03a17d673dc0b92f0e37f417abcdcf0e1ea75f94
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / IndVarSimplify.cpp
1 //===- IndVarSimplify.cpp - Induction Variable Elimination ----------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This transformation analyzes and transforms the induction variables (and
11 // computations derived from them) into simpler forms suitable for subsequent
12 // analysis and transformation.
13 //
14 // This transformation makes the following changes to each loop with an
15 // identifiable induction variable:
16 //   1. All loops are transformed to have a SINGLE canonical induction variable
17 //      which starts at zero and steps by one.
18 //   2. The canonical induction variable is guaranteed to be the first PHI node
19 //      in the loop header block.
20 //   3. The canonical induction variable is guaranteed to be in a wide enough
21 //      type so that IV expressions need not be (directly) zero-extended or
22 //      sign-extended.
23 //   4. Any pointer arithmetic recurrences are raised to use array subscripts.
24 //
25 // If the trip count of a loop is computable, this pass also makes the following
26 // changes:
27 //   1. The exit condition for the loop is canonicalized to compare the
28 //      induction value against the exit value.  This turns loops like:
29 //        'for (i = 7; i*i < 1000; ++i)' into 'for (i = 0; i != 25; ++i)'
30 //   2. Any use outside of the loop of an expression derived from the indvar
31 //      is changed to compute the derived value outside of the loop, eliminating
32 //      the dependence on the exit value of the induction variable.  If the only
33 //      purpose of the loop is to compute the exit value of some derived
34 //      expression, this transformation will make the loop dead.
35 //
36 // This transformation should be followed by strength reduction after all of the
37 // desired loop transformations have been performed.
38 //
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40
41 #define DEBUG_TYPE "indvars"
42 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
43 #include "llvm/BasicBlock.h"
44 #include "llvm/Constants.h"
45 #include "llvm/Instructions.h"
46 #include "llvm/LLVMContext.h"
47 #include "llvm/Type.h"
48 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
49 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
50 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
51 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
52 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
53 #include "llvm/Support/CFG.h"
54 #include "llvm/Support/Compiler.h"
55 #include "llvm/Support/Debug.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
58 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
59 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
60 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
61 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
62 using namespace llvm;
63
64 STATISTIC(NumRemoved , "Number of aux indvars removed");
65 STATISTIC(NumInserted, "Number of canonical indvars added");
66 STATISTIC(NumReplaced, "Number of exit values replaced");
67 STATISTIC(NumLFTR    , "Number of loop exit tests replaced");
68
69 namespace {
70   class VISIBILITY_HIDDEN IndVarSimplify : public LoopPass {
71     IVUsers         *IU;
72     LoopInfo        *LI;
73     ScalarEvolution *SE;
74     DominatorTree   *DT;
75     bool Changed;
76   public:
77
78    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
79    IndVarSimplify() : LoopPass(&ID) {}
80
81    virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
82
83    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
84      AU.addRequired<DominatorTree>();
85      AU.addRequired<ScalarEvolution>();
86      AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
87      AU.addRequired<LoopInfo>();
88      AU.addRequired<IVUsers>();
89      AU.addRequiredID(LCSSAID);
90      AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
91      AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
92      AU.addPreserved<IVUsers>();
93      AU.addPreservedID(LCSSAID);
94      AU.setPreservesCFG();
95    }
96
97   private:
98
99     void RewriteNonIntegerIVs(Loop *L);
100
101     ICmpInst *LinearFunctionTestReplace(Loop *L, const SCEV *BackedgeTakenCount,
102                                    Value *IndVar,
103                                    BasicBlock *ExitingBlock,
104                                    BranchInst *BI,
105                                    SCEVExpander &Rewriter);
106     void RewriteLoopExitValues(Loop *L, const SCEV *BackedgeTakenCount,
107                                SCEVExpander &Rewriter);
108
109     void RewriteIVExpressions(Loop *L, const Type *LargestType,
110                               SCEVExpander &Rewriter);
111
112     void SinkUnusedInvariants(Loop *L);
113
114     void HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PH);
115   };
116 }
117
118 char IndVarSimplify::ID = 0;
119 static RegisterPass<IndVarSimplify>
120 X("indvars", "Canonicalize Induction Variables");
121
122 Pass *llvm::createIndVarSimplifyPass() {
123   return new IndVarSimplify();
124 }
125
126 /// LinearFunctionTestReplace - This method rewrites the exit condition of the
127 /// loop to be a canonical != comparison against the incremented loop induction
128 /// variable.  This pass is able to rewrite the exit tests of any loop where the
129 /// SCEV analysis can determine a loop-invariant trip count of the loop, which
130 /// is actually a much broader range than just linear tests.
131 ICmpInst *IndVarSimplify::LinearFunctionTestReplace(Loop *L,
132                                    const SCEV *BackedgeTakenCount,
133                                    Value *IndVar,
134                                    BasicBlock *ExitingBlock,
135                                    BranchInst *BI,
136                                    SCEVExpander &Rewriter) {
137   // If the exiting block is not the same as the backedge block, we must compare
138   // against the preincremented value, otherwise we prefer to compare against
139   // the post-incremented value.
140   Value *CmpIndVar;
141   const SCEV *RHS = BackedgeTakenCount;
142   if (ExitingBlock == L->getLoopLatch()) {
143     // Add one to the "backedge-taken" count to get the trip count.
144     // If this addition may overflow, we have to be more pessimistic and
145     // cast the induction variable before doing the add.
146     const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, BackedgeTakenCount->getType());
147     const SCEV *N =
148       SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount,
149                      SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType()));
150     if ((isa<SCEVConstant>(N) && !N->isZero()) ||
151         SE->isLoopGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_NE, N, Zero)) {
152       // No overflow. Cast the sum.
153       RHS = SE->getTruncateOrZeroExtend(N, IndVar->getType());
154     } else {
155       // Potential overflow. Cast before doing the add.
156       RHS = SE->getTruncateOrZeroExtend(BackedgeTakenCount,
157                                         IndVar->getType());
158       RHS = SE->getAddExpr(RHS,
159                            SE->getIntegerSCEV(1, IndVar->getType()));
160     }
161
162     // The BackedgeTaken expression contains the number of times that the
163     // backedge branches to the loop header.  This is one less than the
164     // number of times the loop executes, so use the incremented indvar.
165     CmpIndVar = L->getCanonicalInductionVariableIncrement();
166   } else {
167     // We have to use the preincremented value...
168     RHS = SE->getTruncateOrZeroExtend(BackedgeTakenCount,
169                                       IndVar->getType());
170     CmpIndVar = IndVar;
171   }
172
173   // Expand the code for the iteration count.
174   assert(RHS->isLoopInvariant(L) &&
175          "Computed iteration count is not loop invariant!");
176   Value *ExitCnt = Rewriter.expandCodeFor(RHS, IndVar->getType(), BI);
177
178   // Insert a new icmp_ne or icmp_eq instruction before the branch.
179   ICmpInst::Predicate Opcode;
180   if (L->contains(BI->getSuccessor(0)))
181     Opcode = ICmpInst::ICMP_NE;
182   else
183     Opcode = ICmpInst::ICMP_EQ;
184
185   DOUT << "INDVARS: Rewriting loop exit condition to:\n"
186        << "      LHS:" << *CmpIndVar // includes a newline
187        << "       op:\t"
188        << (Opcode == ICmpInst::ICMP_NE ? "!=" : "==") << "\n"
189        << "      RHS:\t" << *RHS << "\n";
190
191   ICmpInst *Cond = new ICmpInst(Opcode, CmpIndVar, ExitCnt, "exitcond", BI);
192
193   Instruction *OrigCond = cast<Instruction>(BI->getCondition());
194   // It's tempting to use replaceAllUsesWith here to fully replace the old
195   // comparison, but that's not immediately safe, since users of the old
196   // comparison may not be dominated by the new comparison. Instead, just
197   // update the branch to use the new comparison; in the common case this
198   // will make old comparison dead.
199   BI->setCondition(Cond);
200   RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OrigCond);
201
202   ++NumLFTR;
203   Changed = true;
204   return Cond;
205 }
206
207 /// RewriteLoopExitValues - Check to see if this loop has a computable
208 /// loop-invariant execution count.  If so, this means that we can compute the
209 /// final value of any expressions that are recurrent in the loop, and
210 /// substitute the exit values from the loop into any instructions outside of
211 /// the loop that use the final values of the current expressions.
212 ///
213 /// This is mostly redundant with the regular IndVarSimplify activities that
214 /// happen later, except that it's more powerful in some cases, because it's
215 /// able to brute-force evaluate arbitrary instructions as long as they have
216 /// constant operands at the beginning of the loop.
217 void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L,
218                                            const SCEV *BackedgeTakenCount,
219                                            SCEVExpander &Rewriter) {
220   // Verify the input to the pass in already in LCSSA form.
221   assert(L->isLCSSAForm());
222
223   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
224   L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
225
226   // Find all values that are computed inside the loop, but used outside of it.
227   // Because of LCSSA, these values will only occur in LCSSA PHI Nodes.  Scan
228   // the exit blocks of the loop to find them.
229   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
230     BasicBlock *ExitBB = ExitBlocks[i];
231
232     // If there are no PHI nodes in this exit block, then no values defined
233     // inside the loop are used on this path, skip it.
234     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(ExitBB->begin());
235     if (!PN) continue;
236
237     unsigned NumPreds = PN->getNumIncomingValues();
238
239     // Iterate over all of the PHI nodes.
240     BasicBlock::iterator BBI = ExitBB->begin();
241     while ((PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++))) {
242       if (PN->use_empty())
243         continue; // dead use, don't replace it
244       // Iterate over all of the values in all the PHI nodes.
245       for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i) {
246         // If the value being merged in is not integer or is not defined
247         // in the loop, skip it.
248         Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
249         if (!isa<Instruction>(InVal) ||
250             // SCEV only supports integer expressions for now.
251             (!isa<IntegerType>(InVal->getType()) &&
252              !isa<PointerType>(InVal->getType())))
253           continue;
254
255         // If this pred is for a subloop, not L itself, skip it.
256         if (LI->getLoopFor(PN->getIncomingBlock(i)) != L)
257           continue; // The Block is in a subloop, skip it.
258
259         // Check that InVal is defined in the loop.
260         Instruction *Inst = cast<Instruction>(InVal);
261         if (!L->contains(Inst->getParent()))
262           continue;
263
264         // Okay, this instruction has a user outside of the current loop
265         // and varies predictably *inside* the loop.  Evaluate the value it
266         // contains when the loop exits, if possible.
267         const SCEV *ExitValue = SE->getSCEVAtScope(Inst, L->getParentLoop());
268         if (!ExitValue->isLoopInvariant(L))
269           continue;
270
271         Changed = true;
272         ++NumReplaced;
273
274         Value *ExitVal = Rewriter.expandCodeFor(ExitValue, PN->getType(), Inst);
275
276         DOUT << "INDVARS: RLEV: AfterLoopVal = " << *ExitVal
277              << "  LoopVal = " << *Inst << "\n";
278
279         PN->setIncomingValue(i, ExitVal);
280
281         // If this instruction is dead now, delete it.
282         RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
283
284         // If we're inserting code into the exit block rather than the
285         // preheader, we can (and have to) remove the PHI entirely.
286         // This is safe, because the NewVal won't be variant
287         // in the loop, so we don't need an LCSSA phi node anymore.
288         if (ExitBlocks.size() == 1) {
289           PN->replaceAllUsesWith(ExitVal);
290           RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(PN);
291           break;
292         }
293       }
294       if (ExitBlocks.size() != 1) {
295         // Clone the PHI and delete the original one. This lets IVUsers and
296         // any other maps purge the original user from their records.
297         PHINode *NewPN = PN->clone();
298         NewPN->takeName(PN);
299         NewPN->insertBefore(PN);
300         PN->replaceAllUsesWith(NewPN);
301         PN->eraseFromParent();
302       }
303     }
304   }
305 }
306
307 void IndVarSimplify::RewriteNonIntegerIVs(Loop *L) {
308   // First step.  Check to see if there are any floating-point recurrences.
309   // If there are, change them into integer recurrences, permitting analysis by
310   // the SCEV routines.
311   //
312   BasicBlock *Header    = L->getHeader();
313
314   SmallVector<WeakVH, 8> PHIs;
315   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
316        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
317     PHIs.push_back(PN);
318
319   for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i)
320     if (PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(PHIs[i]))
321       HandleFloatingPointIV(L, PN);
322
323   // If the loop previously had floating-point IV, ScalarEvolution
324   // may not have been able to compute a trip count. Now that we've done some
325   // re-writing, the trip count may be computable.
326   if (Changed)
327     SE->forgetLoopBackedgeTakenCount(L);
328 }
329
330 bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
331   IU = &getAnalysis<IVUsers>();
332   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
333   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
334   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
335   Changed = false;
336
337   // If there are any floating-point recurrences, attempt to
338   // transform them to use integer recurrences.
339   RewriteNonIntegerIVs(L);
340
341   BasicBlock *ExitingBlock = L->getExitingBlock(); // may be null
342   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
343
344   // Create a rewriter object which we'll use to transform the code with.
345   SCEVExpander Rewriter(*SE);
346
347   // Check to see if this loop has a computable loop-invariant execution count.
348   // If so, this means that we can compute the final value of any expressions
349   // that are recurrent in the loop, and substitute the exit values from the
350   // loop into any instructions outside of the loop that use the final values of
351   // the current expressions.
352   //
353   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
354     RewriteLoopExitValues(L, BackedgeTakenCount, Rewriter);
355
356   // Compute the type of the largest recurrence expression, and decide whether
357   // a canonical induction variable should be inserted.
358   const Type *LargestType = 0;
359   bool NeedCannIV = false;
360   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount)) {
361     LargestType = BackedgeTakenCount->getType();
362     LargestType = SE->getEffectiveSCEVType(LargestType);
363     // If we have a known trip count and a single exit block, we'll be
364     // rewriting the loop exit test condition below, which requires a
365     // canonical induction variable.
366     if (ExitingBlock)
367       NeedCannIV = true;
368   }
369   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
370     const SCEV *Stride = IU->StrideOrder[i];
371     const Type *Ty = SE->getEffectiveSCEVType(Stride->getType());
372     if (!LargestType ||
373         SE->getTypeSizeInBits(Ty) >
374           SE->getTypeSizeInBits(LargestType))
375       LargestType = Ty;
376
377     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
378       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
379     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
380
381     if (!SI->second->Users.empty())
382       NeedCannIV = true;
383   }
384
385   // Now that we know the largest of of the induction variable expressions
386   // in this loop, insert a canonical induction variable of the largest size.
387   Value *IndVar = 0;
388   if (NeedCannIV) {
389     // Check to see if the loop already has a canonical-looking induction
390     // variable. If one is present and it's wider than the planned canonical
391     // induction variable, temporarily remove it, so that the Rewriter
392     // doesn't attempt to reuse it.
393     PHINode *OldCannIV = L->getCanonicalInductionVariable();
394     if (OldCannIV) {
395       if (SE->getTypeSizeInBits(OldCannIV->getType()) >
396           SE->getTypeSizeInBits(LargestType))
397         OldCannIV->removeFromParent();
398       else
399         OldCannIV = 0;
400     }
401
402     IndVar = Rewriter.getOrInsertCanonicalInductionVariable(L, LargestType);
403
404     ++NumInserted;
405     Changed = true;
406     DOUT << "INDVARS: New CanIV: " << *IndVar;
407
408     // Now that the official induction variable is established, reinsert
409     // the old canonical-looking variable after it so that the IR remains
410     // consistent. It will be deleted as part of the dead-PHI deletion at
411     // the end of the pass.
412     if (OldCannIV)
413       OldCannIV->insertAfter(cast<Instruction>(IndVar));
414   }
415
416   // If we have a trip count expression, rewrite the loop's exit condition
417   // using it.  We can currently only handle loops with a single exit.
418   ICmpInst *NewICmp = 0;
419   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount) && ExitingBlock) {
420     assert(NeedCannIV &&
421            "LinearFunctionTestReplace requires a canonical induction variable");
422     // Can't rewrite non-branch yet.
423     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator()))
424       NewICmp = LinearFunctionTestReplace(L, BackedgeTakenCount, IndVar,
425                                           ExitingBlock, BI, Rewriter);
426   }
427
428   // Rewrite IV-derived expressions. Clears the rewriter cache.
429   RewriteIVExpressions(L, LargestType, Rewriter);
430
431   // The Rewriter may not be used from this point on.
432
433   // Loop-invariant instructions in the preheader that aren't used in the
434   // loop may be sunk below the loop to reduce register pressure.
435   SinkUnusedInvariants(L);
436
437   // For completeness, inform IVUsers of the IV use in the newly-created
438   // loop exit test instruction.
439   if (NewICmp)
440     IU->AddUsersIfInteresting(cast<Instruction>(NewICmp->getOperand(0)));
441
442   // Clean up dead instructions.
443   DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
444   // Check a post-condition.
445   assert(L->isLCSSAForm() && "Indvars did not leave the loop in lcssa form!");
446   return Changed;
447 }
448
449 void IndVarSimplify::RewriteIVExpressions(Loop *L, const Type *LargestType,
450                                           SCEVExpander &Rewriter) {
451   SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
452
453   // Rewrite all induction variable expressions in terms of the canonical
454   // induction variable.
455   //
456   // If there were induction variables of other sizes or offsets, manually
457   // add the offsets to the primary induction variable and cast, avoiding
458   // the need for the code evaluation methods to insert induction variables
459   // of different sizes.
460   for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
461     const SCEV *Stride = IU->StrideOrder[i];
462
463     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
464       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
465     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
466     ilist<IVStrideUse> &List = SI->second->Users;
467     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = List.begin(),
468          E = List.end(); UI != E; ++UI) {
469       Value *Op = UI->getOperandValToReplace();
470       const Type *UseTy = Op->getType();
471       Instruction *User = UI->getUser();
472
473       // Compute the final addrec to expand into code.
474       const SCEV *AR = IU->getReplacementExpr(*UI);
475
476       // FIXME: It is an extremely bad idea to indvar substitute anything more
477       // complex than affine induction variables.  Doing so will put expensive
478       // polynomial evaluations inside of the loop, and the str reduction pass
479       // currently can only reduce affine polynomials.  For now just disable
480       // indvar subst on anything more complex than an affine addrec, unless
481       // it can be expanded to a trivial value.
482       if (!AR->isLoopInvariant(L) && !Stride->isLoopInvariant(L))
483         continue;
484
485       // Determine the insertion point for this user. By default, insert
486       // immediately before the user. The SCEVExpander class will automatically
487       // hoist loop invariants out of the loop. For PHI nodes, there may be
488       // multiple uses, so compute the nearest common dominator for the
489       // incoming blocks.
490       Instruction *InsertPt = User;
491       if (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(InsertPt))
492         for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
493           if (PHI->getIncomingValue(i) == Op) {
494             if (InsertPt == User)
495               InsertPt = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
496             else
497               InsertPt =
498                 DT->findNearestCommonDominator(InsertPt->getParent(),
499                                                PHI->getIncomingBlock(i))
500                       ->getTerminator();
501           }
502
503       // Now expand it into actual Instructions and patch it into place.
504       Value *NewVal = Rewriter.expandCodeFor(AR, UseTy, InsertPt);
505
506       // Patch the new value into place.
507       if (Op->hasName())
508         NewVal->takeName(Op);
509       User->replaceUsesOfWith(Op, NewVal);
510       UI->setOperandValToReplace(NewVal);
511       DOUT << "INDVARS: Rewrote IV '" << *AR << "' " << *Op
512            << "   into = " << *NewVal << "\n";
513       ++NumRemoved;
514       Changed = true;
515
516       // The old value may be dead now.
517       DeadInsts.push_back(Op);
518     }
519   }
520
521   // Clear the rewriter cache, because values that are in the rewriter's cache
522   // can be deleted in the loop below, causing the AssertingVH in the cache to
523   // trigger.
524   Rewriter.clear();
525   // Now that we're done iterating through lists, clean up any instructions
526   // which are now dead.
527   while (!DeadInsts.empty()) {
528     Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
529     if (Inst)
530       RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
531   }
532 }
533
534 /// If there's a single exit block, sink any loop-invariant values that
535 /// were defined in the preheader but not used inside the loop into the
536 /// exit block to reduce register pressure in the loop.
537 void IndVarSimplify::SinkUnusedInvariants(Loop *L) {
538   BasicBlock *ExitBlock = L->getExitBlock();
539   if (!ExitBlock) return;
540
541   Instruction *InsertPt = ExitBlock->getFirstNonPHI();
542   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
543   BasicBlock::iterator I = Preheader->getTerminator();
544   while (I != Preheader->begin()) {
545     --I;
546     // New instructions were inserted at the end of the preheader.
547     if (isa<PHINode>(I))
548       break;
549     if (I->isTrapping())
550       continue;
551     // Determine if there is a use in or before the loop (direct or
552     // otherwise).
553     bool UsedInLoop = false;
554     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
555          UI != UE; ++UI) {
556       BasicBlock *UseBB = cast<Instruction>(UI)->getParent();
557       if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(UI)) {
558         unsigned i =
559           PHINode::getIncomingValueNumForOperand(UI.getOperandNo());
560         UseBB = P->getIncomingBlock(i);
561       }
562       if (UseBB == Preheader || L->contains(UseBB)) {
563         UsedInLoop = true;
564         break;
565       }
566     }
567     // If there is, the def must remain in the preheader.
568     if (UsedInLoop)
569       continue;
570     // Otherwise, sink it to the exit block.
571     Instruction *ToMove = I;
572     bool Done = false;
573     if (I != Preheader->begin())
574       --I;
575     else
576       Done = true;
577     ToMove->moveBefore(InsertPt);
578     if (Done)
579       break;
580     InsertPt = ToMove;
581   }
582 }
583
584 /// Return true if it is OK to use SIToFPInst for an inducation variable
585 /// with given inital and exit values.
586 static bool useSIToFPInst(ConstantFP &InitV, ConstantFP &ExitV,
587                           uint64_t intIV, uint64_t intEV) {
588
589   if (InitV.getValueAPF().isNegative() || ExitV.getValueAPF().isNegative())
590     return true;
591
592   // If the iteration range can be handled by SIToFPInst then use it.
593   APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(32);
594   if (Max.getZExtValue() > static_cast<uint64_t>(abs64(intEV - intIV)))
595     return true;
596
597   return false;
598 }
599
600 /// convertToInt - Convert APF to an integer, if possible.
601 static bool convertToInt(const APFloat &APF, uint64_t *intVal) {
602
603   bool isExact = false;
604   if (&APF.getSemantics() == &APFloat::PPCDoubleDouble)
605     return false;
606   if (APF.convertToInteger(intVal, 32, APF.isNegative(),
607                            APFloat::rmTowardZero, &isExact)
608       != APFloat::opOK)
609     return false;
610   if (!isExact)
611     return false;
612   return true;
613
614 }
615
616 /// HandleFloatingPointIV - If the loop has floating induction variable
617 /// then insert corresponding integer induction variable if possible.
618 /// For example,
619 /// for(double i = 0; i < 10000; ++i)
620 ///   bar(i)
621 /// is converted into
622 /// for(int i = 0; i < 10000; ++i)
623 ///   bar((double)i);
624 ///
625 void IndVarSimplify::HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PH) {
626
627   unsigned IncomingEdge = L->contains(PH->getIncomingBlock(0));
628   unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
629
630   // Check incoming value.
631   ConstantFP *InitValue = dyn_cast<ConstantFP>(PH->getIncomingValue(IncomingEdge));
632   if (!InitValue) return;
633   uint64_t newInitValue = Type::Int32Ty->getPrimitiveSizeInBits();
634   if (!convertToInt(InitValue->getValueAPF(), &newInitValue))
635     return;
636
637   // Check IV increment. Reject this PH if increement operation is not
638   // an add or increment value can not be represented by an integer.
639   BinaryOperator *Incr =
640     dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(BackEdge));
641   if (!Incr) return;
642   if (Incr->getOpcode() != Instruction::FAdd) return;
643   ConstantFP *IncrValue = NULL;
644   unsigned IncrVIndex = 1;
645   if (Incr->getOperand(1) == PH)
646     IncrVIndex = 0;
647   IncrValue = dyn_cast<ConstantFP>(Incr->getOperand(IncrVIndex));
648   if (!IncrValue) return;
649   uint64_t newIncrValue = Type::Int32Ty->getPrimitiveSizeInBits();
650   if (!convertToInt(IncrValue->getValueAPF(), &newIncrValue))
651     return;
652
653   // Check Incr uses. One user is PH and the other users is exit condition used
654   // by the conditional terminator.
655   Value::use_iterator IncrUse = Incr->use_begin();
656   Instruction *U1 = cast<Instruction>(IncrUse++);
657   if (IncrUse == Incr->use_end()) return;
658   Instruction *U2 = cast<Instruction>(IncrUse++);
659   if (IncrUse != Incr->use_end()) return;
660
661   // Find exit condition.
662   FCmpInst *EC = dyn_cast<FCmpInst>(U1);
663   if (!EC)
664     EC = dyn_cast<FCmpInst>(U2);
665   if (!EC) return;
666
667   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(EC->getParent()->getTerminator())) {
668     if (!BI->isConditional()) return;
669     if (BI->getCondition() != EC) return;
670   }
671
672   // Find exit value. If exit value can not be represented as an interger then
673   // do not handle this floating point PH.
674   ConstantFP *EV = NULL;
675   unsigned EVIndex = 1;
676   if (EC->getOperand(1) == Incr)
677     EVIndex = 0;
678   EV = dyn_cast<ConstantFP>(EC->getOperand(EVIndex));
679   if (!EV) return;
680   uint64_t intEV = Type::Int32Ty->getPrimitiveSizeInBits();
681   if (!convertToInt(EV->getValueAPF(), &intEV))
682     return;
683
684   // Find new predicate for integer comparison.
685   CmpInst::Predicate NewPred = CmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
686   switch (EC->getPredicate()) {
687   case CmpInst::FCMP_OEQ:
688   case CmpInst::FCMP_UEQ:
689     NewPred = CmpInst::ICMP_EQ;
690     break;
691   case CmpInst::FCMP_OGT:
692   case CmpInst::FCMP_UGT:
693     NewPred = CmpInst::ICMP_UGT;
694     break;
695   case CmpInst::FCMP_OGE:
696   case CmpInst::FCMP_UGE:
697     NewPred = CmpInst::ICMP_UGE;
698     break;
699   case CmpInst::FCMP_OLT:
700   case CmpInst::FCMP_ULT:
701     NewPred = CmpInst::ICMP_ULT;
702     break;
703   case CmpInst::FCMP_OLE:
704   case CmpInst::FCMP_ULE:
705     NewPred = CmpInst::ICMP_ULE;
706     break;
707   default:
708     break;
709   }
710   if (NewPred == CmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE) return;
711
712   // Insert new integer induction variable.
713   PHINode *NewPHI = PHINode::Create(Type::Int32Ty,
714                                     PH->getName()+".int", PH);
715   NewPHI->addIncoming(Context->getConstantInt(Type::Int32Ty, newInitValue),
716                       PH->getIncomingBlock(IncomingEdge));
717
718   Value *NewAdd = BinaryOperator::CreateAdd(NewPHI,
719                                           Context->getConstantInt(Type::Int32Ty,
720                                                              newIncrValue),
721                                             Incr->getName()+".int", Incr);
722   NewPHI->addIncoming(NewAdd, PH->getIncomingBlock(BackEdge));
723
724   // The back edge is edge 1 of newPHI, whatever it may have been in the
725   // original PHI.
726   ConstantInt *NewEV = Context->getConstantInt(Type::Int32Ty, intEV);
727   Value *LHS = (EVIndex == 1 ? NewPHI->getIncomingValue(1) : NewEV);
728   Value *RHS = (EVIndex == 1 ? NewEV : NewPHI->getIncomingValue(1));
729   ICmpInst *NewEC = new ICmpInst(NewPred, LHS, RHS, EC->getNameStart(),
730                                  EC->getParent()->getTerminator());
731
732   // In the following deltions, PH may become dead and may be deleted.
733   // Use a WeakVH to observe whether this happens.
734   WeakVH WeakPH = PH;
735
736   // Delete old, floating point, exit comparision instruction.
737   NewEC->takeName(EC);
738   EC->replaceAllUsesWith(NewEC);
739   RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(EC);
740
741   // Delete old, floating point, increment instruction.
742   Incr->replaceAllUsesWith(Context->getUndef(Incr->getType()));
743   RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Incr);
744
745   // Replace floating induction variable, if it isn't already deleted.
746   // Give SIToFPInst preference over UIToFPInst because it is faster on
747   // platforms that are widely used.
748   if (WeakPH && !PH->use_empty()) {
749     if (useSIToFPInst(*InitValue, *EV, newInitValue, intEV)) {
750       SIToFPInst *Conv = new SIToFPInst(NewPHI, PH->getType(), "indvar.conv",
751                                         PH->getParent()->getFirstNonPHI());
752       PH->replaceAllUsesWith(Conv);
753     } else {
754       UIToFPInst *Conv = new UIToFPInst(NewPHI, PH->getType(), "indvar.conv",
755                                         PH->getParent()->getFirstNonPHI());
756       PH->replaceAllUsesWith(Conv);
757     }
758     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(PH);
759   }
760
761   // Add a new IVUsers entry for the newly-created integer PHI.
762   IU->AddUsersIfInteresting(NewPHI);
763 }