22717c21d46cd0a55ff9f52b998f602a6ea559a9
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs 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 transformation analyzes and transforms the induction variables (and
11 // computations derived from them) into forms suitable for efficient execution
12 // on the target.
13 //
14 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
15 // have as one or more of their components the loop induction variable, it
16 // rewrites expressions to take advantage of scaled-index addressing modes
17 // available on the target, and it performs a variety of other optimizations
18 // related to loop induction variables.
19 //
20 //===----------------------------------------------------------------------===//
21
22 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
23 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
24 #include "llvm/Constants.h"
25 #include "llvm/Instructions.h"
26 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
27 #include "llvm/LLVMContext.h"
28 #include "llvm/Type.h"
29 #include "llvm/DerivedTypes.h"
30 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
31 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
32 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
33 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
34 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
35 #include "llvm/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
36 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
37 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
38 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
39 #include "llvm/Support/CFG.h"
40 #include "llvm/Support/Debug.h"
41 #include "llvm/Support/Compiler.h"
42 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
43 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
44 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
45 #include <algorithm>
46 using namespace llvm;
47
48 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of IV uses strength reduced");
49 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
50 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
51 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
52 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
53 STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
54 STATISTIC(NumLoopCond,    "Number of loop terminating conds optimized");
55
56 static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
57                                        cl::init(false),
58                                        cl::Hidden);
59
60 namespace {
61
62   struct BasedUser;
63
64   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
65   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
66   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
67   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
68     const SCEV *Stride;
69     const SCEV *Base;
70     PHINode    *PHI;
71
72     IVExpr(const SCEV *const stride, const SCEV *const base, PHINode *phi)
73       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi) {}
74   };
75
76   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
77   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
78   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
79     std::vector<IVExpr> IVs;
80
81     void addIV(const SCEV *const Stride, const SCEV *const Base, PHINode *PHI) {
82       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI));
83     }
84   };
85
86   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
87     IVUsers *IU;
88     LoopInfo *LI;
89     DominatorTree *DT;
90     ScalarEvolution *SE;
91     bool Changed;
92
93     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
94     /// particular stride.
95     std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride> IVsByStride;
96
97     /// StrideNoReuse - Keep track of all the strides whose ivs cannot be
98     /// reused (nor should they be rewritten to reuse other strides).
99     SmallSet<const SCEV *, 4> StrideNoReuse;
100
101     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
102     /// we can remove them after we are done working.
103     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
104
105     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
106     /// transformation profitability.
107     const TargetLowering *TLI;
108
109   public:
110     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
111     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
112       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
113     }
114
115     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
116
117     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
118       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
119       // many analyses if they are around.
120       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
121       AU.addPreserved<LoopInfo>();
122       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
123       AU.addPreserved<DominatorTree>();
124
125       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
126       AU.addRequired<LoopInfo>();
127       AU.addRequired<DominatorTree>();
128       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
129       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
130       AU.addRequired<IVUsers>();
131       AU.addPreserved<IVUsers>();
132     }
133
134   private:
135     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
136                                   IVStrideUse* &CondUse,
137                                   const SCEV *const *  &CondStride);
138
139     void OptimizeIndvars(Loop *L);
140     void OptimizeLoopCountIV(Loop *L);
141     void OptimizeLoopTermCond(Loop *L);
142
143     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
144     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
145     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
146
147     /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition
148     /// if it uses a max computation.
149     ICmpInst *OptimizeMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
150                           IVStrideUse* &CondUse);
151
152     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
153                            const SCEV *const * &CondStride);
154     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
155     const SCEV *CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEV *const&,
156                              IVExpr&, const Type*,
157                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
158     bool ValidScale(bool, int64_t,
159                     const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
160     bool ValidOffset(bool, int64_t, int64_t,
161                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
162     const SCEV *CollectIVUsers(const SCEV *const &Stride,
163                               IVUsersOfOneStride &Uses,
164                               Loop *L,
165                               bool &AllUsesAreAddresses,
166                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
167                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
168     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
169                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
170                                 const Loop *L,
171                                 bool AllUsesAreAddresses,
172                                 const SCEV *Stride);
173     void PrepareToStrengthReduceFully(
174                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
175                              const SCEV *Stride,
176                              const SCEV *CommonExprs,
177                              const Loop *L,
178                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
179     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
180                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
181                                          Value *CommonBaseV,
182                                          const IVExpr &ReuseIV,
183                                          Instruction *PreInsertPt);
184     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
185                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
186                                   const SCEV *Stride,
187                                   const SCEV *CommonExprs,
188                                   Value *CommonBaseV,
189                                   Instruction *IVIncInsertPt,
190                                   const Loop *L,
191                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
192     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEV *const &Stride,
193                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
194                                       Loop *L);
195     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
196   };
197 }
198
199 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
200 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
201 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
202
203 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
204   return new LoopStrengthReduce(TLI);
205 }
206
207 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
208 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
209 /// their operands subsequently dead.
210 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
211   if (DeadInsts.empty()) return;
212   
213   while (!DeadInsts.empty()) {
214     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(DeadInsts.back());
215     DeadInsts.pop_back();
216     
217     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
218       continue;
219
220     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
221       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
222         *OI = 0;
223         if (U->use_empty())
224           DeadInsts.push_back(U);
225       }
226     }
227     
228     I->eraseFromParent();
229     Changed = true;
230   }
231 }
232
233 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a 
234 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop 
235 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
236 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(const SCEV *S, Loop *L) {
237   // This is very common, put it first.
238   if (isa<SCEVConstant>(S))
239     return false;
240   if (const SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
241     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
242       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
243         return true;
244     return false;
245   }
246   if (const SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
247     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
248       if (newLoop == L)
249         return false;
250       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
251       if (!LoopInfo::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
252         return false;
253     }
254     return true;
255   }
256   if (const SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
257     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
258            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
259 #if 0
260   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll 
261   // need this when it is.
262   if (const SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
263     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
264            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
265 #endif
266   if (const SCEVCastExpr *CE = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
267     return containsAddRecFromDifferentLoop(CE->getOperand(), L);
268   return false;
269 }
270
271 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
272 /// specified value as an address.
273 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
274   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
275   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
276     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
277       isAddress = true;
278   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
279     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
280     // of intrinsics.
281     switch (II->getIntrinsicID()) {
282       default: break;
283       case Intrinsic::prefetch:
284       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
285       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
286       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
287       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
288       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
289       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
290       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
291         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
292           isAddress = true;
293         break;
294     }
295   }
296   return isAddress;
297 }
298
299 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
300 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
301   const Type *AccessTy = Inst->getType();
302   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
303     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
304   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
305     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
306     // of intrinsics.
307     switch (II->getIntrinsicID()) {
308     default: break;
309     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
310     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
311     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
312     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
313       AccessTy = II->getOperand(1)->getType();
314       break;
315     }
316   }
317   return AccessTy;
318 }
319
320 namespace {
321   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
322   /// partitioned the expression so far.
323   struct BasedUser {
324     /// SE - The current ScalarEvolution object.
325     ScalarEvolution *SE;
326
327     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
328     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
329     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
330     /// field.
331     const SCEV *Base;
332     
333     /// Inst - The instruction using the induction variable.
334     Instruction *Inst;
335
336     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
337     /// EmittedBase.
338     Value *OperandValToReplace;
339
340     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
341     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
342     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
343     /// must be added inside the loop.
344     const SCEV *Imm;
345
346     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
347     /// should be used for this user.
348     PHINode *Phi;
349
350     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
351     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
352     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
353     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
354     // the loop.
355     bool isUseOfPostIncrementedValue;
356     
357     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
358       : SE(se), Base(IVSU.getOffset()), Inst(IVSU.getUser()),
359         OperandValToReplace(IVSU.getOperandValToReplace()),
360         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
361         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue()) {}
362
363     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
364     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
365     // to it.
366     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV *const &NewBase,
367                                         Instruction *InsertPt,
368                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
369                                         LoopInfo &LI,
370                                         SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts);
371     
372     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV *const &NewBase, 
373                                        const Type *Ty,
374                                        SCEVExpander &Rewriter,
375                                        Instruction *IP, Loop *L,
376                                        LoopInfo &LI);
377     void dump() const;
378   };
379 }
380
381 void BasedUser::dump() const {
382   cerr << " Base=" << *Base;
383   cerr << " Imm=" << *Imm;
384   cerr << "   Inst: " << *Inst;
385 }
386
387 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV *const &NewBase, 
388                                               const Type *Ty,
389                                               SCEVExpander &Rewriter,
390                                               Instruction *IP, Loop *L,
391                                               LoopInfo &LI) {
392   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
393   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
394   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
395   // many loops as possible.
396   Instruction *BaseInsertPt = IP;
397   
398   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
399   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
400   
401   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
402   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
403   if (L->contains(IP->getParent()))
404     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
405       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
406       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
407     }
408   
409   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, 0, BaseInsertPt);
410
411   const SCEV *NewValSCEV = SE->getUnknown(Base);
412
413   // Always emit the immediate into the same block as the user.
414   NewValSCEV = SE->getAddExpr(NewValSCEV, Imm);
415
416   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, Ty, IP);
417 }
418
419
420 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
421 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
422 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
423 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
424 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
425 //
426 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV *const &NewBase,
427                                                Instruction *NewBasePt,
428                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
429                                       LoopInfo &LI,
430                                       SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
431   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
432     // By default, insert code at the user instruction.
433     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
434     
435     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
436     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
437     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
438     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
439     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
440     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
441     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
442     // In this case, we have to back off.
443     //
444     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
445     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
446     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
447     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
448       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
449         InsertPt = NewBasePt;
450         ++InsertPt;
451       } else if (Instruction *OpInst
452                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
453         InsertPt = OpInst;
454         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
455       }
456     }
457     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase,
458                                                 OperandValToReplace->getType(),
459                                                 Rewriter, InsertPt, L, LI);
460     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
461     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
462
463     DOUT << "      Replacing with ";
464     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, NewVal, /*PrintType=*/false));
465     DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
466     return;
467   }
468
469   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
470   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
471   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
472   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
473   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
474   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
475   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
476   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
477     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
478       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
479       // code in the same place as the original expression,
480       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
481       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
482       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
483       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
484       // that case(?).
485       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
486       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
487         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
488         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
489         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
490         // inserted code be in an illegal position.
491         BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
492         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
493             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
494
495           // First step, split the critical edge.
496           SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
497
498           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
499           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
500           // move the block to be immediately before the PHI block, not
501           // immediately after PredTI.
502           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
503             BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
504             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
505           }
506
507           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
508           e = PN->getNumIncomingValues();
509         }
510       }
511       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
512       if (!Code) {
513         // Insert the code into the end of the predecessor block.
514         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
515                                 PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
516                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
517         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, PN->getType(),
518                                            Rewriter, InsertPt, L, LI);
519
520         DOUT << "      Changing PHI use to ";
521         DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Code, /*PrintType=*/false));
522         DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
523       }
524
525       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
526       PN->setIncomingValue(i, Code);
527       Rewriter.clear();
528     }
529   }
530
531   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
532   DeadInsts.push_back(Inst);
533 }
534
535
536 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
537 /// mode, and does not need to be put in a register first.
538 static bool fitsInAddressMode(const SCEV *const &V, const Type *AccessTy,
539                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
540   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
541     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
542     if (TLI) {
543       TargetLowering::AddrMode AM;
544       AM.BaseOffs = VC;
545       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
546       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
547     } else {
548       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
549       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
550     }
551   }
552
553   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
554     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue())) {
555       if (TLI) {
556         TargetLowering::AddrMode AM;
557         AM.BaseGV = GV;
558         AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
559         return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
560       } else {
561         // Default: assume global addresses are not legal.
562       }
563     }
564
565   return false;
566 }
567
568 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
569 /// loop varying to the Imm operand.
570 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
571                                              Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
572   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
573   
574   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
575     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
576     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
577     
578     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
579       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
580         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
581         // field of the expression.
582         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
583       } else {
584         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
585       }
586
587     if (NewOps.empty())
588       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
589     else
590       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
591   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
592     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
593     const SCEV *Start = SARE->getStart();
594     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
595     
596     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
597     Ops[0] = Start;
598     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
599   } else {
600     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
601     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
602     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
603   }
604 }
605
606
607 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
608 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
609 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
610 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
611                                 const Type *AccessTy,
612                                 const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
613                                 bool isAddress, Loop *L,
614                                 ScalarEvolution *SE) {
615   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
616     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
617     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
618     
619     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
620       const SCEV *NewOp = SAE->getOperand(i);
621       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
622       
623       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
624         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
625         // field of the expression.
626         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
627       } else {
628         NewOps.push_back(NewOp);
629       }
630     }
631
632     if (NewOps.empty())
633       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
634     else
635       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
636     return;
637   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
638     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
639     const SCEV *Start = SARE->getStart();
640     MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
641     
642     if (Start != SARE->getStart()) {
643       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
644       Ops[0] = Start;
645       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
646     }
647     return;
648   } else if (const SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
649     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
650     if (isAddress &&
651         fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), AccessTy, TLI, false) &&
652         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
653
654       const SCEV *SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
655       const SCEV *NewOp = SME->getOperand(1);
656       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
657       
658       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
659       // simplify this!
660       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
661         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
662         // good.
663         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
664         if (fitsInAddressMode(SubImm, AccessTy, TLI, false)) {
665           // Accumulate the immediate.
666           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
667           
668           // Update what is left of 'Val'.
669           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
670           return;
671         }
672       }
673     }
674   }
675
676   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
677   // expression.
678   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, AccessTy, TLI, false)) ||
679       !Val->isLoopInvariant(L)) {
680     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
681     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
682     return;
683   }
684
685   // Otherwise, no immediates to move.
686 }
687
688 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
689                                 Instruction *User,
690                                 const SCEV *&Val, const SCEV *&Imm,
691                                 bool isAddress, Loop *L,
692                                 ScalarEvolution *SE) {
693   const Type *AccessTy = getAccessType(User);
694   MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
695 }
696
697 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
698 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
699 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
700 static void SeparateSubExprs(SmallVector<const SCEV *, 16> &SubExprs,
701                              const SCEV *Expr,
702                              ScalarEvolution *SE) {
703   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
704     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
705       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
706   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
707     const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
708     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
709       SubExprs.push_back(Expr);
710     } else {
711       // Compute the addrec with zero as its base.
712       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
713       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
714       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
715       
716
717       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
718     }
719   } else if (!Expr->isZero()) {
720     // Do not add zero.
721     SubExprs.push_back(Expr);
722   }
723 }
724
725 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
726 // to make it file scope.
727 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
728
729 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
730 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
731 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
732 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
733 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
734 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
735 /// is *removed* from the Bases and returned.
736 static const SCEV *
737 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
738                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
739                                     const TargetLowering *TLI) {
740   unsigned NumUses = Uses.size();
741
742   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
743   // cheaply.
744   const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
745   const SCEV *Result = Zero;
746   const SCEV *FreeResult = Zero;
747   if (NumUses == 1) {
748     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
749     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
750     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
751     // so just use 0 as the base.
752     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
753       std::swap(Result, Uses[0].Base);
754     return Result;
755   }
756
757   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
758   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
759   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
760   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
761   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
762   std::map<const SCEV *, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
763   
764   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
765   // order we see them.
766   SmallVector<const SCEV *, 16> UniqueSubExprs;
767
768   SmallVector<const SCEV *, 16> SubExprs;
769   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
770   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
771     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
772     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
773     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
774     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
775     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
776     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
777     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
778       continue;
779     NumUsesInsideLoop++;
780     
781     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
782     // CSEs we can find.
783     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
784
785     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
786     // mode rather than hoisting them.
787     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
788     // We may need the AccessTy below, but only when isAddrUse, so compute it
789     // only in that case.
790     const Type *AccessTy = 0;
791     if (isAddrUse)
792       AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
793
794     // Split the expression into subexprs.
795     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
796     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
797     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
798     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
799     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
800     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
801       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
802         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
803       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], AccessTy, TLI, false))
804         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
805     }
806     SubExprs.clear();
807   }
808
809   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
810   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
811   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
812     std::map<const SCEV *, SubExprUseData>::iterator I = 
813        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
814     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
815     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
816       if (I->second.notAllUsesAreFree)
817         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
818       else 
819         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
820     } else
821       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
822       SubExpressionUseData.erase(I);
823   }
824
825   if (FreeResult != Zero) {
826     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
827     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
828     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
829     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
830     // and a Result in the same instruction (for example because it would
831     // require too many registers).  Check this.
832     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
833       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
834         continue;
835       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
836       // are not, FreeResult would be Zero.
837       const Type *AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
838       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, AccessTy, TLI, Result!=Zero)) {
839         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
840         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
841         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
842         FreeResult = Zero;
843         break;
844       }
845     }
846   }
847
848   // If we found no CSE's, return now.
849   if (Result == Zero) return Result;
850   
851   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
852   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
853   if (FreeResult != Zero) {
854     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
855     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
856       std::map<const SCEV *, SubExprUseData>::iterator I = 
857          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
858       SubExpressionUseData.erase(I);
859     }
860     SubExprs.clear();
861   }
862
863   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
864   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
865     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
866     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
867     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
868     // subtract off the base to compensate for this.
869     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
870       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
871       continue;
872     }
873
874     // Split the expression into subexprs.
875     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
876
877     // Remove any common subexpressions.
878     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
879       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
880         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
881         --j; --e;
882       }
883     
884     // Finally, add the non-shared expressions together.
885     if (SubExprs.empty())
886       Uses[i].Base = Zero;
887     else
888       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
889     SubExprs.clear();
890   }
891  
892   return Result;
893 }
894
895 /// ValidScale - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
896 /// stores in UsersToProcess.
897 ///
898 bool LoopStrengthReduce::ValidScale(bool HasBaseReg, int64_t Scale,
899                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
900   if (!TLI)
901     return true;
902
903   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
904     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
905     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
906     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
907                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
908       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
909     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
910       continue;
911     
912     TargetLowering::AddrMode AM;
913     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
914       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
915     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
916     AM.Scale = Scale;
917
918     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
919     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
920       return false;
921   }
922   return true;
923 }
924
925 /// ValidOffset - Check whether the given Offset is valid for all loads and
926 /// stores in UsersToProcess.
927 ///
928 bool LoopStrengthReduce::ValidOffset(bool HasBaseReg,
929                                int64_t Offset,
930                                int64_t Scale,
931                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
932   if (!TLI)
933     return true;
934
935   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
936     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
937     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
938     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
939                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
940       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
941     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
942       continue;
943
944     TargetLowering::AddrMode AM;
945     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
946       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
947     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + (uint64_t)Offset;
948     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
949     AM.Scale = Scale;
950
951     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
952     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
953       return false;
954   }
955   return true;
956 }
957
958 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
959 /// a nop.
960 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
961                                                 const Type *Ty2) {
962   if (Ty1 == Ty2)
963     return false;
964   Ty1 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty1);
965   Ty2 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty2);
966   if (Ty1 == Ty2)
967     return false;
968   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
969     return false;
970   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
971     return false;
972   return true;
973 }
974
975 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
976 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
977 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
978 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
979 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
980 ///
981 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
982 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant; 
983 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV 
984 /// within.  Well, usually.
985 const SCEV *LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
986                                 bool AllUsesAreAddresses,
987                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
988                                 const SCEV *const &Stride, 
989                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
990                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
991   if (StrideNoReuse.count(Stride))
992     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
993
994   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
995     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
996     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
997          NewStride != e; ++NewStride) {
998       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
999                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1000       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first) ||
1001           StrideNoReuse.count(SI->first))
1002         continue;
1003       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1004       if (SI->first != Stride &&
1005           (unsigned(abs64(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1006         continue;
1007       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1008       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1009       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1010       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1011       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1012       // multiplications.
1013       if (Scale == 1 ||
1014           (AllUsesAreAddresses &&
1015            ValidScale(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess))) {
1016         // Prefer to reuse an IV with a base of zero.
1017         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1018                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1019           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1020           // and if the base difference can be folded.
1021           if (II->Base->isZero() &&
1022               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1023             IV = *II;
1024             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1025           }
1026         // Otherwise, settle for an IV with a foldable base.
1027         if (AllUsesAreAddresses)
1028           for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1029                  IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1030             // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1031             // and if the base difference can be folded.
1032             if (SE->getEffectiveSCEVType(II->Base->getType()) ==
1033                 SE->getEffectiveSCEVType(Ty) &&
1034                 isa<SCEVConstant>(II->Base)) {
1035               int64_t Base =
1036                 cast<SCEVConstant>(II->Base)->getValue()->getSExtValue();
1037               if (Base > INT32_MIN && Base <= INT32_MAX &&
1038                   ValidOffset(HasBaseReg, -Base * Scale,
1039                               Scale, UsersToProcess)) {
1040                 IV = *II;
1041                 return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1042               }
1043             }
1044       }
1045     }
1046   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1047     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1048     // an existing IV if we can.
1049     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1050          NewStride != e; ++NewStride) {
1051       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1052                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1053       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1054         continue;
1055       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1056       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1057         continue;
1058       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1059              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1060         // Accept nonzero base here.
1061         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1062         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1063           IV = *II;
1064           return Stride;
1065         }
1066     }
1067     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1068     // -1*old.
1069     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1070          NewStride != e; ++NewStride) {
1071       std::map<const SCEV *, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1072                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1073       if (SI == IVsByStride.end()) 
1074         continue;
1075       if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1076         if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1077           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1078               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1079             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1080                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1081               // Accept nonzero base here.
1082               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1083               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1084                 IV = *II;
1085                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1086               }
1087     }
1088   }
1089   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1090 }
1091
1092 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1093 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1094 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1095   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1096 }
1097
1098 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1099 /// not a constant.
1100 static bool isNonConstantNegative(const SCEV *const &Expr) {
1101   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1102   if (!Mul) return false;
1103   
1104   // If there is a constant factor, it will be first.
1105   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1106   if (!SC) return false;
1107   
1108   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1109   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1110 }
1111
1112 /// CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1113 /// complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1114 /// of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1115 /// progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1116 /// we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1117 const SCEV *LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEV *const &Stride,
1118                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1119                                               Loop *L,
1120                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1121                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1122                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1123   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
1124   if (!Stride->isLoopInvariant(L))
1125     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1126
1127   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1128   for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = Uses.Users.begin(),
1129        E = Uses.Users.end(); I != E; ++I) {
1130     UsersToProcess.push_back(BasedUser(*I, SE));
1131
1132     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1133     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1134     // computed.
1135     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1136                                      UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1137     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1138            "Base value is not loop invariant!");
1139   }
1140
1141   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1142   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1143   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1144   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1145   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1146   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1147   // UsersToProcess base values.
1148   const SCEV *CommonExprs =
1149     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1150
1151   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1152   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1153   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1154   // of the remaining uses.
1155   unsigned NumPHI = 0;
1156   bool HasAddress = false;
1157   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1158     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1159     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1160     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1161     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1162       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1163                                              UsersToProcess[i].Base);
1164       UsersToProcess[i].Base = 
1165         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1166     } else {
1167       // Not all uses are outside the loop.
1168       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1169
1170       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1171       // the store is through the expression, not of the expression though.
1172       bool isPHI = false;
1173       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1174                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1175       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1176         isPHI = true;
1177         ++NumPHI;
1178       }
1179
1180       if (isAddress)
1181         HasAddress = true;
1182      
1183       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1184       if (!isAddress && !isPHI)
1185         AllUsesAreAddresses = false;
1186       
1187       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1188                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1189     }
1190   }
1191
1192   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1193   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1194   // for one fewer iv.
1195   if (NumPHI > 1)
1196     AllUsesAreAddresses = false;
1197     
1198   // There are no in-loop address uses.
1199   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1200     AllUsesAreAddresses = false;
1201
1202   return CommonExprs;
1203 }
1204
1205 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1206 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1207 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1208 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1209 ///
1210 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1211                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1212                                    const Loop *L,
1213                                    bool AllUsesAreAddresses,
1214                                    const SCEV *Stride) {
1215   if (!EnableFullLSRMode)
1216     return false;
1217
1218   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1219   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1220   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1221   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1222   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1223   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1224     return false;
1225
1226   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1227   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1228   // which could reuse the current stride IV.
1229   if (IU->StrideOrder.back() != Stride)
1230     return false;
1231
1232   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1233   // full-lsr mode.
1234   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1235     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1236     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1237     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1238     // strength-reduced.
1239     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1240       return false;
1241     // If there are to users with the same base and the difference between
1242     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1243     // strength reduction would increase register pressure.
1244     do {
1245       const SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1246       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1247         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1248         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1249         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1250         const Type *AccessTy = getAccessType(Inst);
1251         const SCEV *Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1252         if (!Diff->isZero() &&
1253             (!AllUsesAreAddresses ||
1254              !fitsInAddressMode(Diff, AccessTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1255           return false;
1256       }
1257     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1258   }
1259
1260   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1261   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1262   // it'll be simpler this way.
1263   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1264     return true;
1265
1266   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1267   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1268   // register pressure.
1269   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1270     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1271       return false;
1272
1273   // Otherwise, go for it.
1274   return true;
1275 }
1276
1277 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1278 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1279 ///
1280 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1281 /// subtract instead of an add.
1282 ///
1283 /// Return the created phi node.
1284 ///
1285 static PHINode *InsertAffinePhi(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
1286                                 Instruction *IVIncInsertPt,
1287                                 const Loop *L,
1288                                 SCEVExpander &Rewriter) {
1289   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1290   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1291
1292   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1293   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1294   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1295   const Type *Ty = Start->getType();
1296   Ty = Rewriter.SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1297
1298   PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "lsr.iv", Header->begin());
1299   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Ty, Preheader->getTerminator()),
1300                   Preheader);
1301
1302   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1303   // increment.
1304   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1305   const SCEV *IncAmount = Step;
1306   if (isNegative)
1307     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1308
1309   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1310   // to the back-edge or just before the only use. The location is determined
1311   // by the caller and passed in as IVIncInsertPt.
1312   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Ty,
1313                                         Preheader->getTerminator());
1314   Instruction *IncV;
1315   if (isNegative) {
1316     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1317                                      IVIncInsertPt);
1318   } else {
1319     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1320                                      IVIncInsertPt);
1321   }
1322   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1323
1324   PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1325
1326   ++NumInserted;
1327   return PN;
1328 }
1329
1330 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1331   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1332   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1333   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1334   // vector (so we handle them first).
1335   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1336                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1337
1338   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1339   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1340   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1341   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1342   //
1343   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1344   // const SCEV *'s don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1345   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1346   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1347   // ==.
1348   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1349     // Get a base value.
1350     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1351
1352     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1353     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1354       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1355         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1356         ++i;
1357       }
1358     }
1359   }
1360 }
1361
1362 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1363 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1364 /// pointer arithmetic.
1365 ///
1366 void
1367 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1368                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1369                                         const SCEV *Stride,
1370                                         const SCEV *CommonExprs,
1371                                         const Loop *L,
1372                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1373   DOUT << "  Fully reducing all users\n";
1374
1375   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1376   // unique Base value.
1377   Instruction *IVIncInsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
1378   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1379     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1380     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1381     // other uses.
1382     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1383     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1384     const SCEV *Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1385     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, IVIncInsertPt, L,
1386                                    PreheaderRewriter);
1387     // Loop over all the users with the same base.
1388     do {
1389       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1390       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1391       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1392       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1393              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1394     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1395   }
1396 }
1397
1398 /// FindIVIncInsertPt - Return the location to insert the increment instruction.
1399 /// If the only use if a use of postinc value, (must be the loop termination
1400 /// condition), then insert it just before the use.
1401 static Instruction *FindIVIncInsertPt(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1402                                       const Loop *L) {
1403   if (UsersToProcess.size() == 1 &&
1404       UsersToProcess[0].isUseOfPostIncrementedValue &&
1405       L->contains(UsersToProcess[0].Inst->getParent()))
1406     return UsersToProcess[0].Inst;
1407   return L->getLoopLatch()->getTerminator();
1408 }
1409
1410 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1411 /// given users to share.
1412 ///
1413 void
1414 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1415                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1416                                          const SCEV *Stride,
1417                                          const SCEV *CommonExprs,
1418                                          Value *CommonBaseV,
1419                                          Instruction *IVIncInsertPt,
1420                                          const Loop *L,
1421                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1422   DOUT << "  Inserting new PHI:\n";
1423
1424   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1425                                  Stride, IVIncInsertPt, L,
1426                                  PreheaderRewriter);
1427
1428   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1429   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
1430
1431   // All the users will share this new IV.
1432   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1433     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1434
1435   DOUT << "    IV=";
1436   DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Phi, /*PrintType=*/false));
1437   DOUT << "\n";
1438 }
1439
1440 /// PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride - Prepare for the given users to
1441 /// reuse an induction variable with a stride that is a factor of the current
1442 /// induction variable.
1443 ///
1444 void
1445 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1446                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1447                                          Value *CommonBaseV,
1448                                          const IVExpr &ReuseIV,
1449                                          Instruction *PreInsertPt) {
1450   DOUT << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1451        << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n";
1452
1453   // All the users will share the reused IV.
1454   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1455     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1456
1457   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1458   if (C &&
1459       (!C->isNullValue() &&
1460        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1461                          TLI, false)))
1462     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1463     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1464     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1465                                   "commonbase", PreInsertPt);
1466 }
1467
1468 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1469                                     const Type *AccessTy,
1470                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1471                                    const TargetLowering *TLI) {
1472   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1473   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1474     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1475       continue;
1476     ExtAddrMode AddrMode =
1477       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1478                                    AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
1479                                    AddrModeInsts, *TLI);
1480     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1481       return false;
1482     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1483       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1484       return false;
1485     AddrModeInsts.clear();
1486   }
1487   return true;
1488 }
1489
1490 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1491 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1492 /// may not be the only stride.
1493 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEV *const &Stride,
1494                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1495                                                       Loop *L) {
1496   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1497   if (Uses.Users.empty())
1498     return;
1499
1500   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1501   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1502   // smaller-stride IV.
1503   bool AllUsesAreAddresses = true;
1504
1505   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1506   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1507   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1508   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1509
1510   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1511   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1512   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1513   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1514   // have the full access expression to rewrite the use.
1515   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1516   const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1517                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1518                                           UsersToProcess);
1519
1520   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1521   // next to each other.
1522   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1523
1524   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1525   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1526   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1527   // valid.
1528   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1529   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1530
1531   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1532   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1533   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1534     const SCEV *NewCommon = CommonExprs;
1535     const SCEV *Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1536     MoveImmediateValues(TLI, Type::VoidTy, NewCommon, Imm, true, L, SE);
1537     if (!Imm->isZero()) {
1538       bool DoSink = true;
1539
1540       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1541       // possible to fold it into the target addressing mode.
1542       GlobalValue *GV = 0;
1543       if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm))
1544         GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue());
1545       int64_t Offset = 0;
1546       if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1547         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1548       if (GV || Offset)
1549         // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
1550         // there could be multiple access types among all the uses.
1551         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset, Type::VoidTy,
1552                                          UsersToProcess, TLI);
1553
1554       if (DoSink) {
1555         DOUT << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n";
1556         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1557           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1558         CommonExprs = NewCommon;
1559         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1560         ++NumImmSunk;
1561       }
1562     }
1563   }
1564
1565   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1566   //
1567   DOUT << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1568        << *Stride << ":\n"
1569        << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n";
1570
1571   SCEVExpander Rewriter(*SE);
1572   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE);
1573
1574   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1575   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1576   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1577   Instruction *IVIncInsertPt = LatchBlock->getTerminator();
1578
1579   LLVMContext &Context = Preheader->getContext();
1580
1581   Value *CommonBaseV = Context.getNullValue(ReplacedTy);
1582
1583   const SCEV *RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1584   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1585                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1586                    0);
1587
1588   /// Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1589   /// the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1590   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1591                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1592     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1593                                  PreheaderRewriter);
1594   } else {
1595     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1596     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, ReplacedTy,
1597                                                   PreInsertPt);
1598
1599     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV.  The
1600     // new IV must have a stride that is a multiple of the old stride; the
1601     // multiple must be a number that can be encoded in the scale field of the
1602     // target addressing mode; and we must have a valid instruction after this 
1603     // substitution, including the immediate field, if any.
1604     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1605                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1606                                     Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
1607                                     UsersToProcess);
1608     if (!RewriteFactor->isZero())
1609       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1610                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1611     else {
1612       IVIncInsertPt = FindIVIncInsertPt(UsersToProcess, L);
1613       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1614                                         CommonBaseV, IVIncInsertPt,
1615                                         L, PreheaderRewriter);
1616     }
1617   }
1618
1619   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1620   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1621   // loop handles all users of a particular base.
1622   while (!UsersToProcess.empty()) {
1623     const SCEV *Base = UsersToProcess.back().Base;
1624     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1625
1626     // Emit the code for Base into the preheader.
1627     Value *BaseV = 0;
1628     if (!Base->isZero()) {
1629       BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, 0, PreInsertPt);
1630
1631       DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1632       if (BaseV->hasName())
1633         DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1634       DOUT << "\n";
1635
1636       // If BaseV is a non-zero constant, make sure that it gets inserted into
1637       // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We
1638       // do this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the
1639       // preheader in this case.
1640       if (!fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst), TLI, false) &&
1641           !isa<Instruction>(BaseV)) {
1642         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1643         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1644         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1645                                 PreInsertPt);       
1646       }
1647     }
1648
1649     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1650     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1651     do {
1652       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1653       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1654
1655       DOUT << "    Examining ";
1656       if (User.isUseOfPostIncrementedValue)
1657         DOUT << "postinc";
1658       else
1659         DOUT << "preinc";
1660       DOUT << " use ";
1661       DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1662                            /*PrintType=*/false));
1663       DOUT << " in Inst: " << *(User.Inst);
1664
1665       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1666       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1667       Value *RewriteOp = User.Phi;
1668       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1669         RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1670         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1671         // loop to ensure it is dominated by the increment. In case it's the
1672         // only use of the iv, the increment instruction is already before the
1673         // use.
1674         if (L->contains(User.Inst->getParent()) && User.Inst != IVIncInsertPt)
1675           User.Inst->moveBefore(IVIncInsertPt);
1676       }
1677
1678       const SCEV *RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1679
1680       if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteOp->getType()) !=
1681           SE->getEffectiveSCEVType(ReplacedTy)) {
1682         assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) >
1683                SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy) &&
1684                "Unexpected widening cast!");
1685         RewriteExpr = SE->getTruncateExpr(RewriteExpr, ReplacedTy);
1686       }
1687
1688       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1689       // consider that they may not have been able to end up immediately
1690       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1691       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1692       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1693       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1694       // RewriteExpr.
1695       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1696       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1697
1698       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1699       // to have the code emitted where we expect it.
1700       Rewriter.clear();
1701
1702       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1703       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1704       if (!RewriteFactor->isZero()) {
1705         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1706         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1707         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1708         // it here.
1709         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1710           const SCEV *typedBase = ReuseIV.Base;
1711           if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteExpr->getType()) !=
1712               SE->getEffectiveSCEVType(ReuseIV.Base->getType())) {
1713             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1714             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
1715             // RequiresTypeConversion that this is valid.
1716             assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) <
1717                    SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType()) &&
1718                    "Unexpected lengthening conversion!");
1719             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base, 
1720                                             RewriteExpr->getType());
1721           }
1722           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
1723         }
1724
1725         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1726         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1727                                      RewriteExpr);
1728
1729         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1730         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1731         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1732         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
1733         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
1734         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
1735         if (!CommonExprs->isZero()) {
1736           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1737             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1738                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1739           else
1740             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
1741         }
1742       }
1743
1744       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1745       // immediate and any loop-variant expressions.
1746       if (BaseV)
1747         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1748         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1749
1750       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1751                                           Rewriter, L, this, *LI,
1752                                           DeadInsts);
1753
1754       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1755       // if we just replaced the last use of that value.
1756       DeadInsts.push_back(User.OperandValToReplace);
1757
1758       UsersToProcess.pop_back();
1759       ++NumReduced;
1760
1761       // If there are any more users to process with the same base, process them
1762       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1763     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1764     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1765   }
1766
1767   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1768   // different starting values, into different PHIs.
1769 }
1770
1771 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1772 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1773 /// false.
1774 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1775                                        const SCEV *const * &CondStride) {
1776   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1777        Stride != e && !CondUse; ++Stride) {
1778     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1779       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
1780     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1781
1782     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1783          E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI)
1784       if (UI->getUser() == Cond) {
1785         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1786         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1787         // occurs enough in real life to handle.
1788         CondUse = UI;
1789         CondStride = &SI->first;
1790         return true;
1791       }
1792   }
1793   return false;
1794 }    
1795
1796 namespace {
1797   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1798   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1799   // e.g.
1800   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1801   struct StrideCompare {
1802     const ScalarEvolution *SE;
1803     explicit StrideCompare(const ScalarEvolution *se) : SE(se) {}
1804
1805     bool operator()(const SCEV *const &LHS, const SCEV *const &RHS) {
1806       const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1807       const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1808       if (LHSC && RHSC) {
1809         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1810         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1811         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1812         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1813         if (ALV == ARV) {
1814           if (LV != RV)
1815             return LV > RV;
1816         } else {
1817           return ALV < ARV;
1818         }
1819
1820         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
1821         // that we emit larger induction variables before smaller
1822         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
1823         return SE->getTypeSizeInBits(RHS->getType()) <
1824                SE->getTypeSizeInBits(LHS->getType());
1825       }
1826       return LHSC && !RHSC;
1827     }
1828   };
1829 }
1830
1831 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1832 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1833 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1834 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1835 ///
1836 /// loop:
1837 /// ...
1838 /// v1 = v1 + 3
1839 /// v2 = v2 + 1
1840 /// if (v2 < 10) goto loop
1841 /// =>
1842 /// loop:
1843 /// ...
1844 /// v1 = v1 + 3
1845 /// if (v1 < 30) goto loop
1846 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1847                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1848                                               const SCEV *const* &CondStride) {
1849   // If there's only one stride in the loop, there's nothing to do here.
1850   if (IU->StrideOrder.size() < 2)
1851     return Cond;
1852   // If there are other users of the condition's stride, don't bother
1853   // trying to change the condition because the stride will still
1854   // remain.
1855   std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator I =
1856     IU->IVUsesByStride.find(*CondStride);
1857   if (I == IU->IVUsesByStride.end() ||
1858       I->second->Users.size() != 1)
1859     return Cond;
1860   // Only handle constant strides for now.
1861   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1862   if (!SC) return Cond;
1863
1864   LLVMContext &Context = Cond->getContext();
1865
1866   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1867   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1868   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits((*CondStride)->getType());
1869   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1870   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
1871   const Type *NewCmpTy = NULL;
1872   unsigned TyBits = SE->getTypeSizeInBits(CmpTy);
1873   unsigned NewTyBits = 0;
1874   const SCEV **NewStride = NULL;
1875   Value *NewCmpLHS = NULL;
1876   Value *NewCmpRHS = NULL;
1877   int64_t Scale = 1;
1878   const SCEV *NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, CmpTy);
1879
1880   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
1881     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1882
1883     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1884     // overflow.
1885     if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1886       return Cond;
1887
1888     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1889     for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1890       std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1891         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
1892       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1893         continue;
1894       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1895       if (SSInt == CmpSSInt ||
1896           abs64(SSInt) < abs64(CmpSSInt) ||
1897           (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1898         continue;
1899
1900       Scale = SSInt / CmpSSInt;
1901       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1902       APInt Mul = APInt(BitWidth*2, CmpVal, true);
1903       Mul = Mul * APInt(BitWidth*2, Scale, true);
1904       // Check for overflow.
1905       if (!Mul.isSignedIntN(BitWidth))
1906         continue;
1907       // Check for overflow in the stride's type too.
1908       if (!Mul.isSignedIntN(SE->getTypeSizeInBits(SI->first->getType())))
1909         continue;
1910
1911       // Watch out for overflow.
1912       if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1913           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1914         continue;
1915
1916       if (NewCmpVal == CmpVal)
1917         continue;
1918       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1919       NewCmpLHS = NULL;
1920       for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1921              E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI) {
1922         Value *Op = UI->getOperandValToReplace();
1923
1924         // If the IVStrideUse implies a cast, check for an actual cast which
1925         // can be used to find the original IV expression.
1926         if (SE->getEffectiveSCEVType(Op->getType()) !=
1927             SE->getEffectiveSCEVType(SI->first->getType())) {
1928           CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Op);
1929           // If it's not a simple cast, it's complicated.
1930           if (!CI)
1931             continue;
1932           // If it's a cast from a type other than the stride type,
1933           // it's complicated.
1934           if (CI->getOperand(0)->getType() != SI->first->getType())
1935             continue;
1936           // Ok, we found the IV expression in the stride's type.
1937           Op = CI->getOperand(0);
1938         }
1939
1940         NewCmpLHS = Op;
1941         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
1942           break;
1943       }
1944       if (!NewCmpLHS)
1945         continue;
1946
1947       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
1948       NewTyBits = SE->getTypeSizeInBits(NewCmpTy);
1949       const Type *NewCmpIntTy = Context.getIntegerType(NewTyBits);
1950       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1951         // Check if it is possible to rewrite it using
1952         // an iv / stride of a smaller integer type.
1953         unsigned Bits = NewTyBits;
1954         if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1955           --Bits;
1956         uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1957         if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) != (uint64_t)NewCmpVal)
1958           continue;
1959       }
1960
1961       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1962       // of a different type.
1963       // FIXME: too conservative?
1964       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->getOffset()))
1965         continue;
1966
1967       bool AllUsesAreAddresses = true;
1968       bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1969       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1970       const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
1971                                               AllUsesAreAddresses,
1972                                               AllUsesAreOutsideLoop,
1973                                               UsersToProcess);
1974       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1975       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1976       // stride of the compare instruction.
1977       if (AllUsesAreAddresses &&
1978           ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
1979         continue;
1980
1981       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv which has
1982       // implicit extension or truncation built into it.
1983       // TODO: This is over-conservative.
1984       if (SE->getTypeSizeInBits(CondUse->getOffset()->getType()) != TyBits)
1985         continue;
1986
1987       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
1988       // for equality.
1989       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1990         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
1991
1992       NewStride = &IU->StrideOrder[i];
1993       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1994         NewCmpRHS = Context.getConstantInt(NewCmpTy, NewCmpVal);
1995       else {
1996         Constant *CI = Context.getConstantInt(NewCmpIntTy, NewCmpVal);
1997         NewCmpRHS = Context.getConstantExprIntToPtr(CI, NewCmpTy);
1998       }
1999       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2000         ? SE->getMulExpr(CondUse->getOffset(),
2001                          SE->getConstant(CmpTy, Scale))
2002         : SE->getConstant(NewCmpIntTy,
2003           cast<SCEVConstant>(CondUse->getOffset())->getValue()
2004             ->getSExtValue()*Scale);
2005       break;
2006     }
2007   }
2008
2009   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2010   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2011   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2012   // before the branch. See
2013   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2014   // for an example of this situation.
2015   if (!Cond->hasOneUse()) {
2016     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2017          I != E; ++I)
2018       if (I == NewCmpLHS)
2019         return Cond;
2020   }
2021
2022   if (NewCmpRHS) {
2023     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2024     ICmpInst *OldCond = Cond;
2025     // Insert new compare instruction.
2026     Cond = new ICmpInst(OldCond, Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2027                         L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2028
2029     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2030     DeadInsts.push_back(CondUse->getOperandValToReplace());
2031     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2032     OldCond->eraseFromParent();
2033
2034     IU->IVUsesByStride[*NewStride]->addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2035     CondUse = &IU->IVUsesByStride[*NewStride]->Users.back();
2036     CondStride = NewStride;
2037     ++NumEliminated;
2038     Changed = true;
2039   }
2040
2041   return Cond;
2042 }
2043
2044 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2045 /// a max computation.
2046 ///
2047 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2048 /// like this:
2049 ///
2050 ///   i = 0;
2051 ///   do {
2052 ///     p[i] = 0.0;
2053 ///   } while (++i < n);
2054 ///
2055 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
2056 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
2057 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
2058 /// will commonly be lowered like this:
2059 //
2060 ///   if (n > 0) {
2061 ///     i = 0;
2062 ///     do {
2063 ///       p[i] = 0.0;
2064 ///     } while (++i < n);
2065 ///   }
2066 ///
2067 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2068 /// test in such a way that indvars can't find it.
2069 ///
2070 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2071 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
2072 /// induction variable:
2073 ///
2074 ///   i = 0;
2075 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
2076 ///   do {
2077 ///     p[i] = 0.0;
2078 ///   } while (++i != max);
2079 ///
2080 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2081 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2082 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2083 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2084 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2085 /// the loop has a canonical induction variable.
2086 ///
2087 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2088 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2089 ///
2090 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2091 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2092 /// the instructions for the maximum computation.
2093 ///
2094 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2095                                           IVStrideUse* &CondUse) {
2096   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2097   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2098       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2099     return Cond;
2100
2101   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2102   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2103
2104   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2105   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2106     return Cond;
2107   const SCEV *One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2108
2109   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2110   const SCEV *IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2111
2112   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2113   if (!isa<SCEVSMaxExpr>(IterationCount) && !isa<SCEVUMaxExpr>(IterationCount))
2114     return Cond;
2115   const SCEVNAryExpr *Max = cast<SCEVNAryExpr>(IterationCount);
2116   if (Max != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2117
2118   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
2119   // require additional checking and setup.
2120   if (Max->getNumOperands() != 2)
2121     return Cond;
2122
2123   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
2124   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
2125   if (!MaxLHS || MaxLHS != One) return Cond;
2126
2127   // Check the relevant induction variable for conformance to
2128   // the pattern.
2129   const SCEV *IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2130   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2131   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2132       AR->getStart() != One ||
2133       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2134     return Cond;
2135
2136   assert(AR->getLoop() == L &&
2137          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2138
2139   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2140   // be used in the new comparison instruction.
2141   Value *NewRHS = 0;
2142   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
2143     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2144   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
2145     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2146   if (!NewRHS) return Cond;
2147
2148   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
2149   // and the original comparison may be either equality or inequality.
2150   CmpInst::Predicate Pred =
2151     isa<SCEVSMaxExpr>(Max) ? CmpInst::ICMP_SLT : CmpInst::ICMP_ULT;
2152   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
2153     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
2154
2155   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2156   // delete the max calculation.
2157   ICmpInst *NewCond =
2158     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
2159
2160   // Delete the max calculation instructions.
2161   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2162   CondUse->setUser(NewCond);
2163   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2164   Cond->eraseFromParent();
2165   Sel->eraseFromParent();
2166   if (Cmp->use_empty())
2167     Cmp->eraseFromParent();
2168   return NewCond;
2169 }
2170
2171 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2172 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2173 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2174
2175   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2176   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2177     return;
2178     
2179   LLVMContext &Context = L->getHeader()->getContext();
2180
2181   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size(); Stride != e;
2182        ++Stride) {
2183     std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2184       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
2185     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2186     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2187       continue;
2188
2189     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
2190            E = SI->second->Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2191       ilist<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2192       ++UI;
2193       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
2194       const Type *DestTy = NULL;
2195
2196       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2197          to eliminate this cast.
2198
2199            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2200              foo((double)i);
2201
2202          is transformed into
2203
2204            double d = 0.0;
2205            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2206              foo(d);
2207       */
2208       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2209         DestTy = UCast->getDestTy();
2210       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2211         DestTy = SCast->getDestTy();
2212       if (!DestTy) continue;
2213
2214       if (TLI) {
2215         // If target does not support DestTy natively then do not apply
2216         // this transformation.
2217         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2218         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2219       }
2220
2221       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2222       if (!PH) continue;
2223       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2224
2225       const Type *SrcTy = PH->getType();
2226       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2227       if (Mantissa == -1) continue; 
2228       if ((int)SE->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2229         continue;
2230
2231       unsigned Entry, Latch;
2232       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2233         Entry = 0;
2234         Latch = 1;
2235       } else {
2236         Entry = 1;
2237         Latch = 0;
2238       }
2239         
2240       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2241       if (!Init) continue;
2242       Constant *NewInit = Context.getConstantFP(DestTy, Init->getZExtValue());
2243
2244       BinaryOperator *Incr = 
2245         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2246       if (!Incr) continue;
2247       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2248           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2249         continue;
2250
2251       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2252       ConstantInt *C = NULL;
2253       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2254         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2255       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2256         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2257       else
2258         continue;
2259
2260       if (!C) continue;
2261
2262       /* Add new PHINode. */
2263       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2264
2265       /* create new increment. '++d' in above example. */
2266       Constant *CFP = Context.getConstantFP(DestTy, C->getZExtValue());
2267       BinaryOperator *NewIncr = 
2268         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
2269                                  Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
2270                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2271
2272       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2273       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2274
2275       /* Remove cast operation */
2276       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2277       ShadowUse->eraseFromParent();
2278       NumShadow++;
2279       break;
2280     }
2281   }
2282 }
2283
2284 /// OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2285 /// uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2286 /// common indvars for the different uses.
2287 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2288   // TODO: implement optzns here.
2289
2290   OptimizeShadowIV(L);
2291 }
2292
2293 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the 
2294 /// postinc iv when possible.
2295 void LoopStrengthReduce::OptimizeLoopTermCond(Loop *L) {
2296   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2297   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2298   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2299   // one register value.
2300   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2301   BasicBlock *ExitingBlock = L->getExitingBlock();
2302   LLVMContext &Context = LatchBlock->getContext();
2303   
2304   if (!ExitingBlock)
2305     // Multiple exits, just look at the exit in the latch block if there is one.
2306     ExitingBlock = LatchBlock;
2307   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2308   if (!TermBr)
2309     return;
2310   if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2311     return;
2312
2313   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2314   IVStrideUse *CondUse = 0;
2315   const SCEV *const *CondStride = 0;
2316   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2317   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2318     return; // setcc doesn't use the IV.
2319
2320   if (ExitingBlock != LatchBlock) {
2321     if (!Cond->hasOneUse())
2322       // See below, we don't want the condition to be cloned.
2323       return;
2324
2325     // If exiting block is the latch block, we know it's safe and profitable to
2326     // transform the icmp to use post-inc iv. Otherwise do so only if it would
2327     // not reuse another iv and its iv would be reused by other uses. We are
2328     // optimizing for the case where the icmp is the only use of the iv.
2329     IVUsersOfOneStride &StrideUses = *IU->IVUsesByStride[*CondStride];
2330     for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = StrideUses.Users.begin(),
2331          E = StrideUses.Users.end(); I != E; ++I) {
2332       if (I->getUser() == Cond)
2333         continue;
2334       if (!I->isUseOfPostIncrementedValue())
2335         return;
2336     }
2337
2338     // FIXME: This is expensive, and worse still ChangeCompareStride does a
2339     // similar check. Can we perform all the icmp related transformations after
2340     // StrengthReduceStridedIVUsers?
2341     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride)) {
2342       int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
2343       for (unsigned NewStride = 0, ee = IU->StrideOrder.size(); NewStride != ee;
2344            ++NewStride) {
2345         std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2346           IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
2347         if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || SI->first == *CondStride)
2348           continue;
2349         int64_t SSInt =
2350           cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
2351         if (SSInt == SInt)
2352           return; // This can definitely be reused.
2353         if (unsigned(abs64(SSInt)) < SInt || (SSInt % SInt) != 0)
2354           continue;
2355         int64_t Scale = SSInt / SInt;
2356         bool AllUsesAreAddresses = true;
2357         bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2358         std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2359         const SCEV *CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
2360                                                 AllUsesAreAddresses,
2361                                                 AllUsesAreOutsideLoop,
2362                                                 UsersToProcess);
2363         // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2364         // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2365         // stride of the compare instruction.
2366         if (AllUsesAreAddresses &&
2367             ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2368           return;
2369       }
2370     }
2371
2372     StrideNoReuse.insert(*CondStride);
2373   }
2374
2375   // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
2376   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2377   // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
2378   Cond = OptimizeMax(L, Cond, CondUse);
2379
2380   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2381   // eliminate one stride.
2382   if (ExitingBlock == LatchBlock)
2383     Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2384
2385   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2386   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2387   // the latch block branch, move it.
2388   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2389     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2390       Cond->moveBefore(TermBr);
2391     } else {
2392       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2393       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone(Context));
2394       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2395       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2396       
2397       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2398       IU->IVUsesByStride[*CondStride]->addUser(CondUse->getOffset(), Cond,
2399                                              CondUse->getOperandValToReplace());
2400       CondUse = &IU->IVUsesByStride[*CondStride]->Users.back();
2401     }
2402   }
2403
2404   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2405   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2406   // live ranges for the IV correctly.
2407   CondUse->setOffset(SE->getMinusSCEV(CondUse->getOffset(), *CondStride));
2408   CondUse->setIsUseOfPostIncrementedValue(true);
2409   Changed = true;
2410
2411   ++NumLoopCond;
2412 }
2413
2414 /// OptimizeLoopCountIV - If, after all sharing of IVs, the IV used for deciding
2415 /// when to exit the loop is used only for that purpose, try to rearrange things
2416 /// so it counts down to a test against zero.
2417 void LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIV(Loop *L) {
2418
2419   // If the number of times the loop is executed isn't computable, give up.
2420   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2421   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2422     return;
2423
2424   // Get the terminating condition for the loop if possible (this isn't
2425   // necessarily in the latch, or a block that's a predecessor of the header).
2426   if (!L->getExitBlock())
2427     return; // More than one loop exit blocks.
2428
2429   // Okay, there is one exit block.  Try to find the condition that causes the
2430   // loop to be exited.
2431   BasicBlock *ExitingBlock = L->getExitingBlock();
2432   if (!ExitingBlock)
2433     return; // More than one block exiting!
2434
2435   LLVMContext &Context = ExitingBlock->getContext();
2436
2437   // Okay, we've computed the exiting block.  See what condition causes us to
2438   // exit.
2439   //
2440   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
2441   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2442   if (TermBr == 0) return;
2443   assert(TermBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
2444   if (!isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2445     return;
2446   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2447
2448   // Handle only tests for equality for the moment, and only stride 1.
2449   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ)
2450     return;
2451   const SCEV *IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2452   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2453   const SCEV *One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2454   if (!AR || !AR->isAffine() || AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2455     return;
2456   // If the RHS of the comparison is defined inside the loop, the rewrite
2457   // cannot be done.
2458   if (Instruction *CR = dyn_cast<Instruction>(Cond->getOperand(1)))
2459     if (L->contains(CR->getParent()))
2460       return;
2461
2462   // Make sure the IV is only used for counting.  Value may be preinc or
2463   // postinc; 2 uses in either case.
2464   if (!Cond->getOperand(0)->hasNUses(2))
2465     return;
2466   PHINode *phi = dyn_cast<PHINode>(Cond->getOperand(0));
2467   Instruction *incr;
2468   if (phi && phi->getParent()==L->getHeader()) {
2469     // value tested is preinc.  Find the increment.
2470     // A CmpInst is not a BinaryOperator; we depend on this.
2471     Instruction::use_iterator UI = phi->use_begin();
2472     incr = dyn_cast<BinaryOperator>(UI);
2473     if (!incr)
2474       incr = dyn_cast<BinaryOperator>(++UI);
2475     // 1 use for postinc value, the phi.  Unnecessarily conservative?
2476     if (!incr || !incr->hasOneUse() || incr->getOpcode()!=Instruction::Add)
2477       return;
2478   } else {
2479     // Value tested is postinc.  Find the phi node.
2480     incr = dyn_cast<BinaryOperator>(Cond->getOperand(0));
2481     if (!incr || incr->getOpcode()!=Instruction::Add)
2482       return;
2483
2484     Instruction::use_iterator UI = Cond->getOperand(0)->use_begin();
2485     phi = dyn_cast<PHINode>(UI);
2486     if (!phi)
2487       phi = dyn_cast<PHINode>(++UI);
2488     // 1 use for preinc value, the increment.
2489     if (!phi || phi->getParent()!=L->getHeader() || !phi->hasOneUse())
2490       return;
2491   }
2492
2493   // Replace the increment with a decrement.
2494   BinaryOperator *decr = 
2495     BinaryOperator::Create(Instruction::Sub, incr->getOperand(0),
2496                            incr->getOperand(1), "tmp", incr);
2497   incr->replaceAllUsesWith(decr);
2498   incr->eraseFromParent();
2499
2500   // Substitute endval-startval for the original startval, and 0 for the
2501   // original endval.  Since we're only testing for equality this is OK even 
2502   // if the computation wraps around.
2503   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2504   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
2505   int inBlock = L->contains(phi->getIncomingBlock(0)) ? 1 : 0;
2506   Value *startVal = phi->getIncomingValue(inBlock);
2507   Value *endVal = Cond->getOperand(1);
2508   // FIXME check for case where both are constant
2509   Constant* Zero = Context.getConstantInt(Cond->getOperand(1)->getType(), 0);
2510   BinaryOperator *NewStartVal = 
2511     BinaryOperator::Create(Instruction::Sub, endVal, startVal,
2512                            "tmp", PreInsertPt);
2513   phi->setIncomingValue(inBlock, NewStartVal);
2514   Cond->setOperand(1, Zero);
2515
2516   Changed = true;
2517 }
2518
2519 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2520
2521   IU = &getAnalysis<IVUsers>();
2522   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2523   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2524   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2525   Changed = false;
2526
2527   if (!IU->IVUsesByStride.empty()) {
2528 #ifndef NDEBUG
2529     DOUT << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getNameStart()
2530          << "\" ";
2531     DEBUG(L->dump());
2532 #endif
2533
2534     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2535     std::stable_sort(IU->StrideOrder.begin(), IU->StrideOrder.end(),
2536                      StrideCompare(SE));
2537
2538     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2539     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2540     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2541     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2542     OptimizeIndvars(L);
2543
2544     // Change loop terminating condition to use the postinc iv when possible
2545     // and optimize loop terminating compare. FIXME: Move this after
2546     // StrengthReduceStridedIVUsers?
2547     OptimizeLoopTermCond(L);
2548
2549     // FIXME: We can shrink overlarge IV's here.  e.g. if the code has
2550     // computation in i64 values and the target doesn't support i64, demote
2551     // the computation to 32-bit if safe.
2552
2553     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2554     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2555     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2556     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2557     // intptr_t indvars.
2558
2559     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2560     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2561
2562     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2563     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2564     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2565     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2566     // strides deterministic - not dependent on map order.
2567     for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
2568          Stride != e; ++Stride) {
2569       std::map<const SCEV *, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2570         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
2571       assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2572       // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
2573       if (!SI->first->isLoopInvariant(L))
2574         continue;
2575       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, *SI->second, L);
2576     }
2577   }
2578
2579   // After all sharing is done, see if we can adjust the loop to test against
2580   // zero instead of counting up to a maximum.  This is usually faster.
2581   OptimizeLoopCountIV(L);
2582
2583   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2584   IVsByStride.clear();
2585   StrideNoReuse.clear();
2586
2587   // Clean up after ourselves
2588   if (!DeadInsts.empty())
2589     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2590
2591   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
2592   // dead, so that we can remove them as well.
2593   DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
2594
2595   return Changed;
2596 }