[LAA] Split out a helper from addRuntimeCheck to generate the check, NFC
[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(
153     const SmallVectorImpl<int> *PtrPartition) const {
154   SmallVector<PointerCheck, 4> Checks;
155
156   for (unsigned i = 0; i < CheckingGroups.size(); ++i) {
157     for (unsigned j = i + 1; j < CheckingGroups.size(); ++j) {
158       const RuntimePointerChecking::CheckingPtrGroup &CGI = CheckingGroups[i];
159       const RuntimePointerChecking::CheckingPtrGroup &CGJ = CheckingGroups[j];
160
161       if (needsChecking(CGI, CGJ, PtrPartition))
162         Checks.push_back(std::make_pair(&CGI, &CGJ));
163     }
164   }
165   return Checks;
166 }
167
168 bool RuntimePointerChecking::needsChecking(
169     const CheckingPtrGroup &M, const CheckingPtrGroup &N,
170     const SmallVectorImpl<int> *PtrPartition) const {
171   for (unsigned I = 0, EI = M.Members.size(); EI != I; ++I)
172     for (unsigned J = 0, EJ = N.Members.size(); EJ != J; ++J)
173       if (needsChecking(M.Members[I], N.Members[J], PtrPartition))
174         return true;
175   return false;
176 }
177
178 /// Compare \p I and \p J and return the minimum.
179 /// Return nullptr in case we couldn't find an answer.
180 static const SCEV *getMinFromExprs(const SCEV *I, const SCEV *J,
181                                    ScalarEvolution *SE) {
182   const SCEV *Diff = SE->getMinusSCEV(J, I);
183   const SCEVConstant *C = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff);
184
185   if (!C)
186     return nullptr;
187   if (C->getValue()->isNegative())
188     return J;
189   return I;
190 }
191
192 bool RuntimePointerChecking::CheckingPtrGroup::addPointer(unsigned Index) {
193   const SCEV *Start = RtCheck.Pointers[Index].Start;
194   const SCEV *End = RtCheck.Pointers[Index].End;
195
196   // Compare the starts and ends with the known minimum and maximum
197   // of this set. We need to know how we compare against the min/max
198   // of the set in order to be able to emit memchecks.
199   const SCEV *Min0 = getMinFromExprs(Start, Low, RtCheck.SE);
200   if (!Min0)
201     return false;
202
203   const SCEV *Min1 = getMinFromExprs(End, High, RtCheck.SE);
204   if (!Min1)
205     return false;
206
207   // Update the low bound  expression if we've found a new min value.
208   if (Min0 == Start)
209     Low = Start;
210
211   // Update the high bound expression if we've found a new max value.
212   if (Min1 != End)
213     High = End;
214
215   Members.push_back(Index);
216   return true;
217 }
218
219 void RuntimePointerChecking::groupChecks(
220     MemoryDepChecker::DepCandidates &DepCands, bool UseDependencies) {
221   // We build the groups from dependency candidates equivalence classes
222   // because:
223   //    - We know that pointers in the same equivalence class share
224   //      the same underlying object and therefore there is a chance
225   //      that we can compare pointers
226   //    - We wouldn't be able to merge two pointers for which we need
227   //      to emit a memcheck. The classes in DepCands are already
228   //      conveniently built such that no two pointers in the same
229   //      class need checking against each other.
230
231   // We use the following (greedy) algorithm to construct the groups
232   // For every pointer in the equivalence class:
233   //   For each existing group:
234   //   - if the difference between this pointer and the min/max bounds
235   //     of the group is a constant, then make the pointer part of the
236   //     group and update the min/max bounds of that group as required.
237
238   CheckingGroups.clear();
239
240   // If we don't have the dependency partitions, construct a new
241   // checking pointer group for each pointer.
242   if (!UseDependencies) {
243     for (unsigned I = 0; I < Pointers.size(); ++I)
244       CheckingGroups.push_back(CheckingPtrGroup(I, *this));
245     return;
246   }
247
248   unsigned TotalComparisons = 0;
249
250   DenseMap<Value *, unsigned> PositionMap;
251   for (unsigned Index = 0; Index < Pointers.size(); ++Index)
252     PositionMap[Pointers[Index].PointerValue] = Index;
253
254   // We need to keep track of what pointers we've already seen so we
255   // don't process them twice.
256   SmallSet<unsigned, 2> Seen;
257
258   // Go through all equivalence classes, get the the "pointer check groups"
259   // and add them to the overall solution. We use the order in which accesses
260   // appear in 'Pointers' to enforce determinism.
261   for (unsigned I = 0; I < Pointers.size(); ++I) {
262     // We've seen this pointer before, and therefore already processed
263     // its equivalence class.
264     if (Seen.count(I))
265       continue;
266
267     MemoryDepChecker::MemAccessInfo Access(Pointers[I].PointerValue,
268                                            Pointers[I].IsWritePtr);
269
270     SmallVector<CheckingPtrGroup, 2> Groups;
271     auto LeaderI = DepCands.findValue(DepCands.getLeaderValue(Access));
272
273     // Because DepCands is constructed by visiting accesses in the order in
274     // which they appear in alias sets (which is deterministic) and the
275     // iteration order within an equivalence class member is only dependent on
276     // the order in which unions and insertions are performed on the
277     // equivalence class, the iteration order is deterministic.
278     for (auto MI = DepCands.member_begin(LeaderI), ME = DepCands.member_end();
279          MI != ME; ++MI) {
280       unsigned Pointer = PositionMap[MI->getPointer()];
281       bool Merged = false;
282       // Mark this pointer as seen.
283       Seen.insert(Pointer);
284
285       // Go through all the existing sets and see if we can find one
286       // which can include this pointer.
287       for (CheckingPtrGroup &Group : Groups) {
288         // Don't perform more than a certain amount of comparisons.
289         // This should limit the cost of grouping the pointers to something
290         // reasonable.  If we do end up hitting this threshold, the algorithm
291         // will create separate groups for all remaining pointers.
292         if (TotalComparisons > MemoryCheckMergeThreshold)
293           break;
294
295         TotalComparisons++;
296
297         if (Group.addPointer(Pointer)) {
298           Merged = true;
299           break;
300         }
301       }
302
303       if (!Merged)
304         // We couldn't add this pointer to any existing set or the threshold
305         // for the number of comparisons has been reached. Create a new group
306         // to hold the current pointer.
307         Groups.push_back(CheckingPtrGroup(Pointer, *this));
308     }
309
310     // We've computed the grouped checks for this partition.
311     // Save the results and continue with the next one.
312     std::copy(Groups.begin(), Groups.end(), std::back_inserter(CheckingGroups));
313   }
314 }
315
316 bool RuntimePointerChecking::arePointersInSamePartition(
317     const SmallVectorImpl<int> &PtrToPartition, unsigned PtrIdx1,
318     unsigned PtrIdx2) {
319   return (PtrToPartition[PtrIdx1] != -1 &&
320           PtrToPartition[PtrIdx1] == PtrToPartition[PtrIdx2]);
321 }
322
323 bool RuntimePointerChecking::needsChecking(
324     unsigned I, unsigned J, const SmallVectorImpl<int> *PtrPartition) const {
325   const PointerInfo &PointerI = Pointers[I];
326   const PointerInfo &PointerJ = Pointers[J];
327
328   // No need to check if two readonly pointers intersect.
329   if (!PointerI.IsWritePtr && !PointerJ.IsWritePtr)
330     return false;
331
332   // Only need to check pointers between two different dependency sets.
333   if (PointerI.DependencySetId == PointerJ.DependencySetId)
334     return false;
335
336   // Only need to check pointers in the same alias set.
337   if (PointerI.AliasSetId != PointerJ.AliasSetId)
338     return false;
339
340   // If PtrPartition is set omit checks between pointers of the same partition.
341   if (PtrPartition && arePointersInSamePartition(*PtrPartition, I, J))
342     return false;
343
344   return true;
345 }
346
347 void RuntimePointerChecking::print(
348     raw_ostream &OS, unsigned Depth,
349     const SmallVectorImpl<int> *PtrPartition) const {
350
351   OS.indent(Depth) << "Run-time memory checks:\n";
352
353   unsigned N = 0;
354   for (unsigned I = 0; I < CheckingGroups.size(); ++I)
355     for (unsigned J = I + 1; J < CheckingGroups.size(); ++J)
356       if (needsChecking(CheckingGroups[I], CheckingGroups[J], PtrPartition)) {
357         OS.indent(Depth) << "Check " << N++ << ":\n";
358         OS.indent(Depth + 2) << "Comparing group " << I << ":\n";
359
360         for (unsigned K = 0; K < CheckingGroups[I].Members.size(); ++K) {
361           OS.indent(Depth + 2)
362               << *Pointers[CheckingGroups[I].Members[K]].PointerValue << "\n";
363           if (PtrPartition)
364             OS << " (Partition: "
365                << (*PtrPartition)[CheckingGroups[I].Members[K]] << ")"
366                << "\n";
367         }
368
369         OS.indent(Depth + 2) << "Against group " << J << ":\n";
370
371         for (unsigned K = 0; K < CheckingGroups[J].Members.size(); ++K) {
372           OS.indent(Depth + 2)
373               << *Pointers[CheckingGroups[J].Members[K]].PointerValue << "\n";
374           if (PtrPartition)
375             OS << " (Partition: "
376                << (*PtrPartition)[CheckingGroups[J].Members[K]] << ")"
377                << "\n";
378         }
379       }
380
381   OS.indent(Depth) << "Grouped accesses:\n";
382   for (unsigned I = 0; I < CheckingGroups.size(); ++I) {
383     OS.indent(Depth + 2) << "Group " << I << ":\n";
384     OS.indent(Depth + 4) << "(Low: " << *CheckingGroups[I].Low
385                          << " High: " << *CheckingGroups[I].High << ")\n";
386     for (unsigned J = 0; J < CheckingGroups[I].Members.size(); ++J) {
387       OS.indent(Depth + 6) << "Member: "
388                            << *Pointers[CheckingGroups[I].Members[J]].Expr
389                            << "\n";
390     }
391   }
392 }
393
394 unsigned RuntimePointerChecking::getNumberOfChecks(
395     const SmallVectorImpl<int> *PtrPartition) const {
396
397   unsigned NumPartitions = CheckingGroups.size();
398   unsigned CheckCount = 0;
399
400   for (unsigned I = 0; I < NumPartitions; ++I)
401     for (unsigned J = I + 1; J < NumPartitions; ++J)
402       if (needsChecking(CheckingGroups[I], CheckingGroups[J], PtrPartition))
403         CheckCount++;
404   return CheckCount;
405 }
406
407 bool RuntimePointerChecking::needsAnyChecking(
408     const SmallVectorImpl<int> *PtrPartition) const {
409   unsigned NumPointers = Pointers.size();
410
411   for (unsigned I = 0; I < NumPointers; ++I)
412     for (unsigned J = I + 1; J < NumPointers; ++J)
413       if (needsChecking(I, J, PtrPartition))
414         return true;
415   return false;
416 }
417
418 namespace {
419 /// \brief Analyses memory accesses in a loop.
420 ///
421 /// Checks whether run time pointer checks are needed and builds sets for data
422 /// dependence checking.
423 class AccessAnalysis {
424 public:
425   /// \brief Read or write access location.
426   typedef PointerIntPair<Value *, 1, bool> MemAccessInfo;
427   typedef SmallPtrSet<MemAccessInfo, 8> MemAccessInfoSet;
428
429   AccessAnalysis(const DataLayout &Dl, AliasAnalysis *AA, LoopInfo *LI,
430                  MemoryDepChecker::DepCandidates &DA)
431       : DL(Dl), AST(*AA), LI(LI), DepCands(DA),
432         IsRTCheckAnalysisNeeded(false) {}
433
434   /// \brief Register a load  and whether it is only read from.
435   void addLoad(MemoryLocation &Loc, bool IsReadOnly) {
436     Value *Ptr = const_cast<Value*>(Loc.Ptr);
437     AST.add(Ptr, MemoryLocation::UnknownSize, Loc.AATags);
438     Accesses.insert(MemAccessInfo(Ptr, false));
439     if (IsReadOnly)
440       ReadOnlyPtr.insert(Ptr);
441   }
442
443   /// \brief Register a store.
444   void addStore(MemoryLocation &Loc) {
445     Value *Ptr = const_cast<Value*>(Loc.Ptr);
446     AST.add(Ptr, MemoryLocation::UnknownSize, Loc.AATags);
447     Accesses.insert(MemAccessInfo(Ptr, true));
448   }
449
450   /// \brief Check whether we can check the pointers at runtime for
451   /// non-intersection.
452   ///
453   /// Returns true if we need no check or if we do and we can generate them
454   /// (i.e. the pointers have computable bounds).
455   bool canCheckPtrAtRT(RuntimePointerChecking &RtCheck, ScalarEvolution *SE,
456                        Loop *TheLoop, const ValueToValueMap &Strides,
457                        bool ShouldCheckStride = false);
458
459   /// \brief Goes over all memory accesses, checks whether a RT check is needed
460   /// and builds sets of dependent accesses.
461   void buildDependenceSets() {
462     processMemAccesses();
463   }
464
465   /// \brief Initial processing of memory accesses determined that we need to
466   /// perform dependency checking.
467   ///
468   /// Note that this can later be cleared if we retry memcheck analysis without
469   /// dependency checking (i.e. ShouldRetryWithRuntimeCheck).
470   bool isDependencyCheckNeeded() { return !CheckDeps.empty(); }
471
472   /// We decided that no dependence analysis would be used.  Reset the state.
473   void resetDepChecks(MemoryDepChecker &DepChecker) {
474     CheckDeps.clear();
475     DepChecker.clearInterestingDependences();
476   }
477
478   MemAccessInfoSet &getDependenciesToCheck() { return CheckDeps; }
479
480 private:
481   typedef SetVector<MemAccessInfo> PtrAccessSet;
482
483   /// \brief Go over all memory access and check whether runtime pointer checks
484   /// are needed and build sets of dependency check candidates.
485   void processMemAccesses();
486
487   /// Set of all accesses.
488   PtrAccessSet Accesses;
489
490   const DataLayout &DL;
491
492   /// Set of accesses that need a further dependence check.
493   MemAccessInfoSet CheckDeps;
494
495   /// Set of pointers that are read only.
496   SmallPtrSet<Value*, 16> ReadOnlyPtr;
497
498   /// An alias set tracker to partition the access set by underlying object and
499   //intrinsic property (such as TBAA metadata).
500   AliasSetTracker AST;
501
502   LoopInfo *LI;
503
504   /// Sets of potentially dependent accesses - members of one set share an
505   /// underlying pointer. The set "CheckDeps" identfies which sets really need a
506   /// dependence check.
507   MemoryDepChecker::DepCandidates &DepCands;
508
509   /// \brief Initial processing of memory accesses determined that we may need
510   /// to add memchecks.  Perform the analysis to determine the necessary checks.
511   ///
512   /// Note that, this is different from isDependencyCheckNeeded.  When we retry
513   /// memcheck analysis without dependency checking
514   /// (i.e. ShouldRetryWithRuntimeCheck), isDependencyCheckNeeded is cleared
515   /// while this remains set if we have potentially dependent accesses.
516   bool IsRTCheckAnalysisNeeded;
517 };
518
519 } // end anonymous namespace
520
521 /// \brief Check whether a pointer can participate in a runtime bounds check.
522 static bool hasComputableBounds(ScalarEvolution *SE,
523                                 const ValueToValueMap &Strides, Value *Ptr) {
524   const SCEV *PtrScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, Ptr);
525   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PtrScev);
526   if (!AR)
527     return false;
528
529   return AR->isAffine();
530 }
531
532 bool AccessAnalysis::canCheckPtrAtRT(RuntimePointerChecking &RtCheck,
533                                      ScalarEvolution *SE, Loop *TheLoop,
534                                      const ValueToValueMap &StridesMap,
535                                      bool ShouldCheckStride) {
536   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
537   // to place a runtime bound check.
538   bool CanDoRT = true;
539
540   bool NeedRTCheck = false;
541   if (!IsRTCheckAnalysisNeeded) return true;
542
543   bool IsDepCheckNeeded = isDependencyCheckNeeded();
544
545   // We assign a consecutive id to access from different alias sets.
546   // Accesses between different groups doesn't need to be checked.
547   unsigned ASId = 1;
548   for (auto &AS : AST) {
549     int NumReadPtrChecks = 0;
550     int NumWritePtrChecks = 0;
551
552     // We assign consecutive id to access from different dependence sets.
553     // Accesses within the same set don't need a runtime check.
554     unsigned RunningDepId = 1;
555     DenseMap<Value *, unsigned> DepSetId;
556
557     for (auto A : AS) {
558       Value *Ptr = A.getValue();
559       bool IsWrite = Accesses.count(MemAccessInfo(Ptr, true));
560       MemAccessInfo Access(Ptr, IsWrite);
561
562       if (IsWrite)
563         ++NumWritePtrChecks;
564       else
565         ++NumReadPtrChecks;
566
567       if (hasComputableBounds(SE, StridesMap, Ptr) &&
568           // When we run after a failing dependency check we have to make sure
569           // we don't have wrapping pointers.
570           (!ShouldCheckStride ||
571            isStridedPtr(SE, Ptr, TheLoop, StridesMap) == 1)) {
572         // The id of the dependence set.
573         unsigned DepId;
574
575         if (IsDepCheckNeeded) {
576           Value *Leader = DepCands.getLeaderValue(Access).getPointer();
577           unsigned &LeaderId = DepSetId[Leader];
578           if (!LeaderId)
579             LeaderId = RunningDepId++;
580           DepId = LeaderId;
581         } else
582           // Each access has its own dependence set.
583           DepId = RunningDepId++;
584
585         RtCheck.insert(TheLoop, Ptr, IsWrite, DepId, ASId, StridesMap);
586
587         DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a runtime check ptr:" << *Ptr << '\n');
588       } else {
589         DEBUG(dbgs() << "LAA: Can't find bounds for ptr:" << *Ptr << '\n');
590         CanDoRT = false;
591       }
592     }
593
594     // If we have at least two writes or one write and a read then we need to
595     // check them.  But there is no need to checks if there is only one
596     // dependence set for this alias set.
597     //
598     // Note that this function computes CanDoRT and NeedRTCheck independently.
599     // For example CanDoRT=false, NeedRTCheck=false means that we have a pointer
600     // for which we couldn't find the bounds but we don't actually need to emit
601     // any checks so it does not matter.
602     if (!(IsDepCheckNeeded && CanDoRT && RunningDepId == 2))
603       NeedRTCheck |= (NumWritePtrChecks >= 2 || (NumReadPtrChecks >= 1 &&
604                                                  NumWritePtrChecks >= 1));
605
606     ++ASId;
607   }
608
609   // If the pointers that we would use for the bounds comparison have different
610   // address spaces, assume the values aren't directly comparable, so we can't
611   // use them for the runtime check. We also have to assume they could
612   // overlap. In the future there should be metadata for whether address spaces
613   // are disjoint.
614   unsigned NumPointers = RtCheck.Pointers.size();
615   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
616     for (unsigned j = i + 1; j < NumPointers; ++j) {
617       // Only need to check pointers between two different dependency sets.
618       if (RtCheck.Pointers[i].DependencySetId ==
619           RtCheck.Pointers[j].DependencySetId)
620        continue;
621       // Only need to check pointers in the same alias set.
622       if (RtCheck.Pointers[i].AliasSetId != RtCheck.Pointers[j].AliasSetId)
623         continue;
624
625       Value *PtrI = RtCheck.Pointers[i].PointerValue;
626       Value *PtrJ = RtCheck.Pointers[j].PointerValue;
627
628       unsigned ASi = PtrI->getType()->getPointerAddressSpace();
629       unsigned ASj = PtrJ->getType()->getPointerAddressSpace();
630       if (ASi != ASj) {
631         DEBUG(dbgs() << "LAA: Runtime check would require comparison between"
632                        " different address spaces\n");
633         return false;
634       }
635     }
636   }
637
638   if (NeedRTCheck && CanDoRT)
639     RtCheck.groupChecks(DepCands, IsDepCheckNeeded);
640
641   DEBUG(dbgs() << "LAA: We need to do " << RtCheck.getNumberOfChecks(nullptr)
642                << " pointer comparisons.\n");
643
644   RtCheck.Need = NeedRTCheck;
645
646   bool CanDoRTIfNeeded = !NeedRTCheck || CanDoRT;
647   if (!CanDoRTIfNeeded)
648     RtCheck.reset();
649   return CanDoRTIfNeeded;
650 }
651
652 void AccessAnalysis::processMemAccesses() {
653   // We process the set twice: first we process read-write pointers, last we
654   // process read-only pointers. This allows us to skip dependence tests for
655   // read-only pointers.
656
657   DEBUG(dbgs() << "LAA: Processing memory accesses...\n");
658   DEBUG(dbgs() << "  AST: "; AST.dump());
659   DEBUG(dbgs() << "LAA:   Accesses(" << Accesses.size() << "):\n");
660   DEBUG({
661     for (auto A : Accesses)
662       dbgs() << "\t" << *A.getPointer() << " (" <<
663                 (A.getInt() ? "write" : (ReadOnlyPtr.count(A.getPointer()) ?
664                                          "read-only" : "read")) << ")\n";
665   });
666
667   // The AliasSetTracker has nicely partitioned our pointers by metadata
668   // compatibility and potential for underlying-object overlap. As a result, we
669   // only need to check for potential pointer dependencies within each alias
670   // set.
671   for (auto &AS : AST) {
672     // Note that both the alias-set tracker and the alias sets themselves used
673     // linked lists internally and so the iteration order here is deterministic
674     // (matching the original instruction order within each set).
675
676     bool SetHasWrite = false;
677
678     // Map of pointers to last access encountered.
679     typedef DenseMap<Value*, MemAccessInfo> UnderlyingObjToAccessMap;
680     UnderlyingObjToAccessMap ObjToLastAccess;
681
682     // Set of access to check after all writes have been processed.
683     PtrAccessSet DeferredAccesses;
684
685     // Iterate over each alias set twice, once to process read/write pointers,
686     // and then to process read-only pointers.
687     for (int SetIteration = 0; SetIteration < 2; ++SetIteration) {
688       bool UseDeferred = SetIteration > 0;
689       PtrAccessSet &S = UseDeferred ? DeferredAccesses : Accesses;
690
691       for (auto AV : AS) {
692         Value *Ptr = AV.getValue();
693
694         // For a single memory access in AliasSetTracker, Accesses may contain
695         // both read and write, and they both need to be handled for CheckDeps.
696         for (auto AC : S) {
697           if (AC.getPointer() != Ptr)
698             continue;
699
700           bool IsWrite = AC.getInt();
701
702           // If we're using the deferred access set, then it contains only
703           // reads.
704           bool IsReadOnlyPtr = ReadOnlyPtr.count(Ptr) && !IsWrite;
705           if (UseDeferred && !IsReadOnlyPtr)
706             continue;
707           // Otherwise, the pointer must be in the PtrAccessSet, either as a
708           // read or a write.
709           assert(((IsReadOnlyPtr && UseDeferred) || IsWrite ||
710                   S.count(MemAccessInfo(Ptr, false))) &&
711                  "Alias-set pointer not in the access set?");
712
713           MemAccessInfo Access(Ptr, IsWrite);
714           DepCands.insert(Access);
715
716           // Memorize read-only pointers for later processing and skip them in
717           // the first round (they need to be checked after we have seen all
718           // write pointers). Note: we also mark pointer that are not
719           // consecutive as "read-only" pointers (so that we check
720           // "a[b[i]] +="). Hence, we need the second check for "!IsWrite".
721           if (!UseDeferred && IsReadOnlyPtr) {
722             DeferredAccesses.insert(Access);
723             continue;
724           }
725
726           // If this is a write - check other reads and writes for conflicts. If
727           // this is a read only check other writes for conflicts (but only if
728           // there is no other write to the ptr - this is an optimization to
729           // catch "a[i] = a[i] + " without having to do a dependence check).
730           if ((IsWrite || IsReadOnlyPtr) && SetHasWrite) {
731             CheckDeps.insert(Access);
732             IsRTCheckAnalysisNeeded = true;
733           }
734
735           if (IsWrite)
736             SetHasWrite = true;
737
738           // Create sets of pointers connected by a shared alias set and
739           // underlying object.
740           typedef SmallVector<Value *, 16> ValueVector;
741           ValueVector TempObjects;
742
743           GetUnderlyingObjects(Ptr, TempObjects, DL, LI);
744           DEBUG(dbgs() << "Underlying objects for pointer " << *Ptr << "\n");
745           for (Value *UnderlyingObj : TempObjects) {
746             UnderlyingObjToAccessMap::iterator Prev =
747                 ObjToLastAccess.find(UnderlyingObj);
748             if (Prev != ObjToLastAccess.end())
749               DepCands.unionSets(Access, Prev->second);
750
751             ObjToLastAccess[UnderlyingObj] = Access;
752             DEBUG(dbgs() << "  " << *UnderlyingObj << "\n");
753           }
754         }
755       }
756     }
757   }
758 }
759
760 static bool isInBoundsGep(Value *Ptr) {
761   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
762     return GEP->isInBounds();
763   return false;
764 }
765
766 /// \brief Return true if an AddRec pointer \p Ptr is unsigned non-wrapping,
767 /// i.e. monotonically increasing/decreasing.
768 static bool isNoWrapAddRec(Value *Ptr, const SCEVAddRecExpr *AR,
769                            ScalarEvolution *SE, const Loop *L) {
770   // FIXME: This should probably only return true for NUW.
771   if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::NoWrapMask))
772     return true;
773
774   // Scalar evolution does not propagate the non-wrapping flags to values that
775   // are derived from a non-wrapping induction variable because non-wrapping
776   // could be flow-sensitive.
777   //
778   // Look through the potentially overflowing instruction to try to prove
779   // non-wrapping for the *specific* value of Ptr.
780
781   // The arithmetic implied by an inbounds GEP can't overflow.
782   auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
783   if (!GEP || !GEP->isInBounds())
784     return false;
785
786   // Make sure there is only one non-const index and analyze that.
787   Value *NonConstIndex = nullptr;
788   for (auto Index = GEP->idx_begin(); Index != GEP->idx_end(); ++Index)
789     if (!isa<ConstantInt>(*Index)) {
790       if (NonConstIndex)
791         return false;
792       NonConstIndex = *Index;
793     }
794   if (!NonConstIndex)
795     // The recurrence is on the pointer, ignore for now.
796     return false;
797
798   // The index in GEP is signed.  It is non-wrapping if it's derived from a NSW
799   // AddRec using a NSW operation.
800   if (auto *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(NonConstIndex))
801     if (OBO->hasNoSignedWrap() &&
802         // Assume constant for other the operand so that the AddRec can be
803         // easily found.
804         isa<ConstantInt>(OBO->getOperand(1))) {
805       auto *OpScev = SE->getSCEV(OBO->getOperand(0));
806
807       if (auto *OpAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(OpScev))
808         return OpAR->getLoop() == L && OpAR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
809     }
810
811   return false;
812 }
813
814 /// \brief Check whether the access through \p Ptr has a constant stride.
815 int llvm::isStridedPtr(ScalarEvolution *SE, Value *Ptr, const Loop *Lp,
816                        const ValueToValueMap &StridesMap) {
817   const Type *Ty = Ptr->getType();
818   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-ptr");
819
820   // Make sure that the pointer does not point to aggregate types.
821   const PointerType *PtrTy = cast<PointerType>(Ty);
822   if (PtrTy->getElementType()->isAggregateType()) {
823     DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not a pointer to a scalar type"
824           << *Ptr << "\n");
825     return 0;
826   }
827
828   const SCEV *PtrScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, StridesMap, Ptr);
829
830   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PtrScev);
831   if (!AR) {
832     DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not an AddRecExpr pointer "
833           << *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
834     return 0;
835   }
836
837   // The accesss function must stride over the innermost loop.
838   if (Lp != AR->getLoop()) {
839     DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not striding over innermost loop " <<
840           *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
841   }
842
843   // The address calculation must not wrap. Otherwise, a dependence could be
844   // inverted.
845   // An inbounds getelementptr that is a AddRec with a unit stride
846   // cannot wrap per definition. The unit stride requirement is checked later.
847   // An getelementptr without an inbounds attribute and unit stride would have
848   // to access the pointer value "0" which is undefined behavior in address
849   // space 0, therefore we can also vectorize this case.
850   bool IsInBoundsGEP = isInBoundsGep(Ptr);
851   bool IsNoWrapAddRec = isNoWrapAddRec(Ptr, AR, SE, Lp);
852   bool IsInAddressSpaceZero = PtrTy->getAddressSpace() == 0;
853   if (!IsNoWrapAddRec && !IsInBoundsGEP && !IsInAddressSpaceZero) {
854     DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Pointer may wrap in the address space "
855           << *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
856     return 0;
857   }
858
859   // Check the step is constant.
860   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
861
862   // Calculate the pointer stride and check if it is constant.
863   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
864   if (!C) {
865     DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not a constant strided " << *Ptr <<
866           " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
867     return 0;
868   }
869
870   auto &DL = Lp->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
871   int64_t Size = DL.getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
872   const APInt &APStepVal = C->getValue()->getValue();
873
874   // Huge step value - give up.
875   if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
876     return 0;
877
878   int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
879
880   // Strided access.
881   int64_t Stride = StepVal / Size;
882   int64_t Rem = StepVal % Size;
883   if (Rem)
884     return 0;
885
886   // If the SCEV could wrap but we have an inbounds gep with a unit stride we
887   // know we can't "wrap around the address space". In case of address space
888   // zero we know that this won't happen without triggering undefined behavior.
889   if (!IsNoWrapAddRec && (IsInBoundsGEP || IsInAddressSpaceZero) &&
890       Stride != 1 && Stride != -1)
891     return 0;
892
893   return Stride;
894 }
895
896 bool MemoryDepChecker::Dependence::isSafeForVectorization(DepType Type) {
897   switch (Type) {
898   case NoDep:
899   case Forward:
900   case BackwardVectorizable:
901     return true;
902
903   case Unknown:
904   case ForwardButPreventsForwarding:
905   case Backward:
906   case BackwardVectorizableButPreventsForwarding:
907     return false;
908   }
909   llvm_unreachable("unexpected DepType!");
910 }
911
912 bool MemoryDepChecker::Dependence::isInterestingDependence(DepType Type) {
913   switch (Type) {
914   case NoDep:
915   case Forward:
916     return false;
917
918   case BackwardVectorizable:
919   case Unknown:
920   case ForwardButPreventsForwarding:
921   case Backward:
922   case BackwardVectorizableButPreventsForwarding:
923     return true;
924   }
925   llvm_unreachable("unexpected DepType!");
926 }
927
928 bool MemoryDepChecker::Dependence::isPossiblyBackward() const {
929   switch (Type) {
930   case NoDep:
931   case Forward:
932   case ForwardButPreventsForwarding:
933     return false;
934
935   case Unknown:
936   case BackwardVectorizable:
937   case Backward:
938   case BackwardVectorizableButPreventsForwarding:
939     return true;
940   }
941   llvm_unreachable("unexpected DepType!");
942 }
943
944 bool MemoryDepChecker::couldPreventStoreLoadForward(unsigned Distance,
945                                                     unsigned TypeByteSize) {
946   // If loads occur at a distance that is not a multiple of a feasible vector
947   // factor store-load forwarding does not take place.
948   // Positive dependences might cause troubles because vectorizing them might
949   // prevent store-load forwarding making vectorized code run a lot slower.
950   //   a[i] = a[i-3] ^ a[i-8];
951   //   The stores to a[i:i+1] don't align with the stores to a[i-3:i-2] and
952   //   hence on your typical architecture store-load forwarding does not take
953   //   place. Vectorizing in such cases does not make sense.
954   // Store-load forwarding distance.
955   const unsigned NumCyclesForStoreLoadThroughMemory = 8*TypeByteSize;
956   // Maximum vector factor.
957   unsigned MaxVFWithoutSLForwardIssues =
958     VectorizerParams::MaxVectorWidth * TypeByteSize;
959   if(MaxSafeDepDistBytes < MaxVFWithoutSLForwardIssues)
960     MaxVFWithoutSLForwardIssues = MaxSafeDepDistBytes;
961
962   for (unsigned vf = 2*TypeByteSize; vf <= MaxVFWithoutSLForwardIssues;
963        vf *= 2) {
964     if (Distance % vf && Distance / vf < NumCyclesForStoreLoadThroughMemory) {
965       MaxVFWithoutSLForwardIssues = (vf >>=1);
966       break;
967     }
968   }
969
970   if (MaxVFWithoutSLForwardIssues< 2*TypeByteSize) {
971     DEBUG(dbgs() << "LAA: Distance " << Distance <<
972           " that could cause a store-load forwarding conflict\n");
973     return true;
974   }
975
976   if (MaxVFWithoutSLForwardIssues < MaxSafeDepDistBytes &&
977       MaxVFWithoutSLForwardIssues !=
978       VectorizerParams::MaxVectorWidth * TypeByteSize)
979     MaxSafeDepDistBytes = MaxVFWithoutSLForwardIssues;
980   return false;
981 }
982
983 /// \brief Check the dependence for two accesses with the same stride \p Stride.
984 /// \p Distance is the positive distance and \p TypeByteSize is type size in
985 /// bytes.
986 ///
987 /// \returns true if they are independent.
988 static bool areStridedAccessesIndependent(unsigned Distance, unsigned Stride,
989                                           unsigned TypeByteSize) {
990   assert(Stride > 1 && "The stride must be greater than 1");
991   assert(TypeByteSize > 0 && "The type size in byte must be non-zero");
992   assert(Distance > 0 && "The distance must be non-zero");
993
994   // Skip if the distance is not multiple of type byte size.
995   if (Distance % TypeByteSize)
996     return false;
997
998   unsigned ScaledDist = Distance / TypeByteSize;
999
1000   // No dependence if the scaled distance is not multiple of the stride.
1001   // E.g.
1002   //      for (i = 0; i < 1024 ; i += 4)
1003   //        A[i+2] = A[i] + 1;
1004   //
1005   // Two accesses in memory (scaled distance is 2, stride is 4):
1006   //     | A[0] |      |      |      | A[4] |      |      |      |
1007   //     |      |      | A[2] |      |      |      | A[6] |      |
1008   //
1009   // E.g.
1010   //      for (i = 0; i < 1024 ; i += 3)
1011   //        A[i+4] = A[i] + 1;
1012   //
1013   // Two accesses in memory (scaled distance is 4, stride is 3):
1014   //     | A[0] |      |      | A[3] |      |      | A[6] |      |      |
1015   //     |      |      |      |      | A[4] |      |      | A[7] |      |
1016   return ScaledDist % Stride;
1017 }
1018
1019 MemoryDepChecker::Dependence::DepType
1020 MemoryDepChecker::isDependent(const MemAccessInfo &A, unsigned AIdx,
1021                               const MemAccessInfo &B, unsigned BIdx,
1022                               const ValueToValueMap &Strides) {
1023   assert (AIdx < BIdx && "Must pass arguments in program order");
1024
1025   Value *APtr = A.getPointer();
1026   Value *BPtr = B.getPointer();
1027   bool AIsWrite = A.getInt();
1028   bool BIsWrite = B.getInt();
1029
1030   // Two reads are independent.
1031   if (!AIsWrite && !BIsWrite)
1032     return Dependence::NoDep;
1033
1034   // We cannot check pointers in different address spaces.
1035   if (APtr->getType()->getPointerAddressSpace() !=
1036       BPtr->getType()->getPointerAddressSpace())
1037     return Dependence::Unknown;
1038
1039   const SCEV *AScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, APtr);
1040   const SCEV *BScev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, BPtr);
1041
1042   int StrideAPtr = isStridedPtr(SE, APtr, InnermostLoop, Strides);
1043   int StrideBPtr = isStridedPtr(SE, BPtr, InnermostLoop, Strides);
1044
1045   const SCEV *Src = AScev;
1046   const SCEV *Sink = BScev;
1047
1048   // If the induction step is negative we have to invert source and sink of the
1049   // dependence.
1050   if (StrideAPtr < 0) {
1051     //Src = BScev;
1052     //Sink = AScev;
1053     std::swap(APtr, BPtr);
1054     std::swap(Src, Sink);
1055     std::swap(AIsWrite, BIsWrite);
1056     std::swap(AIdx, BIdx);
1057     std::swap(StrideAPtr, StrideBPtr);
1058   }
1059
1060   const SCEV *Dist = SE->getMinusSCEV(Sink, Src);
1061
1062   DEBUG(dbgs() << "LAA: Src Scev: " << *Src << "Sink Scev: " << *Sink
1063         << "(Induction step: " << StrideAPtr <<  ")\n");
1064   DEBUG(dbgs() << "LAA: Distance for " << *InstMap[AIdx] << " to "
1065         << *InstMap[BIdx] << ": " << *Dist << "\n");
1066
1067   // Need accesses with constant stride. We don't want to vectorize
1068   // "A[B[i]] += ..." and similar code or pointer arithmetic that could wrap in
1069   // the address space.
1070   if (!StrideAPtr || !StrideBPtr || StrideAPtr != StrideBPtr){
1071     DEBUG(dbgs() << "Pointer access with non-constant stride\n");
1072     return Dependence::Unknown;
1073   }
1074
1075   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Dist);
1076   if (!C) {
1077     DEBUG(dbgs() << "LAA: Dependence because of non-constant distance\n");
1078     ShouldRetryWithRuntimeCheck = true;
1079     return Dependence::Unknown;
1080   }
1081
1082   Type *ATy = APtr->getType()->getPointerElementType();
1083   Type *BTy = BPtr->getType()->getPointerElementType();
1084   auto &DL = InnermostLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
1085   unsigned TypeByteSize = DL.getTypeAllocSize(ATy);
1086
1087   // Negative distances are not plausible dependencies.
1088   const APInt &Val = C->getValue()->getValue();
1089   if (Val.isNegative()) {
1090     bool IsTrueDataDependence = (AIsWrite && !BIsWrite);
1091     if (IsTrueDataDependence &&
1092         (couldPreventStoreLoadForward(Val.abs().getZExtValue(), TypeByteSize) ||
1093          ATy != BTy))
1094       return Dependence::ForwardButPreventsForwarding;
1095
1096     DEBUG(dbgs() << "LAA: Dependence is negative: NoDep\n");
1097     return Dependence::Forward;
1098   }
1099
1100   // Write to the same location with the same size.
1101   // Could be improved to assert type sizes are the same (i32 == float, etc).
1102   if (Val == 0) {
1103     if (ATy == BTy)
1104       return Dependence::NoDep;
1105     DEBUG(dbgs() << "LAA: Zero dependence difference but different types\n");
1106     return Dependence::Unknown;
1107   }
1108
1109   assert(Val.isStrictlyPositive() && "Expect a positive value");
1110
1111   if (ATy != BTy) {
1112     DEBUG(dbgs() <<
1113           "LAA: ReadWrite-Write positive dependency with different types\n");
1114     return Dependence::Unknown;
1115   }
1116
1117   unsigned Distance = (unsigned) Val.getZExtValue();
1118
1119   unsigned Stride = std::abs(StrideAPtr);
1120   if (Stride > 1 &&
1121       areStridedAccessesIndependent(Distance, Stride, TypeByteSize)) {
1122     DEBUG(dbgs() << "LAA: Strided accesses are independent\n");
1123     return Dependence::NoDep;
1124   }
1125
1126   // Bail out early if passed-in parameters make vectorization not feasible.
1127   unsigned ForcedFactor = (VectorizerParams::VectorizationFactor ?
1128                            VectorizerParams::VectorizationFactor : 1);
1129   unsigned ForcedUnroll = (VectorizerParams::VectorizationInterleave ?
1130                            VectorizerParams::VectorizationInterleave : 1);
1131   // The minimum number of iterations for a vectorized/unrolled version.
1132   unsigned MinNumIter = std::max(ForcedFactor * ForcedUnroll, 2U);
1133
1134   // It's not vectorizable if the distance is smaller than the minimum distance
1135   // needed for a vectroized/unrolled version. Vectorizing one iteration in
1136   // front needs TypeByteSize * Stride. Vectorizing the last iteration needs
1137   // TypeByteSize (No need to plus the last gap distance).
1138   //
1139   // E.g. Assume one char is 1 byte in memory and one int is 4 bytes.
1140   //      foo(int *A) {
1141   //        int *B = (int *)((char *)A + 14);
1142   //        for (i = 0 ; i < 1024 ; i += 2)
1143   //          B[i] = A[i] + 1;
1144   //      }
1145   //
1146   // Two accesses in memory (stride is 2):
1147   //     | A[0] |      | A[2] |      | A[4] |      | A[6] |      |
1148   //                              | B[0] |      | B[2] |      | B[4] |
1149   //
1150   // Distance needs for vectorizing iterations except the last iteration:
1151   // 4 * 2 * (MinNumIter - 1). Distance needs for the last iteration: 4.
1152   // So the minimum distance needed is: 4 * 2 * (MinNumIter - 1) + 4.
1153   //
1154   // If MinNumIter is 2, it is vectorizable as the minimum distance needed is
1155   // 12, which is less than distance.
1156   //
1157   // If MinNumIter is 4 (Say if a user forces the vectorization factor to be 4),
1158   // the minimum distance needed is 28, which is greater than distance. It is
1159   // not safe to do vectorization.
1160   unsigned MinDistanceNeeded =
1161       TypeByteSize * Stride * (MinNumIter - 1) + TypeByteSize;
1162   if (MinDistanceNeeded > Distance) {
1163     DEBUG(dbgs() << "LAA: Failure because of positive distance " << Distance
1164                  << '\n');
1165     return Dependence::Backward;
1166   }
1167
1168   // Unsafe if the minimum distance needed is greater than max safe distance.
1169   if (MinDistanceNeeded > MaxSafeDepDistBytes) {
1170     DEBUG(dbgs() << "LAA: Failure because it needs at least "
1171                  << MinDistanceNeeded << " size in bytes");
1172     return Dependence::Backward;
1173   }
1174
1175   // Positive distance bigger than max vectorization factor.
1176   // FIXME: Should use max factor instead of max distance in bytes, which could
1177   // not handle different types.
1178   // E.g. Assume one char is 1 byte in memory and one int is 4 bytes.
1179   //      void foo (int *A, char *B) {
1180   //        for (unsigned i = 0; i < 1024; i++) {
1181   //          A[i+2] = A[i] + 1;
1182   //          B[i+2] = B[i] + 1;
1183   //        }
1184   //      }
1185   //
1186   // This case is currently unsafe according to the max safe distance. If we
1187   // analyze the two accesses on array B, the max safe dependence distance
1188   // is 2. Then we analyze the accesses on array A, the minimum distance needed
1189   // is 8, which is less than 2 and forbidden vectorization, But actually
1190   // both A and B could be vectorized by 2 iterations.
1191   MaxSafeDepDistBytes =
1192       Distance < MaxSafeDepDistBytes ? Distance : MaxSafeDepDistBytes;
1193
1194   bool IsTrueDataDependence = (!AIsWrite && BIsWrite);
1195   if (IsTrueDataDependence &&
1196       couldPreventStoreLoadForward(Distance, TypeByteSize))
1197     return Dependence::BackwardVectorizableButPreventsForwarding;
1198
1199   DEBUG(dbgs() << "LAA: Positive distance " << Val.getSExtValue()
1200                << " with max VF = "
1201                << MaxSafeDepDistBytes / (TypeByteSize * Stride) << '\n');
1202
1203   return Dependence::BackwardVectorizable;
1204 }
1205
1206 bool MemoryDepChecker::areDepsSafe(DepCandidates &AccessSets,
1207                                    MemAccessInfoSet &CheckDeps,
1208                                    const ValueToValueMap &Strides) {
1209
1210   MaxSafeDepDistBytes = -1U;
1211   while (!CheckDeps.empty()) {
1212     MemAccessInfo CurAccess = *CheckDeps.begin();
1213
1214     // Get the relevant memory access set.
1215     EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::iterator I =
1216       AccessSets.findValue(AccessSets.getLeaderValue(CurAccess));
1217
1218     // Check accesses within this set.
1219     EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::member_iterator AI, AE;
1220     AI = AccessSets.member_begin(I), AE = AccessSets.member_end();
1221
1222     // Check every access pair.
1223     while (AI != AE) {
1224       CheckDeps.erase(*AI);
1225       EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::member_iterator OI = std::next(AI);
1226       while (OI != AE) {
1227         // Check every accessing instruction pair in program order.
1228         for (std::vector<unsigned>::iterator I1 = Accesses[*AI].begin(),
1229              I1E = Accesses[*AI].end(); I1 != I1E; ++I1)
1230           for (std::vector<unsigned>::iterator I2 = Accesses[*OI].begin(),
1231                I2E = Accesses[*OI].end(); I2 != I2E; ++I2) {
1232             auto A = std::make_pair(&*AI, *I1);
1233             auto B = std::make_pair(&*OI, *I2);
1234
1235             assert(*I1 != *I2);
1236             if (*I1 > *I2)
1237               std::swap(A, B);
1238
1239             Dependence::DepType Type =
1240                 isDependent(*A.first, A.second, *B.first, B.second, Strides);
1241             SafeForVectorization &= Dependence::isSafeForVectorization(Type);
1242
1243             // Gather dependences unless we accumulated MaxInterestingDependence
1244             // dependences.  In that case return as soon as we find the first
1245             // unsafe dependence.  This puts a limit on this quadratic
1246             // algorithm.
1247             if (RecordInterestingDependences) {
1248               if (Dependence::isInterestingDependence(Type))
1249                 InterestingDependences.push_back(
1250                     Dependence(A.second, B.second, Type));
1251
1252               if (InterestingDependences.size() >= MaxInterestingDependence) {
1253                 RecordInterestingDependences = false;
1254                 InterestingDependences.clear();
1255                 DEBUG(dbgs() << "Too many dependences, stopped recording\n");
1256               }
1257             }
1258             if (!RecordInterestingDependences && !SafeForVectorization)
1259               return false;
1260           }
1261         ++OI;
1262       }
1263       AI++;
1264     }
1265   }
1266
1267   DEBUG(dbgs() << "Total Interesting Dependences: "
1268                << InterestingDependences.size() << "\n");
1269   return SafeForVectorization;
1270 }
1271
1272 SmallVector<Instruction *, 4>
1273 MemoryDepChecker::getInstructionsForAccess(Value *Ptr, bool isWrite) const {
1274   MemAccessInfo Access(Ptr, isWrite);
1275   auto &IndexVector = Accesses.find(Access)->second;
1276
1277   SmallVector<Instruction *, 4> Insts;
1278   std::transform(IndexVector.begin(), IndexVector.end(),
1279                  std::back_inserter(Insts),
1280                  [&](unsigned Idx) { return this->InstMap[Idx]; });
1281   return Insts;
1282 }
1283
1284 const char *MemoryDepChecker::Dependence::DepName[] = {
1285     "NoDep", "Unknown", "Forward", "ForwardButPreventsForwarding", "Backward",
1286     "BackwardVectorizable", "BackwardVectorizableButPreventsForwarding"};
1287
1288 void MemoryDepChecker::Dependence::print(
1289     raw_ostream &OS, unsigned Depth,
1290     const SmallVectorImpl<Instruction *> &Instrs) const {
1291   OS.indent(Depth) << DepName[Type] << ":\n";
1292   OS.indent(Depth + 2) << *Instrs[Source] << " -> \n";
1293   OS.indent(Depth + 2) << *Instrs[Destination] << "\n";
1294 }
1295
1296 bool LoopAccessInfo::canAnalyzeLoop() {
1297   // We need to have a loop header.
1298   DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a loop: " <<
1299         TheLoop->getHeader()->getName() << '\n');
1300
1301     // We can only analyze innermost loops.
1302   if (!TheLoop->empty()) {
1303     DEBUG(dbgs() << "LAA: loop is not the innermost loop\n");
1304     emitAnalysis(LoopAccessReport() << "loop is not the innermost loop");
1305     return false;
1306   }
1307
1308   // We must have a single backedge.
1309   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1) {
1310     DEBUG(dbgs() << "LAA: loop control flow is not understood by analyzer\n");
1311     emitAnalysis(
1312         LoopAccessReport() <<
1313         "loop control flow is not understood by analyzer");
1314     return false;
1315   }
1316
1317   // We must have a single exiting block.
1318   if (!TheLoop->getExitingBlock()) {
1319     DEBUG(dbgs() << "LAA: loop control flow is not understood by analyzer\n");
1320     emitAnalysis(
1321         LoopAccessReport() <<
1322         "loop control flow is not understood by analyzer");
1323     return false;
1324   }
1325
1326   // We only handle bottom-tested loops, i.e. loop in which the condition is
1327   // checked at the end of each iteration. With that we can assume that all
1328   // instructions in the loop are executed the same number of times.
1329   if (TheLoop->getExitingBlock() != TheLoop->getLoopLatch()) {
1330     DEBUG(dbgs() << "LAA: loop control flow is not understood by analyzer\n");
1331     emitAnalysis(
1332         LoopAccessReport() <<
1333         "loop control flow is not understood by analyzer");
1334     return false;
1335   }
1336
1337   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
1338   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(TheLoop);
1339   if (ExitCount == SE->getCouldNotCompute()) {
1340     emitAnalysis(LoopAccessReport() <<
1341                  "could not determine number of loop iterations");
1342     DEBUG(dbgs() << "LAA: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
1343     return false;
1344   }
1345
1346   return true;
1347 }
1348
1349 void LoopAccessInfo::analyzeLoop(const ValueToValueMap &Strides) {
1350
1351   typedef SmallVector<Value*, 16> ValueVector;
1352   typedef SmallPtrSet<Value*, 16> ValueSet;
1353
1354   // Holds the Load and Store *instructions*.
1355   ValueVector Loads;
1356   ValueVector Stores;
1357
1358   // Holds all the different accesses in the loop.
1359   unsigned NumReads = 0;
1360   unsigned NumReadWrites = 0;
1361
1362   PtrRtChecking.Pointers.clear();
1363   PtrRtChecking.Need = false;
1364
1365   const bool IsAnnotatedParallel = TheLoop->isAnnotatedParallel();
1366
1367   // For each block.
1368   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
1369        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
1370
1371     // Scan the BB and collect legal loads and stores.
1372     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
1373          ++it) {
1374
1375       // If this is a load, save it. If this instruction can read from memory
1376       // but is not a load, then we quit. Notice that we don't handle function
1377       // calls that read or write.
1378       if (it->mayReadFromMemory()) {
1379         // Many math library functions read the rounding mode. We will only
1380         // vectorize a loop if it contains known function calls that don't set
1381         // the flag. Therefore, it is safe to ignore this read from memory.
1382         CallInst *Call = dyn_cast<CallInst>(it);
1383         if (Call && getIntrinsicIDForCall(Call, TLI))
1384           continue;
1385
1386         // If the function has an explicit vectorized counterpart, we can safely
1387         // assume that it can be vectorized.
1388         if (Call && !Call->isNoBuiltin() && Call->getCalledFunction() &&
1389             TLI->isFunctionVectorizable(Call->getCalledFunction()->getName()))
1390           continue;
1391
1392         LoadInst *Ld = dyn_cast<LoadInst>(it);
1393         if (!Ld || (!Ld->isSimple() && !IsAnnotatedParallel)) {
1394           emitAnalysis(LoopAccessReport(Ld)
1395                        << "read with atomic ordering or volatile read");
1396           DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a non-simple load.\n");
1397           CanVecMem = false;
1398           return;
1399         }
1400         NumLoads++;
1401         Loads.push_back(Ld);
1402         DepChecker.addAccess(Ld);
1403         continue;
1404       }
1405
1406       // Save 'store' instructions. Abort if other instructions write to memory.
1407       if (it->mayWriteToMemory()) {
1408         StoreInst *St = dyn_cast<StoreInst>(it);
1409         if (!St) {
1410           emitAnalysis(LoopAccessReport(it) <<
1411                        "instruction cannot be vectorized");
1412           CanVecMem = false;
1413           return;
1414         }
1415         if (!St->isSimple() && !IsAnnotatedParallel) {
1416           emitAnalysis(LoopAccessReport(St)
1417                        << "write with atomic ordering or volatile write");
1418           DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a non-simple store.\n");
1419           CanVecMem = false;
1420           return;
1421         }
1422         NumStores++;
1423         Stores.push_back(St);
1424         DepChecker.addAccess(St);
1425       }
1426     } // Next instr.
1427   } // Next block.
1428
1429   // Now we have two lists that hold the loads and the stores.
1430   // Next, we find the pointers that they use.
1431
1432   // Check if we see any stores. If there are no stores, then we don't
1433   // care if the pointers are *restrict*.
1434   if (!Stores.size()) {
1435     DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a read-only loop!\n");
1436     CanVecMem = true;
1437     return;
1438   }
1439
1440   MemoryDepChecker::DepCandidates DependentAccesses;
1441   AccessAnalysis Accesses(TheLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout(),
1442                           AA, LI, DependentAccesses);
1443
1444   // Holds the analyzed pointers. We don't want to call GetUnderlyingObjects
1445   // multiple times on the same object. If the ptr is accessed twice, once
1446   // for read and once for write, it will only appear once (on the write
1447   // list). This is okay, since we are going to check for conflicts between
1448   // writes and between reads and writes, but not between reads and reads.
1449   ValueSet Seen;
1450
1451   ValueVector::iterator I, IE;
1452   for (I = Stores.begin(), IE = Stores.end(); I != IE; ++I) {
1453     StoreInst *ST = cast<StoreInst>(*I);
1454     Value* Ptr = ST->getPointerOperand();
1455     // Check for store to loop invariant address.
1456     StoreToLoopInvariantAddress |= isUniform(Ptr);
1457     // If we did *not* see this pointer before, insert it to  the read-write
1458     // list. At this phase it is only a 'write' list.
1459     if (Seen.insert(Ptr).second) {
1460       ++NumReadWrites;
1461
1462       MemoryLocation Loc = MemoryLocation::get(ST);
1463       // The TBAA metadata could have a control dependency on the predication
1464       // condition, so we cannot rely on it when determining whether or not we
1465       // need runtime pointer checks.
1466       if (blockNeedsPredication(ST->getParent(), TheLoop, DT))
1467         Loc.AATags.TBAA = nullptr;
1468
1469       Accesses.addStore(Loc);
1470     }
1471   }
1472
1473   if (IsAnnotatedParallel) {
1474     DEBUG(dbgs()
1475           << "LAA: A loop annotated parallel, ignore memory dependency "
1476           << "checks.\n");
1477     CanVecMem = true;
1478     return;
1479   }
1480
1481   for (I = Loads.begin(), IE = Loads.end(); I != IE; ++I) {
1482     LoadInst *LD = cast<LoadInst>(*I);
1483     Value* Ptr = LD->getPointerOperand();
1484     // If we did *not* see this pointer before, insert it to the
1485     // read list. If we *did* see it before, then it is already in
1486     // the read-write list. This allows us to vectorize expressions
1487     // such as A[i] += x;  Because the address of A[i] is a read-write
1488     // pointer. This only works if the index of A[i] is consecutive.
1489     // If the address of i is unknown (for example A[B[i]]) then we may
1490     // read a few words, modify, and write a few words, and some of the
1491     // words may be written to the same address.
1492     bool IsReadOnlyPtr = false;
1493     if (Seen.insert(Ptr).second || !isStridedPtr(SE, Ptr, TheLoop, Strides)) {
1494       ++NumReads;
1495       IsReadOnlyPtr = true;
1496     }
1497
1498     MemoryLocation Loc = MemoryLocation::get(LD);
1499     // The TBAA metadata could have a control dependency on the predication
1500     // condition, so we cannot rely on it when determining whether or not we
1501     // need runtime pointer checks.
1502     if (blockNeedsPredication(LD->getParent(), TheLoop, DT))
1503       Loc.AATags.TBAA = nullptr;
1504
1505     Accesses.addLoad(Loc, IsReadOnlyPtr);
1506   }
1507
1508   // If we write (or read-write) to a single destination and there are no
1509   // other reads in this loop then is it safe to vectorize.
1510   if (NumReadWrites == 1 && NumReads == 0) {
1511     DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a write-only loop!\n");
1512     CanVecMem = true;
1513     return;
1514   }
1515
1516   // Build dependence sets and check whether we need a runtime pointer bounds
1517   // check.
1518   Accesses.buildDependenceSets();
1519
1520   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
1521   // to place a runtime bound check.
1522   bool CanDoRTIfNeeded =
1523       Accesses.canCheckPtrAtRT(PtrRtChecking, SE, TheLoop, Strides);
1524   if (!CanDoRTIfNeeded) {
1525     emitAnalysis(LoopAccessReport() << "cannot identify array bounds");
1526     DEBUG(dbgs() << "LAA: We can't vectorize because we can't find "
1527                  << "the array bounds.\n");
1528     CanVecMem = false;
1529     return;
1530   }
1531
1532   DEBUG(dbgs() << "LAA: We can perform a memory runtime check if needed.\n");
1533
1534   CanVecMem = true;
1535   if (Accesses.isDependencyCheckNeeded()) {
1536     DEBUG(dbgs() << "LAA: Checking memory dependencies\n");
1537     CanVecMem = DepChecker.areDepsSafe(
1538         DependentAccesses, Accesses.getDependenciesToCheck(), Strides);
1539     MaxSafeDepDistBytes = DepChecker.getMaxSafeDepDistBytes();
1540
1541     if (!CanVecMem && DepChecker.shouldRetryWithRuntimeCheck()) {
1542       DEBUG(dbgs() << "LAA: Retrying with memory checks\n");
1543
1544       // Clear the dependency checks. We assume they are not needed.
1545       Accesses.resetDepChecks(DepChecker);
1546
1547       PtrRtChecking.reset();
1548       PtrRtChecking.Need = true;
1549
1550       CanDoRTIfNeeded =
1551           Accesses.canCheckPtrAtRT(PtrRtChecking, SE, TheLoop, Strides, true);
1552
1553       // Check that we found the bounds for the pointer.
1554       if (!CanDoRTIfNeeded) {
1555         emitAnalysis(LoopAccessReport()
1556                      << "cannot check memory dependencies at runtime");
1557         DEBUG(dbgs() << "LAA: Can't vectorize with memory checks\n");
1558         CanVecMem = false;
1559         return;
1560       }
1561
1562       CanVecMem = true;
1563     }
1564   }
1565
1566   if (CanVecMem)
1567     DEBUG(dbgs() << "LAA: No unsafe dependent memory operations in loop.  We"
1568                  << (PtrRtChecking.Need ? "" : " don't")
1569                  << " need runtime memory checks.\n");
1570   else {
1571     emitAnalysis(LoopAccessReport() <<
1572                  "unsafe dependent memory operations in loop");
1573     DEBUG(dbgs() << "LAA: unsafe dependent memory operations in loop\n");
1574   }
1575 }
1576
1577 bool LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB, Loop *TheLoop,
1578                                            DominatorTree *DT)  {
1579   assert(TheLoop->contains(BB) && "Unknown block used");
1580
1581   // Blocks that do not dominate the latch need predication.
1582   BasicBlock* Latch = TheLoop->getLoopLatch();
1583   return !DT->dominates(BB, Latch);
1584 }
1585
1586 void LoopAccessInfo::emitAnalysis(LoopAccessReport &Message) {
1587   assert(!Report && "Multiple reports generated");
1588   Report = Message;
1589 }
1590
1591 bool LoopAccessInfo::isUniform(Value *V) const {
1592   return (SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(V), TheLoop));
1593 }
1594
1595 // FIXME: this function is currently a duplicate of the one in
1596 // LoopVectorize.cpp.
1597 static Instruction *getFirstInst(Instruction *FirstInst, Value *V,
1598                                  Instruction *Loc) {
1599   if (FirstInst)
1600     return FirstInst;
1601   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1602     return I->getParent() == Loc->getParent() ? I : nullptr;
1603   return nullptr;
1604 }
1605
1606 /// \brief IR Values for the lower and upper bounds of a pointer evolution.
1607 struct PointerBounds {
1608   Value *Start;
1609   Value *End;
1610 };
1611
1612 /// \brief Expand code for the lower and upper bound of the pointer group \p CG
1613 /// in \p TheLoop.  \return the values for the bounds.
1614 static PointerBounds
1615 expandBounds(const RuntimePointerChecking::CheckingPtrGroup *CG, Loop *TheLoop,
1616              Instruction *Loc, SCEVExpander &Exp, ScalarEvolution *SE,
1617              const RuntimePointerChecking &PtrRtChecking) {
1618   Value *Ptr = PtrRtChecking.Pointers[CG->Members[0]].PointerValue;
1619   const SCEV *Sc = SE->getSCEV(Ptr);
1620
1621   if (SE->isLoopInvariant(Sc, TheLoop)) {
1622     DEBUG(dbgs() << "LAA: Adding RT check for a loop invariant ptr:" << *Ptr
1623                  << "\n");
1624     return {Ptr, Ptr};
1625   } else {
1626     unsigned AS = Ptr->getType()->getPointerAddressSpace();
1627     LLVMContext &Ctx = Loc->getContext();
1628
1629     // Use this type for pointer arithmetic.
1630     Type *PtrArithTy = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS);
1631     Value *Start = nullptr, *End = nullptr;
1632
1633     DEBUG(dbgs() << "LAA: Adding RT check for range:\n");
1634     Start = Exp.expandCodeFor(CG->Low, PtrArithTy, Loc);
1635     End = Exp.expandCodeFor(CG->High, PtrArithTy, Loc);
1636     DEBUG(dbgs() << "Start: " << *CG->Low << " End: " << *CG->High << "\n");
1637     return {Start, End};
1638   }
1639 }
1640
1641 /// \brief Turns a collection of checks into a collection of expanded upper and
1642 /// lower bounds for both pointers in the check.
1643 static SmallVector<std::pair<PointerBounds, PointerBounds>, 4> expandBounds(
1644     const SmallVectorImpl<RuntimePointerChecking::PointerCheck> &PointerChecks,
1645     Loop *L, Instruction *Loc, ScalarEvolution *SE, SCEVExpander &Exp,
1646     const RuntimePointerChecking &PtrRtChecking) {
1647   SmallVector<std::pair<PointerBounds, PointerBounds>, 4> ChecksWithBounds;
1648
1649   // Here we're relying on the SCEV Expander's cache to only emit code for the
1650   // same bounds once.
1651   std::transform(
1652       PointerChecks.begin(), PointerChecks.end(),
1653       std::back_inserter(ChecksWithBounds),
1654       [&](const RuntimePointerChecking::PointerCheck &Check) {
1655         PointerBounds
1656           First = expandBounds(Check.first, L, Loc, Exp, SE, PtrRtChecking),
1657           Second = expandBounds(Check.second, L, Loc, Exp, SE, PtrRtChecking);
1658         return std::make_pair(First, Second);
1659       });
1660
1661   return ChecksWithBounds;
1662 }
1663
1664 std::pair<Instruction *, Instruction *> LoopAccessInfo::addRuntimeCheck(
1665     Instruction *Loc,
1666     const SmallVectorImpl<RuntimePointerChecking::PointerCheck> &PointerChecks)
1667     const {
1668
1669   SCEVExpander Exp(*SE, DL, "induction");
1670   auto ExpandedChecks =
1671       expandBounds(PointerChecks, TheLoop, Loc, SE, Exp, PtrRtChecking);
1672
1673   LLVMContext &Ctx = Loc->getContext();
1674   Instruction *FirstInst = nullptr;
1675   IRBuilder<> ChkBuilder(Loc);
1676   // Our instructions might fold to a constant.
1677   Value *MemoryRuntimeCheck = nullptr;
1678
1679   for (const auto &Check : ExpandedChecks) {
1680     const PointerBounds &A = Check.first, &B = Check.second;
1681     unsigned AS0 = A.Start->getType()->getPointerAddressSpace();
1682     unsigned AS1 = B.Start->getType()->getPointerAddressSpace();
1683
1684     assert((AS0 == B.End->getType()->getPointerAddressSpace()) &&
1685            (AS1 == A.End->getType()->getPointerAddressSpace()) &&
1686            "Trying to bounds check pointers with different address spaces");
1687
1688     Type *PtrArithTy0 = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS0);
1689     Type *PtrArithTy1 = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS1);
1690
1691     Value *Start0 = ChkBuilder.CreateBitCast(A.Start, PtrArithTy0, "bc");
1692     Value *Start1 = ChkBuilder.CreateBitCast(B.Start, PtrArithTy1, "bc");
1693     Value *End0 =   ChkBuilder.CreateBitCast(A.End,   PtrArithTy1, "bc");
1694     Value *End1 =   ChkBuilder.CreateBitCast(B.End,   PtrArithTy0, "bc");
1695
1696     Value *Cmp0 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start0, End1, "bound0");
1697     FirstInst = getFirstInst(FirstInst, Cmp0, Loc);
1698     Value *Cmp1 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start1, End0, "bound1");
1699     FirstInst = getFirstInst(FirstInst, Cmp1, Loc);
1700     Value *IsConflict = ChkBuilder.CreateAnd(Cmp0, Cmp1, "found.conflict");
1701     FirstInst = getFirstInst(FirstInst, IsConflict, Loc);
1702     if (MemoryRuntimeCheck) {
1703       IsConflict =
1704           ChkBuilder.CreateOr(MemoryRuntimeCheck, IsConflict, "conflict.rdx");
1705       FirstInst = getFirstInst(FirstInst, IsConflict, Loc);
1706     }
1707     MemoryRuntimeCheck = IsConflict;
1708   }
1709
1710   if (!MemoryRuntimeCheck)
1711     return std::make_pair(nullptr, nullptr);
1712
1713   // We have to do this trickery because the IRBuilder might fold the check to a
1714   // constant expression in which case there is no Instruction anchored in a
1715   // the block.
1716   Instruction *Check = BinaryOperator::CreateAnd(MemoryRuntimeCheck,
1717                                                  ConstantInt::getTrue(Ctx));
1718   ChkBuilder.Insert(Check, "memcheck.conflict");
1719   FirstInst = getFirstInst(FirstInst, Check, Loc);
1720   return std::make_pair(FirstInst, Check);
1721 }
1722
1723 std::pair<Instruction *, Instruction *> LoopAccessInfo::addRuntimeCheck(
1724     Instruction *Loc, const SmallVectorImpl<int> *PtrPartition) const {
1725   if (!PtrRtChecking.Need)
1726     return std::make_pair(nullptr, nullptr);
1727
1728   return addRuntimeCheck(Loc, PtrRtChecking.generateChecks(PtrPartition));
1729 }
1730
1731 LoopAccessInfo::LoopAccessInfo(Loop *L, ScalarEvolution *SE,
1732                                const DataLayout &DL,
1733                                const TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA,
1734                                DominatorTree *DT, LoopInfo *LI,
1735                                const ValueToValueMap &Strides)
1736     : PtrRtChecking(SE), DepChecker(SE, L), TheLoop(L), SE(SE), DL(DL),
1737       TLI(TLI), AA(AA), DT(DT), LI(LI), NumLoads(0), NumStores(0),
1738       MaxSafeDepDistBytes(-1U), CanVecMem(false),
1739       StoreToLoopInvariantAddress(false) {
1740   if (canAnalyzeLoop())
1741     analyzeLoop(Strides);
1742 }
1743
1744 void LoopAccessInfo::print(raw_ostream &OS, unsigned Depth) const {
1745   if (CanVecMem) {
1746     if (PtrRtChecking.Need)
1747       OS.indent(Depth) << "Memory dependences are safe with run-time checks\n";
1748     else
1749       OS.indent(Depth) << "Memory dependences are safe\n";
1750   }
1751
1752   if (Report)
1753     OS.indent(Depth) << "Report: " << Report->str() << "\n";
1754
1755   if (auto *InterestingDependences = DepChecker.getInterestingDependences()) {
1756     OS.indent(Depth) << "Interesting Dependences:\n";
1757     for (auto &Dep : *InterestingDependences) {
1758       Dep.print(OS, Depth + 2, DepChecker.getMemoryInstructions());
1759       OS << "\n";
1760     }
1761   } else
1762     OS.indent(Depth) << "Too many interesting dependences, not recorded\n";
1763
1764   // List the pair of accesses need run-time checks to prove independence.
1765   PtrRtChecking.print(OS, Depth);
1766   OS << "\n";
1767
1768   OS.indent(Depth) << "Store to invariant address was "
1769                    << (StoreToLoopInvariantAddress ? "" : "not ")
1770                    << "found in loop.\n";
1771 }
1772
1773 const LoopAccessInfo &
1774 LoopAccessAnalysis::getInfo(Loop *L, const ValueToValueMap &Strides) {
1775   auto &LAI = LoopAccessInfoMap[L];
1776
1777 #ifndef NDEBUG
1778   assert((!LAI || LAI->NumSymbolicStrides == Strides.size()) &&
1779          "Symbolic strides changed for loop");
1780 #endif
1781
1782   if (!LAI) {
1783     const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
1784     LAI = llvm::make_unique<LoopAccessInfo>(L, SE, DL, TLI, AA, DT, LI,
1785                                             Strides);
1786 #ifndef NDEBUG
1787     LAI->NumSymbolicStrides = Strides.size();
1788 #endif
1789   }
1790   return *LAI.get();
1791 }
1792
1793 void LoopAccessAnalysis::print(raw_ostream &OS, const Module *M) const {
1794   LoopAccessAnalysis &LAA = *const_cast<LoopAccessAnalysis *>(this);
1795
1796   ValueToValueMap NoSymbolicStrides;
1797
1798   for (Loop *TopLevelLoop : *LI)
1799     for (Loop *L : depth_first(TopLevelLoop)) {
1800       OS.indent(2) << L->getHeader()->getName() << ":\n";
1801       auto &LAI = LAA.getInfo(L, NoSymbolicStrides);
1802       LAI.print(OS, 4);
1803     }
1804 }
1805
1806 bool LoopAccessAnalysis::runOnFunction(Function &F) {
1807   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1808   auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
1809   TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
1810   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
1811   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1812   LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
1813
1814   return false;
1815 }
1816
1817 void LoopAccessAnalysis::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1818     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
1819     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1820     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
1821     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
1822
1823     AU.setPreservesAll();
1824 }
1825
1826 char LoopAccessAnalysis::ID = 0;
1827 static const char laa_name[] = "Loop Access Analysis";
1828 #define LAA_NAME "loop-accesses"
1829
1830 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopAccessAnalysis, LAA_NAME, laa_name, false, true)
1831 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
1832 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
1833 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
1834 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
1835 INITIALIZE_PASS_END(LoopAccessAnalysis, LAA_NAME, laa_name, false, true)
1836
1837 namespace llvm {
1838   Pass *createLAAPass() {
1839     return new LoopAccessAnalysis();
1840   }
1841 }