or that it is
873   // loop invariant. Broadcast V and save the value for future uses.
874   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
875   return WidenMap.splat(V, B);
876 }
877
878 Value *InnerLoopVectorizer::reverseVector(Value *Vec) {
879   assert(Vec->getType()->isVectorTy() && "Invalid type");
880   SmallVector<Constant*, 8> ShuffleMask;
881   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
882     ShuffleMask.push_back(Builder.getInt32(VF - i - 1));
883
884   return Builder.CreateShuffleVector(Vec, UndefValue::get(Vec->getType()),
885                                      ConstantVector::get(ShuffleMask),
886                                      "reverse");
887 }
888
889
890 void InnerLoopVectorizer::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr,
891                                              LoopVectorizationLegality *Legal) {
892   // Attempt to issue a wide load.
893   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
894   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
895
896   assert((LI || SI) && "Invalid Load/Store instruction");
897
898   Type *ScalarDataTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
899   Type *DataTy = VectorType::get(ScalarDataTy, VF);
900   Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
901   unsigned Alignment = LI ? LI->getAlignment() : SI->getAlignment();
902
903   // If the pointer is loop invariant or if it is non consecutive,
904   // scalarize the load.
905   int Stride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
906   bool Reverse = Stride < 0;
907   bool UniformLoad = LI && Legal->isUniform(Ptr);
908   if (Stride == 0 || UniformLoad)
909     return scalarizeInstruction(Instr);
910
911   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
912   VectorParts &Entry = WidenMap.get(Instr);
913
914   // Handle consecutive loads/stores.
915   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
916   if (Gep && Legal->isInductionVariable(Gep->getPointerOperand())) {
917     Value *PtrOperand = Gep->getPointerOperand();
918     Value *FirstBasePtr = getVectorValue(PtrOperand)[0];
919     FirstBasePtr = Builder.CreateExtractElement(FirstBasePtr, Zero);
920
921     // Create the new GEP with the new induction variable.
922     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
923     Gep2->setOperand(0, FirstBasePtr);
924     Gep2->setName("gep.indvar.base");
925     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
926   } else if (Gep) {
927     assert(SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getPointerOperand()),
928                                OrigLoop) && "Base ptr must be invariant");
929
930     // The last index does not have to be the induction. It can be
931     // consecutive and be a function of the index. For example A[I+1];
932     unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
933
934     Value *LastGepOperand = Gep->getOperand(NumOperands - 1);
935     VectorParts &GEPParts = getVectorValue(LastGepOperand);
936     Value *LastIndex = GEPParts[0];
937     LastIndex = Builder.CreateExtractElement(LastIndex, Zero);
938
939     // Create the new GEP with the new induction variable.
940     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
941     Gep2->setOperand(NumOperands - 1, LastIndex);
942     Gep2->setName("gep.indvar.idx");
943     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
944   } else {
945     // Use the induction element ptr.
946     assert(isa<PHINode>(Ptr) && "Invalid induction ptr");
947     VectorParts &PtrVal = getVectorValue(Ptr);
948     Ptr = Builder.CreateExtractElement(PtrVal[0], Zero);
949   }
950
951   // Handle Stores:
952   if (SI) {
953     assert(!Legal->isUniform(SI->getPointerOperand()) &&
954            "We do not allow storing to uniform addresses");
955
956     VectorParts &StoredVal = getVectorValue(SI->getValueOperand());
957     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
958       // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
959       Value *PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
960
961       if (Reverse) {
962         // If we store to reverse consecutive memory locations then we need
963         // to reverse the order of elements in the stored value.
964         StoredVal[Part] = reverseVector(StoredVal[Part]);
965         // If the address is consecutive but reversed, then the
966         // wide store needs to start at the last vector element.
967         PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
968         PartPtr = Builder.CreateGEP(PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
969       }
970
971       Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr, DataTy->getPointerTo());
972       Builder.CreateStore(StoredVal[Part], VecPtr)->setAlignment(Alignment);
973     }
974   }
975
976   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
977     // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
978     Value *PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
979
980     if (Reverse) {
981       // If the address is consecutive but reversed, then the
982       // wide store needs to start at the last vector element.
983       PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
984       PartPtr = Builder.CreateGEP(PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
985     }
986
987     Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr, DataTy->getPointerTo());
988     Value *LI = Builder.CreateLoad(VecPtr, "wide.load");
989     cast<LoadInst>(LI)->setAlignment(Alignment);
990     Entry[Part] = Reverse ? reverseVector(LI) :  LI;
991   }
992 }
993
994 void InnerLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr) {
995   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
996   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
997   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
998
999   // Find all of the vectorized parameters.
1000   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
1001     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
1002
1003     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
1004     if (SrcOp == OldInduction) {
1005       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
1006       continue;
1007     }
1008
1009     // Try using previously calculated values.
1010     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
1011
1012     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block
1013     // then it should already be vectorized.
1014     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
1015       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
1016       // The parameter is a vector value from earlier.
1017       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
1018     } else {
1019       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
1020       VectorParts Scalars;
1021       Scalars.append(UF, SrcOp);
1022       Params.push_back(Scalars);
1023     }
1024   }
1025
1026   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
1027          "Invalid number of operands");
1028
1029   // Does this instruction return a value ?
1030   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
1031
1032   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? 0 :
1033     UndefValue::get(VectorType::get(Instr->getType(), VF));
1034   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
1035   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
1036
1037   // For each scalar that we create:
1038   for (unsigned Width = 0; Width < VF; ++Width) {
1039     // For each vector unroll 'part':
1040     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
1041       Instruction *Cloned = Instr->clone();
1042       if (!IsVoidRetTy)
1043         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
1044       // Replace the operands of the cloned instrucions with extracted scalars.
1045       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
1046         Value *Op = Params[op][Part];
1047         // Param is a vector. Need to extract the right lane.
1048         if (Op->getType()->isVectorTy())
1049           Op = Builder.CreateExtractElement(Op, Builder.getInt32(Width));
1050         Cloned->setOperand(op, Op);
1051       }
1052
1053       // Place the cloned scalar in the new loop.
1054       Builder.Insert(Cloned);
1055
1056       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
1057       // so that future users will be able to use it.
1058       if (!IsVoidRetTy)
1059         VecResults[Part] = Builder.CreateInsertElement(VecResults[Part], Cloned,
1060                                                        Builder.getInt32(Width));
1061     }
1062   }
1063 }
1064
1065 Instruction *
1066 InnerLoopVectorizer::addRuntimeCheck(LoopVectorizationLegality *Legal,
1067                                      Instruction *Loc) {
1068   LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck *PtrRtCheck =
1069   Legal->getRuntimePointerCheck();
1070
1071   if (!PtrRtCheck->Need)
1072     return NULL;
1073
1074   Instruction *MemoryRuntimeCheck = 0;
1075   unsigned NumPointers = PtrRtCheck->Pointers.size();
1076   SmallVector<Value* , 2> Starts;
1077   SmallVector<Value* , 2> Ends;
1078
1079   SCEVExpander Exp(*SE, "induction");
1080
1081   // Use this type for pointer arithmetic.
1082   Type* PtrArithTy = Type::getInt8PtrTy(Loc->getContext(), 0);
1083
1084   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
1085     Value *Ptr = PtrRtCheck->Pointers[i];
1086     const SCEV *Sc = SE->getSCEV(Ptr);
1087
1088     if (SE->isLoopInvariant(Sc, OrigLoop)) {
1089       DEBUG(dbgs() << "LV: Adding RT check for a loop invariant ptr:" <<
1090             *Ptr <<"\n");
1091       Starts.push_back(Ptr);
1092       Ends.push_back(Ptr);
1093     } else {
1094       DEBUG(dbgs() << "LV: Adding RT check for range:" << *Ptr <<"\n");
1095
1096       Value *Start = Exp.expandCodeFor(PtrRtCheck->Starts[i], PtrArithTy, Loc);
1097       Value *End = Exp.expandCodeFor(PtrRtCheck->Ends[i], PtrArithTy, Loc);
1098       Starts.push_back(Start);
1099       Ends.push_back(End);
1100     }
1101   }
1102
1103   IRBuilder<> ChkBuilder(Loc);
1104
1105   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
1106     for (unsigned j = i+1; j < NumPointers; ++j) {
1107       Value *Start0 = ChkBuilder.CreateBitCast(Starts[i], PtrArithTy, "bc");
1108       Value *Start1 = ChkBuilder.CreateBitCast(Starts[j], PtrArithTy, "bc");
1109       Value *End0 =   ChkBuilder.CreateBitCast(Ends[i],   PtrArithTy, "bc");
1110       Value *End1 =   ChkBuilder.CreateBitCast(Ends[j],   PtrArithTy, "bc");
1111
1112       Value *Cmp0 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start0, End1, "bound0");
1113       Value *Cmp1 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start1, End0, "bound1");
1114       Value *IsConflict = ChkBuilder.CreateAnd(Cmp0, Cmp1, "found.conflict");
1115       if (MemoryRuntimeCheck)
1116         IsConflict = ChkBuilder.CreateOr(MemoryRuntimeCheck, IsConflict,
1117                                          "conflict.rdx");
1118
1119       MemoryRuntimeCheck = cast<Instruction>(IsConflict);
1120     }
1121   }
1122
1123   return MemoryRuntimeCheck;
1124 }
1125
1126 void
1127 InnerLoopVectorizer::createEmptyLoop(LoopVectorizationLegality *Legal) {
1128   /*
1129    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
1130    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
1131    scalar remainder.
1132
1133        [ ] <-- vector loop bypass (may consist of multiple blocks).
1134      /  |
1135     /   v
1136    |   [ ]     <-- vector pre header.
1137    |    |
1138    |    v
1139    |   [  ] \
1140    |   [  ]_|   <-- vector loop.
1141    |    |
1142     \   v
1143       >[ ]   <--- middle-block.
1144      /  |
1145     /   v
1146    |   [ ]     <--- new preheader.
1147    |    |
1148    |    v
1149    |   [ ] \
1150    |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
1151     \   |
1152      \  v
1153       >[ ]     <-- exit block.
1154    ...
1155    */
1156
1157   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
1158   BasicBlock *BypassBlock = OrigLoop->getLoopPreheader();
1159   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
1160   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
1161
1162   // Some loops have a single integer induction variable, while other loops
1163   // don't. One example is c++ iterators that often have multiple pointer
1164   // induction variables. In the code below we also support a case where we
1165   // don't have a single induction variable.
1166   OldInduction = Legal->getInduction();
1167   Type *IdxTy = OldInduction ? OldInduction->getType() :
1168   DL->getIntPtrType(SE->getContext());
1169
1170   // Find the loop boundaries.
1171   const SCEV *ExitCount = SE->getExitCount(OrigLoop, OrigLoop->getLoopLatch());
1172   assert(ExitCount != SE->getCouldNotCompute() && "Invalid loop count");
1173
1174   // Get the total trip count from the count by adding 1.
1175   ExitCount = SE->getAddExpr(ExitCount,
1176                              SE->getConstant(ExitCount->getType(), 1));
1177
1178   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
1179   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
1180   SCEVExpander Exp(*SE, "induction");
1181
1182   // Count holds the overall loop count (N).
1183   Value *Count = Exp.expandCodeFor(ExitCount, ExitCount->getType(),
1184                                    BypassBlock->getTerminator());
1185
1186   // The loop index does not have to start at Zero. Find the original start
1187   // value from the induction PHI node. If we don't have an induction variable
1188   // then we know that it starts at zero.
1189   Value *StartIdx = OldInduction ?
1190   OldInduction->getIncomingValueForBlock(BypassBlock):
1191   ConstantInt::get(IdxTy, 0);
1192
1193   assert(BypassBlock && "Invalid loop structure");
1194   LoopBypassBlocks.push_back(BypassBlock);
1195
1196   // Split the single block loop into the two loop structure described above.
1197   BasicBlock *VectorPH =
1198   BypassBlock->splitBasicBlock(BypassBlock->getTerminator(), "vector.ph");
1199   BasicBlock *VecBody =
1200   VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.body");
1201   BasicBlock *MiddleBlock =
1202   VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(), "middle.block");
1203   BasicBlock *ScalarPH =
1204   MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(), "scalar.ph");
1205
1206   // Use this IR builder to create the loop instructions (Phi, Br, Cmp)
1207   // inside the loop.
1208   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstInsertionPt());
1209
1210   // Generate the induction variable.
1211   Induction = Builder.CreatePHI(IdxTy, 2, "index");
1212   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
1213   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
1214   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF * UF);
1215
1216   // This is the IR builder that we use to add all of the logic for bypassing
1217   // the new vector loop.
1218   IRBuilder<> BypassBuilder(BypassBlock->getTerminator());
1219
1220   // We may need to extend the index in case there is a type mismatch.
1221   // We know that the count starts at zero and does not overflow.
1222   if (Count->getType() != IdxTy) {
1223     // The exit count can be of pointer type. Convert it to the correct
1224     // integer type.
1225     if (ExitCount->getType()->isPointerTy())
1226       Count = BypassBuilder.CreatePointerCast(Count, IdxTy, "ptrcnt.to.int");
1227     else
1228       Count = BypassBuilder.CreateZExtOrTrunc(Count, IdxTy, "cnt.cast");
1229   }
1230
1231   // Add the start index to the loop count to get the new end index.
1232   Value *IdxEnd = BypassBuilder.CreateAdd(Count, StartIdx, "end.idx");
1233
1234   // Now we need to generate the expression for N - (N % VF), which is
1235   // the part that the vectorized body will execute.
1236   Value *R = BypassBuilder.CreateURem(Count, Step, "n.mod.vf");
1237   Value *CountRoundDown = BypassBuilder.CreateSub(Count, R, "n.vec");
1238   Value *IdxEndRoundDown = BypassBuilder.CreateAdd(CountRoundDown, StartIdx,
1239                                                      "end.idx.rnd.down");
1240
1241   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
1242   // jump to the scalar loop.
1243   Value *Cmp = BypassBuilder.CreateICmpEQ(IdxEndRoundDown, StartIdx,
1244                                           "cmp.zero");
1245
1246   BasicBlock *LastBypassBlock = BypassBlock;
1247
1248   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
1249   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
1250   // faster.
1251   Instruction *MemRuntimeCheck = addRuntimeCheck(Legal,
1252                                                  BypassBlock->getTerminator());
1253   if (MemRuntimeCheck) {
1254     // Create a new block containing the memory check.
1255     BasicBlock *CheckBlock = BypassBlock->splitBasicBlock(MemRuntimeCheck,
1256                                                           "vector.memcheck");
1257     LoopBypassBlocks.push_back(CheckBlock);
1258
1259     // Replace the branch into the memory check block with a conditional branch
1260     // for the "few elements case".
1261     Instruction *OldTerm = BypassBlock->getTerminator();
1262     BranchInst::Create(MiddleBlock, CheckBlock, Cmp, OldTerm);
1263     OldTerm->eraseFromParent();
1264
1265     Cmp = MemRuntimeCheck;
1266     LastBypassBlock = CheckBlock;
1267   }
1268
1269   LastBypassBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
1270   BranchInst::Create(MiddleBlock, VectorPH, Cmp,
1271                      LastBypassBlock);
1272
1273   // We are going to resume the execution of the scalar loop.
1274   // Go over all of the induction variables that we found and fix the
1275   // PHIs that are left in the scalar version of the loop.
1276   // The starting values of PHI nodes depend on the counter of the last
1277   // iteration in the vectorized loop.
1278   // If we come from a bypass edge then we need to start from the original
1279   // start value.
1280
1281   // This variable saves the new starting index for the scalar loop.
1282   PHINode *ResumeIndex = 0;
1283   LoopVectorizationLegality::InductionList::iterator I, E;
1284   LoopVectorizationLegality::InductionList *List = Legal->getInductionVars();
1285   for (I = List->begin(), E = List->end(); I != E; ++I) {
1286     PHINode *OrigPhi = I->first;
1287     LoopVectorizationLegality::InductionInfo II = I->second;
1288     PHINode *ResumeVal = PHINode::Create(OrigPhi->getType(), 2, "resume.val",
1289                                          MiddleBlock->getTerminator());
1290     Value *EndValue = 0;
1291     switch (II.IK) {
1292     case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
1293       llvm_unreachable("Unknown induction");
1294     case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
1295       // Handle the integer induction counter:
1296       assert(OrigPhi->getType()->isIntegerTy() && "Invalid type");
1297       assert(OrigPhi == OldInduction && "Unknown integer PHI");
1298       // We know what the end value is.
1299       EndValue = IdxEndRoundDown;
1300       // We also know which PHI node holds it.
1301       ResumeIndex = ResumeVal;
1302       break;
1303     }
1304     case LoopVectorizationLegality::IK_ReverseIntInduction: {
1305       // Convert the CountRoundDown variable to the PHI size.
1306       unsigned CRDSize = CountRoundDown->getType()->getScalarSizeInBits();
1307       unsigned IISize = II.StartValue->getType()->getScalarSizeInBits();
1308       Value *CRD = CountRoundDown;
1309       if (CRDSize > IISize)
1310         CRD = CastInst::Create(Instruction::Trunc, CountRoundDown,
1311                                II.StartValue->getType(), "tr.crd",
1312                                LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
1313       else if (CRDSize < IISize)
1314         CRD = CastInst::Create(Instruction::SExt, CountRoundDown,
1315                                II.StartValue->getType(),
1316                                "sext.crd",
1317                                LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
1318       // Handle reverse integer induction counter:
1319       EndValue =
1320         BinaryOperator::CreateSub(II.StartValue, CRD, "rev.ind.end",
1321                                   LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
1322       break;
1323     }
1324     case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction: {
1325       // For pointer induction variables, calculate the offset using
1326       // the end index.
1327       EndValue =
1328         GetElementPtrInst::Create(II.StartValue, CountRoundDown, "ptr.ind.end",
1329                                   LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
1330       break;
1331     }
1332     case LoopVectorizationLegality::IK_ReversePtrInduction: {
1333       // The value at the end of the loop for the reverse pointer is calculated
1334       // by creating a GEP with a negative index starting from the start value.
1335       Value *Zero = ConstantInt::get(CountRoundDown->getType(), 0);
1336       Value *NegIdx = BinaryOperator::CreateSub(Zero, CountRoundDown,
1337                                   "rev.ind.end",
1338                                   LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
1339       EndValue = GetElementPtrInst::Create(II.StartValue, NegIdx,
1340                                   "rev.ptr.ind.end",
1341                                   LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
1342       break;
1343     }
1344     }// end of case
1345
1346     // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
1347     // or the value at the end of the vectorized loop.
1348     for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
1349       ResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[I]);
1350     ResumeVal->addIncoming(EndValue, VecBody);
1351
1352     // Fix the scalar body counter (PHI node).
1353     unsigned BlockIdx = OrigPhi->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
1354     OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, ResumeVal);
1355   }
1356
1357   // If we are generating a new induction variable then we also need to
1358   // generate the code that calculates the exit value. This value is not
1359   // simply the end of the counter because we may skip the vectorized body
1360   // in case of a runtime check.
1361   if (!OldInduction){
1362     assert(!ResumeIndex && "Unexpected resume value found");
1363     ResumeIndex = PHINode::Create(IdxTy, 2, "new.indc.resume.val",
1364                                   MiddleBlock->getTerminator());
1365     for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
1366       ResumeIndex->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[I]);
1367     ResumeIndex->addIncoming(IdxEndRoundDown, VecBody);
1368   }
1369
1370   // Make sure that we found the index where scalar loop needs to continue.
1371   assert(ResumeIndex && ResumeIndex->getType()->isIntegerTy() &&
1372          "Invalid resume Index");
1373
1374   // Add a check in the middle block to see if we have completed
1375   // all of the iterations in the first vector loop.
1376   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
1377   Value *CmpN = CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, IdxEnd,
1378                                 ResumeIndex, "cmp.n",
1379                                 MiddleBlock->getTerminator());
1380
1381   BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN, MiddleBlock->getTerminator());
1382   // Remove the old terminator.
1383   MiddleBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
1384
1385   // Create i+1 and fill the PHINode.
1386   Value *NextIdx = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
1387   Induction->addIncoming(StartIdx, VectorPH);
1388   Induction->addIncoming(NextIdx, VecBody);
1389   // Create the compare.
1390   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(NextIdx, IdxEndRoundDown);
1391   Builder.CreateCondBr(ICmp, MiddleBlock, VecBody);
1392
1393   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
1394   VecBody->getTerminator()->eraseFromParent();
1395
1396   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
1397   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstInsertionPt());
1398
1399   // Create and register the new vector loop.
1400   Loop* Lp = new Loop();
1401   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
1402
1403   // Insert the new loop into the loop nest and register the new basic blocks.
1404   if (ParentLoop) {
1405     ParentLoop->addChildLoop(Lp);
1406     for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
1407       ParentLoop->addBasicBlockToLoop(LoopBypassBlocks[I], LI->getBase());
1408     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, LI->getBase());
1409     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(VectorPH, LI->getBase());
1410     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, LI->getBase());
1411   } else {
1412     LI->addTopLevelLoop(Lp);
1413   }
1414
1415   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, LI->getBase());
1416
1417   // Save the state.
1418   LoopVectorPreHeader = VectorPH;
1419   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
1420   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
1421   LoopExitBlock = ExitBlock;
1422   LoopVectorBody = VecBody;
1423   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
1424 }
1425
1426 /// This function returns the identity element (or neutral element) for
1427 /// the operation K.
1428 static Constant*
1429 getReductionIdentity(LoopVectorizationLegality::ReductionKind K, Type *Tp) {
1430   switch (K) {
1431   case LoopVectorizationLegality:: RK_IntegerXor:
1432   case LoopVectorizationLegality:: RK_IntegerAdd:
1433   case LoopVectorizationLegality:: RK_IntegerOr:
1434     // Adding, Xoring, Oring zero to a number does not change it.
1435     return ConstantInt::get(Tp, 0);
1436   case LoopVectorizationLegality:: RK_IntegerMult:
1437     // Multiplying a number by 1 does not change it.
1438     return ConstantInt::get(Tp, 1);
1439   case LoopVectorizationLegality:: RK_IntegerAnd:
1440     // AND-ing a number with an all-1 value does not change it.
1441     return ConstantInt::get(Tp, -1, true);
1442   case LoopVectorizationLegality:: RK_FloatMult:
1443     // Multiplying a number by 1 does not change it.
1444     return ConstantFP::get(Tp, 1.0L);
1445   case LoopVectorizationLegality:: RK_FloatAdd:
1446     // Adding zero to a number does not change it.
1447     return ConstantFP::get(Tp, 0.0L);
1448   default:
1449     llvm_unreachable("Unknown reduction kind");
1450   }
1451 }
1452
1453 static Intrinsic::ID
1454 getIntrinsicIDForCall(CallInst *CI, const TargetLibraryInfo *TLI) {
1455   // If we have an intrinsic call, check if it is trivially vectorizable.
1456   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI)) {
1457     switch (II->getIntrinsicID()) {
1458     case Intrinsic::sqrt:
1459     case Intrinsic::sin:
1460     case Intrinsic::cos:
1461     case Intrinsic::exp:
1462     case Intrinsic::exp2:
1463     case Intrinsic::log:
1464     case Intrinsic::log10:
1465     case Intrinsic::log2:
1466     case Intrinsic::fabs:
1467     case Intrinsic::floor:
1468     case Intrinsic::ceil:
1469     case Intrinsic::trunc:
1470     case Intrinsic::rint:
1471     case Intrinsic::nearbyint:
1472     case Intrinsic::pow:
1473     case Intrinsic::fma:
1474     case Intrinsic::fmuladd:
1475       return II->getIntrinsicID();
1476     default:
1477       return Intrinsic::not_intrinsic;
1478     }
1479   }
1480
1481   if (!TLI)
1482     return Intrinsic::not_intrinsic;
1483
1484   LibFunc::Func Func;
1485   Function *F = CI->getCalledFunction();
1486   // We're going to make assumptions on the semantics of the functions, check
1487   // that the target knows that it's available in this environment.
1488   if (!F || !TLI->getLibFunc(F->getName(), Func))
1489     return Intrinsic::not_intrinsic;
1490
1491   // Otherwise check if we have a call to a function that can be turned into a
1492   // vector intrinsic.
1493   switch (Func) {
1494   default:
1495     break;
1496   case LibFunc::sin:
1497   case LibFunc::sinf:
1498   case LibFunc::sinl:
1499     return Intrinsic::sin;
1500   case LibFunc::cos:
1501   case LibFunc::cosf:
1502   case LibFunc::cosl:
1503     return Intrinsic::cos;
1504   case LibFunc::exp:
1505   case LibFunc::expf:
1506   case LibFunc::expl:
1507     return Intrinsic::exp;
1508   case LibFunc::exp2:
1509   case LibFunc::exp2f:
1510   case LibFunc::exp2l:
1511     return Intrinsic::exp2;
1512   case LibFunc::log:
1513   case LibFunc::logf:
1514   case LibFunc::logl:
1515     return Intrinsic::log;
1516   case LibFunc::log10:
1517   case LibFunc::log10f:
1518   case LibFunc::log10l:
1519     return Intrinsic::log10;
1520   case LibFunc::log2:
1521   case LibFunc::log2f:
1522   case LibFunc::log2l:
1523     return Intrinsic::log2;
1524   case LibFunc::fabs:
1525   case LibFunc::fabsf:
1526   case LibFunc::fabsl:
1527     return Intrinsic::fabs;
1528   case LibFunc::floor:
1529   case LibFunc::floorf:
1530   case LibFunc::floorl:
1531     return Intrinsic::floor;
1532   case LibFunc::ceil:
1533   case LibFunc::ceilf:
1534   case LibFunc::ceill:
1535     return Intrinsic::ceil;
1536   case LibFunc::trunc:
1537   case LibFunc::truncf:
1538   case LibFunc::truncl:
1539     return Intrinsic::trunc;
1540   case LibFunc::rint:
1541   case LibFunc::rintf:
1542   case LibFunc::rintl:
1543     return Intrinsic::rint;
1544   case LibFunc::nearbyint:
1545   case LibFunc::nearbyintf:
1546   case LibFunc::nearbyintl:
1547     return Intrinsic::nearbyint;
1548   case LibFunc::pow:
1549   case LibFunc::powf:
1550   case LibFunc::powl:
1551     return Intrinsic::pow;
1552   }
1553
1554   return Intrinsic::not_intrinsic;
1555 }
1556
1557 /// This function translates the reduction kind to an LLVM binary operator.
1558 static Instruction::BinaryOps
1559 getReductionBinOp(LoopVectorizationLegality::ReductionKind Kind) {
1560   switch (Kind) {
1561     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerAdd:
1562       return Instruction::Add;
1563     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerMult:
1564       return Instruction::Mul;
1565     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerOr:
1566       return Instruction::Or;
1567     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerAnd:
1568       return Instruction::And;
1569     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerXor:
1570       return Instruction::Xor;
1571     case LoopVectorizationLegality::RK_FloatMult:
1572       return Instruction::FMul;
1573     case LoopVectorizationLegality::RK_FloatAdd:
1574       return Instruction::FAdd;
1575     default:
1576       llvm_unreachable("Unknown reduction operation");
1577   }
1578 }
1579
1580 void
1581 InnerLoopVectorizer::vectorizeLoop(LoopVectorizationLegality *Legal) {
1582   //===------------------------------------------------===//
1583   //
1584   // Notice: any optimization or new instruction that go
1585   // into the code below should be also be implemented in
1586   // the cost-model.
1587   //
1588   //===------------------------------------------------===//
1589   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
1590
1591   // In order to support reduction variables we need to be able to vectorize
1592   // Phi nodes. Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two
1593   // stages. First, we create a new vector PHI node with no incoming edges.
1594   // We use this value when we vectorize all of the instructions that use the
1595   // PHI. Next, after all of the instructions in the block are complete we
1596   // add the new incoming edges to the PHI. At this point all of the
1597   // instructions in the basic block are vectorized, so we can use them to
1598   // construct the PHI.
1599   PhiVector RdxPHIsToFix;
1600
1601   // Scan the loop in a topological order to ensure that defs are vectorized
1602   // before users.
1603   LoopBlocksDFS DFS(OrigLoop);
1604   DFS.perform(LI);
1605
1606   // Vectorize all of the blocks in the original loop.
1607   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
1608        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb)
1609     vectorizeBlockInLoop(Legal, *bb, &RdxPHIsToFix);
1610
1611   // At this point every instruction in the original loop is widened to
1612   // a vector form. We are almost done. Now, we need to fix the PHI nodes
1613   // that we vectorized. The PHI nodes are currently empty because we did
1614   // not want to introduce cycles. Notice that the remaining PHI nodes
1615   // that we need to fix are reduction variables.
1616
1617   // Create the 'reduced' values for each of the induction vars.
1618   // The reduced values are the vector values that we scalarize and combine
1619   // after the loop is finished.
1620   for (PhiVector::iterator it = RdxPHIsToFix.begin(), e = RdxPHIsToFix.end();
1621        it != e; ++it) {
1622     PHINode *RdxPhi = *it;
1623     assert(RdxPhi && "Unable to recover vectorized PHI");
1624
1625     // Find the reduction variable descriptor.
1626     assert(Legal->getReductionVars()->count(RdxPhi) &&
1627            "Unable to find the reduction variable");
1628     LoopVectorizationLegality::ReductionDescriptor RdxDesc =
1629     (*Legal->getReductionVars())[RdxPhi];
1630
1631     // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
1632     // To do so, we need to generate the 'identity' vector and overide
1633     // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
1634     // to do it in the vector-loop preheader.
1635     Builder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
1636
1637     // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
1638     VectorParts &VectorExit = getVectorValue(RdxDesc.LoopExitInstr);
1639     Type *VecTy = VectorExit[0]->getType();
1640
1641     // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
1642     // one for multiplication, -1 for And.
1643     Constant *Iden = getReductionIdentity(RdxDesc.Kind, VecTy->getScalarType());
1644     Constant *Identity = ConstantVector::getSplat(VF, Iden);
1645
1646     // This vector is the Identity vector where the first element is the
1647     // incoming scalar reduction.
1648     Value *VectorStart = Builder.CreateInsertElement(Identity,
1649                                                      RdxDesc.StartValue, Zero);
1650
1651     // Fix the vector-loop phi.
1652     // We created the induction variable so we know that the
1653     // preheader is the first entry.
1654     BasicBlock *VecPreheader = Induction->getIncomingBlock(0);
1655
1656     // Reductions do not have to start at zero. They can start with
1657     // any loop invariant values.
1658     VectorParts &VecRdxPhi = WidenMap.get(RdxPhi);
1659     BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
1660     Value *LoopVal = RdxPhi->getIncomingValueForBlock(Latch);
1661     VectorParts &Val = getVectorValue(LoopVal);
1662     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
1663       // Make sure to add the reduction stat value only to the 
1664       // first unroll part.
1665       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
1666       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(StartVal, VecPreheader);
1667       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(Val[part], LoopVectorBody);
1668     }
1669
1670     // Before each round, move the insertion point right between
1671     // the PHIs and the values we are going to write.
1672     // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
1673     // instructions.
1674     Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
1675
1676     VectorParts RdxParts;
1677     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
1678       // This PHINode contains the vectorized reduction variable, or
1679       // the initial value vector, if we bypass the vector loop.
1680       VectorParts &RdxExitVal = getVectorValue(RdxDesc.LoopExitInstr);
1681       PHINode *NewPhi = Builder.CreatePHI(VecTy, 2, "rdx.vec.exit.phi");
1682       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
1683       for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
1684         NewPhi->addIncoming(StartVal, LoopBypassBlocks[I]);
1685       NewPhi->addIncoming(RdxExitVal[part], LoopVectorBody);
1686       RdxParts.push_back(NewPhi);
1687     }
1688
1689     // Reduce all of the unrolled parts into a single vector.
1690     Value *ReducedPartRdx = RdxParts[0];
1691     for (unsigned part = 1; part < UF; ++part) {
1692       Instruction::BinaryOps Op = getReductionBinOp(RdxDesc.Kind);
1693       ReducedPartRdx = Builder.CreateBinOp(Op, RdxParts[part], ReducedPartRdx,
1694                                            "bin.rdx");
1695     }
1696
1697     // VF is a power of 2 so we can emit the reduction using log2(VF) shuffles
1698     // and vector ops, reducing the set of values being computed by half each
1699     // round.
1700     assert(isPowerOf2_32(VF) &&
1701            "Reduction emission only supported for pow2 vectors!");
1702     Value *TmpVec = ReducedPartRdx;
1703     SmallVector<Constant*, 32> ShuffleMask(VF, 0);
1704     for (unsigned i = VF; i != 1; i >>= 1) {
1705       // Move the upper half of the vector to the lower half.
1706       for (unsigned j = 0; j != i/2; ++j)
1707         ShuffleMask[j] = Builder.getInt32(i/2 + j);
1708
1709       // Fill the rest of the mask with undef.
1710       std::fill(&ShuffleMask[i/2], ShuffleMask.end(),
1711                 UndefValue::get(Builder.getInt32Ty()));
1712
1713       Value *Shuf =
1714         Builder.CreateShuffleVector(TmpVec,
1715                                     UndefValue::get(TmpVec->getType()),
1716                                     ConstantVector::get(ShuffleMask),
1717                                     "rdx.shuf");
1718
1719       Instruction::BinaryOps Op = getReductionBinOp(RdxDesc.Kind);
1720       TmpVec = Builder.CreateBinOp(Op, TmpVec, Shuf, "bin.rdx");
1721     }
1722
1723     // The result is in the first element of the vector.
1724     Value *Scalar0 = Builder.CreateExtractElement(TmpVec, Builder.getInt32(0));
1725
1726     // Now, we need to fix the users of the reduction variable
1727     // inside and outside of the scalar remainder loop.
1728     // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
1729     // PHI nodes in the exit blocks.
1730     for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
1731          LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
1732       PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
1733       if (!LCSSAPhi) continue;
1734
1735       // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
1736       // we already fixed them.
1737       assert(LCSSAPhi->getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
1738
1739       // We found our reduction value exit-PHI. Update it with the
1740       // incoming bypass edge.
1741       if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == RdxDesc.LoopExitInstr) {
1742         // Add an edge coming from the bypass.
1743         LCSSAPhi->addIncoming(Scalar0, LoopMiddleBlock);
1744         break;
1745       }
1746     }// end of the LCSSA phi scan.
1747
1748     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
1749     // from the vector body and from the backedge value.
1750     int IncomingEdgeBlockIdx =
1751     (RdxPhi)->getBasicBlockIndex(OrigLoop->getLoopLatch());
1752     assert(IncomingEdgeBlockIdx >= 0 && "Invalid block index");
1753     // Pick the other block.
1754     int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1);
1755     (RdxPhi)->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, Scalar0);
1756     (RdxPhi)->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, RdxDesc.LoopExitInstr);
1757   }// end of for each redux variable.
1758
1759   // The Loop exit block may have single value PHI nodes where the incoming
1760   // value is 'undef'. While vectorizing we only handled real values that
1761   // were defined inside the loop. Here we handle the 'undef case'.
1762   // See PR14725.
1763   for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
1764        LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
1765     PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
1766     if (!LCSSAPhi) continue;
1767     if (LCSSAPhi->getNumIncomingValues() == 1)
1768       LCSSAPhi->addIncoming(UndefValue::get(LCSSAPhi->getType()),
1769                             LoopMiddleBlock);
1770   }
1771 }
1772
1773 InnerLoopVectorizer::VectorParts
1774 InnerLoopVectorizer::createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst) {
1775   assert(std::find(pred_begin(Dst), pred_end(Dst), Src) != pred_end(Dst) &&
1776          "Invalid edge");
1777
1778   VectorParts SrcMask = createBlockInMask(Src);
1779
1780   // The terminator has to be a branch inst!
1781   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Src->getTerminator());
1782   assert(BI && "Unexpected terminator found");
1783
1784   if (BI->isConditional()) {
1785     VectorParts EdgeMask = getVectorValue(BI->getCondition());
1786
1787     if (BI->getSuccessor(0) != Dst)
1788       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
1789         EdgeMask[part] = Builder.CreateNot(EdgeMask[part]);
1790
1791     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
1792       EdgeMask[part] = Builder.CreateAnd(EdgeMask[part], SrcMask[part]);
1793     return EdgeMask;
1794   }
1795
1796   return SrcMask;
1797 }
1798
1799 InnerLoopVectorizer::VectorParts
1800 InnerLoopVectorizer::createBlockInMask(BasicBlock *BB) {
1801   assert(OrigLoop->contains(BB) && "Block is not a part of a loop");
1802
1803   // Loop incoming mask is all-one.
1804   if (OrigLoop->getHeader() == BB) {
1805     Value *C = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 1);
1806     return getVectorValue(C);
1807   }
1808
1809   // This is the block mask. We OR all incoming edges, and with zero.
1810   Value *Zero = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 0);
1811   VectorParts BlockMask = getVectorValue(Zero);
1812
1813   // For each pred:
1814   for (pred_iterator it = pred_begin(BB), e = pred_end(BB); it != e; ++it) {
1815     VectorParts EM = createEdgeMask(*it, BB);
1816     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
1817       BlockMask[part] = Builder.CreateOr(BlockMask[part], EM[part]);
1818   }
1819
1820   return BlockMask;
1821 }
1822
1823 void
1824 InnerLoopVectorizer::vectorizeBlockInLoop(LoopVectorizationLegality *Legal,
1825                                           BasicBlock *BB, PhiVector *PV) {
1826   // For each instruction in the old loop.
1827   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
1828     VectorParts &Entry = WidenMap.get(it);
1829     switch (it->getOpcode()) {
1830     case Instruction::Br:
1831       // Nothing to do for PHIs and BR, since we already took care of the
1832       // loop control flow instructions.
1833       continue;
1834     case Instruction::PHI:{
1835       PHINode* P = cast<PHINode>(it);
1836       // Handle reduction variables:
1837       if (Legal->getReductionVars()->count(P)) {
1838         for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
1839           // This is phase one of vectorizing PHIs.
1840           Type *VecTy = VectorType::get(it->getType(), VF);
1841           Entry[part] = PHINode::Create(VecTy, 2, "vec.phi",
1842                                         LoopVectorBody-> getFirstInsertionPt());
1843         }
1844         PV->push_back(P);
1845         continue;
1846       }
1847
1848       // Check for PHI nodes that are lowered to vector selects.
1849       if (P->getParent() != OrigLoop->getHeader()) {
1850         // We know that all PHIs in non header blocks are converted into
1851         // selects, so we don't have to worry about the insertion order and we
1852         // can just use the builder.
1853
1854         // At this point we generate the predication tree. There may be
1855         // duplications since this is a simple recursive scan, but future
1856         // optimizations will clean it up.
1857         VectorParts Cond = createEdgeMask(P->getIncomingBlock(0),
1858                                                P->getParent());
1859
1860         for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
1861         VectorParts &In0 = getVectorValue(P->getIncomingValue(0));
1862         VectorParts &In1 = getVectorValue(P->getIncomingValue(1));
1863           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part], In1[part],
1864                                              "predphi");
1865         }
1866         continue;
1867       }
1868
1869       // This PHINode must be an induction variable.
1870       // Make sure that we know about it.
1871       assert(Legal->getInductionVars()->count(P) &&
1872              "Not an induction variable");
1873
1874       LoopVectorizationLegality::InductionInfo II =
1875         Legal->getInductionVars()->lookup(P);
1876
1877       switch (II.IK) {
1878       case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
1879         llvm_unreachable("Unknown induction");
1880       case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
1881         assert(P == OldInduction && "Unexpected PHI");
1882         Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(Induction);
1883         // After broadcasting the induction variable we need to make the
1884         // vector consecutive by adding 0, 1, 2 ...
1885         for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
1886           Entry[part] = getConsecutiveVector(Broadcasted, VF * part, false);
1887         continue;
1888       }
1889       case LoopVectorizationLegality::IK_ReverseIntInduction:
1890       case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction:
1891       case LoopVectorizationLegality::IK_ReversePtrInduction:
1892         // Handle reverse integer and pointer inductions.
1893         Value *StartIdx = 0;
1894         // If we have a single integer induction variable then use it.
1895         // Otherwise, start counting at zero.
1896         if (OldInduction) {
1897           LoopVectorizationLegality::InductionInfo OldII =
1898             Legal->getInductionVars()->lookup(OldInduction);
1899           StartIdx = OldII.StartValue;
1900         } else {
1901           StartIdx = ConstantInt::get(Induction->getType(), 0);
1902         }
1903         // This is the normalized GEP that starts counting at zero.
1904         Value *NormalizedIdx = Builder.CreateSub(Induction, StartIdx,
1905                                                  "normalized.idx");
1906
1907         // Handle the reverse integer induction variable case.
1908         if (LoopVectorizationLegality::IK_ReverseIntInduction == II.IK) {
1909           IntegerType *DstTy = cast<IntegerType>(II.StartValue->getType());
1910           Value *CNI = Builder.CreateSExtOrTrunc(NormalizedIdx, DstTy,
1911                                                  "resize.norm.idx");
1912           Value *ReverseInd  = Builder.CreateSub(II.StartValue, CNI,
1913                                                  "reverse.idx");
1914
1915           // This is a new value so do not hoist it out.
1916           Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ReverseInd);
1917           // After broadcasting the induction variable we need to make the
1918           // vector consecutive by adding  ... -3, -2, -1, 0.
1919           for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
1920             Entry[part] = getConsecutiveVector(Broadcasted, -VF * part, true);
1921           continue;
1922         }
1923
1924         // Handle the pointer induction variable case.
1925         assert(P->getType()->isPointerTy() && "Unexpected type.");
1926
1927         // Is this a reverse induction ptr or a consecutive induction ptr.
1928         bool Reverse = (LoopVectorizationLegality::IK_ReversePtrInduction ==
1929                         II.IK);
1930
1931         // This is the vector of results. Notice that we don't generate
1932         // vector geps because scalar geps result in better code.
1933         for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
1934           Value *VecVal = UndefValue::get(VectorType::get(P->getType(), VF));
1935           for (unsigned int i = 0; i < VF; ++i) {
1936             int EltIndex = (i + part * VF) * (Reverse ? -1 : 1);
1937             Constant *Idx = ConstantInt::get(Induction->getType(), EltIndex);
1938             Value *GlobalIdx;
1939             if (!Reverse)
1940               GlobalIdx = Builder.CreateAdd(NormalizedIdx, Idx, "gep.idx");
1941             else
1942               GlobalIdx = Builder.CreateSub(Idx, NormalizedIdx, "gep.ridx");
1943
1944             Value *SclrGep = Builder.CreateGEP(II.StartValue, GlobalIdx,
1945                                                "next.gep");
1946             VecVal = Builder.CreateInsertElement(VecVal, SclrGep,
1947                                                  Builder.getInt32(i),
1948                                                  "insert.gep");
1949           }
1950           Entry[part] = VecVal;
1951         }
1952         continue;
1953       }
1954
1955     }// End of PHI.
1956
1957     case Instruction::Add:
1958     case Instruction::FAdd:
1959     case Instruction::Sub:
1960     case Instruction::FSub:
1961     case Instruction::Mul:
1962     case Instruction::FMul:
1963     case Instruction::UDiv:
1964     case Instruction::SDiv:
1965     case Instruction::FDiv:
1966     case Instruction::URem:
1967     case Instruction::SRem:
1968     case Instruction::FRem:
1969     case Instruction::Shl:
1970     case Instruction::LShr:
1971     case Instruction::AShr:
1972     case Instruction::And:
1973     case Instruction::Or:
1974     case Instruction::Xor: {
1975       // Just widen binops.
1976       BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(it);
1977       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
1978       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
1979
1980       // Use this vector value for all users of the original instruction.
1981       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
1982         Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), A[Part], B[Part]);
1983
1984         // Update the NSW, NUW and Exact flags. Notice: V can be an Undef.
1985         BinaryOperator *VecOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V);
1986         if (VecOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(BinOp)) {
1987           VecOp->setHasNoSignedWrap(BinOp->hasNoSignedWrap());
1988           VecOp->setHasNoUnsignedWrap(BinOp->hasNoUnsignedWrap());
1989         }
1990         if (VecOp && isa<PossiblyExactOperator>(VecOp))
1991           VecOp->setIsExact(BinOp->isExact());
1992
1993         Entry[Part] = V;
1994       }
1995       break;
1996     }
1997     case Instruction::Select: {
1998       // Widen selects.
1999       // If the selector is loop invariant we can create a select
2000       // instruction with a scalar condition. Otherwise, use vector-select.
2001       bool InvariantCond = SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(it->getOperand(0)),
2002                                                OrigLoop);
2003
2004       // The condition can be loop invariant  but still defined inside the
2005       // loop. This means that we can't just use the original 'cond' value.
2006       // We have to take the 'vectorized' value and pick the first lane.
2007       // Instcombine will make this a no-op.
2008       VectorParts &Cond = getVectorValue(it->getOperand(0));
2009       VectorParts &Op0  = getVectorValue(it->getOperand(1));
2010       VectorParts &Op1  = getVectorValue(it->getOperand(2));
2011       Value *ScalarCond = Builder.CreateExtractElement(Cond[0],
2012                                                        Builder.getInt32(0));
2013       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2014         Entry[Part] = Builder.CreateSelect(
2015           InvariantCond ? ScalarCond : Cond[Part],
2016           Op0[Part],
2017           Op1[Part]);
2018       }
2019       break;
2020     }
2021
2022     case Instruction::ICmp:
2023     case Instruction::FCmp: {
2024       // Widen compares. Generate vector compares.
2025       bool FCmp = (it->getOpcode() == Instruction::FCmp);
2026       CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(it);
2027       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
2028       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
2029       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2030         Value *C = 0;
2031         if (FCmp)
2032           C = Builder.CreateFCmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
2033         else
2034           C = Builder.CreateICmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
2035         Entry[Part] = C;
2036       }
2037       break;
2038     }
2039
2040     case Instruction::Store:
2041     case Instruction::Load:
2042         vectorizeMemoryInstruction(it, Legal);
2043         break;
2044     case Instruction::ZExt:
2045     case Instruction::SExt:
2046     case Instruction::FPToUI:
2047     case Instruction::FPToSI:
2048     case Instruction::FPExt:
2049     case Instruction::PtrToInt:
2050     case Instruction::IntToPtr:
2051     case Instruction::SIToFP:
2052     case Instruction::UIToFP:
2053     case Instruction::Trunc:
2054     case Instruction::FPTrunc:
2055     case Instruction::BitCast: {
2056       CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(it);
2057       /// Optimize the special case where the source is the induction
2058       /// variable. Notice that we can only optimize the 'trunc' case
2059       /// because: a. FP conversions lose precision, b. sext/zext may wrap,
2060       /// c. other casts depend on pointer size.
2061       if (CI->getOperand(0) == OldInduction &&
2062           it->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
2063         Value *ScalarCast = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), Induction,
2064                                                CI->getType());
2065         Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ScalarCast);
2066         for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
2067           Entry[Part] = getConsecutiveVector(Broadcasted, VF * Part, false);
2068         break;
2069       }
2070       /// Vectorize casts.
2071       Type *DestTy = VectorType::get(CI->getType()->getScalarType(), VF);
2072
2073       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
2074       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
2075         Entry[Part] = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), A[Part], DestTy);
2076       break;
2077     }
2078
2079     case Instruction::Call: {
2080       Module *M = BB->getParent()->getParent();
2081       CallInst *CI = cast<CallInst>(it);
2082       Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
2083       assert(ID && "Not an intrinsic call!");
2084       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2085         SmallVector<Value*, 4> Args;
2086         for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i) {
2087           VectorParts &Arg = getVectorValue(CI->getArgOperand(i));
2088           Args.push_back(Arg[Part]);
2089         }
2090         Type *Tys[] = { VectorType::get(CI->getType()->getScalarType(), VF) };
2091         Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, ID, Tys);
2092         Entry[Part] = Builder.CreateCall(F, Args);
2093       }
2094       break;
2095     }
2096
2097     default:
2098       // All other instructions are unsupported. Scalarize them.
2099       scalarizeInstruction(it);
2100       break;
2101     }// end of switch.
2102   }// end of for_each instr.
2103 }
2104
2105 void InnerLoopVectorizer::updateAnalysis() {
2106   // Forget the original basic block.
2107   SE->forgetLoop(OrigLoop);
2108
2109   // Update the dominator tree information.
2110   assert(DT->properlyDominates(LoopBypassBlocks.front(), LoopExitBlock) &&
2111          "Entry does not dominate exit.");
2112
2113   for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2114     DT->addNewBlock(LoopBypassBlocks[I], LoopBypassBlocks[I-1]);
2115   DT->addNewBlock(LoopVectorPreHeader, LoopBypassBlocks.back());
2116   DT->addNewBlock(LoopVectorBody, LoopVectorPreHeader);
2117   DT->addNewBlock(LoopMiddleBlock, LoopBypassBlocks.front());
2118   DT->addNewBlock(LoopScalarPreHeader, LoopMiddleBlock);
2119   DT->changeImmediateDominator(LoopScalarBody, LoopScalarPreHeader);
2120   DT->changeImmediateDominator(LoopExitBlock, LoopMiddleBlock);
2121
2122   DEBUG(DT->verifyAnalysis());
2123 }
2124
2125 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeWithIfConvert() {
2126   if (!EnableIfConversion)
2127     return false;
2128
2129   assert(TheLoop->getNumBlocks() > 1 && "Single block loops are vectorizable");
2130   std::vector<BasicBlock*> &LoopBlocks = TheLoop->getBlocksVector();
2131
2132   // Collect the blocks that need predication.
2133   for (unsigned i = 0, e = LoopBlocks.size(); i < e; ++i) {
2134     BasicBlock *BB = LoopBlocks[i];
2135
2136     // We don't support switch statements inside loops.
2137     if (!isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
2138       return false;
2139
2140     // We must have at most two predecessors because we need to convert
2141     // all PHIs to selects.
2142     unsigned Preds = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2143     if (Preds > 2)
2144       return false;
2145
2146     // We must be able to predicate all blocks that need to be predicated.
2147     if (blockNeedsPredication(BB) && !blockCanBePredicated(BB))
2148       return false;
2149   }
2150
2151   // We can if-convert this loop.
2152   return true;
2153 }
2154
2155 bool LoopVectorizationLegality::canVectorize() {
2156   assert(TheLoop->getLoopPreheader() && "No preheader!!");
2157
2158   // We can only vectorize innermost loops.
2159   if (TheLoop->getSubLoopsVector().size())
2160     return false;
2161
2162   // We must have a single backedge.
2163   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1)
2164     return false;
2165
2166   // We must have a single exiting block.
2167   if (!TheLoop->getExitingBlock())
2168     return false;
2169
2170   unsigned NumBlocks = TheLoop->getNumBlocks();
2171
2172   // Check if we can if-convert non single-bb loops.
2173   if (NumBlocks != 1 && !canVectorizeWithIfConvert()) {
2174     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't if-convert the loop.\n");
2175     return false;
2176   }
2177
2178   // We need to have a loop header.
2179   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
2180   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop: " <<
2181         TheLoop->getHeader()->getName() << "\n");
2182
2183   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
2184   const SCEV *ExitCount = SE->getExitCount(TheLoop, Latch);
2185   if (ExitCount == SE->getCouldNotCompute()) {
2186     DEBUG(dbgs() << "LV: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
2187     return false;
2188   }
2189
2190   // Do not loop-vectorize loops with a tiny trip count.
2191   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop, Latch);
2192   if (TC > 0u && TC < TinyTripCountVectorThreshold) {
2193     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop with a very small trip count. " <<
2194           "This loop is not worth vectorizing.\n");
2195     return false;
2196   }
2197
2198   // Check if we can vectorize the instructions and CFG in this loop.
2199   if (!canVectorizeInstrs()) {
2200     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize the instructions or CFG\n");
2201     return false;
2202   }
2203
2204   // Go over each instruction and look at memory deps.
2205   if (!canVectorizeMemory()) {
2206     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize due to memory conflicts\n");
2207     return false;
2208   }
2209
2210   // Collect all of the variables that remain uniform after vectorization.
2211   collectLoopUniforms();
2212
2213   DEBUG(dbgs() << "LV: We can vectorize this loop" <<
2214         (PtrRtCheck.Need ? " (with a runtime bound check)" : "")
2215         <<"!\n");
2216
2217   // Okay! We can vectorize. At this point we don't have any other mem analysis
2218   // which may limit our maximum vectorization factor, so just return true with
2219   // no restrictions.
2220   return true;
2221 }
2222
2223 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeInstrs() {
2224   BasicBlock *PreHeader = TheLoop->getLoopPreheader();
2225   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
2226
2227   // For each block in the loop.
2228   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
2229        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
2230
2231     // Scan the instructions in the block and look for hazards.
2232     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
2233          ++it) {
2234
2235       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(it)) {
2236         // This should not happen because the loop should be normalized.
2237         if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
2238           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an invalid PHI.\n");
2239           return false;
2240         }
2241
2242         // Check that this PHI type is allowed.
2243         if (!Phi->getType()->isIntegerTy() &&
2244             !Phi->getType()->isFloatingPointTy() &&
2245             !Phi->getType()->isPointerTy()) {
2246           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an non-int non-pointer PHI.\n");
2247           return false;
2248         }
2249
2250         // If this PHINode is not in the header block, then we know that we
2251         // can convert it to select during if-conversion. No need to check if
2252         // the PHIs in this block are induction or reduction variables.
2253         if (*bb != Header)
2254           continue;
2255
2256         // This is the value coming from the preheader.
2257         Value *StartValue = Phi->getIncomingValueForBlock(PreHeader);
2258         // Check if this is an induction variable.
2259         InductionKind IK = isInductionVariable(Phi);
2260
2261         if (IK_NoInduction != IK) {
2262           // Int inductions are special because we only allow one IV.
2263           if (IK == IK_IntInduction) {
2264             if (Induction) {
2265               DEBUG(dbgs() << "LV: Found too many inductions."<< *Phi <<"\n");
2266               return false;
2267             }
2268             Induction = Phi;
2269           }
2270
2271           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an induction variable.\n");
2272           Inductions[Phi] = InductionInfo(StartValue, IK);
2273           continue;
2274         }
2275
2276         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerAdd)) {
2277           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an ADD reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
2278           continue;
2279         }
2280         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerMult)) {
2281           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a MUL reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
2282           continue;
2283         }
2284         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerOr)) {
2285           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an OR reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
2286           continue;
2287         }
2288         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerAnd)) {
2289           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an AND reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
2290           continue;
2291         }
2292         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerXor)) {
2293           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a XOR reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
2294           continue;
2295         }
2296         if (AddReductionVar(Phi, RK_FloatMult)) {
2297           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an FMult reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
2298           continue;
2299         }
2300         if (AddReductionVar(Phi, RK_FloatAdd)) {
2301           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an FAdd reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
2302           continue;
2303         }
2304
2305         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified PHI."<< *Phi <<"\n");
2306         return false;
2307       }// end of PHI handling
2308
2309       // We still don't handle functions.
2310       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(it);
2311       if (CI && !getIntrinsicIDForCall(CI, TLI)) {
2312         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a call site.\n");
2313         return false;
2314       }
2315
2316       // Check that the instruction return type is vectorizable.
2317       if (!VectorType::isValidElementType(it->getType()) &&
2318           !it->getType()->isVoidTy()) {
2319         DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable type." << "\n");
2320         return false;
2321       }
2322
2323       // Check that the stored type is vectorizable.
2324       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it)) {
2325         Type *T = ST->getValueOperand()->getType();
2326         if (!VectorType::isValidElementType(T))
2327           return false;
2328       }
2329
2330       // Reduction instructions are allowed to have exit users.
2331       // All other instructions must not have external users.
2332       if (!AllowedExit.count(it))
2333         //Check that all of the users of the loop are inside the BB.
2334         for (Value::use_iterator I = it->use_begin(), E = it->use_end();
2335              I != E; ++I) {
2336           Instruction *U = cast<Instruction>(*I);
2337           // This user may be a reduction exit value.
2338           if (!TheLoop->contains(U)) {
2339             DEBUG(dbgs() << "LV: Found an outside user for : "<< *U << "\n");
2340             return false;
2341           }
2342         }
2343     } // next instr.
2344
2345   }
2346
2347   if (!Induction) {
2348     DEBUG(dbgs() << "LV: Did not find one integer induction var.\n");
2349     assert(getInductionVars()->size() && "No induction variables");
2350   }
2351
2352   return true;
2353 }
2354
2355 void LoopVectorizationLegality::collectLoopUniforms() {
2356   // We now know that the loop is vectorizable!
2357   // Collect variables that will remain uniform after vectorization.
2358   std::vector<Value*> Worklist;
2359   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
2360
2361   // Start with the conditional branch and walk up the block.
2362   Worklist.push_back(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
2363
2364   while (Worklist.size()) {
2365     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Worklist.back());
2366     Worklist.pop_back();
2367
2368     // Look at instructions inside this loop.
2369     // Stop when reaching PHI nodes.
2370     // TODO: we need to follow values all over the loop, not only in this block.
2371     if (!I || !TheLoop->contains(I) || isa<PHINode>(I))
2372       continue;
2373
2374     // This is a known uniform.
2375     Uniforms.insert(I);
2376
2377     // Insert all operands.
2378     for (int i = 0, Op = I->getNumOperands(); i < Op; ++i) {
2379       Worklist.push_back(I->getOperand(i));
2380     }
2381   }
2382 }
2383
2384 AliasAnalysis::Location
2385 LoopVectorizationLegality::getLoadStoreLocation(Instruction *Inst) {
2386   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
2387     return AA->getLocation(Store);
2388   else if (LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
2389     return AA->getLocation(Load);
2390
2391   llvm_unreachable("Should be either load or store instruction");
2392 }
2393
2394 bool
2395 LoopVectorizationLegality::hasPossibleGlobalWriteReorder(
2396                                                 Value *Object,
2397                                                 Instruction *Inst,
2398                                                 AliasMultiMap& WriteObjects,
2399                                                 unsigned MaxByteWidth) {
2400
2401   AliasAnalysis::Location ThisLoc = getLoadStoreLocation(Inst);
2402
2403   std::vector<Instruction*>::iterator
2404               it = WriteObjects[Object].begin(),
2405               end = WriteObjects[Object].end();
2406
2407   for (; it != end; ++it) {
2408     Instruction* I = *it;
2409     if (I == Inst)
2410       continue;
2411
2412     AliasAnalysis::Location ThatLoc = getLoadStoreLocation(I);
2413     if (AA->alias(ThisLoc.getWithNewSize(MaxByteWidth),
2414                   ThatLoc.getWithNewSize(MaxByteWidth)))
2415       return true;
2416   }
2417   return false;
2418 }
2419
2420 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeMemory() {
2421
2422   if (TheLoop->isAnnotatedParallel()) {
2423     DEBUG(dbgs()
2424           << "LV: A loop annotated parallel, ignore memory dependency "
2425           << "checks.\n");
2426     return true;
2427   }
2428
2429   typedef SmallVector<Value*, 16> ValueVector;
2430   typedef SmallPtrSet<Value*, 16> ValueSet;
2431   // Holds the Load and Store *instructions*.
2432   ValueVector Loads;
2433   ValueVector Stores;
2434   PtrRtCheck.Pointers.clear();
2435   PtrRtCheck.Need = false;
2436
2437   // For each block.
2438   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
2439        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
2440
2441     // Scan the BB and collect legal loads and stores.
2442     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
2443          ++it) {
2444
2445       // If this is a load, save it. If this instruction can read from memory
2446       // but is not a load, then we quit. Notice that we don't handle function
2447       // calls that read or write.
2448       if (it->mayReadFromMemory()) {
2449         LoadInst *Ld = dyn_cast<LoadInst>(it);
2450         if (!Ld) return false;
2451         if (!Ld->isSimple()) {
2452           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-simple load.\n");
2453           return false;
2454         }
2455         Loads.push_back(Ld);
2456         continue;
2457       }
2458
2459       // Save 'store' instructions. Abort if other instructions write to memory.
2460       if (it->mayWriteToMemory()) {
2461         StoreInst *St = dyn_cast<StoreInst>(it);
2462         if (!St) return false;
2463         if (!St->isSimple()) {
2464           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-simple store.\n");
2465           return false;
2466         }
2467         Stores.push_back(St);
2468       }
2469     } // next instr.
2470   } // next block.
2471
2472   // Now we have two lists that hold the loads and the stores.
2473   // Next, we find the pointers that they use.
2474
2475   // Check if we see any stores. If there are no stores, then we don't
2476   // care if the pointers are *restrict*.
2477   if (!Stores.size()) {
2478     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a read-only loop!\n");
2479     return true;
2480   }
2481
2482   // Holds the read and read-write *pointers* that we find. These maps hold
2483   // unique values for pointers (so no need for multi-map).
2484   AliasMap Reads;
2485   AliasMap ReadWrites;
2486
2487   // Holds the analyzed pointers. We don't want to call GetUnderlyingObjects
2488   // multiple times on the same object. If the ptr is accessed twice, once
2489   // for read and once for write, it will only appear once (on the write
2490   // list). This is okay, since we are going to check for conflicts between
2491   // writes and between reads and writes, but not between reads and reads.
2492   ValueSet Seen;
2493
2494   ValueVector::iterator I, IE;
2495   for (I = Stores.begin(), IE = Stores.end(); I != IE; ++I) {
2496     StoreInst *ST = cast<StoreInst>(*I);
2497     Value* Ptr = ST->getPointerOperand();
2498
2499     if (isUniform(Ptr)) {
2500       DEBUG(dbgs() << "LV: We don't allow storing to uniform addresses\n");
2501       return false;
2502     }
2503
2504     // If we did *not* see this pointer before, insert it to
2505     // the read-write list. At this phase it is only a 'write' list.
2506     if (Seen.insert(Ptr))
2507       ReadWrites.insert(std::make_pair(Ptr, ST));
2508   }
2509
2510   for (I = Loads.begin(), IE = Loads.end(); I != IE; ++I) {
2511     LoadInst *LD = cast<LoadInst>(*I);
2512     Value* Ptr = LD->getPointerOperand();
2513     // If we did *not* see this pointer before, insert it to the
2514     // read list. If we *did* see it before, then it is already in
2515     // the read-write list. This allows us to vectorize expressions
2516     // such as A[i] += x;  Because the address of A[i] is a read-write
2517     // pointer. This only works if the index of A[i] is consecutive.
2518     // If the address of i is unknown (for example A[B[i]]) then we may
2519     // read a few words, modify, and write a few words, and some of the
2520     // words may be written to the same address.
2521     if (Seen.insert(Ptr) || 0 == isConsecutivePtr(Ptr))
2522       Reads.insert(std::make_pair(Ptr, LD));
2523   }
2524
2525   // If we write (or read-write) to a single destination and there are no
2526   // other reads in this loop then is it safe to vectorize.
2527   if (ReadWrites.size() == 1 && Reads.size() == 0) {
2528     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a write-only loop!\n");
2529     return true;
2530   }
2531
2532   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
2533   // to place a runtime bound check.
2534   bool CanDoRT = true;
2535   AliasMap::iterator MI, ME;
2536   for (MI = ReadWrites.begin(), ME = ReadWrites.end(); MI != ME; ++MI) {
2537     Value *V = (*MI).first;
2538     if (hasComputableBounds(V)) {
2539       PtrRtCheck.insert(SE, TheLoop, V);
2540       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a runtime check ptr:" << *V <<"\n");
2541     } else {
2542       CanDoRT = false;
2543       break;
2544     }
2545   }
2546   for (MI = Reads.begin(), ME = Reads.end(); MI != ME; ++MI) {
2547     Value *V = (*MI).first;
2548     if (hasComputableBounds(V)) {
2549       PtrRtCheck.insert(SE, TheLoop, V);
2550       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a runtime check ptr:" << *V <<"\n");
2551     } else {
2552       CanDoRT = false;
2553       break;
2554     }
2555   }
2556
2557   // Check that we did not collect too many pointers or found a
2558   // unsizeable pointer.
2559   if (!CanDoRT || PtrRtCheck.Pointers.size() > RuntimeMemoryCheckThreshold) {
2560     PtrRtCheck.reset();
2561     CanDoRT = false;
2562   }
2563
2564   if (CanDoRT) {
2565     DEBUG(dbgs() << "LV: We can perform a memory runtime check if needed.\n");
2566   }
2567
2568   bool NeedRTCheck = false;
2569
2570   // Biggest vectorized access possible, vector width * unroll factor.
2571   // TODO: We're being very pessimistic here, find a way to know the
2572   // real access width before getting here.
2573   unsigned MaxByteWidth = (TTI->getRegisterBitWidth(true) / 8) *
2574                            TTI->getMaximumUnrollFactor();
2575   // Now that the pointers are in two lists (Reads and ReadWrites), we
2576   // can check that there are no conflicts between each of the writes and
2577   // between the writes to the reads.
2578   // Note that WriteObjects duplicates the stores (indexed now by underlying
2579   // objects) to avoid pointing to elements inside ReadWrites.
2580   // TODO: Maybe create a new type where they can interact without duplication.
2581   AliasMultiMap WriteObjects;
2582   ValueVector TempObjects;
2583
2584   // Check that the read-writes do not conflict with other read-write
2585   // pointers.
2586   bool AllWritesIdentified = true;
2587   for (MI = ReadWrites.begin(), ME = ReadWrites.end(); MI != ME; ++MI) {
2588     Value *Val = (*MI).first;
2589     Instruction *Inst = (*MI).second;
2590
2591     GetUnderlyingObjects(Val, TempObjects, DL);
2592     for (ValueVector::iterator UI=TempObjects.begin(), UE=TempObjects.end();
2593          UI != UE; ++UI) {
2594       if (!isIdentifiedObject(*UI)) {
2595         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified write ptr:"<< **UI <<"\n");
2596         NeedRTCheck = true;
2597         AllWritesIdentified = false;
2598       }
2599
2600       // Never seen it before, can't alias.
2601       if (WriteObjects[*UI].empty()) {
2602         DEBUG(dbgs() << "LV: Adding Underlying value:" << **UI <<"\n");
2603         WriteObjects[*UI].push_back(Inst);
2604         continue;
2605       }
2606       // Direct alias found.
2607       if (!AA || dyn_cast<GlobalValue>(*UI) == NULL) {
2608         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a possible write-write reorder:"
2609               << **UI <<"\n");
2610         return false;
2611       }
2612       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a conflicting global value:"
2613             << **UI <<"\n");
2614       DEBUG(dbgs() << "LV: While examining store:" << *Inst <<"\n");
2615       DEBUG(dbgs() << "LV: On value:" << *Val <<"\n");
2616
2617       // If global alias, make sure they do alias.
2618       if (hasPossibleGlobalWriteReorder(*UI,
2619                                         Inst,
2620                                         WriteObjects,
2621                                         MaxByteWidth)) {
2622         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a possible write-write reorder:"
2623               << *UI <<"\n");
2624         return false;
2625       }
2626
2627       // Didn't alias, insert into map for further reference.
2628       WriteObjects[*UI].push_back(Inst);
2629     }
2630     TempObjects.clear();
2631   }
2632
2633   /// Check that the reads don't conflict with the read-writes.
2634   for (MI = Reads.begin(), ME = Reads.end(); MI != ME; ++MI) {
2635     Value *Val = (*MI).first;
2636     GetUnderlyingObjects(Val, TempObjects, DL);
2637     for (ValueVector::iterator UI=TempObjects.begin(), UE=TempObjects.end();
2638          UI != UE; ++UI) {
2639       // If all of the writes are identified then we don't care if the read
2640       // pointer is identified or not.
2641       if (!AllWritesIdentified && !isIdentifiedObject(*UI)) {
2642         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified read ptr:"<< **UI <<"\n");
2643         NeedRTCheck = true;
2644       }
2645
2646       // Never seen it before, can't alias.
2647       if (WriteObjects[*UI].empty())
2648         continue;
2649       // Direct alias found.
2650       if (!AA || dyn_cast<GlobalValue>(*UI) == NULL) {
2651         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a possible write-write reorder:"
2652               << **UI <<"\n");
2653         return false;
2654       }
2655       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a global value:  "
2656             << **UI <<"\n");
2657       Instruction *Inst = (*MI).second;
2658       DEBUG(dbgs() << "LV: While examining load:" << *Inst <<"\n");
2659       DEBUG(dbgs() << "LV: On value:" << *Val <<"\n");
2660
2661       // If global alias, make sure they do alias.
2662       if (hasPossibleGlobalWriteReorder(*UI,
2663                                         Inst,
2664                                         WriteObjects,
2665                                         MaxByteWidth)) {
2666         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a possible read-write reorder:"
2667               << *UI <<"\n");
2668         return false;
2669       }
2670     }
2671     TempObjects.clear();
2672   }
2673
2674   PtrRtCheck.Need = NeedRTCheck;
2675   if (NeedRTCheck && !CanDoRT) {
2676     DEBUG(dbgs() << "LV: We can't vectorize because we can't find " <<
2677           "the array bounds.\n");
2678     PtrRtCheck.reset();
2679     return false;
2680   }
2681
2682   DEBUG(dbgs() << "LV: We "<< (NeedRTCheck ? "" : "don't") <<
2683         " need a runtime memory check.\n");
2684   return true;
2685 }
2686
2687 bool LoopVectorizationLegality::AddReductionVar(PHINode *Phi,
2688                                                 ReductionKind Kind) {
2689   if (Phi->getNumIncomingValues() != 2)
2690     return false;
2691
2692   // Reduction variables are only found in the loop header block.
2693   if (Phi->getParent() != TheLoop->getHeader())
2694     return false;
2695
2696   // Obtain the reduction start value from the value that comes from the loop
2697   // preheader.
2698   Value *RdxStart = Phi->getIncomingValueForBlock(TheLoop->getLoopPreheader());
2699
2700   // ExitInstruction is the single value which is used outside the loop.
2701   // We only allow for a single reduction value to be used outside the loop.
2702   // This includes users of the reduction, variables (which form a cycle
2703   // which ends in the phi node).
2704   Instruction *ExitInstruction = 0;
2705   // Indicates that we found a binary operation in our scan.
2706   bool FoundBinOp = false;
2707
2708   // Iter is our iterator. We start with the PHI node and scan for all of the
2709   // users of this instruction. All users must be instructions that can be
2710   // used as reduction variables (such as ADD). We may have a single
2711   // out-of-block user. The cycle must end with the original PHI.
2712   Instruction *Iter = Phi;
2713   while (true) {
2714     // If the instruction has no users then this is a broken
2715     // chain and can't be a reduction variable.
2716     if (Iter->use_empty())
2717       return false;
2718
2719     // Did we find a user inside this loop already ?
2720     bool FoundInBlockUser = false;
2721     // Did we reach the initial PHI node already ?
2722     bool FoundStartPHI = false;
2723
2724     // Is this a bin op ?
2725     FoundBinOp |= !isa<PHINode>(Iter);
2726
2727     // Remember the current instruction.
2728     Instruction *OldIter = Iter;
2729
2730     // For each of the *users* of iter.
2731     for (Value::use_iterator it = Iter->use_begin(), e = Iter->use_end();
2732          it != e; ++it) {
2733       Instruction *U = cast<Instruction>(*it);
2734       // We already know that the PHI is a user.
2735       if (U == Phi) {
2736         FoundStartPHI = true;
2737         continue;
2738       }
2739
2740       // Check if we found the exit user.
2741       BasicBlock *Parent = U->getParent();
2742       if (!TheLoop->contains(Parent)) {
2743         // Exit if you find multiple outside users.
2744         if (ExitInstruction != 0)
2745           return false;
2746         ExitInstruction = Iter;
2747       }
2748
2749       // We allow in-loop PHINodes which are not the original reduction PHI
2750       // node. If this PHI is the only user of Iter (happens in IF w/ no ELSE
2751       // structure) then don't skip this PHI.
2752       if (isa<PHINode>(Iter) && isa<PHINode>(U) &&
2753           U->getParent() != TheLoop->getHeader() &&
2754           TheLoop->contains(U) &&
2755           Iter->hasNUsesOrMore(2))
2756         continue;
2757
2758       // We can't have multiple inside users.
2759       if (FoundInBlockUser)
2760         return false;
2761       FoundInBlockUser = true;
2762
2763       // Any reduction instr must be of one of the allowed kinds.
2764       if (!isReductionInstr(U, Kind))
2765         return false;
2766
2767       // Reductions of instructions such as Div, and Sub is only
2768       // possible if the LHS is the reduction variable.
2769       if (!U->isCommutative() && !isa<PHINode>(U) && U->getOperand(0) != Iter)
2770         return false;
2771
2772       Iter = U;
2773     }
2774
2775     // If all uses were skipped this can't be a reduction variable.
2776     if (Iter == OldIter)
2777       return false;
2778
2779     // We found a reduction var if we have reached the original
2780     // phi node and we only have a single instruction with out-of-loop
2781     // users.
2782     if (FoundStartPHI) {
2783       // This instruction is allowed to have out-of-loop users.
2784       AllowedExit.insert(ExitInstruction);
2785
2786       // Save the description of this reduction variable.
2787       ReductionDescriptor RD(RdxStart, ExitInstruction, Kind);
2788       Reductions[Phi] = RD;
2789       // We've ended the cycle. This is a reduction variable if we have an
2790       // outside user and it has a binary op.
2791       return FoundBinOp && ExitInstruction;
2792     }
2793   }
2794 }
2795
2796 bool
2797 LoopVectorizationLegality::isReductionInstr(Instruction *I,
2798                                             ReductionKind Kind) {
2799   bool FP = I->getType()->isFloatingPointTy();
2800   bool FastMath = (FP && I->isCommutative() && I->isAssociative());
2801
2802   switch (I->getOpcode()) {
2803   default:
2804     return false;
2805   case Instruction::PHI:
2806       if (FP && (Kind != RK_FloatMult && Kind != RK_FloatAdd))
2807         return false;
2808     // possibly.
2809     return true;
2810   case Instruction::Sub:
2811   case Instruction::Add:
2812     return Kind == RK_IntegerAdd;
2813   case Instruction::SDiv:
2814   case Instruction::UDiv:
2815   case Instruction::Mul:
2816     return Kind == RK_IntegerMult;
2817   case Instruction::And:
2818     return Kind == RK_IntegerAnd;
2819   case Instruction::Or:
2820     return Kind == RK_IntegerOr;
2821   case Instruction::Xor:
2822     return Kind == RK_IntegerXor;
2823   case Instruction::FMul:
2824     return Kind == RK_FloatMult && FastMath;
2825   case Instruction::FAdd:
2826     return Kind == RK_FloatAdd && FastMath;
2827    }
2828 }
2829
2830 LoopVectorizationLegality::InductionKind
2831 LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(PHINode *Phi) {
2832   Type *PhiTy = Phi->getType();
2833   // We only handle integer and pointer inductions variables.
2834   if (!PhiTy->isIntegerTy() && !PhiTy->isPointerTy())
2835     return IK_NoInduction;
2836
2837   // Check that the PHI is consecutive.
2838   const SCEV *PhiScev = SE->getSCEV(Phi);
2839   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PhiScev);
2840   if (!AR) {
2841     DEBUG(dbgs() << "LV: PHI is not a poly recurrence.\n");
2842     return IK_NoInduction;
2843   }
2844   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
2845
2846   // Integer inductions need to have a stride of one.
2847   if (PhiTy->isIntegerTy()) {
2848     if (Step->isOne())
2849       return IK_IntInduction;
2850     if (Step->isAllOnesValue())
2851       return IK_ReverseIntInduction;
2852     return IK_NoInduction;
2853   }
2854
2855   // Calculate the pointer stride and check if it is consecutive.
2856   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
2857   if (!C)
2858     return IK_NoInduction;
2859
2860   assert(PhiTy->isPointerTy() && "The PHI must be a pointer");
2861   uint64_t Size = DL->getTypeAllocSize(PhiTy->getPointerElementType());
2862   if (C->getValue()->equalsInt(Size))
2863     return IK_PtrInduction;
2864   else if (C->getValue()->equalsInt(0 - Size))
2865     return IK_ReversePtrInduction;
2866
2867   return IK_NoInduction;
2868 }
2869
2870 bool LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(const Value *V) {
2871   Value *In0 = const_cast<Value*>(V);
2872   PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(In0);
2873   if (!PN)
2874     return false;
2875
2876   return Inductions.count(PN);
2877 }
2878
2879 bool LoopVectorizationLegality::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB)  {
2880   assert(TheLoop->contains(BB) && "Unknown block used");
2881
2882   // Blocks that do not dominate the latch need predication.
2883   BasicBlock* Latch = TheLoop->getLoopLatch();
2884   return !DT->dominates(BB, Latch);
2885 }
2886
2887 bool LoopVectorizationLegality::blockCanBePredicated(BasicBlock *BB) {
2888   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
2889     // We don't predicate loads/stores at the moment.
2890     if (it->mayReadFromMemory() || it->mayWriteToMemory() || it->mayThrow())
2891       return false;
2892
2893     // The instructions below can trap.
2894     switch (it->getOpcode()) {
2895     default: continue;
2896     case Instruction::UDiv:
2897     case Instruction::SDiv:
2898     case Instruction::URem:
2899     case Instruction::SRem:
2900              return false;
2901     }
2902   }
2903
2904   return true;
2905 }
2906
2907 bool LoopVectorizationLegality::hasComputableBounds(Value *Ptr) {
2908   const SCEV *PhiScev = SE->getSCEV(Ptr);
2909   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PhiScev);
2910   if (!AR)
2911     return false;
2912
2913   return AR->isAffine();
2914 }
2915
2916 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
2917 LoopVectorizationCostModel::selectVectorizationFactor(bool OptForSize,
2918                                                       unsigned UserVF) {
2919   // Width 1 means no vectorize
2920   VectorizationFactor Factor = { 1U, 0U };
2921   if (OptForSize && Legal->getRuntimePointerCheck()->Need) {
2922     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. Runtime ptr check is required in Os.\n");
2923     return Factor;
2924   }
2925
2926   // Find the trip count.
2927   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop, TheLoop->getLoopLatch());
2928   DEBUG(dbgs() << "LV: Found trip count:"<<TC<<"\n");
2929
2930   unsigned WidestType = getWidestType();
2931   unsigned WidestRegister = TTI.getRegisterBitWidth(true);
2932   unsigned MaxVectorSize = WidestRegister / WidestType;
2933   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest type: " << WidestType << " bits.\n");
2934   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest register is:" << WidestRegister << "bits.\n");
2935
2936   if (MaxVectorSize == 0) {
2937     DEBUG(dbgs() << "LV: The target has no vector registers.\n");
2938     MaxVectorSize = 1;
2939   }
2940
2941   assert(MaxVectorSize <= 32 && "Did not expect to pack so many elements"
2942          " into one vector!");
2943
2944   unsigned VF = MaxVectorSize;
2945
2946   // If we optimize the program for size, avoid creating the tail loop.
2947   if (OptForSize) {
2948     // If we are unable to calculate the trip count then don't try to vectorize.
2949     if (TC < 2) {
2950       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required in Os.\n");
2951       return Factor;
2952     }
2953
2954     // Find the maximum SIMD width that can fit within the trip count.
2955     VF = TC % MaxVectorSize;
2956
2957     if (VF == 0)
2958       VF = MaxVectorSize;
2959
2960     // If the trip count that we found modulo the vectorization factor is not
2961     // zero then we require a tail.
2962     if (VF < 2) {
2963       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required in Os.\n");
2964       return Factor;
2965     }
2966   }
2967
2968   if (UserVF != 0) {
2969     assert(isPowerOf2_32(UserVF) && "VF needs to be a power of two");
2970     DEBUG(dbgs() << "LV: Using user VF "<<UserVF<<".\n");
2971
2972     Factor.Width = UserVF;
2973     return Factor;
2974   }
2975
2976   float Cost = expectedCost(1);
2977   unsigned Width = 1;
2978   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalar loop costs: "<< (int)Cost << ".\n");
2979   for (unsigned i=2; i <= VF; i*=2) {
2980     // Notice that the vector loop needs to be executed less times, so
2981     // we need to divide the cost of the vector loops by the width of
2982     // the vector elements.
2983     float VectorCost = expectedCost(i) / (float)i;
2984     DEBUG(dbgs() << "LV: Vector loop of width "<< i << " costs: " <<
2985           (int)VectorCost << ".\n");
2986     if (VectorCost < Cost) {
2987       Cost = VectorCost;
2988       Width = i;
2989     }
2990   }
2991
2992   DEBUG(dbgs() << "LV: Selecting VF = : "<< Width << ".\n");
2993   Factor.Width = Width;
2994   Factor.Cost = Width * Cost;
2995   return Factor;
2996 }
2997
2998 unsigned LoopVectorizationCostModel::getWidestType() {
2999   unsigned MaxWidth = 8;
3000
3001   // For each block.
3002   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
3003        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
3004     BasicBlock *BB = *bb;
3005
3006     // For each instruction in the loop.
3007     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
3008       Type *T = it->getType();
3009
3010       // Only examine Loads, Stores and PHINodes.
3011       if (!isa<LoadInst>(it) && !isa<StoreInst>(it) && !isa<PHINode>(it))
3012         continue;
3013
3014       // Examine PHI nodes that are reduction variables.
3015       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(it))
3016         if (!Legal->getReductionVars()->count(PN))
3017           continue;
3018
3019       // Examine the stored values.
3020       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it))
3021         T = ST->getValueOperand()->getType();
3022
3023       // Ignore loaded pointer types and stored pointer types that are not
3024       // consecutive. However, we do want to take consecutive stores/loads of
3025       // pointer vectors into account.
3026       if (T->isPointerTy() && !isConsecutiveLoadOrStore(it))
3027         continue;
3028
3029       MaxWidth = std::max(MaxWidth,
3030                           (unsigned)DL->getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
3031     }
3032   }
3033
3034   return MaxWidth;
3035 }
3036
3037 unsigned
3038 LoopVectorizationCostModel::selectUnrollFactor(bool OptForSize,
3039                                                unsigned UserUF,
3040                                                unsigned VF,
3041                                                unsigned LoopCost) {
3042
3043   // -- The unroll heuristics --
3044   // We unroll the loop in order to expose ILP and reduce the loop overhead.
3045   // There are many micro-architectural considerations that we can't predict
3046   // at this level. For example frontend pressure (on decode or fetch) due to
3047   // code size, or the number and capabilities of the execution ports.
3048   //
3049   // We use the following heuristics to select the unroll factor:
3050   // 1. If the code has reductions the we unroll in order to break the cross
3051   // iteration dependency.
3052   // 2. If the loop is really small then we unroll in order to reduce the loop
3053   // overhead.
3054   // 3. We don't unroll if we think that we will spill registers to memory due
3055   // to the increased register pressure.
3056
3057   // Use the user preference, unless 'auto' is selected.
3058   if (UserUF != 0)
3059     return UserUF;
3060
3061   // When we optimize for size we don't unroll.
3062   if (OptForSize)
3063     return 1;
3064
3065   // Do not unroll loops with a relatively small trip count.
3066   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop,
3067                                               TheLoop->getLoopLatch());
3068   if (TC > 1 && TC < TinyTripCountUnrollThreshold)
3069     return 1;
3070
3071   unsigned TargetVectorRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(true);
3072   DEBUG(dbgs() << "LV: The target has " << TargetVectorRegisters <<
3073         " vector registers\n");
3074
3075   LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage R = calculateRegisterUsage();
3076   // We divide by these constants so assume that we have at least one
3077   // instruction that uses at least one register.
3078   R.MaxLocalUsers = std::max(R.MaxLocalUsers, 1U);
3079   R.NumInstructions = std::max(R.NumInstructions, 1U);
3080
3081   // We calculate the unroll factor using the following formula.
3082   // Subtract the number of loop invariants from the number of available
3083   // registers. These registers are used by all of the unrolled instances.
3084   // Next, divide the remaining registers by the number of registers that is
3085   // required by the loop, in order to estimate how many parallel instances
3086   // fit without causing spills.
3087   unsigned UF = (TargetVectorRegisters - R.LoopInvariantRegs) / R.MaxLocalUsers;
3088
3089   // Clamp the unroll factor ranges to reasonable factors.
3090   unsigned MaxUnrollSize = TTI.getMaximumUnrollFactor();
3091
3092   // If we did not calculate the cost for VF (because the user selected the VF)
3093   // then we calculate the cost of VF here.
3094   if (LoopCost == 0)
3095     LoopCost = expectedCost(VF);
3096
3097   // Clamp the calculated UF to be between the 1 and the max unroll factor
3098   // that the target allows.
3099   if (UF > MaxUnrollSize)
3100     UF = MaxUnrollSize;
3101   else if (UF < 1)
3102     UF = 1;
3103
3104   if (Legal->getReductionVars()->size()) {
3105     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling because of reductions. \n");
3106     return UF;
3107   }
3108
3109   // We want to unroll tiny loops in order to reduce the loop overhead.
3110   // We assume that the cost overhead is 1 and we use the cost model
3111   // to estimate the cost of the loop and unroll until the cost of the
3112   // loop overhead is about 5% of the cost of the loop.
3113   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop cost is "<< LoopCost <<" \n");
3114   if (LoopCost < 20) {
3115     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling to reduce branch cost. \n");
3116     unsigned NewUF = 20/LoopCost + 1;
3117     return std::min(NewUF, UF);
3118   }
3119
3120   DEBUG(dbgs() << "LV: Not Unrolling. \n");
3121   return 1;
3122 }
3123
3124 LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage
3125 LoopVectorizationCostModel::calculateRegisterUsage() {
3126   // This function calculates the register usage by measuring the highest number
3127   // of values that are alive at a single location. Obviously, this is a very
3128   // rough estimation. We scan the loop in a topological order in order and
3129   // assign a number to each instruction. We use RPO to ensure that defs are
3130   // met before their users. We assume that each instruction that has in-loop
3131   // users starts an interval. We record every time that an in-loop value is
3132   // used, so we have a list of the first and last occurrences of each
3133   // instruction. Next, we transpose this data structure into a multi map that
3134   // holds the list of intervals that *end* at a specific location. This multi
3135   // map allows us to perform a linear search. We scan the instructions linearly
3136   // and record each time that a new interval starts, by placing it in a set.
3137   // If we find this value in the multi-map then we remove it from the set.
3138   // The max register usage is the maximum size of the set.
3139   // We also search for instructions that are defined outside the loop, but are
3140   // used inside the loop. We need this number separately from the max-interval
3141   // usage number because when we unroll, loop-invariant values do not take
3142   // more register.
3143   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
3144   DFS.perform(LI);
3145
3146   RegisterUsage R;
3147   R.NumInstructions = 0;
3148
3149   // Each 'key' in the map opens a new interval. The values
3150   // of the map are the index of the 'last seen' usage of the
3151   // instruction that is the key.
3152   typedef DenseMap<Instruction*, unsigned> IntervalMap;
3153   // Maps instruction to its index.
3154   DenseMap<unsigned, Instruction*> IdxToInstr;
3155   // Marks the end of each interval.
3156   IntervalMap EndPoint;
3157   // Saves the list of instruction indices that are used in the loop.
3158   SmallSet<Instruction*, 8> Ends;
3159   // Saves the list of values that are used in the loop but are
3160   // defined outside the loop, such as arguments and constants.
3161   SmallPtrSet<Value*, 8> LoopInvariants;
3162
3163   unsigned Index = 0;
3164   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
3165        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb) {
3166     R.NumInstructions += (*bb)->size();
3167     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
3168          ++it) {
3169       Instruction *I = it;
3170       IdxToInstr[Index++] = I;
3171
3172       // Save the end location of each USE.
3173       for (unsigned i = 0; i < I->getNumOperands(); ++i) {
3174         Value *U = I->getOperand(i);
3175         Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(U);
3176
3177         // Ignore non-instruction values such as arguments, constants, etc.
3178         if (!Instr) continue;
3179
3180         // If this instruction is outside the loop then record it and continue.
3181         if (!TheLoop->contains(Instr)) {
3182           LoopInvariants.insert(Instr);
3183           continue;
3184         }
3185
3186         // Overwrite previous end points.
3187         EndPoint[Instr] = Index;
3188         Ends.insert(Instr);
3189       }
3190     }
3191   }
3192
3193   // Saves the list of intervals that end with the index in 'key'.
3194   typedef SmallVector<Instruction*, 2> InstrList;
3195   DenseMap<unsigned, InstrList> TransposeEnds;
3196
3197   // Transpose the EndPoints to a list of values that end at each index.
3198   for (IntervalMap::iterator it = EndPoint.begin(), e = EndPoint.end();
3199        it != e; ++it)
3200     TransposeEnds[it->second].push_back(it->first);
3201
3202   SmallSet<Instruction*, 8> OpenIntervals;
3203   unsigned MaxUsage = 0;
3204
3205
3206   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Calculating max register usage:\n");
3207   for (unsigned int i = 0; i < Index; ++i) {
3208     Instruction *I = IdxToInstr[i];
3209     // Ignore instructions that are never used within the loop.
3210     if (!Ends.count(I)) continue;
3211
3212     // Remove all of the instructions that end at this location.
3213     InstrList &List = TransposeEnds[i];
3214     for (unsigned int j=0, e = List.size(); j < e; ++j)
3215       OpenIntervals.erase(List[j]);
3216
3217     // Count the number of live interals.
3218     MaxUsage = std::max(MaxUsage, OpenIntervals.size());
3219
3220     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): At #" << i << " Interval # " <<
3221           OpenIntervals.size() <<"\n");
3222
3223     // Add the current instruction to the list of open intervals.
3224     OpenIntervals.insert(I);
3225   }
3226
3227   unsigned Invariant = LoopInvariants.size();
3228   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found max usage: " << MaxUsage << " \n");
3229   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found invariant usage: " << Invariant << " \n");
3230   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): LoopSize: " << R.NumInstructions << " \n");
3231
3232   R.LoopInvariantRegs = Invariant;
3233   R.MaxLocalUsers = MaxUsage;
3234   return R;
3235 }
3236
3237 unsigned LoopVectorizationCostModel::expectedCost(unsigned VF) {
3238   unsigned Cost = 0;
3239
3240   // For each block.
3241   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
3242        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
3243     unsigned BlockCost = 0;
3244     BasicBlock *BB = *bb;
3245
3246     // For each instruction in the old loop.
3247     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
3248       unsigned C = getInstructionCost(it, VF);
3249       Cost += C;
3250       DEBUG(dbgs() << "LV: Found an estimated cost of "<< C <<" for VF " <<
3251             VF << " For instruction: "<< *it << "\n");
3252     }
3253
3254     // We assume that if-converted blocks have a 50% chance of being executed.
3255     // When the code is scalar then some of the blocks are avoided due to CF.
3256     // When the code is vectorized we execute all code paths.
3257     if (Legal->blockNeedsPredication(*bb) && VF == 1)
3258       BlockCost /= 2;
3259
3260     Cost += BlockCost;
3261   }
3262
3263   return Cost;
3264 }
3265
3266 unsigned
3267 LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF) {
3268   // If we know that this instruction will remain uniform, check the cost of
3269   // the scalar version.
3270   if (Legal->isUniformAfterVectorization(I))
3271     VF = 1;
3272
3273   Type *RetTy = I->getType();
3274   Type *VectorTy = ToVectorTy(RetTy, VF);
3275
3276   // TODO: We need to estimate the cost of intrinsic calls.
3277   switch (I->getOpcode()) {
3278   case Instruction::GetElementPtr:
3279     // We mark this instruction as zero-cost because the cost of GEPs in
3280     // vectorized code depends on whether the corresponding memory instruction
3281     // is scalarized or not. Therefore, we handle GEPs with the memory
3282     // instruction cost.
3283     return 0;
3284   case Instruction::Br: {
3285     return TTI.getCFInstrCost(I->getOpcode());
3286   }
3287   case Instruction::PHI:
3288     //TODO: IF-converted IFs become selects.
3289     return 0;
3290   case Instruction::Add:
3291   case Instruction::FAdd:
3292   case Instruction::Sub:
3293   case Instruction::FSub:
3294   case Instruction::Mul:
3295   case Instruction::FMul:
3296   case Instruction::UDiv:
3297   case Instruction::SDiv:
3298   case Instruction::FDiv:
3299   case Instruction::URem:
3300   case Instruction::SRem:
3301   case Instruction::FRem:
3302   case Instruction::Shl:
3303   case Instruction::LShr:
3304   case Instruction::AShr:
3305   case Instruction::And:
3306   case Instruction::Or:
3307   case Instruction::Xor:
3308     return TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy);
3309   case Instruction::Select: {
3310     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
3311     const SCEV *CondSCEV = SE->getSCEV(SI->getCondition());
3312     bool ScalarCond = (SE->isLoopInvariant(CondSCEV, TheLoop));
3313     Type *CondTy = SI->getCondition()->getType();
3314     if (ScalarCond)
3315       CondTy = VectorType::get(CondTy, VF);
3316
3317     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, CondTy);
3318   }
3319   case Instruction::ICmp:
3320   case Instruction::FCmp: {
3321     Type *ValTy = I->getOperand(0)->getType();
3322     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
3323     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy);
3324   }
3325   case Instruction::Store:
3326   case Instruction::Load: {
3327     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
3328     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
3329     Type *ValTy = (SI ? SI->getValueOperand()->getType() :
3330                    LI->getType());
3331     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
3332
3333     unsigned Alignment = SI ? SI->getAlignment() : LI->getAlignment();
3334     unsigned AS = SI ? SI->getPointerAddressSpace() :
3335       LI->getPointerAddressSpace();
3336     Value *Ptr = SI ? SI->getPointerOperand() : LI->getPointerOperand();
3337     // We add the cost of address computation here instead of with the gep
3338     // instruction because only here we know whether the operation is
3339     // scalarized.
3340     if (VF == 1)
3341       return TTI.getAddressComputationCost(VectorTy) +
3342         TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
3343
3344     // Scalarized loads/stores.
3345     int Stride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
3346     bool Reverse = Stride < 0;
3347     if (0 == Stride) {
3348       unsigned Cost = 0;
3349       // The cost of extracting from the value vector and pointer vector.
3350       Type *PtrTy = ToVectorTy(Ptr->getType(), VF);
3351       for (unsigned i = 0; i < VF; ++i) {
3352         //  The cost of extracting the pointer operand.
3353         Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, PtrTy, i);
3354         // In case of STORE, the cost of ExtractElement from the vector.
3355         // In case of LOAD, the cost of InsertElement into the returned
3356         // vector.
3357         Cost += TTI.getVectorInstrCost(SI ? Instruction::ExtractElement :
3358                                             Instruction::InsertElement,
3359                                             VectorTy, i);
3360       }
3361
3362       // The cost of the scalar loads/stores.
3363       Cost += VF * TTI.getAddressComputationCost(ValTy->getScalarType());
3364       Cost += VF * TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy->getScalarType(),
3365                                        Alignment, AS);
3366       return Cost;
3367     }
3368
3369     // Wide load/stores.
3370     unsigned Cost = TTI.getAddressComputationCost(VectorTy);
3371     Cost += TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
3372
3373     if (Reverse)
3374       Cost += TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse,
3375                                   VectorTy, 0);
3376     return Cost;
3377   }
3378   case Instruction::ZExt:
3379   case Instruction::SExt:
3380   case Instruction::FPToUI:
3381   case Instruction::FPToSI:
3382   case Instruction::FPExt:
3383   case Instruction::PtrToInt:
3384   case Instruction::IntToPtr:
3385   case Instruction::SIToFP:
3386   case Instruction::UIToFP:
3387   case Instruction::Trunc:
3388   case Instruction::FPTrunc:
3389   case Instruction::BitCast: {
3390     // We optimize the truncation of induction variable.
3391     // The cost of these is the same as the scalar operation.
3392     if (I->getOpcode() == Instruction::Trunc &&
3393         Legal->isInductionVariable(I->getOperand(0)))
3394       return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), I->getType(),
3395                                   I->getOperand(0)->getType());
3396
3397     Type *SrcVecTy = ToVectorTy(I->getOperand(0)->getType(), VF);
3398     return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, SrcVecTy);
3399   }
3400   case Instruction::Call: {
3401     CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
3402     Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3403     assert(ID && "Not an intrinsic call!");
3404     Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
3405     SmallVector<Type*, 4> Tys;
3406     for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i)
3407       Tys.push_back(ToVectorTy(CI->getArgOperand(i)->getType(), VF));
3408     return TTI.getIntrinsicInstrCost(ID, RetTy, Tys);
3409   }
3410   default: {
3411     // We are scalarizing the instruction. Return the cost of the scalar
3412     // instruction, plus the cost of insert and extract into vector
3413     // elements, times the vector width.
3414     unsigned Cost = 0;
3415
3416     if (!RetTy->isVoidTy() && VF != 1) {
3417       unsigned InsCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement,
3418                                                 VectorTy);
3419       unsigned ExtCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement,
3420                                                 VectorTy);
3421
3422       // The cost of inserting the results plus extracting each one of the
3423       // operands.
3424       Cost += VF * (InsCost + ExtCost * I->getNumOperands());
3425     }
3426
3427     // The cost of executing VF copies of the scalar instruction. This opcode
3428     // is unknown. Assume that it is the same as 'mul'.
3429     Cost += VF * TTI.getArithmeticInstrCost(Instruction::Mul, VectorTy);
3430     return Cost;
3431   }
3432   }// end of switch.
3433 }
3434
3435 Type* LoopVectorizationCostModel::ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF) {
3436   if (Scalar->isVoidTy() || VF == 1)
3437     return Scalar;
3438   return VectorType::get(Scalar, VF);
3439 }
3440
3441 char LoopVectorize::ID = 0;
3442 static const char lv_name[] = "Loop Vectorization";
3443 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
3444 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
3445 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(TargetTransformInfo)
3446 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
3447 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
3448 INITIALIZE_PASS_END(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
3449
3450 namespace llvm {
3451   Pass *createLoopVectorizePass() {
3452     return new LoopVectorize();
3453   }
3454 }
3455
3456 bool LoopVectorizationCostModel::isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *Inst) {
3457   // Check for a store.
3458   if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
3459     return Legal->isConsecutivePtr(ST->getPointerOperand()) != 0;
3460
3461   // Check for a load.
3462   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
3463     return Legal->isConsecutivePtr(LI->getPointerOperand()) != 0;
3464
3465   return false;
3466 }