[PM] Port ScalarEvolution to the new pass manager.
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / LoopAccessAnalysis.cpp
1 //===- LoopAccessAnalysis.cpp - Loop Access Analysis Implementation --------==//
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 // The implementation for the loop memory dependence that was originally
11 // developed for the loop vectorizer.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Analysis/LoopAccessAnalysis.h"
16 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
17 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
18 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
19 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
20 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
21 #include "llvm/IR/Dominators.h"
22 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
23 #include "llvm/Support/Debug.h"
24 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
25 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
26 using namespace llvm;
27
28 #define DEBUG_TYPE "loop-accesses"
29
30 static cl::opt<unsigned, true>
31 VectorizationFactor("force-vector-width", cl::Hidden,
32                     cl::desc("Sets the SIMD width. Zero is autoselect."),
33                     cl::location(VectorizerParams::VectorizationFactor));
34 unsigned VectorizerParams::VectorizationFactor;
35
36 static cl::opt<unsigned, true>
37 VectorizationInterleave("force-vector-interleave", cl::Hidden,
38                         cl::desc("Sets the vectorization interleave count. "
39                                  "Zero is autoselect."),
40                         cl::location(
41                             VectorizerParams::VectorizationInterleave));
42 unsigned VectorizerParams::VectorizationInterleave;
43
44 static cl::opt<unsigned, true> RuntimeMemoryCheckThreshold(
45     "runtime-memory-check-threshold", cl::Hidden,
46     cl::desc("When performing memory disambiguation checks at runtime do not "
47              "generate more than this number of comparisons (default = 8)."),
48     cl::location(VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold), cl::init(8));
49 unsigned VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold;
50
51 /// \brief The maximum iterations used to merge memory checks
52 static cl::opt<unsigned> MemoryCheckMergeThreshold(
53     "memory-check-merge-threshold", cl::Hidden,
54     cl::desc("Maximum number of comparisons done when trying to merge "
55              "runtime memory checks. (default = 100)"),
56     cl::init(100));
57
58 /// Maximum SIMD width.
59 const unsigned VectorizerParams::MaxVectorWidth = 64;
60
61 /// \brief We collect interesting dependences up to this threshold.
62 static cl::opt<unsigned> MaxInterestingDependence(
63     "max-interesting-dependences", cl::Hidden,
64     cl::desc("Maximum number of interesting dependences collected by "
65              "loop-access analysis (default = 100)"),
66     cl::init(100));
67
68 bool VectorizerParams::isInterleaveForced() {
69   return ::VectorizationInterleave.getNumOccurrences() > 0;
70 }
71
72 void LoopAccessReport::emitAnalysis(const LoopAccessReport &Message,
73                                     const Function *TheFunction,
74                                     const Loop *TheLoop,
75                                     const char *PassName) {
76   DebugLoc DL = TheLoop->getStartLoc();
77   if (const Instruction *I = Message.getInstr())
78     DL = I->getDebugLoc();
79   emitOptimizationRemarkAnalysis(TheFunction->getContext(), PassName,
80                                  *TheFunction, DL, Message.str());
81 }
82
83 Value *llvm::stripIntegerCast(Value *V) {
84   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
85     if (CI->getOperand(0)->getType()->isIntegerTy())
86       return CI->getOperand(0);
87   return V;
88 }
89
90 const SCEV *llvm::replaceSymbolicStrideSCEV(ScalarEvolution *SE,
91                                             const ValueToValueMap &PtrToStride,
92                                             Value *Ptr, Value *OrigPtr) {
93
94   const SCEV *OrigSCEV = SE->getSCEV(Ptr);
95
96   // If there is an entry in the map return the SCEV of the pointer with the
97   // symbolic stride replaced by one.
98   ValueToValueMap::const_iterator SI =
99       PtrToStride.find(OrigPtr ? OrigPtr : Ptr);
100   if (SI != PtrToStride.end()) {
101     Value *StrideVal = SI->second;
102
103     // Strip casts.
104     StrideVal = stripIntegerCast(StrideVal);
105
106     // Replace symbolic stride by one.
107     Value *One = ConstantInt::get(StrideVal->getType(), 1);
108     ValueToValueMap RewriteMap;
109     RewriteMap[StrideVal] = One;
110
111     const SCEV *ByOne =
112         SCEVParameterRewriter::rewrite(OrigSCEV, *SE, RewriteMap, true);
113     DEBUG(dbgs() << "LAA: Replacing SCEV: " << *OrigSCEV << " by: " << *ByOne
114                  << "\n");
115     return ByOne;
116   }
117
118   // Otherwise, just return the SCEV of the original pointer.
119   return SE->getSCEV(Ptr);
120 }
121
122 void RuntimePointerChecking::insert(Loop *Lp, Value *Ptr, bool WritePtr,
123                                     unsigned DepSetId, unsigned ASId,
124                                     const ValueToValueMap &Strides) {
125   // Get the stride replaced scev.
126   const SCEV *Sc = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, Ptr);
127   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Sc);
128   assert(AR && "Invalid addrec expression");
129   const SCEV *Ex = SE->getBackedgeTakenCount(Lp);
130
131   const SCEV *ScStart = AR->getStart();
132   const SCEV *ScEnd = AR->evaluateAtIteration(Ex, *SE);
133   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
134
135   // For expressions with negative step, the upper bound is ScStart and the
136   // lower bound is ScEnd.
137   if (const SCEVConstant *CStep = dyn_cast<const SCEVConstant>(Step)) {
138     if (CStep->getValue()->isNegative())
139       std::swap(ScStart, ScEnd);
140   } else {
141     // Fallback case: the step is not constant, but the we can still
142     // get the upper and lower bounds of the interval by using min/max
143     // expressions.
144     ScStart = SE->getUMinExpr(ScStart, ScEnd);
145     ScEnd = SE->getUMaxExpr(AR->getStart(), ScEnd);
146   }
147
148   Pointers.emplace_back(Ptr, ScStart, ScEnd, WritePtr, DepSetId, ASId, Sc);
149 }
150
151 SmallVector<RuntimePointerChecking::PointerCheck, 4>
152 RuntimePointerChecking::generateChecks() const {
153   SmallVector<PointerCheck, 4> Checks;
154
155   for (unsigned I = 0; I < CheckingGroups.size(); ++I) {
156     for (unsigned J = I + 1; J < CheckingGroups.size(); ++J) {
157       const RuntimePointerChecking::CheckingPtrGroup &CGI = CheckingGroups[I];
158       const RuntimePointerChecking::CheckingPtrGroup &CGJ = CheckingGroups[J];
159
160       if (needsChecking(CGI, CGJ))
161         Checks.push_back(std::make_pair(&CGI, &CGJ));
162     }
163   }
164   return Checks;
165 }
166
167 void RuntimePointerChecking::generateChecks(
168     MemoryDepChecker::DepCandidates &DepCands, bool UseDependencies) {
169   assert(Checks.empty() && "Checks is not empty");
170   groupChecks(DepCands, UseDependencies);
171   Checks = generateChecks();
172 }
173
174 bool RuntimePointerChecking::needsChecking(const CheckingPtrGroup &M,
175                                            const CheckingPtrGroup &N) const {
176   for (unsigned I = 0, EI = M.Members.size(); EI != I; ++I)
177     for (unsigned J = 0, EJ = N.Members.size(); EJ != J; ++J)
178       if (needsChecking(M.Members[I], N.Members[J]))
179         return true;
180   return false;
181 }
182
183 /// Compare \p I and \p J and return the minimum.
184 /// Return nullptr in case we couldn't find an answer.
185 static const SCEV *getMinFromExprs(const SCEV *I, const SCEV *J,
186                                    ScalarEvolution *SE) {
187   const SCEV *Diff = SE->getMinusSCEV(J, I);
188   const SCEVConstant *C = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff);
189
190   if (!C)
191     return nullptr;
192   if (C->getValue()->isNegative())
193     return J;
194   return I;
195 }
196
197 bool RuntimePointerChecking::CheckingPtrGroup::addPointer(unsigned Index) {
198   const SCEV *Start = RtCheck.Pointers[Index].Start;
199   const SCEV *End = RtCheck.Pointers[Index].End;
200
201   // Compare the starts and ends with the known minimum and maximum
202   // of this set. We need to know how we compare against the min/max
203   // of the set in order to be able to emit memchecks.
204   const SCEV *Min0 = getMinFromExprs(Start, Low, RtCheck.SE);
205   if (!Min0)
206     return false;
207
208   const SCEV *Min1 = getMinFromExprs(End, High, RtCheck.SE);
209   if (!Min1)
210     return false;
211
212   // Update the low bound  expression if we've found a new min value.
213   if (Min0 == Start)
214     Low = Start;
215
216   // Update the high bound expression if we've found a new max value.
217   if (Min1 != End)
218     High = End;
219
220   Members.push_back(Index);
221   return true;
222 }
223
224 void RuntimePointerChecking::groupChecks(
225     MemoryDepChecker::DepCandidates &DepCands, bool UseDependencies) {
226   // We build the groups from dependency candidates equivalence classes
227   // because:
228   //    - We know that pointers in the same equivalence class share
229   //      the same underlying object and therefore there is a chance
230   //      that we can compare pointers
231   //    - We wouldn't be able to merge two pointers for which we need
232   //      to emit a memcheck. The classes in DepCands are already
233   //      conveniently built such that no two pointers in the same
234   //      class need checking against each other.
235
236   // We use the following (greedy) algorithm to construct the groups
237   // For every pointer in the equivalence class:
238   //   For each existing group:
239   //   - if the difference between this pointer and the min/max bounds
240   //     of the group is a constant, then make the pointer part of the
241   //     group and update the min/max bounds of that group as required.
242
243   CheckingGroups.clear();
244
245   // If we need to check two pointers to the same underlying object
246   // with a non-constant difference, we shouldn't perform any pointer
247   // grouping with those pointers. This is because we can easily get
248   // into cases where the resulting check would return false, even when
249   // the accesses are safe.
250   //
251   // The following example shows this:
252   // for (i = 0; i < 1000; ++i)
253   //   a[5000 + i * m] = a[i] + a[i + 9000]
254   //
255   // Here grouping gives a check of (5000, 5000 + 1000 * m) against
256   // (0, 10000) which is always false. However, if m is 1, there is no
257   // dependence. Not grouping the checks for a[i] and a[i + 9000] allows
258   // us to perform an accurate check in this case.
259   //
260   // The above case requires that we have an UnknownDependence between
261   // accesses to the same underlying object. This cannot happen unless
262   // ShouldRetryWithRuntimeCheck is set, and therefore UseDependencies
263   // is also false. In this case we will use the fallback path and create
264   // separate checking groups for all pointers.
265  
266   // If we don't have the dependency partitions, construct a new
267   // checking pointer group for each pointer. This is also required
268   // for correctness, because in this case we can have checking between
269   // pointers to the same underlying object.
270   if (!UseDependencies) {
271     for (unsigned I = 0; I < Pointers.size(); ++I)
272       CheckingGroups.push_back(CheckingPtrGroup(I, *this));
273     return;
274   }
275
276   unsigned TotalComparisons = 0;
277
278   DenseMap<Value *, unsigned> PositionMap;
279   for (unsigned Index = 0; Index < Pointers.size(); ++Index)
280     PositionMap[Pointers[Index].PointerValue] = Index;
281
282   // We need to keep track of what pointers we've already seen so we
283   // don't process them twice.
284   SmallSet<unsigned, 2> Seen;
285
286   // Go through all equivalence classes, get the the "pointer check groups"
287   // and add them to the overall solution. We use the order in which accesses
288   // appear in 'Pointers' to enforce determinism.
289   for (unsigned I = 0; I < Pointers.size(); ++I) {
290     // We've seen this pointer before, and therefore already processed
291     // its equivalence class.
292     if (Seen.count(I))
293       continue;
294
295     MemoryDepChecker::MemAccessInfo Access(Pointers[I].PointerValue,
296                                            Pointers[I].IsWritePtr);
297
298     SmallVector<CheckingPtrGroup, 2> Groups;
299     auto LeaderI = DepCands.findValue(DepCands.getLeaderValue(Access));
300
301     // Because DepCands is constructed by visiting accesses in the order in
302     // which they appear in alias sets (which is deterministic) and the
303     // iteration order within an equivalence class member is only dependent on
304     // the order in which unions and insertions are performed on the
305     // equivalence class, the iteration order is deterministic.
306     for (auto MI = DepCands.member_begin(LeaderI), ME = DepCands.member_end();
307          MI != ME; ++MI) {
308       unsigned Pointer = PositionMap[MI->getPointer()];
309       bool Merged = false;
310       // Mark this pointer as seen.
311       Seen.insert(Pointer);
312
313       // Go through all the existing sets and see if we can find one
314       // which can include this pointer.
315       for (CheckingPtrGroup &Group : Groups) {
316         // Don't perform more than a certain amount of comparisons.
317         // This should limit the cost of grouping the pointers to something
318         // reasonable.  If we do end up hitting this threshold, the algorithm
319         // will create separate groups for all remaining pointers.
320         if (TotalComparisons > MemoryCheckMergeThreshold)
321           break;
322
323         TotalComparisons++;
324
325         if (Group.addPointer(Pointer)) {
326           Merged = true;
327           break;
328         }
329       }
330
331       if (!Merged)
332         // We couldn't add this pointer to any existing set or the threshold
333         // for the number of comparisons has been reached. Create a new group
334         // to hold the current pointer.
335         Groups.push_back(CheckingPtrGroup(Pointer, *this));
336     }
337
338     // We've computed the grouped checks for this partition.
339     // Save the results and continue with the next one.
340     std::copy(Groups.begin(), Groups.end(), std::back_inserter(CheckingGroups));
341   }
342 }
343
344 bool RuntimePointerChecking::arePointersInSamePartition(
345     const SmallVectorImpl<int> &PtrToPartition, unsigned PtrIdx1,
346     unsigned PtrIdx2) {
347   return (PtrToPartition[PtrIdx1] != -1 &&
348           PtrToPartition[PtrIdx1] == PtrToPartition[PtrIdx2]);
349 }
350
351 bool RuntimePointerChecking::needsChecking(unsigned I, unsigned J) const {
352   const PointerInfo &PointerI = Pointers[I];
353   const PointerInfo &PointerJ = Pointers[J];
354
355   // No need to check if two readonly pointers intersect.
356   if (!PointerI.IsWritePtr && !PointerJ.IsWritePtr)
357     return false;
358
359   // Only need to check pointers between two different dependency sets.
360   if (PointerI.DependencySetId == PointerJ.DependencySetId)
361     return false;
362
363   // Only need to check pointers in the same alias set.
364   if (PointerI.AliasSetId != PointerJ.AliasSetId)
365     return false;
366
367   return true;
368 }
369
370 void RuntimePointerChecking::printChecks(
371     raw_ostream &OS, const SmallVectorImpl<PointerCheck> &Checks,
372     unsigned Depth) const {
373   unsigned N = 0;
374   for (const auto &Check : Checks) {
375     const auto &First = Check.first->Members, &Second = Check.second->Members;
376
377     OS.indent(Depth) << "Check " << N++ << ":\n";
378
379     OS.indent(Depth + 2) << "Comparing group (" << Check.first << "):\n";
380     for (unsigned K = 0; K < First.size(); ++K)
381       OS.indent(Depth + 2) << *Pointers[First[K]].PointerValue << "\n";
382
383     OS.indent(Depth + 2) << "Against group (" << Check.second << "):\n";
384     for (unsigned K = 0; K < Second.size(); ++K)
385       OS.indent(Depth + 2) << *Pointers[Second[K]].PointerValue << "\n";
386   }
387 }
388
389 void RuntimePointerChecking::print(raw_ostream &OS, unsigned Depth) const {
390
391   OS.indent(Depth) << "Run-time memory checks:\n";
392   printChecks(OS, Checks, Depth);
393
394   OS.indent(Depth) << "Grouped accesses:\n";
395   for (unsigned I = 0; I < CheckingGroups.size(); ++I) {
396     const auto &CG = CheckingGroups[I];
397
398     OS.indent(Depth + 2) << "Group " << &CG << ":\n";
399     OS.indent(Depth + 4) << "(Low: " << *CG.Low << " High: " << *CG.High
400                          << ")\n";
401     for (unsigned J = 0; J < CG.Members.size(); ++J) {
402       OS.indent(Depth + 6) << "Member: " << *Pointers[CG.Members[J]].Expr
403                            << "\n";
404     }
405   }
406 }
407
408 namespace {
409 /// \brief Analyses memory accesses in a loop.
410 ///
411 /// Checks whether run time pointer checks are needed and builds sets for data
412 /// dependence checking.
413 class AccessAnalysis {
414 public:
415   /// \brief Read or write access location.
416   typedef PointerIntPair<Value *, 1, bool> MemAccessInfo;
417   typedef SmallPtrSet<MemAccessInfo, 8> MemAccessInfoSet;
418
419   AccessAnalysis(const DataLayout &Dl, AliasAnalysis *AA, LoopInfo *LI,
420                  MemoryDepChecker::DepCandidates &DA)
421       : DL(Dl), AST(*AA), LI(LI), DepCands(DA),
422         IsRTCheckAnalysisNeeded(false) {}
423
424   /// \brief Register a load  and whether it is only read from.
425   void addLoad(MemoryLocation &Loc, bool IsReadOnly) {
426     Value *Ptr = const_cast<Value*>(Loc.Ptr);
427     AST.add(Ptr, MemoryLocation::UnknownSize, Loc.AATags);
428     Accesses.insert(MemAccessInfo(Ptr, false));
429     if (IsReadOnly)
430       ReadOnlyPtr.insert(Ptr);
431   }
432
433   /// \brief Register a store.
434   void addStore(MemoryLocation &Loc) {
435     Value *Ptr = const_cast<Value*>(Loc.Ptr);
436     AST.add(Ptr, MemoryLocation::UnknownSize, Loc.AATags);
437     Accesses.insert(MemAccessInfo(Ptr, true));
438   }
439
440   /// \brief Check whether we can check the pointers at runtime for
441   /// non-intersection.
442   ///
443   /// Returns true if we need no check or if we do and we can generate them
444   /// (i.e. the pointers have computable bounds).
445   bool canCheckPtrAtRT(RuntimePointerChecking &RtCheck, ScalarEvolution *SE,
446                        Loop *TheLoop, const ValueToValueMap &Strides,
447                        bool ShouldCheckStride = false);
448
449   /// \brief Goes over all memory accesses, checks whether a RT check is needed
450   /// and builds sets of dependent accesses.
451   void buildDependenceSets() {
452     processMemAccesses();
453   }
454
455   /// \brief Initial processing of memory accesses determined that we need to
456   /// perform dependency checking.
457   ///
458   /// Note that this can later be cleared if we retry memcheck analysis without
459   /// dependency checking (i.e. ShouldRetryWithRuntimeCheck).
460   bool isDependencyCheckNeeded() { return !CheckDeps.empty(); }
461
462   /// We decided that no dependence analysis would be used.  Reset the state.
463   void resetDepChecks(MemoryDepChecker &DepChecker) {
464     CheckDeps.clear();
465     DepChecker.clearInterestingDependences();
466   }
467
468   MemAccessInfoSet &getDependenciesToCheck() { return CheckDeps; }
469
470 private:
471   typedef SetVector<MemAccessInfo> PtrAccessSet;
472
473   /// \brief Go over all memory access and check whether runtime pointer checks
474   /// are needed and build sets of dependency check candidates.
475   void processMemAccesses();
476
477   /// Set of all accesses.
478   PtrAccessSet Accesses;
479
480   const DataLayout &DL;
481
482   /// Set of accesses that need a further dependence check.
483   MemAccessInfoSet CheckDeps;
484
485   /// Set of pointers that are read only.
486   SmallPtrSet<Value*, 16> ReadOnlyPtr;
487
488   /// An alias set tracker to partition the access set by underlying object and
489   //intrinsic property (such as TBAA metadata).
490   AliasSetTracker AST;
491
492   LoopInfo *LI;
493
494   /// Sets of potentially dependent accesses - members of one set share an
495   /// underlying pointer. The set "CheckDeps" identfies which sets really need a
496   /// dependence check.
497   MemoryDepChecker::DepCandidates &DepCands;
498
499   /// \brief Initial processing of memory accesses determined that we may need
500   /// to add memchecks.  Perform the analysis to determine the necessary checks.
501   ///
502   /// Note that, this is different from isDependencyCheckNeeded.  When we retry
503   /// memcheck analysis without dependency checking
504   /// (i.e. ShouldRetryWithRuntimeCheck), isDependencyCheckNeeded is cleared
505   /// while this remains set if we have potentially dependent accesses.
506   bool IsRTCheckAnalysisNeeded;
507 };
508
509 } // end anonymous namespace
510
511 /// \brief Check whether a pointer can participate in a runtime bounds check.
512 static bool hasComputableBounds(ScalarEvolution *SE,
513                                 const ValueToValueMap &Strides, Value *Ptr) {
514   const SCEV *PtrScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, Ptr);
515   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PtrScev);
516   if (!AR)
517     return false;
518
519   return AR->isAffine();
520 }
521
522 bool AccessAnalysis::canCheckPtrAtRT(RuntimePointerChecking &RtCheck,
523                                      ScalarEvolution *SE, Loop *TheLoop,
524                                      const ValueToValueMap &StridesMap,
525                                      bool ShouldCheckStride) {
526   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
527   // to place a runtime bound check.
528   bool CanDoRT = true;
529
530   bool NeedRTCheck = false;
531   if (!IsRTCheckAnalysisNeeded) return true;
532
533   bool IsDepCheckNeeded = isDependencyCheckNeeded();
534
535   // We assign a consecutive id to access from different alias sets.
536   // Accesses between different groups doesn't need to be checked.
537   unsigned ASId = 1;
538   for (auto &AS : AST) {
539     int NumReadPtrChecks = 0;
540     int NumWritePtrChecks = 0;
541
542     // We assign consecutive id to access from different dependence sets.
543     // Accesses within the same set don't need a runtime check.
544     unsigned RunningDepId = 1;
545     DenseMap<Value *, unsigned> DepSetId;
546
547     for (auto A : AS) {
548       Value *Ptr = A.getValue();
549       bool IsWrite = Accesses.count(MemAccessInfo(Ptr, true));
550       MemAccessInfo Access(Ptr, IsWrite);
551
552       if (IsWrite)
553         ++NumWritePtrChecks;
554       else
555         ++NumReadPtrChecks;
556
557       if (hasComputableBounds(SE, StridesMap, Ptr) &&
558           // When we run after a failing dependency check we have to make sure
559           // we don't have wrapping pointers.
560           (!ShouldCheckStride ||
561            isStridedPtr(SE, Ptr, TheLoop, StridesMap) == 1)) {
562         // The id of the dependence set.
563         unsigned DepId;
564
565         if (IsDepCheckNeeded) {
566           Value *Leader = DepCands.getLeaderValue(Access).getPointer();
567           unsigned &LeaderId = DepSetId[Leader];
568           if (!LeaderId)
569             LeaderId = RunningDepId++;
570           DepId = LeaderId;
571         } else
572           // Each access has its own dependence set.
573           DepId = RunningDepId++;
574
575         RtCheck.insert(TheLoop, Ptr, IsWrite, DepId, ASId, StridesMap);
576
577         DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a runtime check ptr:" << *Ptr << '\n');
578       } else {
579         DEBUG(dbgs() << "LAA: Can't find bounds for ptr:" << *Ptr << '\n');
580         CanDoRT = false;
581       }
582     }
583
584     // If we have at least two writes or one write and a read then we need to
585     // check them.  But there is no need to checks if there is only one
586     // dependence set for this alias set.
587     //
588     // Note that this function computes CanDoRT and NeedRTCheck independently.
589     // For example CanDoRT=false, NeedRTCheck=false means that we have a pointer
590     // for which we couldn't find the bounds but we don't actually need to emit
591     // any checks so it does not matter.
592     if (!(IsDepCheckNeeded && CanDoRT && RunningDepId == 2))
593       NeedRTCheck |= (NumWritePtrChecks >= 2 || (NumReadPtrChecks >= 1 &&
594                                                  NumWritePtrChecks >= 1));
595
596     ++ASId;
597   }
598
599   // If the pointers that we would use for the bounds comparison have different
600   // address spaces, assume the values aren't directly comparable, so we can't
601   // use them for the runtime check. We also have to assume they could
602   // overlap. In the future there should be metadata for whether address spaces
603   // are disjoint.
604   unsigned NumPointers = RtCheck.Pointers.size();
605   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
606     for (unsigned j = i + 1; j < NumPointers; ++j) {
607       // Only need to check pointers between two different dependency sets.
608       if (RtCheck.Pointers[i].DependencySetId ==
609           RtCheck.Pointers[j].DependencySetId)
610        continue;
611       // Only need to check pointers in the same alias set.
612       if (RtCheck.Pointers[i].AliasSetId != RtCheck.Pointers[j].AliasSetId)
613         continue;
614
615       Value *PtrI = RtCheck.Pointers[i].PointerValue;
616       Value *PtrJ = RtCheck.Pointers[j].PointerValue;
617
618       unsigned ASi = PtrI->getType()->getPointerAddressSpace();
619       unsigned ASj = PtrJ->getType()->getPointerAddressSpace();
620       if (ASi != ASj) {
621         DEBUG(dbgs() << "LAA: Runtime check would require comparison between"
622                        " different address spaces\n");
623         return false;
624       }
625     }
626   }
627
628   if (NeedRTCheck && CanDoRT)
629     RtCheck.generateChecks(DepCands, IsDepCheckNeeded);
630
631   DEBUG(dbgs() << "LAA: We need to do " << RtCheck.getNumberOfChecks()
632                << " pointer comparisons.\n");
633
634   RtCheck.Need = NeedRTCheck;
635
636   bool CanDoRTIfNeeded = !NeedRTCheck || CanDoRT;
637   if (!CanDoRTIfNeeded)
638     RtCheck.reset();
639   return CanDoRTIfNeeded;
640 }
641
642 void AccessAnalysis::processMemAccesses() {
643   // We process the set twice: first we process read-write pointers, last we
644   // process read-only pointers. This allows us to skip dependence tests for
645   // read-only pointers.
646
647   DEBUG(dbgs() << "LAA: Processing memory accesses...\n");
648   DEBUG(dbgs() << "  AST: "; AST.dump());
649   DEBUG(dbgs() << "LAA:   Accesses(" << Accesses.size() << "):\n");
650   DEBUG({
651     for (auto A : Accesses)
652       dbgs() << "\t" << *A.getPointer() << " (" <<
653                 (A.getInt() ? "write" : (ReadOnlyPtr.count(A.getPointer()) ?
654                                          "read-only" : "read")) << ")\n";
655   });
656
657   // The AliasSetTracker has nicely partitioned our pointers by metadata
658   // compatibility and potential for underlying-object overlap. As a result, we
659   // only need to check for potential pointer dependencies within each alias
660   // set.
661   for (auto &AS : AST) {
662     // Note that both the alias-set tracker and the alias sets themselves used
663     // linked lists internally and so the iteration order here is deterministic
664     // (matching the original instruction order within each set).
665
666     bool SetHasWrite = false;
667
668     // Map of pointers to last access encountered.
669     typedef DenseMap<Value*, MemAccessInfo> UnderlyingObjToAccessMap;
670     UnderlyingObjToAccessMap ObjToLastAccess;
671
672     // Set of access to check after all writes have been processed.
673     PtrAccessSet DeferredAccesses;
674
675     // Iterate over each alias set twice, once to process read/write pointers,
676     // and then to process read-only pointers.
677     for (int SetIteration = 0; SetIteration < 2; ++SetIteration) {
678       bool UseDeferred = SetIteration > 0;
679       PtrAccessSet &S = UseDeferred ? DeferredAccesses : Accesses;
680
681       for (auto AV : AS) {
682         Value *Ptr = AV.getValue();
683
684         // For a single memory access in AliasSetTracker, Accesses may contain
685         // both read and write, and they both need to be handled for CheckDeps.
686         for (auto AC : S) {
687           if (AC.getPointer() != Ptr)
688             continue;
689
690           bool IsWrite = AC.getInt();
691
692           // If we're using the deferred access set, then it contains only
693           // reads.
694           bool IsReadOnlyPtr = ReadOnlyPtr.count(Ptr) && !IsWrite;
695           if (UseDeferred && !IsReadOnlyPtr)
696             continue;
697           // Otherwise, the pointer must be in the PtrAccessSet, either as a
698           // read or a write.
699           assert(((IsReadOnlyPtr && UseDeferred) || IsWrite ||
700                   S.count(MemAccessInfo(Ptr, false))) &&
701                  "Alias-set pointer not in the access set?");
702
703           MemAccessInfo Access(Ptr, IsWrite);
704           DepCands.insert(Access);
705
706           // Memorize read-only pointers for later processing and skip them in
707           // the first round (they need to be checked after we have seen all
708           // write pointers). Note: we also mark pointer that are not
709           // consecutive as "read-only" pointers (so that we check
710           // "a[b[i]] +="). Hence, we need the second check for "!IsWrite".
711           if (!UseDeferred && IsReadOnlyPtr) {
712             DeferredAccesses.insert(Access);
713             continue;
714           }
715
716           // If this is a write - check other reads and writes for conflicts. If
717           // this is a read only check other writes for conflicts (but only if
718           // there is no other write to the ptr - this is an optimization to
719           // catch "a[i] = a[i] + " without having to do a dependence check).
720           if ((IsWrite || IsReadOnlyPtr) && SetHasWrite) {
721             CheckDeps.insert(Access);
722             IsRTCheckAnalysisNeeded = true;
723           }
724
725           if (IsWrite)
726             SetHasWrite = true;
727
728           // Create sets of pointers connected by a shared alias set and
729           // underlying object.
730           typedef SmallVector<Value *, 16> ValueVector;
731           ValueVector TempObjects;
732
733           GetUnderlyingObjects(Ptr, TempObjects, DL, LI);
734           DEBUG(dbgs() << "Underlying objects for pointer " << *Ptr << "\n");
735           for (Value *UnderlyingObj : TempObjects) {
736             UnderlyingObjToAccessMap::iterator Prev =
737                 ObjToLastAccess.find(UnderlyingObj);
738             if (Prev != ObjToLastAccess.end())
739               DepCands.unionSets(Access, Prev->second);
740
741             ObjToLastAccess[UnderlyingObj] = Access;
742             DEBUG(dbgs() << "  " << *UnderlyingObj << "\n");
743           }
744         }
745       }
746     }
747   }
748 }
749
750 static bool isInBoundsGep(Value *Ptr) {
751   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
752     return GEP->isInBounds();
753   return false;
754 }
755
756 /// \brief Return true if an AddRec pointer \p Ptr is unsigned non-wrapping,
757 /// i.e. monotonically increasing/decreasing.
758 static bool isNoWrapAddRec(Value *Ptr, const SCEVAddRecExpr *AR,
759                            ScalarEvolution *SE, const Loop *L) {
760   // FIXME: This should probably only return true for NUW.
761   if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::NoWrapMask))
762     return true;
763
764   // Scalar evolution does not propagate the non-wrapping flags to values that
765   // are derived from a non-wrapping induction variable because non-wrapping
766   // could be flow-sensitive.
767   //
768   // Look through the potentially overflowing instruction to try to prove
769   // non-wrapping for the *specific* value of Ptr.
770
771   // The arithmetic implied by an inbounds GEP can't overflow.
772   auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
773   if (!GEP || !GEP->isInBounds())
774     return false;
775
776   // Make sure there is only one non-const index and analyze that.
777   Value *NonConstIndex = nullptr;
778   for (auto Index = GEP->idx_begin(); Index != GEP->idx_end(); ++Index)
779     if (!isa<ConstantInt>(*Index)) {
780       if (NonConstIndex)
781         return false;
782       NonConstIndex = *Index;
783     }
784   if (!NonConstIndex)
785     // The recurrence is on the pointer, ignore for now.
786     return false;
787
788   // The index in GEP is signed.  It is non-wrapping if it's derived from a NSW
789   // AddRec using a NSW operation.
790   if (auto *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(NonConstIndex))
791     if (OBO->hasNoSignedWrap() &&
792         // Assume constant for other the operand so that the AddRec can be
793         // easily found.
794         isa<ConstantInt>(OBO->getOperand(1))) {
795       auto *OpScev = SE->getSCEV(OBO->getOperand(0));
796
797       if (auto *OpAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(OpScev))
798         return OpAR->getLoop() == L && OpAR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
799     }
800
801   return false;
802 }
803
804 /// \brief Check whether the access through \p Ptr has a constant stride.
805 int llvm::isStridedPtr(ScalarEvolution *SE, Value *Ptr, const Loop *Lp,
806                        const ValueToValueMap &StridesMap) {
807   Type *Ty = Ptr->getType();
808   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-ptr");
809
810   // Make sure that the pointer does not point to aggregate types.
811   auto *PtrTy = cast<PointerType>(Ty);
812   if (PtrTy->getElementType()->isAggregateType()) {
813     DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not a pointer to a scalar type"
814           << *Ptr << "\n");
815     return 0;
816   }
817
818   const SCEV *PtrScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, StridesMap, Ptr);
819
820   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PtrScev);
821   if (!AR) {
822     DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not an AddRecExpr pointer "
823           << *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
824     return 0;
825   }
826
827   // The accesss function must stride over the innermost loop.
828   if (Lp != AR->getLoop()) {
829     DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not striding over innermost loop " <<
830           *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
831   }
832
833   // The address calculation must not wrap. Otherwise, a dependence could be
834   // inverted.
835   // An inbounds getelementptr that is a AddRec with a unit stride
836   // cannot wrap per definition. The unit stride requirement is checked later.
837   // An getelementptr without an inbounds attribute and unit stride would have
838   // to access the pointer value "0" which is undefined behavior in address
839   // space 0, therefore we can also vectorize this case.
840   bool IsInBoundsGEP = isInBoundsGep(Ptr);
841   bool IsNoWrapAddRec = isNoWrapAddRec(Ptr, AR, SE, Lp);
842   bool IsInAddressSpaceZero = PtrTy->getAddressSpace() == 0;
843   if (!IsNoWrapAddRec && !IsInBoundsGEP && !IsInAddressSpaceZero) {
844     DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Pointer may wrap in the address space "
845           << *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
846     return 0;
847   }
848
849   // Check the step is constant.
850   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
851
852   // Calculate the pointer stride and check if it is constant.
853   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
854   if (!C) {
855     DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not a constant strided " << *Ptr <<
856           " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
857     return 0;
858   }
859
860   auto &DL = Lp->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
861   int64_t Size = DL.getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
862   const APInt &APStepVal = C->getValue()->getValue();
863
864   // Huge step value - give up.
865   if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
866     return 0;
867
868   int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
869
870   // Strided access.
871   int64_t Stride = StepVal / Size;
872   int64_t Rem = StepVal % Size;
873   if (Rem)
874     return 0;
875
876   // If the SCEV could wrap but we have an inbounds gep with a unit stride we
877   // know we can't "wrap around the address space". In case of address space
878   // zero we know that this won't happen without triggering undefined behavior.
879   if (!IsNoWrapAddRec && (IsInBoundsGEP || IsInAddressSpaceZero) &&
880       Stride != 1 && Stride != -1)
881     return 0;
882
883   return Stride;
884 }
885
886 bool MemoryDepChecker::Dependence::isSafeForVectorization(DepType Type) {
887   switch (Type) {
888   case NoDep:
889   case Forward:
890   case BackwardVectorizable:
891     return true;
892
893   case Unknown:
894   case ForwardButPreventsForwarding:
895   case Backward:
896   case BackwardVectorizableButPreventsForwarding:
897     return false;
898   }
899   llvm_unreachable("unexpected DepType!");
900 }
901
902 bool MemoryDepChecker::Dependence::isInterestingDependence(DepType Type) {
903   switch (Type) {
904   case NoDep:
905   case Forward:
906     return false;
907
908   case BackwardVectorizable:
909   case Unknown:
910   case ForwardButPreventsForwarding:
911   case Backward:
912   case BackwardVectorizableButPreventsForwarding:
913     return true;
914   }
915   llvm_unreachable("unexpected DepType!");
916 }
917
918 bool MemoryDepChecker::Dependence::isPossiblyBackward() const {
919   switch (Type) {
920   case NoDep:
921   case Forward:
922   case ForwardButPreventsForwarding:
923     return false;
924
925   case Unknown:
926   case BackwardVectorizable:
927   case Backward:
928   case BackwardVectorizableButPreventsForwarding:
929     return true;
930   }
931   llvm_unreachable("unexpected DepType!");
932 }
933
934 bool MemoryDepChecker::couldPreventStoreLoadForward(unsigned Distance,
935                                                     unsigned TypeByteSize) {
936   // If loads occur at a distance that is not a multiple of a feasible vector
937   // factor store-load forwarding does not take place.
938   // Positive dependences might cause troubles because vectorizing them might
939   // prevent store-load forwarding making vectorized code run a lot slower.
940   //   a[i] = a[i-3] ^ a[i-8];
941   //   The stores to a[i:i+1] don't align with the stores to a[i-3:i-2] and
942   //   hence on your typical architecture store-load forwarding does not take
943   //   place. Vectorizing in such cases does not make sense.
944   // Store-load forwarding distance.
945   const unsigned NumCyclesForStoreLoadThroughMemory = 8*TypeByteSize;
946   // Maximum vector factor.
947   unsigned MaxVFWithoutSLForwardIssues =
948     VectorizerParams::MaxVectorWidth * TypeByteSize;
949   if(MaxSafeDepDistBytes < MaxVFWithoutSLForwardIssues)
950     MaxVFWithoutSLForwardIssues = MaxSafeDepDistBytes;
951
952   for (unsigned vf = 2*TypeByteSize; vf <= MaxVFWithoutSLForwardIssues;
953        vf *= 2) {
954     if (Distance % vf && Distance / vf < NumCyclesForStoreLoadThroughMemory) {
955       MaxVFWithoutSLForwardIssues = (vf >>=1);
956       break;
957     }
958   }
959
960   if (MaxVFWithoutSLForwardIssues< 2*TypeByteSize) {
961     DEBUG(dbgs() << "LAA: Distance " << Distance <<
962           " that could cause a store-load forwarding conflict\n");
963     return true;
964   }
965
966   if (MaxVFWithoutSLForwardIssues < MaxSafeDepDistBytes &&
967       MaxVFWithoutSLForwardIssues !=
968       VectorizerParams::MaxVectorWidth * TypeByteSize)
969     MaxSafeDepDistBytes = MaxVFWithoutSLForwardIssues;
970   return false;
971 }
972
973 /// \brief Check the dependence for two accesses with the same stride \p Stride.
974 /// \p Distance is the positive distance and \p TypeByteSize is type size in
975 /// bytes.
976 ///
977 /// \returns true if they are independent.
978 static bool areStridedAccessesIndependent(unsigned Distance, unsigned Stride,
979                                           unsigned TypeByteSize) {
980   assert(Stride > 1 && "The stride must be greater than 1");
981   assert(TypeByteSize > 0 && "The type size in byte must be non-zero");
982   assert(Distance > 0 && "The distance must be non-zero");
983
984   // Skip if the distance is not multiple of type byte size.
985   if (Distance % TypeByteSize)
986     return false;
987
988   unsigned ScaledDist = Distance / TypeByteSize;
989
990   // No dependence if the scaled distance is not multiple of the stride.
991   // E.g.
992   //      for (i = 0; i < 1024 ; i += 4)
993   //        A[i+2] = A[i] + 1;
994   //
995   // Two accesses in memory (scaled distance is 2, stride is 4):
996   //     | A[0] |      |      |      | A[4] |      |      |      |
997   //     |      |      | A[2] |      |      |      | A[6] |      |
998   //
999   // E.g.
1000   //      for (i = 0; i < 1024 ; i += 3)
1001   //        A[i+4] = A[i] + 1;
1002   //
1003   // Two accesses in memory (scaled distance is 4, stride is 3):
1004   //     | A[0] |      |      | A[3] |      |      | A[6] |      |      |
1005   //     |      |      |      |      | A[4] |      |      | A[7] |      |
1006   return ScaledDist % Stride;
1007 }
1008
1009 MemoryDepChecker::Dependence::DepType
1010 MemoryDepChecker::isDependent(const MemAccessInfo &A, unsigned AIdx,
1011                               const MemAccessInfo &B, unsigned BIdx,
1012                               const ValueToValueMap &Strides) {
1013   assert (AIdx < BIdx && "Must pass arguments in program order");
1014
1015   Value *APtr = A.getPointer();
1016   Value *BPtr = B.getPointer();
1017   bool AIsWrite = A.getInt();
1018   bool BIsWrite = B.getInt();
1019
1020   // Two reads are independent.
1021   if (!AIsWrite && !BIsWrite)
1022     return Dependence::NoDep;
1023
1024   // We cannot check pointers in different address spaces.
1025   if (APtr->getType()->getPointerAddressSpace() !=
1026       BPtr->getType()->getPointerAddressSpace())
1027     return Dependence::Unknown;
1028
1029   const SCEV *AScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, APtr);
1030   const SCEV *BScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, BPtr);
1031
1032   int StrideAPtr = isStridedPtr(SE, APtr, InnermostLoop, Strides);
1033   int StrideBPtr = isStridedPtr(SE, BPtr, InnermostLoop, Strides);
1034
1035   const SCEV *Src = AScev;
1036   const SCEV *Sink = BScev;
1037
1038   // If the induction step is negative we have to invert source and sink of the
1039   // dependence.
1040   if (StrideAPtr < 0) {
1041     //Src = BScev;
1042     //Sink = AScev;
1043     std::swap(APtr, BPtr);
1044     std::swap(Src, Sink);
1045     std::swap(AIsWrite, BIsWrite);
1046     std::swap(AIdx, BIdx);
1047     std::swap(StrideAPtr, StrideBPtr);
1048   }
1049
1050   const SCEV *Dist = SE->getMinusSCEV(Sink, Src);
1051
1052   DEBUG(dbgs() << "LAA: Src Scev: " << *Src << "Sink Scev: " << *Sink
1053         << "(Induction step: " << StrideAPtr <<  ")\n");
1054   DEBUG(dbgs() << "LAA: Distance for " << *InstMap[AIdx] << " to "
1055         << *InstMap[BIdx] << ": " << *Dist << "\n");
1056
1057   // Need accesses with constant stride. We don't want to vectorize
1058   // "A[B[i]] += ..." and similar code or pointer arithmetic that could wrap in
1059   // the address space.
1060   if (!StrideAPtr || !StrideBPtr || StrideAPtr != StrideBPtr){
1061     DEBUG(dbgs() << "Pointer access with non-constant stride\n");
1062     return Dependence::Unknown;
1063   }
1064
1065   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Dist);
1066   if (!C) {
1067     DEBUG(dbgs() << "LAA: Dependence because of non-constant distance\n");
1068     ShouldRetryWithRuntimeCheck = true;
1069     return Dependence::Unknown;
1070   }
1071
1072   Type *ATy = APtr->getType()->getPointerElementType();
1073   Type *BTy = BPtr->getType()->getPointerElementType();
1074   auto &DL = InnermostLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
1075   unsigned TypeByteSize = DL.getTypeAllocSize(ATy);
1076
1077   // Negative distances are not plausible dependencies.
1078   const APInt &Val = C->getValue()->getValue();
1079   if (Val.isNegative()) {
1080     bool IsTrueDataDependence = (AIsWrite && !BIsWrite);
1081     if (IsTrueDataDependence &&
1082         (couldPreventStoreLoadForward(Val.abs().getZExtValue(), TypeByteSize) ||
1083          ATy != BTy))
1084       return Dependence::ForwardButPreventsForwarding;
1085
1086     DEBUG(dbgs() << "LAA: Dependence is negative: NoDep\n");
1087     return Dependence::Forward;
1088   }
1089
1090   // Write to the same location with the same size.
1091   // Could be improved to assert type sizes are the same (i32 == float, etc).
1092   if (Val == 0) {
1093     if (ATy == BTy)
1094       return Dependence::NoDep;
1095     DEBUG(dbgs() << "LAA: Zero dependence difference but different types\n");
1096     return Dependence::Unknown;
1097   }
1098
1099   assert(Val.isStrictlyPositive() && "Expect a positive value");
1100
1101   if (ATy != BTy) {
1102     DEBUG(dbgs() <<
1103           "LAA: ReadWrite-Write positive dependency with different types\n");
1104     return Dependence::Unknown;
1105   }
1106
1107   unsigned Distance = (unsigned) Val.getZExtValue();
1108
1109   unsigned Stride = std::abs(StrideAPtr);
1110   if (Stride > 1 &&
1111       areStridedAccessesIndependent(Distance, Stride, TypeByteSize)) {
1112     DEBUG(dbgs() << "LAA: Strided accesses are independent\n");
1113     return Dependence::NoDep;
1114   }
1115
1116   // Bail out early if passed-in parameters make vectorization not feasible.
1117   unsigned ForcedFactor = (VectorizerParams::VectorizationFactor ?
1118                            VectorizerParams::VectorizationFactor : 1);
1119   unsigned ForcedUnroll = (VectorizerParams::VectorizationInterleave ?
1120                            VectorizerParams::VectorizationInterleave : 1);
1121   // The minimum number of iterations for a vectorized/unrolled version.
1122   unsigned MinNumIter = std::max(ForcedFactor * ForcedUnroll, 2U);
1123
1124   // It's not vectorizable if the distance is smaller than the minimum distance
1125   // needed for a vectroized/unrolled version. Vectorizing one iteration in
1126   // front needs TypeByteSize * Stride. Vectorizing the last iteration needs
1127   // TypeByteSize (No need to plus the last gap distance).
1128   //
1129   // E.g. Assume one char is 1 byte in memory and one int is 4 bytes.
1130   //      foo(int *A) {
1131   //        int *B = (int *)((char *)A + 14);
1132   //        for (i = 0 ; i < 1024 ; i += 2)
1133   //          B[i] = A[i] + 1;
1134   //      }
1135   //
1136   // Two accesses in memory (stride is 2):
1137   //     | A[0] |      | A[2] |      | A[4] |      | A[6] |      |
1138   //                              | B[0] |      | B[2] |      | B[4] |
1139   //
1140   // Distance needs for vectorizing iterations except the last iteration:
1141   // 4 * 2 * (MinNumIter - 1). Distance needs for the last iteration: 4.
1142   // So the minimum distance needed is: 4 * 2 * (MinNumIter - 1) + 4.
1143   //
1144   // If MinNumIter is 2, it is vectorizable as the minimum distance needed is
1145   // 12, which is less than distance.
1146   //
1147   // If MinNumIter is 4 (Say if a user forces the vectorization factor to be 4),
1148   // the minimum distance needed is 28, which is greater than distance. It is
1149   // not safe to do vectorization.
1150   unsigned MinDistanceNeeded =
1151       TypeByteSize * Stride * (MinNumIter - 1) + TypeByteSize;
1152   if (MinDistanceNeeded > Distance) {
1153     DEBUG(dbgs() << "LAA: Failure because of positive distance " << Distance
1154                  << '\n');
1155     return Dependence::Backward;
1156   }
1157
1158   // Unsafe if the minimum distance needed is greater than max safe distance.
1159   if (MinDistanceNeeded > MaxSafeDepDistBytes) {
1160     DEBUG(dbgs() << "LAA: Failure because it needs at least "
1161                  << MinDistanceNeeded << " size in bytes");
1162     return Dependence::Backward;
1163   }
1164
1165   // Positive distance bigger than max vectorization factor.
1166   // FIXME: Should use max factor instead of max distance in bytes, which could
1167   // not handle different types.
1168   // E.g. Assume one char is 1 byte in memory and one int is 4 bytes.
1169   //      void foo (int *A, char *B) {
1170   //        for (unsigned i = 0; i < 1024; i++) {
1171   //          A[i+2] = A[i] + 1;
1172   //          B[i+2] = B[i] + 1;
1173   //        }
1174   //      }
1175   //
1176   // This case is currently unsafe according to the max safe distance. If we
1177   // analyze the two accesses on array B, the max safe dependence distance
1178   // is 2. Then we analyze the accesses on array A, the minimum distance needed
1179   // is 8, which is less than 2 and forbidden vectorization, But actually
1180   // both A and B could be vectorized by 2 iterations.
1181   MaxSafeDepDistBytes =
1182       Distance < MaxSafeDepDistBytes ? Distance : MaxSafeDepDistBytes;
1183
1184   bool IsTrueDataDependence = (!AIsWrite && BIsWrite);
1185   if (IsTrueDataDependence &&
1186       couldPreventStoreLoadForward(Distance, TypeByteSize))
1187     return Dependence::BackwardVectorizableButPreventsForwarding;
1188
1189   DEBUG(dbgs() << "LAA: Positive distance " << Val.getSExtValue()
1190                << " with max VF = "
1191                << MaxSafeDepDistBytes / (TypeByteSize * Stride) << '\n');
1192
1193   return Dependence::BackwardVectorizable;
1194 }
1195
1196 bool MemoryDepChecker::areDepsSafe(DepCandidates &AccessSets,
1197                                    MemAccessInfoSet &CheckDeps,
1198                                    const ValueToValueMap &Strides) {
1199
1200   MaxSafeDepDistBytes = -1U;
1201   while (!CheckDeps.empty()) {
1202     MemAccessInfo CurAccess = *CheckDeps.begin();
1203
1204     // Get the relevant memory access set.
1205     EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::iterator I =
1206       AccessSets.findValue(AccessSets.getLeaderValue(CurAccess));
1207
1208     // Check accesses within this set.
1209     EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::member_iterator AI, AE;
1210     AI = AccessSets.member_begin(I), AE = AccessSets.member_end();
1211
1212     // Check every access pair.
1213     while (AI != AE) {
1214       CheckDeps.erase(*AI);
1215       EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::member_iterator OI = std::next(AI);
1216       while (OI != AE) {
1217         // Check every accessing instruction pair in program order.
1218         for (std::vector<unsigned>::iterator I1 = Accesses[*AI].begin(),
1219              I1E = Accesses[*AI].end(); I1 != I1E; ++I1)
1220           for (std::vector<unsigned>::iterator I2 = Accesses[*OI].begin(),
1221                I2E = Accesses[*OI].end(); I2 != I2E; ++I2) {
1222             auto A = std::make_pair(&*AI, *I1);
1223             auto B = std::make_pair(&*OI, *I2);
1224
1225             assert(*I1 != *I2);
1226             if (*I1 > *I2)
1227               std::swap(A, B);
1228
1229             Dependence::DepType Type =
1230                 isDependent(*A.first, A.second, *B.first, B.second, Strides);
1231             SafeForVectorization &= Dependence::isSafeForVectorization(Type);
1232
1233             // Gather dependences unless we accumulated MaxInterestingDependence
1234             // dependences.  In that case return as soon as we find the first
1235             // unsafe dependence.  This puts a limit on this quadratic
1236             // algorithm.
1237             if (RecordInterestingDependences) {
1238               if (Dependence::isInterestingDependence(Type))
1239                 InterestingDependences.push_back(
1240                     Dependence(A.second, B.second, Type));
1241
1242               if (InterestingDependences.size() >= MaxInterestingDependence) {
1243                 RecordInterestingDependences = false;
1244                 InterestingDependences.clear();
1245                 DEBUG(dbgs() << "Too many dependences, stopped recording\n");
1246               }
1247             }
1248             if (!RecordInterestingDependences && !SafeForVectorization)
1249               return false;
1250           }
1251         ++OI;
1252       }
1253       AI++;
1254     }
1255   }
1256
1257   DEBUG(dbgs() << "Total Interesting Dependences: "
1258                << InterestingDependences.size() << "\n");
1259   return SafeForVectorization;
1260 }
1261
1262 SmallVector<Instruction *, 4>
1263 MemoryDepChecker::getInstructionsForAccess(Value *Ptr, bool isWrite) const {
1264   MemAccessInfo Access(Ptr, isWrite);
1265   auto &IndexVector = Accesses.find(Access)->second;
1266
1267   SmallVector<Instruction *, 4> Insts;
1268   std::transform(IndexVector.begin(), IndexVector.end(),
1269                  std::back_inserter(Insts),
1270                  [&](unsigned Idx) { return this->InstMap[Idx]; });
1271   return Insts;
1272 }
1273
1274 const char *MemoryDepChecker::Dependence::DepName[] = {
1275     "NoDep", "Unknown", "Forward", "ForwardButPreventsForwarding", "Backward",
1276     "BackwardVectorizable", "BackwardVectorizableButPreventsForwarding"};
1277
1278 void MemoryDepChecker::Dependence::print(
1279     raw_ostream &OS, unsigned Depth,
1280     const SmallVectorImpl<Instruction *> &Instrs) const {
1281   OS.indent(Depth) << DepName[Type] << ":\n";
1282   OS.indent(Depth + 2) << *Instrs[Source] << " -> \n";
1283   OS.indent(Depth + 2) << *Instrs[Destination] << "\n";
1284 }
1285
1286 bool LoopAccessInfo::canAnalyzeLoop() {
1287   // We need to have a loop header.
1288   DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a loop: " <<
1289         TheLoop->getHeader()->getName() << '\n');
1290
1291     // We can only analyze innermost loops.
1292   if (!TheLoop->empty()) {
1293     DEBUG(dbgs() << "LAA: loop is not the innermost loop\n");
1294     emitAnalysis(LoopAccessReport() << "loop is not the innermost loop");
1295     return false;
1296   }
1297
1298   // We must have a single backedge.
1299   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1) {
1300     DEBUG(dbgs() << "LAA: loop control flow is not understood by analyzer\n");
1301     emitAnalysis(
1302         LoopAccessReport() <<
1303         "loop control flow is not understood by analyzer");
1304     return false;
1305   }
1306
1307   // We must have a single exiting block.
1308   if (!TheLoop->getExitingBlock()) {
1309     DEBUG(dbgs() << "LAA: loop control flow is not understood by analyzer\n");
1310     emitAnalysis(
1311         LoopAccessReport() <<
1312         "loop control flow is not understood by analyzer");
1313     return false;
1314   }
1315
1316   // We only handle bottom-tested loops, i.e. loop in which the condition is
1317   // checked at the end of each iteration. With that we can assume that all
1318   // instructions in the loop are executed the same number of times.
1319   if (TheLoop->getExitingBlock() != TheLoop->getLoopLatch()) {
1320     DEBUG(dbgs() << "LAA: loop control flow is not understood by analyzer\n");
1321     emitAnalysis(
1322         LoopAccessReport() <<
1323         "loop control flow is not understood by analyzer");
1324     return false;
1325   }
1326
1327   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
1328   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(TheLoop);
1329   if (ExitCount == SE->getCouldNotCompute()) {
1330     emitAnalysis(LoopAccessReport() <<
1331                  "could not determine number of loop iterations");
1332     DEBUG(dbgs() << "LAA: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
1333     return false;
1334   }
1335
1336   return true;
1337 }
1338
1339 void LoopAccessInfo::analyzeLoop(const ValueToValueMap &Strides) {
1340
1341   typedef SmallVector<Value*, 16> ValueVector;
1342   typedef SmallPtrSet<Value*, 16> ValueSet;
1343
1344   // Holds the Load and Store *instructions*.
1345   ValueVector Loads;
1346   ValueVector Stores;
1347
1348   // Holds all the different accesses in the loop.
1349   unsigned NumReads = 0;
1350   unsigned NumReadWrites = 0;
1351
1352   PtrRtChecking.Pointers.clear();
1353   PtrRtChecking.Need = false;
1354
1355   const bool IsAnnotatedParallel = TheLoop->isAnnotatedParallel();
1356
1357   // For each block.
1358   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
1359        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
1360
1361     // Scan the BB and collect legal loads and stores.
1362     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
1363          ++it) {
1364
1365       // If this is a load, save it. If this instruction can read from memory
1366       // but is not a load, then we quit. Notice that we don't handle function
1367       // calls that read or write.
1368       if (it->mayReadFromMemory()) {
1369         // Many math library functions read the rounding mode. We will only
1370         // vectorize a loop if it contains known function calls that don't set
1371         // the flag. Therefore, it is safe to ignore this read from memory.
1372         CallInst *Call = dyn_cast<CallInst>(it);
1373         if (Call && getIntrinsicIDForCall(Call, TLI))
1374           continue;
1375
1376         // If the function has an explicit vectorized counterpart, we can safely
1377         // assume that it can be vectorized.
1378         if (Call && !Call->isNoBuiltin() && Call->getCalledFunction() &&
1379             TLI->isFunctionVectorizable(Call->getCalledFunction()->getName()))
1380           continue;
1381
1382         LoadInst *Ld = dyn_cast<LoadInst>(it);
1383         if (!Ld || (!Ld->isSimple() && !IsAnnotatedParallel)) {
1384           emitAnalysis(LoopAccessReport(Ld)
1385                        << "read with atomic ordering or volatile read");
1386           DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a non-simple load.\n");
1387           CanVecMem = false;
1388           return;
1389         }
1390         NumLoads++;
1391         Loads.push_back(Ld);
1392         DepChecker.addAccess(Ld);
1393         continue;
1394       }
1395
1396       // Save 'store' instructions. Abort if other instructions write to memory.
1397       if (it->mayWriteToMemory()) {
1398         StoreInst *St = dyn_cast<StoreInst>(it);
1399         if (!St) {
1400           emitAnalysis(LoopAccessReport(it) <<
1401                        "instruction cannot be vectorized");
1402           CanVecMem = false;
1403           return;
1404         }
1405         if (!St->isSimple() && !IsAnnotatedParallel) {
1406           emitAnalysis(LoopAccessReport(St)
1407                        << "write with atomic ordering or volatile write");
1408           DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a non-simple store.\n");
1409           CanVecMem = false;
1410           return;
1411         }
1412         NumStores++;
1413         Stores.push_back(St);
1414         DepChecker.addAccess(St);
1415       }
1416     } // Next instr.
1417   } // Next block.
1418
1419   // Now we have two lists that hold the loads and the stores.
1420   // Next, we find the pointers that they use.
1421
1422   // Check if we see any stores. If there are no stores, then we don't
1423   // care if the pointers are *restrict*.
1424   if (!Stores.size()) {
1425     DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a read-only loop!\n");
1426     CanVecMem = true;
1427     return;
1428   }
1429
1430   MemoryDepChecker::DepCandidates DependentAccesses;
1431   AccessAnalysis Accesses(TheLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout(),
1432                           AA, LI, DependentAccesses);
1433
1434   // Holds the analyzed pointers. We don't want to call GetUnderlyingObjects
1435   // multiple times on the same object. If the ptr is accessed twice, once
1436   // for read and once for write, it will only appear once (on the write
1437   // list). This is okay, since we are going to check for conflicts between
1438   // writes and between reads and writes, but not between reads and reads.
1439   ValueSet Seen;
1440
1441   ValueVector::iterator I, IE;
1442   for (I = Stores.begin(), IE = Stores.end(); I != IE; ++I) {
1443     StoreInst *ST = cast<StoreInst>(*I);
1444     Value* Ptr = ST->getPointerOperand();
1445     // Check for store to loop invariant address.
1446     StoreToLoopInvariantAddress |= isUniform(Ptr);
1447     // If we did *not* see this pointer before, insert it to  the read-write
1448     // list. At this phase it is only a 'write' list.
1449     if (Seen.insert(Ptr).second) {
1450       ++NumReadWrites;
1451
1452       MemoryLocation Loc = MemoryLocation::get(ST);
1453       // The TBAA metadata could have a control dependency on the predication
1454       // condition, so we cannot rely on it when determining whether or not we
1455       // need runtime pointer checks.
1456       if (blockNeedsPredication(ST->getParent(), TheLoop, DT))
1457         Loc.AATags.TBAA = nullptr;
1458
1459       Accesses.addStore(Loc);
1460     }
1461   }
1462
1463   if (IsAnnotatedParallel) {
1464     DEBUG(dbgs()
1465           << "LAA: A loop annotated parallel, ignore memory dependency "
1466           << "checks.\n");
1467     CanVecMem = true;
1468     return;
1469   }
1470
1471   for (I = Loads.begin(), IE = Loads.end(); I != IE; ++I) {
1472     LoadInst *LD = cast<LoadInst>(*I);
1473     Value* Ptr = LD->getPointerOperand();
1474     // If we did *not* see this pointer before, insert it to the
1475     // read list. If we *did* see it before, then it is already in
1476     // the read-write list. This allows us to vectorize expressions
1477     // such as A[i] += x;  Because the address of A[i] is a read-write
1478     // pointer. This only works if the index of A[i] is consecutive.
1479     // If the address of i is unknown (for example A[B[i]]) then we may
1480     // read a few words, modify, and write a few words, and some of the
1481     // words may be written to the same address.
1482     bool IsReadOnlyPtr = false;
1483     if (Seen.insert(Ptr).second || !isStridedPtr(SE, Ptr, TheLoop, Strides)) {
1484       ++NumReads;
1485       IsReadOnlyPtr = true;
1486     }
1487
1488     MemoryLocation Loc = MemoryLocation::get(LD);
1489     // The TBAA metadata could have a control dependency on the predication
1490     // condition, so we cannot rely on it when determining whether or not we
1491     // need runtime pointer checks.
1492     if (blockNeedsPredication(LD->getParent(), TheLoop, DT))
1493       Loc.AATags.TBAA = nullptr;
1494
1495     Accesses.addLoad(Loc, IsReadOnlyPtr);
1496   }
1497
1498   // If we write (or read-write) to a single destination and there are no
1499   // other reads in this loop then is it safe to vectorize.
1500   if (NumReadWrites == 1 && NumReads == 0) {
1501     DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a write-only loop!\n");
1502     CanVecMem = true;
1503     return;
1504   }
1505
1506   // Build dependence sets and check whether we need a runtime pointer bounds
1507   // check.
1508   Accesses.buildDependenceSets();
1509
1510   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
1511   // to place a runtime bound check.
1512   bool CanDoRTIfNeeded =
1513       Accesses.canCheckPtrAtRT(PtrRtChecking, SE, TheLoop, Strides);
1514   if (!CanDoRTIfNeeded) {
1515     emitAnalysis(LoopAccessReport() << "cannot identify array bounds");
1516     DEBUG(dbgs() << "LAA: We can't vectorize because we can't find "
1517                  << "the array bounds.\n");
1518     CanVecMem = false;
1519     return;
1520   }
1521
1522   DEBUG(dbgs() << "LAA: We can perform a memory runtime check if needed.\n");
1523
1524   CanVecMem = true;
1525   if (Accesses.isDependencyCheckNeeded()) {
1526     DEBUG(dbgs() << "LAA: Checking memory dependencies\n");
1527     CanVecMem = DepChecker.areDepsSafe(
1528         DependentAccesses, Accesses.getDependenciesToCheck(), Strides);
1529     MaxSafeDepDistBytes = DepChecker.getMaxSafeDepDistBytes();
1530
1531     if (!CanVecMem && DepChecker.shouldRetryWithRuntimeCheck()) {
1532       DEBUG(dbgs() << "LAA: Retrying with memory checks\n");
1533
1534       // Clear the dependency checks. We assume they are not needed.
1535       Accesses.resetDepChecks(DepChecker);
1536
1537       PtrRtChecking.reset();
1538       PtrRtChecking.Need = true;
1539
1540       CanDoRTIfNeeded =
1541           Accesses.canCheckPtrAtRT(PtrRtChecking, SE, TheLoop, Strides, true);
1542
1543       // Check that we found the bounds for the pointer.
1544       if (!CanDoRTIfNeeded) {
1545         emitAnalysis(LoopAccessReport()
1546                      << "cannot check memory dependencies at runtime");
1547         DEBUG(dbgs() << "LAA: Can't vectorize with memory checks\n");
1548         CanVecMem = false;
1549         return;
1550       }
1551
1552       CanVecMem = true;
1553     }
1554   }
1555
1556   if (CanVecMem)
1557     DEBUG(dbgs() << "LAA: No unsafe dependent memory operations in loop.  We"
1558                  << (PtrRtChecking.Need ? "" : " don't")
1559                  << " need runtime memory checks.\n");
1560   else {
1561     emitAnalysis(LoopAccessReport() <<
1562                  "unsafe dependent memory operations in loop");
1563     DEBUG(dbgs() << "LAA: unsafe dependent memory operations in loop\n");
1564   }
1565 }
1566
1567 bool LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB, Loop *TheLoop,
1568                                            DominatorTree *DT)  {
1569   assert(TheLoop->contains(BB) && "Unknown block used");
1570
1571   // Blocks that do not dominate the latch need predication.
1572   BasicBlock* Latch = TheLoop->getLoopLatch();
1573   return !DT->dominates(BB, Latch);
1574 }
1575
1576 void LoopAccessInfo::emitAnalysis(LoopAccessReport &Message) {
1577   assert(!Report && "Multiple reports generated");
1578   Report = Message;
1579 }
1580
1581 bool LoopAccessInfo::isUniform(Value *V) const {
1582   return (SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(V), TheLoop));
1583 }
1584
1585 // FIXME: this function is currently a duplicate of the one in
1586 // LoopVectorize.cpp.
1587 static Instruction *getFirstInst(Instruction *FirstInst, Value *V,
1588                                  Instruction *Loc) {
1589   if (FirstInst)
1590     return FirstInst;
1591   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1592     return I->getParent() == Loc->getParent() ? I : nullptr;
1593   return nullptr;
1594 }
1595
1596 /// \brief IR Values for the lower and upper bounds of a pointer evolution.
1597 struct PointerBounds {
1598   Value *Start;
1599   Value *End;
1600 };
1601
1602 /// \brief Expand code for the lower and upper bound of the pointer group \p CG
1603 /// in \p TheLoop.  \return the values for the bounds.
1604 static PointerBounds
1605 expandBounds(const RuntimePointerChecking::CheckingPtrGroup *CG, Loop *TheLoop,
1606              Instruction *Loc, SCEVExpander &Exp, ScalarEvolution *SE,
1607              const RuntimePointerChecking &PtrRtChecking) {
1608   Value *Ptr = PtrRtChecking.Pointers[CG->Members[0]].PointerValue;
1609   const SCEV *Sc = SE->getSCEV(Ptr);
1610
1611   if (SE->isLoopInvariant(Sc, TheLoop)) {
1612     DEBUG(dbgs() << "LAA: Adding RT check for a loop invariant ptr:" << *Ptr
1613                  << "\n");
1614     return {Ptr, Ptr};
1615   } else {
1616     unsigned AS = Ptr->getType()->getPointerAddressSpace();
1617     LLVMContext &Ctx = Loc->getContext();
1618
1619     // Use this type for pointer arithmetic.
1620     Type *PtrArithTy = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS);
1621     Value *Start = nullptr, *End = nullptr;
1622
1623     DEBUG(dbgs() << "LAA: Adding RT check for range:\n");
1624     Start = Exp.expandCodeFor(CG->Low, PtrArithTy, Loc);
1625     End = Exp.expandCodeFor(CG->High, PtrArithTy, Loc);
1626     DEBUG(dbgs() << "Start: " << *CG->Low << " End: " << *CG->High << "\n");
1627     return {Start, End};
1628   }
1629 }
1630
1631 /// \brief Turns a collection of checks into a collection of expanded upper and
1632 /// lower bounds for both pointers in the check.
1633 static SmallVector<std::pair<PointerBounds, PointerBounds>, 4> expandBounds(
1634     const SmallVectorImpl<RuntimePointerChecking::PointerCheck> &PointerChecks,
1635     Loop *L, Instruction *Loc, ScalarEvolution *SE, SCEVExpander &Exp,
1636     const RuntimePointerChecking &PtrRtChecking) {
1637   SmallVector<std::pair<PointerBounds, PointerBounds>, 4> ChecksWithBounds;
1638
1639   // Here we're relying on the SCEV Expander's cache to only emit code for the
1640   // same bounds once.
1641   std::transform(
1642       PointerChecks.begin(), PointerChecks.end(),
1643       std::back_inserter(ChecksWithBounds),
1644       [&](const RuntimePointerChecking::PointerCheck &Check) {
1645         PointerBounds
1646           First = expandBounds(Check.first, L, Loc, Exp, SE, PtrRtChecking),
1647           Second = expandBounds(Check.second, L, Loc, Exp, SE, PtrRtChecking);
1648         return std::make_pair(First, Second);
1649       });
1650
1651   return ChecksWithBounds;
1652 }
1653
1654 std::pair<Instruction *, Instruction *> LoopAccessInfo::addRuntimeChecks(
1655     Instruction *Loc,
1656     const SmallVectorImpl<RuntimePointerChecking::PointerCheck> &PointerChecks)
1657     const {
1658
1659   SCEVExpander Exp(*SE, DL, "induction");
1660   auto ExpandedChecks =
1661       expandBounds(PointerChecks, TheLoop, Loc, SE, Exp, PtrRtChecking);
1662
1663   LLVMContext &Ctx = Loc->getContext();
1664   Instruction *FirstInst = nullptr;
1665   IRBuilder<> ChkBuilder(Loc);
1666   // Our instructions might fold to a constant.
1667   Value *MemoryRuntimeCheck = nullptr;
1668
1669   for (const auto &Check : ExpandedChecks) {
1670     const PointerBounds &A = Check.first, &B = Check.second;
1671     unsigned AS0 = A.Start->getType()->getPointerAddressSpace();
1672     unsigned AS1 = B.Start->getType()->getPointerAddressSpace();
1673
1674     assert((AS0 == B.End->getType()->getPointerAddressSpace()) &&
1675            (AS1 == A.End->getType()->getPointerAddressSpace()) &&
1676            "Trying to bounds check pointers with different address spaces");
1677
1678     Type *PtrArithTy0 = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS0);
1679     Type *PtrArithTy1 = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS1);
1680
1681     Value *Start0 = ChkBuilder.CreateBitCast(A.Start, PtrArithTy0, "bc");
1682     Value *Start1 = ChkBuilder.CreateBitCast(B.Start, PtrArithTy1, "bc");
1683     Value *End0 =   ChkBuilder.CreateBitCast(A.End,   PtrArithTy1, "bc");
1684     Value *End1 =   ChkBuilder.CreateBitCast(B.End,   PtrArithTy0, "bc");
1685
1686     Value *Cmp0 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start0, End1, "bound0");
1687     FirstInst = getFirstInst(FirstInst, Cmp0, Loc);
1688     Value *Cmp1 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start1, End0, "bound1");
1689     FirstInst = getFirstInst(FirstInst, Cmp1, Loc);
1690     Value *IsConflict = ChkBuilder.CreateAnd(Cmp0, Cmp1, "found.conflict");
1691     FirstInst = getFirstInst(FirstInst, IsConflict, Loc);
1692     if (MemoryRuntimeCheck) {
1693       IsConflict =
1694           ChkBuilder.CreateOr(MemoryRuntimeCheck, IsConflict, "conflict.rdx");
1695       FirstInst = getFirstInst(FirstInst, IsConflict, Loc);
1696     }
1697     MemoryRuntimeCheck = IsConflict;
1698   }
1699
1700   if (!MemoryRuntimeCheck)
1701     return std::make_pair(nullptr, nullptr);
1702
1703   // We have to do this trickery because the IRBuilder might fold the check to a
1704   // constant expression in which case there is no Instruction anchored in a
1705   // the block.
1706   Instruction *Check = BinaryOperator::CreateAnd(MemoryRuntimeCheck,
1707                                                  ConstantInt::getTrue(Ctx));
1708   ChkBuilder.Insert(Check, "memcheck.conflict");
1709   FirstInst = getFirstInst(FirstInst, Check, Loc);
1710   return std::make_pair(FirstInst, Check);
1711 }
1712
1713 std::pair<Instruction *, Instruction *>
1714 LoopAccessInfo::addRuntimeChecks(Instruction *Loc) const {
1715   if (!PtrRtChecking.Need)
1716     return std::make_pair(nullptr, nullptr);
1717
1718   return addRuntimeChecks(Loc, PtrRtChecking.getChecks());
1719 }
1720
1721 LoopAccessInfo::LoopAccessInfo(Loop *L, ScalarEvolution *SE,
1722                                const DataLayout &DL,
1723                                const TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA,
1724                                DominatorTree *DT, LoopInfo *LI,
1725                                const ValueToValueMap &Strides)
1726     : PtrRtChecking(SE), DepChecker(SE, L), TheLoop(L), SE(SE), DL(DL),
1727       TLI(TLI), AA(AA), DT(DT), LI(LI), NumLoads(0), NumStores(0),
1728       MaxSafeDepDistBytes(-1U), CanVecMem(false),
1729       StoreToLoopInvariantAddress(false) {
1730   if (canAnalyzeLoop())
1731     analyzeLoop(Strides);
1732 }
1733
1734 void LoopAccessInfo::print(raw_ostream &OS, unsigned Depth) const {
1735   if (CanVecMem) {
1736     if (PtrRtChecking.Need)
1737       OS.indent(Depth) << "Memory dependences are safe with run-time checks\n";
1738     else
1739       OS.indent(Depth) << "Memory dependences are safe\n";
1740   }
1741
1742   if (Report)
1743     OS.indent(Depth) << "Report: " << Report->str() << "\n";
1744
1745   if (auto *InterestingDependences = DepChecker.getInterestingDependences()) {
1746     OS.indent(Depth) << "Interesting Dependences:\n";
1747     for (auto &Dep : *InterestingDependences) {
1748       Dep.print(OS, Depth + 2, DepChecker.getMemoryInstructions());
1749       OS << "\n";
1750     }
1751   } else
1752     OS.indent(Depth) << "Too many interesting dependences, not recorded\n";
1753
1754   // List the pair of accesses need run-time checks to prove independence.
1755   PtrRtChecking.print(OS, Depth);
1756   OS << "\n";
1757
1758   OS.indent(Depth) << "Store to invariant address was "
1759                    << (StoreToLoopInvariantAddress ? "" : "not ")
1760                    << "found in loop.\n";
1761 }
1762
1763 const LoopAccessInfo &
1764 LoopAccessAnalysis::getInfo(Loop *L, const ValueToValueMap &Strides) {
1765   auto &LAI = LoopAccessInfoMap[L];
1766
1767 #ifndef NDEBUG
1768   assert((!LAI || LAI->NumSymbolicStrides == Strides.size()) &&
1769          "Symbolic strides changed for loop");
1770 #endif
1771
1772   if (!LAI) {
1773     const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
1774     LAI = llvm::make_unique<LoopAccessInfo>(L, SE, DL, TLI, AA, DT, LI,
1775                                             Strides);
1776 #ifndef NDEBUG
1777     LAI->NumSymbolicStrides = Strides.size();
1778 #endif
1779   }
1780   return *LAI.get();
1781 }
1782
1783 void LoopAccessAnalysis::print(raw_ostream &OS, const Module *M) const {
1784   LoopAccessAnalysis &LAA = *const_cast<LoopAccessAnalysis *>(this);
1785
1786   ValueToValueMap NoSymbolicStrides;
1787
1788   for (Loop *TopLevelLoop : *LI)
1789     for (Loop *L : depth_first(TopLevelLoop)) {
1790       OS.indent(2) << L->getHeader()->getName() << ":\n";
1791       auto &LAI = LAA.getInfo(L, NoSymbolicStrides);
1792       LAI.print(OS, 4);
1793     }
1794 }
1795
1796 bool LoopAccessAnalysis::runOnFunction(Function &F) {
1797   SE = &getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
1798   auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
1799   TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
1800   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
1801   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1802   LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
1803
1804   return false;
1805 }
1806
1807 void LoopAccessAnalysis::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1808     AU.addRequired<ScalarEvolutionWrapperPass>();
1809     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1810     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
1811     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
1812
1813     AU.setPreservesAll();
1814 }
1815
1816 char LoopAccessAnalysis::ID = 0;
1817 static const char laa_name[] = "Loop Access Analysis";
1818 #define LAA_NAME "loop-accesses"
1819
1820 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopAccessAnalysis, LAA_NAME, laa_name, false, true)
1821 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
1822 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolutionWrapperPass)
1823 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
1824 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
1825 INITIALIZE_PASS_END(LoopAccessAnalysis, LAA_NAME, laa_name, false, true)
1826
1827 namespace llvm {
1828   Pass *createLAAPass() {
1829     return new LoopAccessAnalysis();
1830   }
1831 }