Convert 'struct' to 'class' in various places to adhere to the coding standards
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / IndVarSimplify.cpp
index ff2b9939c70cdd952207c5e893a63ccad91d81d2..7ad8ef403c85fe2ade0d7c005a0fedef1995a48c 100644 (file)
 //===- IndVarSimplify.cpp - Induction Variable Elimination ----------------===//
+// 
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// InductionVariableSimplify - Transform induction variables in a program
-//   to all use a single cannonical induction variable per loop.
+// This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
+// the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
+// 
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//
+// This transformation analyzes and transforms the induction variables (and
+// computations derived from them) into simpler forms suitable for subsequent
+// analysis and transformation.
+//
+// This transformation make the following changes to each loop with an
+// identifiable induction variable:
+//   1. All loops are transformed to have a SINGLE canonical induction variable
+//      which starts at zero and steps by one.
+//   2. The canonical induction variable is guaranteed to be the first PHI node
+//      in the loop header block.
+//   3. Any pointer arithmetic recurrences are raised to use array subscripts.
+//
+// If the trip count of a loop is computable, this pass also makes the following
+// changes:
+//   1. The exit condition for the loop is canonicalized to compare the
+//      induction value against the exit value.  This turns loops like:
+//        'for (i = 7; i*i < 1000; ++i)' into 'for (i = 0; i != 25; ++i)'
+//   2. Any use outside of the loop of an expression derived from the indvar
+//      is changed to compute the derived value outside of the loop, eliminating
+//      the dependence on the exit value of the induction variable.  If the only
+//      purpose of the loop is to compute the exit value of some derived
+//      expression, this transformation will make the loop dead.
+//
+// This transformation should be followed by strength reduction after all of the
+// desired loop transformations have been performed.  Additionally, on targets
+// where it is profitable, the loop could be transformed to count down to zero
+// (the "do loop" optimization).
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
-#include "llvm/Analysis/InductionVariable.h"
-#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
-#include "llvm/iPHINode.h"
-#include "llvm/iOther.h"
-#include "llvm/Type.h"
+#include "llvm/BasicBlock.h"
 #include "llvm/Constants.h"
+#include "llvm/Instructions.h"
+#include "llvm/Type.h"
+#include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
+#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
-#include "Support/STLExtras.h"
-#include "Support/Statistic.h"
+#include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+using namespace llvm;
 
 namespace {
-  Statistic<> NumRemoved ("indvars", "Number of aux indvars removed");
-  Statistic<> NumInserted("indvars", "Number of cannonical indvars added");
-}
+  /// SCEVExpander - This class uses information about analyze scalars to
+  /// rewrite expressions in canonical form.
+  ///
+  /// Clients should create an instance of this class when rewriting is needed,
+  /// and destroying it when finished to allow the release of the associated
+  /// memory.
+  struct SCEVExpander : public SCEVVisitor<SCEVExpander, Value*> {
+    ScalarEvolution &SE;
+    LoopInfo &LI;
+    std::map<SCEVHandle, Value*> InsertedExpressions;
+    std::set<Instruction*> InsertedInstructions;
 
-// InsertCast - Cast Val to Ty, setting a useful name on the cast if Val has a
-// name...
-//
-static Instruction *InsertCast(Value *Val, const Type *Ty,
-                               Instruction *InsertBefore) {
-  return new CastInst(Val, Ty, Val->getName()+"-casted", InsertBefore);
-}
+    Instruction *InsertPt;
 
-static bool TransformLoop(LoopInfo *Loops, Loop *Loop) {
-  // Transform all subloops before this loop...
-  bool Changed = reduce_apply_bool(Loop->getSubLoops().begin(),
-                                   Loop->getSubLoops().end(),
-                              std::bind1st(std::ptr_fun(TransformLoop), Loops));
-  // Get the header node for this loop.  All of the phi nodes that could be
-  // induction variables must live in this basic block.
-  //
-  BasicBlock *Header = Loop->getBlocks().front();
-  
-  // Loop over all of the PHI nodes in the basic block, calculating the
-  // induction variables that they represent... stuffing the induction variable
-  // info into a vector...
-  //
-  std::vector<InductionVariable> IndVars;    // Induction variables for block
-  BasicBlock::iterator AfterPHIIt = Header->begin();
-  for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&*AfterPHIIt); ++AfterPHIIt)
-    IndVars.push_back(InductionVariable(PN, Loops));
-  // AfterPHIIt now points to first nonphi instruction...
-
-  // If there are no phi nodes in this basic block, there can't be indvars...
-  if (IndVars.empty()) return Changed;
-  
-  // Loop over the induction variables, looking for a cannonical induction
-  // variable, and checking to make sure they are not all unknown induction
-  // variables.
-  //
-  bool FoundIndVars = false;
-  InductionVariable *Cannonical = 0;
-  for (unsigned i = 0; i < IndVars.size(); ++i) {
-    if (IndVars[i].InductionType == InductionVariable::Cannonical &&
-        !isa<PointerType>(IndVars[i].Phi->getType()))
-      Cannonical = &IndVars[i];
-    if (IndVars[i].InductionType != InductionVariable::Unknown)
-      FoundIndVars = true;
-  }
+    friend struct SCEVVisitor<SCEVExpander, Value*>;
+  public:
+    SCEVExpander(ScalarEvolution &se, LoopInfo &li) : SE(se), LI(li) {}
 
-  // No induction variables, bail early... don't add a cannonnical indvar
-  if (!FoundIndVars) return Changed;
-
-  // Okay, we want to convert other induction variables to use a cannonical
-  // indvar.  If we don't have one, add one now...
-  if (!Cannonical) {
-    // Create the PHI node for the new induction variable, and insert the phi
-    // node at the end of the other phi nodes...
-    PHINode *PN = new PHINode(Type::UIntTy, "cann-indvar", AfterPHIIt);
+    /// isInsertedInstruction - Return true if the specified instruction was
+    /// inserted by the code rewriter.  If so, the client should not modify the
+    /// instruction.
+    bool isInsertedInstruction(Instruction *I) const {
+      return InsertedInstructions.count(I);
+    }
+    
+    /// getOrInsertCanonicalInductionVariable - This method returns the
+    /// canonical induction variable of the specified type for the specified
+    /// loop (inserting one if there is none).  A canonical induction variable
+    /// starts at zero and steps by one on each iteration.
+    Value *getOrInsertCanonicalInductionVariable(const Loop *L, const Type *Ty){
+      assert((Ty->isInteger() || Ty->isFloatingPoint()) &&
+             "Can only insert integer or floating point induction variables!");
+      SCEVHandle H = SCEVAddRecExpr::get(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Ty),
+                                         SCEVUnknown::getIntegerSCEV(1, Ty), L);
+      return expand(H);
+    }
 
-    // Create the increment instruction to add one to the counter...
-    Instruction *Add = BinaryOperator::create(Instruction::Add, PN,
-                                              ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1),
-                                              "add1-indvar", AfterPHIIt);
+    /// addInsertedValue - Remember the specified instruction as being the
+    /// canonical form for the specified SCEV.
+    void addInsertedValue(Instruction *I, SCEV *S) {
+      InsertedExpressions[S] = (Value*)I;
+      InsertedInstructions.insert(I);
+    }
 
-    // Figure out which block is incoming and which is the backedge for the loop
-    BasicBlock *Incoming, *BackEdgeBlock;
-    pred_iterator PI = pred_begin(Header);
-    assert(PI != pred_end(Header) && "Loop headers should have 2 preds!");
-    if (Loop->contains(*PI)) {  // First pred is back edge...
-      BackEdgeBlock = *PI++;
-      Incoming      = *PI++;
-    } else {
-      Incoming      = *PI++;
-      BackEdgeBlock = *PI++;
-    }
-    assert(PI == pred_end(Header) && "Loop headers should have 2 preds!");
-    
-    // Add incoming values for the PHI node...
-    PN->addIncoming(Constant::getNullValue(Type::UIntTy), Incoming);
-    PN->addIncoming(Add, BackEdgeBlock);
-
-    // Analyze the new induction variable...
-    IndVars.push_back(InductionVariable(PN, Loops));
-    assert(IndVars.back().InductionType == InductionVariable::Cannonical &&
-           "Just inserted cannonical indvar that is not cannonical!");
-    Cannonical = &IndVars.back();
-    ++NumInserted;
-    Changed = true;
-  }
+    /// expandCodeFor - Insert code to directly compute the specified SCEV
+    /// expression into the program.  The inserted code is inserted into the
+    /// specified block.
+    ///
+    /// If a particular value sign is required, a type may be specified for the
+    /// result.
+    Value *expandCodeFor(SCEVHandle SH, Instruction *IP, const Type *Ty = 0) {
+      // Expand the code for this SCEV.
+      this->InsertPt = IP;
+      return expandInTy(SH, Ty);
+    }
 
-  DEBUG(std::cerr << "Induction variables:\n");
+  protected:
+    Value *expand(SCEV *S) {
+      // Check to see if we already expanded this.
+      std::map<SCEVHandle, Value*>::iterator I = InsertedExpressions.find(S);
+      if (I != InsertedExpressions.end())
+        return I->second;
 
-  // Get the current loop iteration count, which is always the value of the
-  // cannonical phi node...
-  //
-  PHINode *IterCount = Cannonical->Phi;
+      Value *V = visit(S);
+      InsertedExpressions[S] = V;
+      return V;
+    }
 
-  // Loop through and replace all of the auxillary induction variables with
-  // references to the primary induction variable...
-  //
-  for (unsigned i = 0; i < IndVars.size(); ++i) {
-    InductionVariable *IV = &IndVars[i];
+    Value *expandInTy(SCEV *S, const Type *Ty) {
+      Value *V = expand(S);
+      if (Ty && V->getType() != Ty) {
+        // FIXME: keep track of the cast instruction.
+        if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
+          return ConstantExpr::getCast(C, Ty);
+        else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
+          // Check to see if there is already a cast.  If there is, use it.
+          for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); 
+               UI != E; ++UI) {
+            if ((*UI)->getType() == Ty)
+              if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(cast<Instruction>(*UI))) {
+                BasicBlock::iterator It = I; ++It;
+                while (isa<PHINode>(It)) ++It;
+                if (It != BasicBlock::iterator(CI)) {
+                  // Splice the cast immediately after the operand in question.
+                  BasicBlock::InstListType &InstList =
+                    I->getParent()->getInstList();
+                  InstList.splice(It, CI->getParent()->getInstList(), CI);
+                }
+                return CI;
+              }
+          }
+          BasicBlock::iterator IP = I; ++IP;
+          if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(I))
+            IP = II->getNormalDest()->begin();
+          while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
+          return new CastInst(V, Ty, V->getName(), IP);
+        } else {
+          // FIXME: check to see if there is already a cast!
+          return new CastInst(V, Ty, V->getName(), InsertPt);
+        }
+      }
+      return V;
+    }
 
-    DEBUG(IV->print(std::cerr));
+    Value *visitConstant(SCEVConstant *S) {
+      return S->getValue();
+    }
 
-    // Don't do math with pointers...
-    const Type *IVTy = IV->Phi->getType();
-    if (isa<PointerType>(IVTy)) IVTy = Type::ULongTy;
+    Value *visitTruncateExpr(SCEVTruncateExpr *S) {
+      Value *V = expand(S->getOperand());
+      return new CastInst(V, S->getType(), "tmp.", InsertPt);
+    }
 
-    // Don't modify the cannonical indvar or unrecognized indvars...
-    if (IV != Cannonical && IV->InductionType != InductionVariable::Unknown) {
-      Instruction *Val = IterCount;
-      if (!isa<ConstantInt>(IV->Step) ||   // If the step != 1
-          !cast<ConstantInt>(IV->Step)->equalsInt(1)) {
+    Value *visitZeroExtendExpr(SCEVZeroExtendExpr *S) {
+      Value *V = expandInTy(S->getOperand(),S->getType()->getUnsignedVersion());
+      return new CastInst(V, S->getType(), "tmp.", InsertPt);
+    }
 
-        // If the types are not compatible, insert a cast now...
-        if (Val->getType() != IVTy)
-          Val = InsertCast(Val, IVTy, AfterPHIIt);
-        if (IV->Step->getType() != IVTy)
-          IV->Step = InsertCast(IV->Step, IVTy, AfterPHIIt);
+    Value *visitAddExpr(SCEVAddExpr *S) {
+      const Type *Ty = S->getType();
+      Value *V = expandInTy(S->getOperand(S->getNumOperands()-1), Ty);
 
-        Val = BinaryOperator::create(Instruction::Mul, Val, IV->Step,
-                                     IV->Phi->getName()+"-scale", AfterPHIIt);
-      }
+      // Emit a bunch of add instructions
+      for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i)
+        V = BinaryOperator::createAdd(V, expandInTy(S->getOperand(i), Ty),
+                                      "tmp.", InsertPt);
+      return V;
+    }
 
-      // If the start != 0
-      if (IV->Start != Constant::getNullValue(IV->Start->getType())) {
-        // If the types are not compatible, insert a cast now...
-        if (Val->getType() != IVTy)
-          Val = InsertCast(Val, IVTy, AfterPHIIt);
-        if (IV->Start->getType() != IVTy)
-          IV->Start = InsertCast(IV->Start, IVTy, AfterPHIIt);
-
-        // Insert the instruction after the phi nodes...
-        Val = BinaryOperator::create(Instruction::Add, Val, IV->Start,
-                                     IV->Phi->getName()+"-offset", AfterPHIIt);
-      }
+    Value *visitMulExpr(SCEVMulExpr *S);
 
-      // If the PHI node has a different type than val is, insert a cast now...
-      if (Val->getType() != IV->Phi->getType())
-        Val = InsertCast(Val, IV->Phi->getType(), AfterPHIIt);
-      
-      // Replace all uses of the old PHI node with the new computed value...
-      IV->Phi->replaceAllUsesWith(Val);
+    Value *visitUDivExpr(SCEVUDivExpr *S) {
+      const Type *Ty = S->getType();
+      Value *LHS = expandInTy(S->getLHS(), Ty);
+      Value *RHS = expandInTy(S->getRHS(), Ty);
+      return BinaryOperator::createDiv(LHS, RHS, "tmp.", InsertPt);
+    }
 
-      // Move the PHI name to it's new equivalent value...
-      std::string OldName = IV->Phi->getName();
-      IV->Phi->setName("");
-      Val->setName(OldName);
+    Value *visitAddRecExpr(SCEVAddRecExpr *S);
 
-      // Delete the old, now unused, phi node...
-      Header->getInstList().erase(IV->Phi);
-      Changed = true;
-      ++NumRemoved;
+    Value *visitUnknown(SCEVUnknown *S) {
+      return S->getValue();
     }
+  };
+}
+
+Value *SCEVExpander::visitMulExpr(SCEVMulExpr *S) {
+  const Type *Ty = S->getType();
+  int FirstOp = 0;  // Set if we should emit a subtract.
+  if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(S->getOperand(0)))
+    if (SC->getValue()->isAllOnesValue())
+      FirstOp = 1;
+    
+  int i = S->getNumOperands()-2;
+  Value *V = expandInTy(S->getOperand(i+1), Ty);
+    
+  // Emit a bunch of multiply instructions
+  for (; i >= FirstOp; --i)
+    V = BinaryOperator::createMul(V, expandInTy(S->getOperand(i), Ty),
+                                  "tmp.", InsertPt);
+  // -1 * ...  --->  0 - ...
+  if (FirstOp == 1)
+    V = BinaryOperator::createNeg(V, "tmp.", InsertPt);
+  return V;
+}
+
+Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(SCEVAddRecExpr *S) {
+  const Type *Ty = S->getType();
+  const Loop *L = S->getLoop();
+  // We cannot yet do fp recurrences, e.g. the xform of {X,+,F} --> X+{0,+,F}
+  assert(Ty->isIntegral() && "Cannot expand fp recurrences yet!");
+
+  // {X,+,F} --> X + {0,+,F}
+  if (!isa<SCEVConstant>(S->getStart()) ||
+      !cast<SCEVConstant>(S->getStart())->getValue()->isNullValue()) {
+    Value *Start = expandInTy(S->getStart(), Ty);
+    std::vector<SCEVHandle> NewOps(S->op_begin(), S->op_end());
+    NewOps[0] = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Ty);
+    Value *Rest = expandInTy(SCEVAddRecExpr::get(NewOps, L), Ty);
+
+    // FIXME: look for an existing add to use.
+    return BinaryOperator::createAdd(Rest, Start, "tmp.", InsertPt);
+  }
+
+  // {0,+,1} --> Insert a canonical induction variable into the loop!
+  if (S->getNumOperands() == 2 &&
+      S->getOperand(1) == SCEVUnknown::getIntegerSCEV(1, Ty)) {
+    // Create and insert the PHI node for the induction variable in the
+    // specified loop.
+    BasicBlock *Header = L->getHeader();
+    PHINode *PN = new PHINode(Ty, "indvar", Header->begin());
+    PN->addIncoming(Constant::getNullValue(Ty), L->getLoopPreheader());
+
+    pred_iterator HPI = pred_begin(Header);
+    assert(HPI != pred_end(Header) && "Loop with zero preds???");
+    if (!L->contains(*HPI)) ++HPI;
+    assert(HPI != pred_end(Header) && L->contains(*HPI) &&
+           "No backedge in loop?");
+
+    // Insert a unit add instruction right before the terminator corresponding
+    // to the back-edge.
+    Constant *One = Ty->isFloatingPoint() ? (Constant*)ConstantFP::get(Ty, 1.0)
+                                          : ConstantInt::get(Ty, 1);
+    Instruction *Add = BinaryOperator::createAdd(PN, One, "indvar.next",
+                                                 (*HPI)->getTerminator());
+
+    pred_iterator PI = pred_begin(Header);
+    if (*PI == L->getLoopPreheader())
+      ++PI;
+    PN->addIncoming(Add, *PI);
+    return PN;
+  }
+
+  // Get the canonical induction variable I for this loop.
+  Value *I = getOrInsertCanonicalInductionVariable(L, Ty);
+
+  if (S->getNumOperands() == 2) {   // {0,+,F} --> i*F
+    Value *F = expandInTy(S->getOperand(1), Ty);
+    return BinaryOperator::createMul(I, F, "tmp.", InsertPt);
   }
 
-  return Changed;
+  // If this is a chain of recurrences, turn it into a closed form, using the
+  // folders, then expandCodeFor the closed form.  This allows the folders to
+  // simplify the expression without having to build a bunch of special code
+  // into this folder.
+  SCEVHandle IH = SCEVUnknown::get(I);   // Get I as a "symbolic" SCEV.
+
+  SCEVHandle V = S->evaluateAtIteration(IH);
+  //std::cerr << "Evaluated: " << *this << "\n     to: " << *V << "\n";
+
+  return expandInTy(V, Ty);
 }
 
+
 namespace {
-  struct InductionVariableSimplify : public FunctionPass {
+  Statistic<> NumRemoved ("indvars", "Number of aux indvars removed");
+  Statistic<> NumPointer ("indvars", "Number of pointer indvars promoted");
+  Statistic<> NumInserted("indvars", "Number of canonical indvars added");
+  Statistic<> NumReplaced("indvars", "Number of exit values replaced");
+  Statistic<> NumLFTR    ("indvars", "Number of loop exit tests replaced");
+
+  class IndVarSimplify : public FunctionPass {
+    LoopInfo        *LI;
+    ScalarEvolution *SE;
+    bool Changed;
+  public:
     virtual bool runOnFunction(Function &) {
-      LoopInfo &LI = getAnalysis<LoopInfo>();
+      LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
+      SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
+      Changed = false;
 
       // Induction Variables live in the header nodes of loops
-      return reduce_apply_bool(LI.getTopLevelLoops().begin(),
-                               LI.getTopLevelLoops().end(),
-                               std::bind1st(std::ptr_fun(TransformLoop), &LI));
+      for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
+        runOnLoop(*I);
+      return Changed;
     }
-    
+
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+      AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
+      AU.addRequired<ScalarEvolution>();
       AU.addRequired<LoopInfo>();
+      AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
       AU.setPreservesCFG();
     }
+  private:
+    void runOnLoop(Loop *L);
+    void EliminatePointerRecurrence(PHINode *PN, BasicBlock *Preheader,
+                                    std::set<Instruction*> &DeadInsts);
+    void LinearFunctionTestReplace(Loop *L, SCEV *IterationCount,
+                                   SCEVExpander &RW);
+    void RewriteLoopExitValues(Loop *L);
+
+    void DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts);
   };
-  RegisterOpt<InductionVariableSimplify> X("indvars",
-                                           "Cannonicalize Induction Variables");
+  RegisterOpt<IndVarSimplify> X("indvars", "Canonicalize Induction Variables");
+}
+
+FunctionPass *llvm::createIndVarSimplifyPass() {
+  return new IndVarSimplify();
+}
+
+/// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
+/// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
+/// their operands subsequently dead.
+void IndVarSimplify::
+DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts) {
+  while (!Insts.empty()) {
+    Instruction *I = *Insts.begin();
+    Insts.erase(Insts.begin());
+    if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
+      for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
+        if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
+          Insts.insert(U);
+      SE->deleteInstructionFromRecords(I);
+      I->eraseFromParent();
+      Changed = true;
+    }
+  }
 }
 
-Pass *createIndVarSimplifyPass() {
-  return new InductionVariableSimplify();
+
+/// EliminatePointerRecurrence - Check to see if this is a trivial GEP pointer
+/// recurrence.  If so, change it into an integer recurrence, permitting
+/// analysis by the SCEV routines.
+void IndVarSimplify::EliminatePointerRecurrence(PHINode *PN, 
+                                                BasicBlock *Preheader,
+                                            std::set<Instruction*> &DeadInsts) {
+  assert(PN->getNumIncomingValues() == 2 && "Noncanonicalized loop!");
+  unsigned PreheaderIdx = PN->getBasicBlockIndex(Preheader);
+  unsigned BackedgeIdx = PreheaderIdx^1;
+  if (GetElementPtrInst *GEPI =
+      dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getIncomingValue(BackedgeIdx)))
+    if (GEPI->getOperand(0) == PN) {
+      assert(GEPI->getNumOperands() == 2 && "GEP types must mismatch!");
+          
+      // Okay, we found a pointer recurrence.  Transform this pointer
+      // recurrence into an integer recurrence.  Compute the value that gets
+      // added to the pointer at every iteration.
+      Value *AddedVal = GEPI->getOperand(1);
+
+      // Insert a new integer PHI node into the top of the block.
+      PHINode *NewPhi = new PHINode(AddedVal->getType(),
+                                    PN->getName()+".rec", PN);
+      NewPhi->addIncoming(Constant::getNullValue(NewPhi->getType()), Preheader);
+
+      // Create the new add instruction.
+      Value *NewAdd = BinaryOperator::createAdd(NewPhi, AddedVal,
+                                                GEPI->getName()+".rec", GEPI);
+      NewPhi->addIncoming(NewAdd, PN->getIncomingBlock(BackedgeIdx));
+          
+      // Update the existing GEP to use the recurrence.
+      GEPI->setOperand(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
+          
+      // Update the GEP to use the new recurrence we just inserted.
+      GEPI->setOperand(1, NewAdd);
+
+      // If the incoming value is a constant expr GEP, try peeling out the array
+      // 0 index if possible to make things simpler.
+      if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GEPI->getOperand(0)))
+        if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
+          unsigned NumOps = CE->getNumOperands();
+          assert(NumOps > 1 && "CE folding didn't work!");
+          if (CE->getOperand(NumOps-1)->isNullValue()) {
+            // Check to make sure the last index really is an array index.
+            gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI);
+            for (unsigned i = 1, e = GEPI->getNumOperands()-1;
+                 i != e; ++i, ++GTI)
+              /*empty*/;
+            if (isa<SequentialType>(*GTI)) {
+              // Pull the last index out of the constant expr GEP.
+              std::vector<Value*> CEIdxs(CE->op_begin()+1, CE->op_end()-1);
+              Constant *NCE = ConstantExpr::getGetElementPtr(CE->getOperand(0),
+                                                             CEIdxs);
+              GetElementPtrInst *NGEPI =
+                new GetElementPtrInst(NCE, Constant::getNullValue(Type::IntTy),
+                                      NewAdd, GEPI->getName(), GEPI);
+              GEPI->replaceAllUsesWith(NGEPI);
+              GEPI->eraseFromParent();
+              GEPI = NGEPI;
+            }
+          }
+        }
+
+
+      // Finally, if there are any other users of the PHI node, we must
+      // insert a new GEP instruction that uses the pre-incremented version
+      // of the induction amount.
+      if (!PN->use_empty()) {
+        BasicBlock::iterator InsertPos = PN; ++InsertPos;
+        while (isa<PHINode>(InsertPos)) ++InsertPos;
+        std::string Name = PN->getName(); PN->setName("");
+        Value *PreInc =
+          new GetElementPtrInst(PN->getIncomingValue(PreheaderIdx),
+                                std::vector<Value*>(1, NewPhi), Name,
+                                InsertPos);
+        PN->replaceAllUsesWith(PreInc);
+      }
+
+      // Delete the old PHI for sure, and the GEP if its otherwise unused.
+      DeadInsts.insert(PN);
+
+      ++NumPointer;
+      Changed = true;
+    }
+}
+
+/// LinearFunctionTestReplace - This method rewrites the exit condition of the
+/// loop to be a canonical != comparison against the incremented loop induction
+/// variable.  This pass is able to rewrite the exit tests of any loop where the
+/// SCEV analysis can determine a loop-invariant trip count of the loop, which
+/// is actually a much broader range than just linear tests.
+void IndVarSimplify::LinearFunctionTestReplace(Loop *L, SCEV *IterationCount,
+                                               SCEVExpander &RW) {
+  // Find the exit block for the loop.  We can currently only handle loops with
+  // a single exit.
+  std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
+  L->getExitBlocks(ExitBlocks);
+  if (ExitBlocks.size() != 1) return;
+  BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[0];
+
+  // Make sure there is only one predecessor block in the loop.
+  BasicBlock *ExitingBlock = 0;
+  for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), PE = pred_end(ExitBlock);
+       PI != PE; ++PI)
+    if (L->contains(*PI)) {
+      if (ExitingBlock == 0)
+        ExitingBlock = *PI;
+      else
+        return;  // Multiple exits from loop to this block.
+    }
+  assert(ExitingBlock && "Loop info is broken");
+
+  if (!isa<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator()))
+    return;  // Can't rewrite non-branch yet
+  BranchInst *BI = cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
+  assert(BI->isConditional() && "Must be conditional to be part of loop!");
+
+  std::set<Instruction*> InstructionsToDelete;
+  if (Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition()))
+    InstructionsToDelete.insert(Cond);
+
+  // If the exiting block is not the same as the backedge block, we must compare
+  // against the preincremented value, otherwise we prefer to compare against
+  // the post-incremented value.
+  BasicBlock *Header = L->getHeader();
+  pred_iterator HPI = pred_begin(Header);
+  assert(HPI != pred_end(Header) && "Loop with zero preds???");
+  if (!L->contains(*HPI)) ++HPI;
+  assert(HPI != pred_end(Header) && L->contains(*HPI) &&
+         "No backedge in loop?");
+
+  SCEVHandle TripCount = IterationCount;
+  Value *IndVar;
+  if (*HPI == ExitingBlock) {
+    // The IterationCount expression contains the number of times that the
+    // backedge actually branches to the loop header.  This is one less than the
+    // number of times the loop executes, so add one to it.
+    Constant *OneC = ConstantInt::get(IterationCount->getType(), 1);
+    TripCount = SCEVAddExpr::get(IterationCount, SCEVUnknown::get(OneC));
+    IndVar = L->getCanonicalInductionVariableIncrement();
+  } else {
+    // We have to use the preincremented value...
+    IndVar = L->getCanonicalInductionVariable();
+  }
+
+  // Expand the code for the iteration count into the preheader of the loop.
+  BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
+  Value *ExitCnt = RW.expandCodeFor(TripCount, Preheader->getTerminator(),
+                                    IndVar->getType());
+
+  // Insert a new setne or seteq instruction before the branch.
+  Instruction::BinaryOps Opcode;
+  if (L->contains(BI->getSuccessor(0)))
+    Opcode = Instruction::SetNE;
+  else
+    Opcode = Instruction::SetEQ;
+
+  Value *Cond = new SetCondInst(Opcode, IndVar, ExitCnt, "exitcond", BI);
+  BI->setCondition(Cond);
+  ++NumLFTR;
+  Changed = true;
+
+  DeleteTriviallyDeadInstructions(InstructionsToDelete);
+}
+
+
+/// RewriteLoopExitValues - Check to see if this loop has a computable
+/// loop-invariant execution count.  If so, this means that we can compute the
+/// final value of any expressions that are recurrent in the loop, and
+/// substitute the exit values from the loop into any instructions outside of
+/// the loop that use the final values of the current expressions.
+void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L) {
+  BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
+
+  // Scan all of the instructions in the loop, looking at those that have
+  // extra-loop users and which are recurrences.
+  SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
+
+  // We insert the code into the preheader of the loop if the loop contains
+  // multiple exit blocks, or in the exit block if there is exactly one.
+  BasicBlock *BlockToInsertInto;
+  std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
+  L->getExitBlocks(ExitBlocks);
+  if (ExitBlocks.size() == 1)
+    BlockToInsertInto = ExitBlocks[0];
+  else
+    BlockToInsertInto = Preheader;
+  BasicBlock::iterator InsertPt = BlockToInsertInto->begin();
+  while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
+
+  bool HasConstantItCount = isa<SCEVConstant>(SE->getIterationCount(L));
+
+  std::set<Instruction*> InstructionsToDelete;
+  
+  for (unsigned i = 0, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i)
+    if (LI->getLoopFor(L->getBlocks()[i]) == L) {  // Not in a subloop...
+      BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
+      for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
+        if (I->getType()->isInteger()) {      // Is an integer instruction
+          SCEVHandle SH = SE->getSCEV(I);
+          if (SH->hasComputableLoopEvolution(L) ||    // Varies predictably
+              HasConstantItCount) {
+            // Find out if this predictably varying value is actually used
+            // outside of the loop.  "extra" as opposed to "intra".
+            std::vector<User*> ExtraLoopUsers;
+            for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
+                 UI != E; ++UI)
+              if (!L->contains(cast<Instruction>(*UI)->getParent()))
+                ExtraLoopUsers.push_back(*UI);
+            if (!ExtraLoopUsers.empty()) {
+              // Okay, this instruction has a user outside of the current loop
+              // and varies predictably in this loop.  Evaluate the value it
+              // contains when the loop exits, and insert code for it.
+              SCEVHandle ExitValue = SE->getSCEVAtScope(I, L->getParentLoop());
+              if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(ExitValue)) {
+                Changed = true;
+                ++NumReplaced;
+                Value *NewVal = Rewriter.expandCodeFor(ExitValue, InsertPt,
+                                                       I->getType());
+
+                // Rewrite any users of the computed value outside of the loop
+                // with the newly computed value.
+                for (unsigned i = 0, e = ExtraLoopUsers.size(); i != e; ++i)
+                  ExtraLoopUsers[i]->replaceUsesOfWith(I, NewVal);
+
+                // If this instruction is dead now, schedule it to be removed.
+                if (I->use_empty())
+                  InstructionsToDelete.insert(I);
+              }
+            }
+          }
+        }
+    }
+
+  DeleteTriviallyDeadInstructions(InstructionsToDelete);
+}
+
+
+void IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L) {
+  // First step.  Check to see if there are any trivial GEP pointer recurrences.
+  // If there are, change them into integer recurrences, permitting analysis by
+  // the SCEV routines.
+  //
+  BasicBlock *Header    = L->getHeader();
+  BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
+  
+  std::set<Instruction*> DeadInsts;
+  for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
+    PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
+    if (isa<PointerType>(PN->getType()))
+      EliminatePointerRecurrence(PN, Preheader, DeadInsts);
+  }
+
+  if (!DeadInsts.empty())
+    DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
+
+
+  // Next, transform all loops nesting inside of this loop.
+  for (LoopInfo::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
+    runOnLoop(*I);
+
+  // Check to see if this loop has a computable loop-invariant execution count.
+  // If so, this means that we can compute the final value of any expressions
+  // that are recurrent in the loop, and substitute the exit values from the
+  // loop into any instructions outside of the loop that use the final values of
+  // the current expressions.
+  //
+  SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
+  if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
+    RewriteLoopExitValues(L);
+
+  // Next, analyze all of the induction variables in the loop, canonicalizing
+  // auxillary induction variables.
+  std::vector<std::pair<PHINode*, SCEVHandle> > IndVars;
+
+  for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
+    PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
+    if (PN->getType()->isInteger()) {  // FIXME: when we have fast-math, enable!
+      SCEVHandle SCEV = SE->getSCEV(PN);
+      if (SCEV->hasComputableLoopEvolution(L))
+        // FIXME: Without a strength reduction pass, it is an extremely bad idea
+        // to indvar substitute anything more complex than a linear induction
+        // variable.  Doing so will put expensive multiply instructions inside
+        // of the loop.  For now just disable indvar subst on anything more
+        // complex than a linear addrec.
+        if (SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SCEV))
+          if (AR->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVConstant>(AR->getOperand(1)))
+            IndVars.push_back(std::make_pair(PN, SCEV));
+    }
+  }
+
+  // If there are no induction variables in the loop, there is nothing more to
+  // do.
+  if (IndVars.empty()) {
+    // Actually, if we know how many times the loop iterates, lets insert a
+    // canonical induction variable to help subsequent passes.
+    if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount)) {
+      SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
+      Rewriter.getOrInsertCanonicalInductionVariable(L,
+                                                     IterationCount->getType());
+      LinearFunctionTestReplace(L, IterationCount, Rewriter);
+    }
+    return;
+  }
+
+  // Compute the type of the largest recurrence expression.
+  //
+  const Type *LargestType = IndVars[0].first->getType();
+  bool DifferingSizes = false;
+  for (unsigned i = 1, e = IndVars.size(); i != e; ++i) {
+    const Type *Ty = IndVars[i].first->getType();
+    DifferingSizes |= Ty->getPrimitiveSize() != LargestType->getPrimitiveSize();
+    if (Ty->getPrimitiveSize() > LargestType->getPrimitiveSize())
+      LargestType = Ty;
+  }
+
+  // Create a rewriter object which we'll use to transform the code with.
+  SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
+
+  // Now that we know the largest of of the induction variables in this loop,
+  // insert a canonical induction variable of the largest size.
+  LargestType = LargestType->getUnsignedVersion();
+  Value *IndVar = Rewriter.getOrInsertCanonicalInductionVariable(L,LargestType);
+  ++NumInserted;
+  Changed = true;
+
+  if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
+    LinearFunctionTestReplace(L, IterationCount, Rewriter);
+
+  // Now that we have a canonical induction variable, we can rewrite any
+  // recurrences in terms of the induction variable.  Start with the auxillary
+  // induction variables, and recursively rewrite any of their uses.
+  BasicBlock::iterator InsertPt = Header->begin();
+  while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
+
+  // If there were induction variables of other sizes, cast the primary
+  // induction variable to the right size for them, avoiding the need for the
+  // code evaluation methods to insert induction variables of different sizes.
+  if (DifferingSizes) {
+    bool InsertedSizes[17] = { false };
+    InsertedSizes[LargestType->getPrimitiveSize()] = true;
+    for (unsigned i = 0, e = IndVars.size(); i != e; ++i)
+      if (!InsertedSizes[IndVars[i].first->getType()->getPrimitiveSize()]) {
+        PHINode *PN = IndVars[i].first;
+        InsertedSizes[PN->getType()->getPrimitiveSize()] = true;
+        Instruction *New = new CastInst(IndVar,
+                                        PN->getType()->getUnsignedVersion(),
+                                        "indvar", InsertPt);
+        Rewriter.addInsertedValue(New, SE->getSCEV(New));
+      }
+  }
+
+  // If there were induction variables of other sizes, cast the primary
+  // induction variable to the right size for them, avoiding the need for the
+  // code evaluation methods to insert induction variables of different sizes.
+  std::map<unsigned, Value*> InsertedSizes;
+  while (!IndVars.empty()) {
+    PHINode *PN = IndVars.back().first;
+    Value *NewVal = Rewriter.expandCodeFor(IndVars.back().second, InsertPt,
+                                           PN->getType());
+    std::string Name = PN->getName();
+    PN->setName("");
+    NewVal->setName(Name);
+
+    // Replace the old PHI Node with the inserted computation.
+    PN->replaceAllUsesWith(NewVal);
+    DeadInsts.insert(PN);
+    IndVars.pop_back();
+    ++NumRemoved;
+    Changed = true;
+  }
+
+#if 0
+  // Now replace all derived expressions in the loop body with simpler
+  // expressions.
+  for (unsigned i = 0, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i)
+    if (LI->getLoopFor(L->getBlocks()[i]) == L) {  // Not in a subloop...
+      BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
+      for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
+        if (I->getType()->isInteger() &&      // Is an integer instruction
+            !I->use_empty() &&
+            !Rewriter.isInsertedInstruction(I)) {
+          SCEVHandle SH = SE->getSCEV(I);
+          Value *V = Rewriter.expandCodeFor(SH, I, I->getType());
+          if (V != I) {
+            if (isa<Instruction>(V)) {
+              std::string Name = I->getName();
+              I->setName("");
+              V->setName(Name);
+            }
+            I->replaceAllUsesWith(V);
+            DeadInsts.insert(I);
+            ++NumRemoved;
+            Changed = true;
+          }          
+        }
+    }
+#endif
+
+  DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
 }