Revert 54821. It's miscompiling 252.eon and 447.dealII
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
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 pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/Type.h"
24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
28 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
29 #include "llvm/Support/CFG.h"
30 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
32 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
33 #include "llvm/Target/TargetData.h"
34 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
35 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
36 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/Compiler.h"
39 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
40 #include <algorithm>
41 #include <set>
42 using namespace llvm;
43
44 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of GEPs strength reduced");
45 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
46 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
47 STATISTIC(NumEliminated , "Number of strides eliminated");
48
49 namespace {
50
51   struct BasedUser;
52
53   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
54   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
55   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
56   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
57   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
58     SCEVHandle Offset;
59     Instruction *User;
60     Value *OperandValToReplace;
61
62     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
63     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
64     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
65     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
66     bool isUseOfPostIncrementedValue;
67     
68     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
69       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
70         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
71   };
72   
73   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
74   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
75   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
76   /// structure.
77   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
78     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
79     /// initial value and the operand that uses the IV.
80     std::vector<IVStrideUse> Users;
81     
82     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
83       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
84     }
85   };
86
87   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
88   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
89   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
90   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
91     SCEVHandle  Stride;
92     SCEVHandle  Base;
93     PHINode    *PHI;
94     Value      *IncV;
95
96     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
97            Value *incv)
98       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
99   };
100
101   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
102   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
103   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
104     std::vector<IVExpr> IVs;
105
106     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
107                Value *IncV) {
108       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
109     }
110   };
111
112   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
113     LoopInfo *LI;
114     DominatorTree *DT;
115     ScalarEvolution *SE;
116     const TargetData *TD;
117     const Type *UIntPtrTy;
118     bool Changed;
119
120     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
121     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
122     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
123
124     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
125     /// particular stride.
126     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
127
128     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
129     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
130     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
131     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
132
133     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
134     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
135     /// getCastedVersionOf.
136     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
137
138     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
139     /// we can remove them after we are done working.
140     SetVector<Instruction*> DeadInsts;
141
142     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
143     /// transformation profitability.
144     const TargetLowering *TLI;
145
146   public:
147     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
148     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
149       LoopPass((intptr_t)&ID), TLI(tli) {
150     }
151
152     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
153
154     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
155       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
156       // many analyses if they are around.
157       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
158       AU.addPreserved<LoopInfo>();
159       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
160       AU.addPreserved<DominatorTree>();
161
162       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
163       AU.addRequired<LoopInfo>();
164       AU.addRequired<DominatorTree>();
165       AU.addRequired<TargetData>();
166       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
167     }
168     
169     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
170     ///
171     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
172 private:
173     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
174                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
175     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
176     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
177                                   IVStrideUse* &CondUse,
178                                   const SCEVHandle* &CondStride);
179     void OptimizeIndvars(Loop *L);
180     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
181                        const SCEVHandle *&CondStride);
182     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
183     unsigned CheckForIVReuse(bool, bool, const SCEVHandle&,
184                              IVExpr&, const Type*,
185                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
186     bool ValidStride(bool, int64_t,
187                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
188     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
189                               IVUsersOfOneStride &Uses,
190                               Loop *L,
191                               bool &AllUsesAreAddresses,
192                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
193     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
194                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
195                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
196     void DeleteTriviallyDeadInstructions(SetVector<Instruction*> &Insts);
197   };
198 }
199
200 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
201 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
202 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
203
204 LoopPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
205   return new LoopStrengthReduce(TLI);
206 }
207
208 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
209 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
210 ///
211 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
212                                               Value *V) {
213   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
214   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
215     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
216
217   Value *&New = CastedPointers[V];
218   if (New) return New;
219   
220   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
221   DeadInsts.insert(cast<Instruction>(New));
222   return New;
223 }
224
225
226 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
227 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
228 /// their operands subsequently dead.
229 void LoopStrengthReduce::
230 DeleteTriviallyDeadInstructions(SetVector<Instruction*> &Insts) {
231   while (!Insts.empty()) {
232     Instruction *I = Insts.back();
233     Insts.pop_back();
234
235     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
236       // If all incoming values to the Phi are the same, we can replace the Phi
237       // with that value.
238       if (Value *PNV = PN->hasConstantValue()) {
239         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(PNV))
240           Insts.insert(U);
241         SE->deleteValueFromRecords(PN);
242         PN->replaceAllUsesWith(PNV);
243         PN->eraseFromParent();
244         Changed = true;
245         continue;
246       }
247     }
248
249     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
250       for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
251         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*i))
252           Insts.insert(U);
253       SE->deleteValueFromRecords(I);
254       I->eraseFromParent();
255       Changed = true;
256     }
257   }
258 }
259
260
261 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
262 /// instruction.
263 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
264   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
265   // operand.
266   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
267     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
268       return SE->getSCEV(BCI);
269     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
270     SE->setSCEV(BCI, R);
271     return R;
272   }
273
274   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
275   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
276   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
277   // SE figure it out.
278   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
279   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
280     return SE->getSCEV(Exp);
281     
282   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
283   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
284   // all operands the are not dependent on the IV.
285
286   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
287   // uintptr_t first.
288   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
289       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
290
291   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
292   
293   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
294        i != e; ++i, ++GTI) {
295     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
296     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
297     // operand.
298     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
299       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
300       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(*i)->getZExtValue();
301       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
302       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
303                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
304     } else {
305       unsigned GEPOpiBits = 
306         (*i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
307       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
308       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
309           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
310             Instruction::BitCast));
311       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, *i);
312       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
313
314       uint64_t TypeSize = TD->getABITypeSize(GTI.getIndexedType());
315       if (TypeSize != 1)
316         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
317                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
318                                                              TypeSize)));
319       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
320     }
321   }
322
323   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
324   return GEPVal;
325 }
326
327 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
328 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
329 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
330 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
331 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
332                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
333                                   ScalarEvolution *SE) {
334   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
335
336   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
337   // for a nested AddRecExpr.
338   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
339     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
340       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
341              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
342         if (AddRec->getLoop() == L)
343           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
344         else
345           return false;  // Nested IV of some sort?
346       } else {
347         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
348       }
349         
350   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
351     TheAddRec = SH;
352   } else {
353     return false;  // not analyzable.
354   }
355   
356   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
357   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
358   
359   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
360   if (!AddRec->isAffine()) return false;
361
362   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
363   
364   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
365     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
366          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
367
368   Stride = AddRec->getOperand(1);
369   return true;
370 }
371
372 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
373 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
374 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
375 ///
376 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
377 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
378 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
379 /// should use the post-inc value).
380 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
381                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
382                                        SetVector<Instruction*> &DeadInsts){
383   // If the user is in the loop, use the preinc value.
384   if (L->contains(User->getParent())) return false;
385   
386   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
387   
388   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
389   // block, use the post-inc value.
390   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
391     return true;
392
393   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
394   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
395   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
396   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
397   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
398   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
399   
400   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
401   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
402   // preincremented value.
403   unsigned NumUses = 0;
404   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
405     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
406       ++NumUses;
407       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
408         return false;
409     }
410
411   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
412   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
413   // post-incremented value.
414   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
415     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
416       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
417       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
418       // PHI.
419       e = PN->getNumIncomingValues();
420       if (--NumUses == 0) break;
421     }
422
423   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
424   DeadInsts.insert(User);
425   
426   return true;
427 }
428
429   
430
431 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
432 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
433 /// return true.  Otherwise, return false.
434 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
435                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
436   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
437     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
438   if (!Processed.insert(I))
439     return true;    // Instruction already handled.
440   
441   // Get the symbolic expression for this instruction.
442   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
443   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
444   
445   // Get the start and stride for this expression.
446   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
447   SCEVHandle Stride = Start;
448   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE))
449     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
450
451   std::vector<Instruction *> IUsers;
452   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
453   // invalidate use_iterator.
454   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
455     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
456
457   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
458        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
459
460     Instruction *User = IUsers[iused_index];
461
462     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
463     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
464       continue;
465
466     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
467     // don't recurse into it.
468     bool AddUserToIVUsers = false;
469     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
470       DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
471            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
472       AddUserToIVUsers = true;
473     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
474       DOUT << "FOUND USER: " << *User
475            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
476       AddUserToIVUsers = true;
477     }
478
479     if (AddUserToIVUsers) {
480       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
481       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
482         StrideOrder.push_back(Stride);
483       
484       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
485       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
486       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
487       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
488         // The value used will be incremented by the stride more than we are
489         // expecting, so subtract this off.
490         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
491         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
492         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
493         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
494       } else {        
495         StrideUses.addUser(Start, User, I);
496       }
497     }
498   }
499   return true;
500 }
501
502 namespace {
503   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
504   /// partitioned the expression so far.
505   struct BasedUser {
506     /// SE - The current ScalarEvolution object.
507     ScalarEvolution *SE;
508
509     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
510     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
511     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
512     /// field.
513     SCEVHandle Base;
514     
515     /// Inst - The instruction using the induction variable.
516     Instruction *Inst;
517
518     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
519     /// EmittedBase.
520     Value *OperandValToReplace;
521
522     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
523     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
524     /// instruction.
525     SCEVHandle Imm;
526
527     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
528     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
529     Value *EmittedBase;
530
531     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
532     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
533     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
534     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
535     // the loop.
536     bool isUseOfPostIncrementedValue;
537     
538     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
539       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
540         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
541         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
542         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
543
544     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
545     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
546     // to it.
547     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
548                                         Instruction *InsertPt,
549                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
550                                        SetVector<Instruction*> &DeadInsts);
551     
552     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
553                                        SCEVExpander &Rewriter,
554                                        Instruction *IP, Loop *L);
555     void dump() const;
556   };
557 }
558
559 void BasedUser::dump() const {
560   cerr << " Base=" << *Base;
561   cerr << " Imm=" << *Imm;
562   if (EmittedBase)
563     cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
564
565   cerr << "   Inst: " << *Inst;
566 }
567
568 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
569                                               SCEVExpander &Rewriter,
570                                               Instruction *IP, Loop *L) {
571   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
572   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
573   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
574   // many loops as possible.
575   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
576   Instruction *BaseInsertPt = IP;
577   
578   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
579   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
580   
581   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
582   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
583   while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
584     BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
585     InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
586   }
587   
588   // If there is no immediate value, skip the next part.
589   if (Imm->isZero())
590     return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
591
592   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
593
594   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
595   // adjust the IP position if insertion reused a result.
596   if (IP == BaseInsertPt)
597     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
598   
599   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
600   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
601   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
602   
603 }
604
605
606 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
607 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
608 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
609 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
610 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
611 //
612 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
613                                                Instruction *NewBasePt,
614                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
615                                       SetVector<Instruction*> &DeadInsts) {
616   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
617     // By default, insert code at the user instruction.
618     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
619     
620     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
621     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
622     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
623     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
624     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
625     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
626     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
627     // In this case, we have to back off.
628     if (!isUseOfPostIncrementedValue) {
629       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
630         InsertPt = NewBasePt;
631         ++InsertPt;
632       } else if (Instruction *OpInst
633                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
634         InsertPt = OpInst;
635         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
636       }
637     }
638     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
639     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
640     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
641     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
642     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
643       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
644                                             NewVal,
645                                             OperandValToReplace->getType());
646     }
647     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
648     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
649     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm;
650     DOUT << "  \tNEWBASE =" << *NewBase;
651     DOUT << "  \tInst = " << *Inst;
652     return;
653   }
654   
655   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
656   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
657   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
658   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
659   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
660   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
661   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
662   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
663     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
664       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
665       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
666       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
667       // be in an illegal position.
668       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
669       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
670           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
671         
672         // First step, split the critical edge.
673         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
674             
675         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
676         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
677         // move the block to be immediately before the PHI block, not
678         // immediately after PredTI.
679         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
680           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
681           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
682         }
683         
684         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
685         e = PN->getNumIncomingValues();
686       }
687
688       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
689       if (!Code) {
690         // Insert the code into the end of the predecessor block.
691         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
692         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
693
694         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
695         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
696         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
697         // redundant expressions.
698         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
699           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
700                                               Code,
701                                               PN->getType());
702         }
703       }
704       
705       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
706       PN->setIncomingValue(i, Code);
707       Rewriter.clear();
708     }
709   }
710
711   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
712   DeadInsts.insert(Inst);
713
714   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
715 }
716
717
718 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
719 /// immediate field of a target instruction.
720 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
721                              const TargetLowering *TLI) {
722   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
723     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
724     if (TLI) {
725       TargetLowering::AddrMode AM;
726       AM.BaseOffs = VC;
727       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
728     } else {
729       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
730       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
731     }
732   }
733
734   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
735     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
736       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
737         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
738         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
739           TargetLowering::AddrMode AM;
740           AM.BaseGV = GV;
741           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
742         }
743       }
744   return false;
745 }
746
747 /// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
748 /// loop varying to the Imm operand.
749 static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
750                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
751   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
752   
753   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
754     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
755     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
756     
757     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
758       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
759         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
760         // field of the expression.
761         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
762       } else {
763         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
764       }
765
766     if (NewOps.empty())
767       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
768     else
769       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
770   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
771     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
772     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
773     MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L, SE);
774     
775     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
776     Ops[0] = Start;
777     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
778   } else {
779     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
780     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
781     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
782   }
783 }
784
785
786 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
787 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
788 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
789 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
790                                 Instruction *User,
791                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
792                                 bool isAddress, Loop *L,
793                                 ScalarEvolution *SE) {
794   const Type *UseTy = User->getType();
795   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
796     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
797
798   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
799     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
800     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
801     
802     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
803       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
804       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
805       
806       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
807         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
808         // field of the expression.
809         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
810       } else {
811         NewOps.push_back(NewOp);
812       }
813     }
814
815     if (NewOps.empty())
816       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
817     else
818       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
819     return;
820   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
821     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
822     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
823     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L, SE);
824     
825     if (Start != SARE->getStart()) {
826       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
827       Ops[0] = Start;
828       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
829     }
830     return;
831   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
832     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
833     if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), UseTy, TLI) &&
834         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
835
836       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
837       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
838       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
839       
840       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
841       // simplify this!
842       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
843         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
844         // good.
845         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
846         if (isTargetConstant(SubImm, UseTy, TLI)) {
847           // Accumulate the immediate.
848           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
849           
850           // Update what is left of 'Val'.
851           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
852           return;
853         }
854       }
855     }
856   }
857
858   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
859   // expression.
860   if ((isAddress && isTargetConstant(Val, UseTy, TLI)) ||
861       !Val->isLoopInvariant(L)) {
862     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
863     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
864     return;
865   }
866
867   // Otherwise, no immediates to move.
868 }
869
870
871 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
872 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
873 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
874 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
875                              SCEVHandle Expr,
876                              ScalarEvolution *SE) {
877   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
878     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
879       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
880   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
881     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
882     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
883       SubExprs.push_back(Expr);
884     } else {
885       // Compute the addrec with zero as its base.
886       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
887       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
888       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
889       
890
891       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
892     }
893   } else if (!Expr->isZero()) {
894     // Do not add zero.
895     SubExprs.push_back(Expr);
896   }
897 }
898
899
900 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
901 /// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
902 /// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
903 /// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
904 static SCEVHandle 
905 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
906                                     ScalarEvolution *SE) {
907   unsigned NumUses = Uses.size();
908
909   // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
910   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
911   SCEVHandle Result = Zero;
912   if (NumUses == 1) {
913     std::swap(Result, Uses[0].Base);
914     return Result;
915   }
916
917   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
918   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
919   std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
920   
921   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
922   // order we see them.
923   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
924
925   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
926   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
927     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
928     // CSEs we can find.
929     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
930
931     // Split the expression into subexprs.
932     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
933     // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
934     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
935       if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
936         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
937     SubExprs.clear();
938   }
939
940   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
941   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
942   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
943     std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
944        SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
945     assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
946     if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
947       Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
948     } else {
949       // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
950       SubExpressionUseCounts.erase(I);
951     }
952   }
953   
954   // If we found no CSE's, return now.
955   if (Result == Zero) return Result;
956   
957   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
958   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
959     // Split the expression into subexprs.
960     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
961
962     // Remove any common subexpressions.
963     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
964       if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
965         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
966         --j; --e;
967       }
968     
969     // Finally, the non-shared expressions together.
970     if (SubExprs.empty())
971       Uses[i].Base = Zero;
972     else
973       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
974     SubExprs.clear();
975   }
976  
977   return Result;
978 }
979
980 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
981 /// stores in UsersToProcess.
982 ///
983 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
984                                int64_t Scale, 
985                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
986   if (!TLI)
987     return true;
988
989   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
990     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
991     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
992     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
993       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
994     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
995       AccessTy = LI->getType();
996     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
997       continue;
998     
999     TargetLowering::AddrMode AM;
1000     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1001       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1002     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1003     AM.Scale = Scale;
1004
1005     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1006     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1007       return false;
1008   }
1009   return true;
1010 }
1011
1012 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty to NewTy is not
1013 /// a nop.
1014 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1015                                                 const Type *Ty2) {
1016   if (Ty1 == Ty2)
1017     return false;
1018   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1019     return false;
1020   return (!Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2) &&
1021           !(isa<PointerType>(Ty2) &&
1022             Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)) &&
1023           !(isa<PointerType>(Ty1) &&
1024             Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)));
1025 }
1026
1027 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1028 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1029 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1030 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1031 /// reuse is possible.
1032 unsigned LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1033                                 bool AllUsesAreAddresses,
1034                                 const SCEVHandle &Stride, 
1035                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1036                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1037   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1038     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1039     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1040          ++NewStride) {
1041       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1042                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1043       if (SI == IVsByStride.end()) 
1044         continue;
1045       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1046       if (SI->first != Stride &&
1047           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1048         continue;
1049       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1050       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1051       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1052       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1053       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1054       // multiplications.
1055       if (Scale == 1 ||
1056           (AllUsesAreAddresses &&
1057            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1058         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1059                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1060           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1061           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1062           if (II->Base->isZero() &&
1063               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1064             IV = *II;
1065             return Scale;
1066           }
1067     }
1068   }
1069   return 0;
1070 }
1071
1072 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1073 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1074 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1075   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1076 }
1077
1078 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1079 /// not a constant.
1080 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1081   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1082   if (!Mul) return false;
1083   
1084   // If there is a constant factor, it will be first.
1085   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1086   if (!SC) return false;
1087   
1088   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1089   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1090 }
1091
1092 /// isAddress - Returns true if the specified instruction is using the
1093 /// specified value as an address.
1094 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
1095   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
1096   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1097     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
1098       isAddress = true;
1099   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
1100     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
1101     // of intrinsics.
1102     switch (II->getIntrinsicID()) {
1103       default: break;
1104       case Intrinsic::prefetch:
1105       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
1106       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
1107       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
1108       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
1109       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
1110       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
1111       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
1112         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
1113           isAddress = true;
1114         break;
1115     }
1116   }
1117   return isAddress;
1118 }
1119
1120 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1121 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1122 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1123 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1124 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1125 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1126                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1127                                               Loop *L,
1128                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1129                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1130   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1131   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1132     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1133     
1134     // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
1135     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1136     // computed.
1137     MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
1138                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1139     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1140            "Base value is not loop invariant!");
1141   }
1142
1143   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1144   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1145   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1146   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1147   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1148   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1149   // UsersToProcess base values.
1150   SCEVHandle CommonExprs =
1151     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE);
1152
1153   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1154   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1155   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1156   // of the remaining uses.
1157   unsigned NumPHI = 0;
1158   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1159     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1160     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1161     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1162     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1163       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1164                                              UsersToProcess[i].Base);
1165       UsersToProcess[i].Base = 
1166         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1167     } else {
1168       
1169       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1170       // the store is through the expression, not of the expression though.
1171       bool isPHI = false;
1172       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1173                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1174       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1175         isPHI = true;
1176         ++NumPHI;
1177       }
1178
1179       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1180       if (!isAddress && !isPHI)
1181         AllUsesAreAddresses = false;
1182       
1183       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1184                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1185     }
1186   }
1187
1188   // If one of the use if a PHI node and all other uses are addresses, still
1189   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1190   // for one fewer iv.
1191   if (NumPHI > 1)
1192     AllUsesAreAddresses = false;
1193
1194   return CommonExprs;
1195 }
1196
1197 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1198 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1199 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1200 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1201                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1202                                                       Loop *L,
1203                                                       bool isOnlyStride) {
1204   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1205   if (Uses.Users.empty())
1206     return;
1207
1208   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1209   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1210   // smaller-stride IV.
1211   bool AllUsesAreAddresses = true;
1212
1213   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1214   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1215   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1216   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1217   // have the full access expression to rewrite the use.
1218   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1219   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1220                                           UsersToProcess);
1221
1222   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1223   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1224   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1225   // valid.
1226   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1227   
1228   // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1229   // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1230   // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1231   // that we will have a valid instruction after this substition, including the
1232   // immediate field, if any.
1233   PHINode *NewPHI = NULL;
1234   Value   *IncV   = NULL;
1235   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1236                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1237                    0, 0);
1238   unsigned RewriteFactor = 0;
1239   RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1240                                   Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1241                                   UsersToProcess);
1242   if (RewriteFactor != 0) {
1243     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1244          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
1245     NewPHI = ReuseIV.PHI;
1246     IncV   = ReuseIV.IncV;
1247   }
1248
1249   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1250   
1251   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1252   //
1253   DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1254        << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << ": ";
1255
1256   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1257   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1258   
1259   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1260   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1261   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1262   
1263   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1264
1265
1266   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1267   Value *CommonBaseV
1268     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1269
1270   if (RewriteFactor == 0) {
1271     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1272     NewPHI = PHINode::Create(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1273     ++NumInserted;
1274   
1275     // Add common base to the new Phi node.
1276     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1277
1278     // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1279     // increment.
1280     bool isNegative = isNonConstantNegative(Stride);
1281     SCEVHandle IncAmount = Stride;
1282     if (isNegative)
1283       IncAmount = SE->getNegativeSCEV(Stride);
1284     
1285     // Insert the stride into the preheader.
1286     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(IncAmount, PreInsertPt);
1287     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1288
1289     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1290     // latch block, and add it to the Phi node.
1291     SCEVHandle IncExp = SE->getUnknown(StrideV);
1292     if (isNegative)
1293       IncExp = SE->getNegativeSCEV(IncExp);
1294     IncExp = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(NewPHI), IncExp);
1295   
1296     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator());
1297     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1298     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1299
1300     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1301     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1302     
1303     DOUT << " IV=%" << NewPHI->getNameStr() << " INC=%" << IncV->getNameStr();
1304   } else {
1305     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1306     if (!C ||
1307         (!C->isNullValue() &&
1308          !isTargetConstant(SE->getUnknown(CommonBaseV), ReplacedTy, TLI)))
1309       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1310       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1311       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1312                                     "commonbase", PreInsertPt);
1313   }
1314   DOUT << "\n";
1315
1316   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1317   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1318   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1319   // vector (so we handle them first).
1320   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1321                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1322   
1323   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1324   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1325   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1326   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1327   //
1328   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1329   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1330   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1331   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1332   // ==.
1333   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1334     // Get a base value.
1335     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1336     
1337     // Compact everything with this base to be consequtive with this one.
1338     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1339       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1340         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1341         ++i;
1342       }
1343     }
1344   }
1345
1346   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1347   // loop handles all users of a particular base.
1348   while (!UsersToProcess.empty()) {
1349     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1350
1351     // Emit the code for Base into the preheader.
1352     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1353
1354     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1355     if (BaseV->hasName())
1356       DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1357     DOUT << "\n";
1358
1359     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1360     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1361     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1362     // in this case.
1363     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1364       if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, ReplacedTy, TLI)) {
1365         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1366         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1367         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1368                                 PreInsertPt);       
1369       }
1370     }
1371
1372     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1373     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1374     do {
1375       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1376       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1377
1378       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1379       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1380       Value *RewriteOp = NewPHI;
1381       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1382         RewriteOp = IncV;
1383
1384         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1385         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1386         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1387           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1388       }
1389       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1390         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1391         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1392             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1393           opcode = Instruction::BitCast;
1394         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1395       }
1396
1397       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1398
1399       // If we had to insert new instrutions for RewriteOp, we have to
1400       // consider that they may not have been able to end up immediately
1401       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1402       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1403       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1404       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1405       // RewriteExpr.
1406       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1407       if (RewriteOp == NewPHI) NewBasePt = 0;
1408
1409       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1410       // to have the code emitted where we expect it.
1411       Rewriter.clear();
1412
1413       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1414       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1415       if (RewriteFactor != 0) {
1416         RewriteExpr = SE->getMulExpr(SE->getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1417                                                         RewriteExpr->getType()),
1418                                      RewriteExpr);
1419
1420         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1421         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1422         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1423         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1424             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
1425           RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1426                                       SE->getUnknown(CommonBaseV));
1427       }
1428
1429       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1430       // immediate and any loop-variant expressions.
1431       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1432         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1433         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1434
1435       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1436                                           Rewriter, L, this,
1437                                           DeadInsts);
1438
1439       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
1440       // if we just replaced the last use of that value.
1441       DeadInsts.insert(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1442
1443       UsersToProcess.pop_back();
1444       ++NumReduced;
1445
1446       // If there are any more users to process with the same base, process them
1447       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1448     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1449     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1450   }
1451
1452   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1453   // different starting values, into different PHIs.
1454 }
1455
1456 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1457 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1458 /// false.
1459 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1460                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1461   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1462        ++Stride) {
1463     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1464     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1465     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1466     
1467     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1468          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1469       if (UI->User == Cond) {
1470         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1471         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1472         // occurs enough in real life to handle.
1473         CondUse = &*UI;
1474         CondStride = &SI->first;
1475         return true;
1476       }
1477   }
1478   return false;
1479 }    
1480
1481 namespace {
1482   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1483   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1484   // e.g.
1485   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1486   struct StrideCompare {
1487     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1488       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1489       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1490       if (LHSC && RHSC) {
1491         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1492         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1493         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1494         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1495         if (ALV == ARV)
1496           return LV > RV;
1497         else
1498           return ALV < ARV;
1499       }
1500       return (LHSC && !RHSC);
1501     }
1502   };
1503 }
1504
1505 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1506 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1507 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1508 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1509 ///
1510 /// loop:
1511 /// ...
1512 /// v1 = v1 + 3
1513 /// v2 = v2 + 1
1514 /// if (v2 < 10) goto loop
1515 /// =>
1516 /// loop:
1517 /// ...
1518 /// v1 = v1 + 3
1519 /// if (v1 < 30) goto loop
1520 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1521                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1522                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1523   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1524       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1525     return Cond;
1526   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1527   if (!SC) return Cond;
1528   ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
1529   if (!C) return Cond;
1530
1531   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1532   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1533   int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1534   unsigned BitWidth = C->getValue().getBitWidth();
1535   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1536   const Type *CmpTy = C->getType();
1537   const Type *NewCmpTy = NULL;
1538   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1539   unsigned NewTyBits = 0;
1540   int64_t NewCmpVal = CmpVal;
1541   SCEVHandle *NewStride = NULL;
1542   Value *NewIncV = NULL;
1543   int64_t Scale = 1;
1544
1545   // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1546   // overflow.
1547   if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1548       (CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1549     return Cond;
1550
1551   // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1552   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1553   for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1554     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1555       IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
1556     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1557       continue;
1558     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1559     if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1560       continue;
1561
1562     Scale = SSInt / CmpSSInt;
1563     NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1564     APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
1565     // Check for overflow.
1566     if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal) {
1567       NewCmpVal = CmpVal;
1568       continue;
1569     }
1570
1571     // Watch out for overflow.
1572     if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1573         (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1574       NewCmpVal = CmpVal;
1575
1576     if (NewCmpVal != CmpVal) {
1577       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1578       NewIncV = NULL;
1579       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1580              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
1581         NewIncV = UI->OperandValToReplace;
1582         if (NewIncV->getType() == CmpTy)
1583           break;
1584       }
1585       if (!NewIncV) {
1586         NewCmpVal = CmpVal;
1587         continue;
1588       }
1589
1590       NewCmpTy = NewIncV->getType();
1591       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
1592         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
1593         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1594       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1595         // Check if it is possible to rewrite it using
1596         // an iv / stride of a smaller integer type.
1597         bool TruncOk = false;
1598         if (NewCmpTy->isInteger()) {
1599           unsigned Bits = NewTyBits;
1600           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1601             --Bits;
1602           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1603           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
1604             TruncOk = true;
1605         }
1606         if (!TruncOk) {
1607           NewCmpVal = CmpVal;
1608           continue;
1609         }
1610       }
1611
1612       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1613       // of a different type.
1614       // FIXME: too conservative?
1615       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset)) {
1616         NewCmpVal = CmpVal;
1617         continue;
1618       }
1619
1620       bool AllUsesAreAddresses = true;
1621       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1622       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
1623                                               AllUsesAreAddresses,
1624                                               UsersToProcess);
1625       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1626       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1627       if (AllUsesAreAddresses &&
1628           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
1629         NewCmpVal = CmpVal;
1630         continue;
1631       }
1632
1633       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
1634       // for equality.
1635       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1636         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
1637
1638       NewStride = &StrideOrder[i];
1639       break;
1640     }
1641   }
1642
1643   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
1644   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
1645   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
1646   // before the branch. See
1647   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
1648   // for an example of this situation.
1649   if (!Cond->hasOneUse()) {
1650     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
1651          I != E; ++I)
1652       if (I == NewIncV)
1653         return Cond;
1654   }
1655
1656   if (NewCmpVal != CmpVal) {
1657     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
1658     ICmpInst *OldCond = Cond;
1659     Value *RHS;
1660     if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1661       RHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1662     else {
1663       RHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
1664       RHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr, RHS, NewCmpTy);
1665     }
1666     // Insert new compare instruction.
1667     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewIncV, RHS,
1668                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
1669                         OldCond);
1670
1671     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
1672     DeadInsts.insert(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
1673     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
1674     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
1675     OldCond->eraseFromParent();
1676
1677     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
1678     SCEVHandle NewOffset = TyBits == NewTyBits
1679       ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
1680                        SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
1681       : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
1682         cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
1683     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewIncV);
1684     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
1685     CondStride = NewStride;
1686     ++NumEliminated;
1687   }
1688
1689   return Cond;
1690 }
1691
1692 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
1693 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
1694 // common indvars for the different uses.
1695 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
1696   // TODO: implement optzns here.
1697
1698   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1699   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1700   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1701   // one register value.
1702   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
1703   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1704   BasicBlock *LatchBlock =
1705    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
1706   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
1707   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
1708       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1709     return;
1710   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1711
1712   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1713   IVStrideUse *CondUse = 0;
1714   const SCEVHandle *CondStride = 0;
1715
1716   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
1717     return; // setcc doesn't use the IV.
1718
1719   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
1720   // eliminate one stride.
1721   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
1722
1723   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1724   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1725   // the latch block branch, move it.
1726   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
1727     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
1728       Cond->moveBefore(TermBr);
1729     } else {
1730       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
1731       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1732       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1733       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1734       
1735       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1736       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
1737                                          CondUse->OperandValToReplace);
1738       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
1739     }
1740   }
1741
1742   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1743   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1744   // live ranges for the IV correctly.
1745   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
1746   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
1747   Changed = true;
1748 }
1749
1750 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
1751
1752   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1753   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1754   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1755   TD = &getAnalysis<TargetData>();
1756   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
1757   Changed = false;
1758
1759   // Find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
1760   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
1761   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
1762   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
1763   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
1764     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
1765
1766   if (!IVUsesByStride.empty()) {
1767     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
1768     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
1769     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
1770     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
1771     OptimizeIndvars(L);
1772
1773     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
1774     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
1775
1776     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
1777     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
1778     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
1779     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
1780     // intptr_t indvars.
1781
1782     // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some
1783     // things.
1784     bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
1785
1786 #ifndef NDEBUG
1787     DOUT << "\nLSR on ";
1788     DEBUG(L->dump());
1789 #endif
1790
1791     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
1792     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
1793
1794     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
1795     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1796
1797     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
1798     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
1799     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
1800     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
1801     // strides deterministic - not dependent on map order.
1802     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1803       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1804         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1805       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1806       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
1807     }
1808   }
1809
1810   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
1811   CastedPointers.clear();
1812   IVUsesByStride.clear();
1813   IVsByStride.clear();
1814   StrideOrder.clear();
1815
1816   // Clean up after ourselves
1817   if (!DeadInsts.empty()) {
1818     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1819
1820     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1821     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
1822       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
1823       // It is worth checking to see if the cann indvar is also
1824       // dead, so that we can remove it as well.
1825       //
1826       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
1827       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
1828       // and is an instruction with no side effects.
1829       //
1830       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
1831       // compared against some value to decide loop termination.
1832       if (PN->hasOneUse()) {
1833         SmallPtrSet<PHINode *, 2> PHIs;
1834         for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
1835              J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
1836              J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
1837           // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
1838           if (J == PN) {
1839             // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
1840             SE->deleteValueFromRecords(PN);
1841             PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1842             DeadInsts.insert(PN);
1843             Changed = true;
1844             break;
1845           }
1846           // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
1847           // won't prove fruitful.
1848           if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
1849             break;
1850         }
1851       }
1852     }
1853     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1854   }
1855
1856   return Changed;
1857 }