7540f44e4e7b11ce540a567618a615c3ed72efe0
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Nate Begeman and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/Type.h"
23 #include "llvm/DerivedTypes.h"
24 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
25 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
27 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
28 #include "llvm/Support/CFG.h"
29 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
30 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
32 #include "llvm/Target/TargetData.h"
33 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
34 #include "llvm/Support/Debug.h"
35 #include "llvm/Support/Compiler.h"
36 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
37 #include <algorithm>
38 #include <set>
39 using namespace llvm;
40
41 STATISTIC(NumReduced , "Number of GEPs strength reduced");
42 STATISTIC(NumInserted, "Number of PHIs inserted");
43 STATISTIC(NumVariable, "Number of PHIs with variable strides");
44
45 namespace {
46
47   struct BasedUser;
48
49   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
50   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
51   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and 'Operand'
52   /// is the operand # of the User that is the use.
53   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
54     SCEVHandle Offset;
55     Instruction *User;
56     Value *OperandValToReplace;
57
58     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
59     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
60     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
61     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
62     bool isUseOfPostIncrementedValue;
63     
64     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
65       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
66         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
67   };
68   
69   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
70   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
71   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
72   /// structure.
73   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
74     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
75     /// initial value and the operand that uses the IV.
76     std::vector<IVStrideUse> Users;
77     
78     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
79       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
80     }
81   };
82
83   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
84   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
85   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
86   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
87     SCEVHandle  Stride;
88     SCEVHandle  Base;
89     PHINode    *PHI;
90     Value      *IncV;
91
92     IVExpr()
93       : Stride(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty)),
94         Base  (SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty)) {}
95     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
96            Value *incv)
97       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
98   };
99
100   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
101   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
102   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
103     std::vector<IVExpr> IVs;
104
105     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
106                Value *IncV) {
107       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
108     }
109   };
110
111   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
112     LoopInfo *LI;
113     ETForest *EF;
114     ScalarEvolution *SE;
115     const TargetData *TD;
116     const Type *UIntPtrTy;
117     bool Changed;
118
119     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
120     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
121     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
122
123     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
124     /// particular stride.
125     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
126
127     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
128     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
129     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
130     std::vector<SCEVHandle> StrideOrder;
131
132     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
133     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
134     /// getCastedVersionOf.
135     std::map<Value*, Value*> CastedPointers;
136
137     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
138     /// we can remove them after we are done working.
139     std::set<Instruction*> DeadInsts;
140
141     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
142     /// transformation profitability.
143     const TargetLowering *TLI;
144
145   public:
146     LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : TLI(tli) {
147     }
148
149     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
150
151     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
152       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
153       // many analyses if they are around.
154       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
155       AU.addPreserved<LoopInfo>();
156       AU.addPreserved<ETForest>();
157       AU.addPreserved<ImmediateDominators>();
158       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
159       AU.addPreserved<DominatorTree>();
160
161       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
162       AU.addRequired<LoopInfo>();
163       AU.addRequired<ETForest>();
164       AU.addRequired<TargetData>();
165       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
166     }
167     
168     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
169     ///
170     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
171 private:
172     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
173                                std::set<Instruction*> &Processed);
174     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E, Loop *L);
175
176     void OptimizeIndvars(Loop *L);
177     bool FindIVForUser(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
178                        const SCEVHandle *&CondStride);
179
180     unsigned CheckForIVReuse(const SCEVHandle&, IVExpr&, const Type*,
181                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
182
183     bool ValidStride(int64_t, const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
184
185     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
186                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
187                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
188     void DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts);
189   };
190   RegisterPass<LoopStrengthReduce> X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
191 }
192
193 LoopPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
194   return new LoopStrengthReduce(TLI);
195 }
196
197 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
198 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
199 ///
200 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
201                                               Value *V) {
202   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
203   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
204     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
205
206   Value *&New = CastedPointers[V];
207   if (New) return New;
208   
209   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
210   DeadInsts.insert(cast<Instruction>(New));
211   return New;
212 }
213
214
215 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
216 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
217 /// their operands subsequently dead.
218 void LoopStrengthReduce::
219 DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts) {
220   while (!Insts.empty()) {
221     Instruction *I = *Insts.begin();
222     Insts.erase(Insts.begin());
223     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
224       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
225         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
226           Insts.insert(U);
227       SE->deleteInstructionFromRecords(I);
228       I->eraseFromParent();
229       Changed = true;
230     }
231   }
232 }
233
234
235 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
236 /// instruction.
237 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp, Loop *L) {
238   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
239   // operand.
240   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
241     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
242       return SE->getSCEV(BCI);
243     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)), L);
244     SE->setSCEV(BCI, R);
245     return R;
246   }
247
248   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
249   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
250   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
251   // SE figure it out.
252   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
253   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
254     return SE->getSCEV(Exp);
255     
256   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
257   // for uses that are determined by the trip count of L.  First, skip all
258   // operands the are not dependent on the IV.
259
260   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
261   // uintptr_t first.
262   SCEVHandle GEPVal = SCEVUnknown::get(
263       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
264
265   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
266   
267   for (unsigned i = 1, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
268     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
269     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
270     // operand.
271     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
272       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
273       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))->getZExtValue();
274       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
275       GEPVal = SCEVAddExpr::get(GEPVal,
276                                 SCEVUnknown::getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
277     } else {
278       unsigned GEPOpiBits = 
279         GEP->getOperand(i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
280       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
281       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
282           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
283             Instruction::BitCast));
284       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, GEP->getOperand(i));
285       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
286
287       uint64_t TypeSize = TD->getTypeSize(GTI.getIndexedType());
288       if (TypeSize != 1)
289         Idx = SCEVMulExpr::get(Idx,
290                                SCEVConstant::get(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
291                                                                    TypeSize)));
292       GEPVal = SCEVAddExpr::get(GEPVal, Idx);
293     }
294   }
295
296   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
297   return GEPVal;
298 }
299
300 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
301 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
302 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
303 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
304 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
305                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride) {
306   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
307
308   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
309   // for a nested AddRecExpr.
310   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
311     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
312       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
313              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
314         if (AddRec->getLoop() == L)
315           TheAddRec = SCEVAddExpr::get(AddRec, TheAddRec);
316         else
317           return false;  // Nested IV of some sort?
318       } else {
319         Start = SCEVAddExpr::get(Start, AE->getOperand(i));
320       }
321         
322   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
323     TheAddRec = SH;
324   } else {
325     return false;  // not analyzable.
326   }
327   
328   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
329   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
330   
331   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
332   if (!AddRec->isAffine()) return false;
333
334   Start = SCEVAddExpr::get(Start, AddRec->getOperand(0));
335   
336   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
337     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
338          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
339
340   Stride = AddRec->getOperand(1);
341   return true;
342 }
343
344 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
345 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
346 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
347 ///
348 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
349 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
350 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
351 /// should use the post-inc value).
352 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
353                                        Loop *L, ETForest *EF, Pass *P) {
354   // If the user is in the loop, use the preinc value.
355   if (L->contains(User->getParent())) return false;
356   
357   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
358   
359   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
360   // block, use the post-inc value.
361   if (EF->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
362     return true;
363
364   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
365   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
366   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
367   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
368   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
369   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
370   
371   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
372   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
373   // preincremented value.
374   unsigned NumUses = 0;
375   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
376     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
377       ++NumUses;
378       if (!EF->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
379         return false;
380     }
381
382   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
383   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
384   // post-incremented value.
385   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
386     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
387       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P,
388                         true);
389       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
390       // PHI.
391       e = PN->getNumIncomingValues();
392       if (--NumUses == 0) break;
393     }
394   
395   return true;
396 }
397
398   
399
400 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
401 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
402 /// return true.  Otherwise, return false.
403 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
404                                             std::set<Instruction*> &Processed) {
405   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
406       return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
407   if (!Processed.insert(I).second)
408     return true;    // Instruction already handled.
409   
410   // Get the symbolic expression for this instruction.
411   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I, L);
412   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
413   
414   // Get the start and stride for this expression.
415   SCEVHandle Start = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
416   SCEVHandle Stride = Start;
417   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride))
418     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
419
420   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;) {
421     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
422
423     // Increment iterator now because IVUseShouldUsePostIncValue may remove 
424     // User from the list of I users.
425     ++UI;
426
427     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
428     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
429       continue;
430
431     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
432     // don't recurse into it.
433     bool AddUserToIVUsers = false;
434     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
435       DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
436            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
437       AddUserToIVUsers = true;
438     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
439       DOUT << "FOUND USER: " << *User
440            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
441       AddUserToIVUsers = true;
442     }
443
444     if (AddUserToIVUsers) {
445       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
446       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
447         StrideOrder.push_back(Stride);
448       
449       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
450       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
451       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
452       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, EF, this)) {
453         // The value used will be incremented by the stride more than we are
454         // expecting, so subtract this off.
455         SCEVHandle NewStart = SCEV::getMinusSCEV(Start, Stride);
456         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
457         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
458         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
459       } else {        
460         StrideUses.addUser(Start, User, I);
461       }
462     }
463   }
464   return true;
465 }
466
467 namespace {
468   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
469   /// partitioned the expression so far.
470   struct BasedUser {
471     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
472     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
473     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
474     /// field.
475     SCEVHandle Base;
476     
477     /// Inst - The instruction using the induction variable.
478     Instruction *Inst;
479
480     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
481     /// EmittedBase.
482     Value *OperandValToReplace;
483
484     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
485     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
486     /// instruction.
487     SCEVHandle Imm;
488
489     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
490     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
491     Value *EmittedBase;
492
493     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
494     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
495     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
496     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
497     // the loop.
498     bool isUseOfPostIncrementedValue;
499     
500     BasedUser(IVStrideUse &IVSU)
501       : Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
502         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
503         Imm(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
504         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
505
506     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
507     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
508     // to it.
509     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
510                                         SCEVExpander &Rewriter, Loop *L,
511                                         Pass *P);
512     
513     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
514                                        SCEVExpander &Rewriter,
515                                        Instruction *IP, Loop *L);
516     void dump() const;
517   };
518 }
519
520 void BasedUser::dump() const {
521   cerr << " Base=" << *Base;
522   cerr << " Imm=" << *Imm;
523   if (EmittedBase)
524     cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
525
526   cerr << "   Inst: " << *Inst;
527 }
528
529 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
530                                               SCEVExpander &Rewriter,
531                                               Instruction *IP, Loop *L) {
532   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
533   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
534   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
535   // many loops as possible.
536   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
537   Instruction *BaseInsertPt = IP;
538   
539   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
540   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
541   
542   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
543   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
544   while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
545     BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
546     InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
547   }
548   
549   // If there is no immediate value, skip the next part.
550   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
551     if (SC->getValue()->isZero())
552       return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt,
553                                     OperandValToReplace->getType());
554
555   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
556   
557   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
558   SCEVHandle NewValSCEV = SCEVAddExpr::get(SCEVUnknown::get(Base), Imm);
559   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP,
560                                 OperandValToReplace->getType());
561 }
562
563
564 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
565 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
566 // to it.
567 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
568                                                SCEVExpander &Rewriter,
569                                                Loop *L, Pass *P) {
570   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
571     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, Inst, L);
572     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
573     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
574     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
575     return;
576   }
577   
578   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
579   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
580   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
581   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
582   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
583   std::map<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
584   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
585   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
586     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
587       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
588       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
589       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
590       // be in an illegal position.
591       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
592       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
593           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
594         
595         // First step, split the critical edge.
596         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, true);
597             
598         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
599         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
600         // move the block to be immediately before the PHI block, not
601         // immediately after PredTI.
602         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
603           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
604           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
605         }
606         
607         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
608         e = PN->getNumIncomingValues();
609       }
610
611       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
612       if (!Code) {
613         // Insert the code into the end of the predecessor block.
614         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
615         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
616       }
617       
618       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
619       PN->setIncomingValue(i, Code);
620       Rewriter.clear();
621     }
622   }
623   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
624 }
625
626
627 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
628 /// immediate field of a target instruction.
629 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
630                              const TargetLowering *TLI) {
631   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
632     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
633     if (TLI) {
634       TargetLowering::AddrMode AM;
635       AM.BaseOffs = VC;
636       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
637     } else {
638       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
639       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
640     }
641   }
642
643   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
644     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
645       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
646         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
647         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
648           TargetLowering::AddrMode AM;
649           AM.BaseGV = GV;
650           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
651         }
652       }
653   return false;
654 }
655
656 /// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
657 /// loop varying to the Imm operand.
658 static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
659                                             Loop *L) {
660   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
661   
662   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
663     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
664     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
665     
666     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
667       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
668         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
669         // field of the expression.
670         Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, SAE->getOperand(i));
671       } else {
672         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
673       }
674
675     if (NewOps.empty())
676       Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
677     else
678       Val = SCEVAddExpr::get(NewOps);
679   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
680     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
681     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
682     MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L);
683     
684     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
685     Ops[0] = Start;
686     Val = SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop());
687   } else {
688     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
689     Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, Val);
690     Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
691   }
692 }
693
694
695 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
696 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
697 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
698 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
699                                 Instruction *User,
700                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
701                                 bool isAddress, Loop *L) {
702   const Type *UseTy = User->getType();
703   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
704     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
705
706   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
707     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
708     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
709     
710     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
711       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
712       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L);
713       
714       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
715         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
716         // field of the expression.
717         Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, NewOp);
718       } else {
719         NewOps.push_back(NewOp);
720       }
721     }
722
723     if (NewOps.empty())
724       Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
725     else
726       Val = SCEVAddExpr::get(NewOps);
727     return;
728   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
729     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
730     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
731     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L);
732     
733     if (Start != SARE->getStart()) {
734       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
735       Ops[0] = Start;
736       Val = SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop());
737     }
738     return;
739   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
740     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
741     if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), UseTy, TLI) &&
742         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
743
744       SCEVHandle SubImm = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
745       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
746       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L);
747       
748       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
749       // simplify this!
750       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
751         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
752         // good.
753         SubImm = SCEVMulExpr::get(SubImm, SME->getOperand(0));
754         if (isTargetConstant(SubImm, UseTy, TLI)) {
755           // Accumulate the immediate.
756           Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, SubImm);
757           
758           // Update what is left of 'Val'.
759           Val = SCEVMulExpr::get(SME->getOperand(0), NewOp);
760           return;
761         }
762       }
763     }
764   }
765
766   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
767   // expression.
768   if ((isAddress && isTargetConstant(Val, UseTy, TLI)) ||
769       !Val->isLoopInvariant(L)) {
770     Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, Val);
771     Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
772     return;
773   }
774
775   // Otherwise, no immediates to move.
776 }
777
778
779 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
780 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
781 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
782 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
783                              SCEVHandle Expr) {
784   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
785     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
786       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j));
787   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
788     SCEVHandle Zero = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
789     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
790       SubExprs.push_back(Expr);
791     } else {
792       // Compute the addrec with zero as its base.
793       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
794       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
795       SubExprs.push_back(SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop()));
796       
797
798       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0));
799     }
800   } else if (!isa<SCEVConstant>(Expr) ||
801              !cast<SCEVConstant>(Expr)->getValue()->isZero()) {
802     // Do not add zero.
803     SubExprs.push_back(Expr);
804   }
805 }
806
807
808 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
809 /// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
810 /// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
811 /// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
812 static SCEVHandle 
813 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses) {
814   unsigned NumUses = Uses.size();
815
816   // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
817   SCEVHandle Zero = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
818   SCEVHandle Result = Zero;
819   if (NumUses == 1) {
820     std::swap(Result, Uses[0].Base);
821     return Result;
822   }
823
824   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
825   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
826   std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
827   
828   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
829   // order we see them.
830   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
831
832   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
833   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
834     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
835     // CSEs we can find.
836     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
837
838     // Split the expression into subexprs.
839     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base);
840     // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
841     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
842       if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
843         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
844     SubExprs.clear();
845   }
846
847   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
848   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
849   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
850     std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
851        SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
852     assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
853     if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
854       Result = SCEVAddExpr::get(Result, I->first);
855     } else {
856       // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
857       SubExpressionUseCounts.erase(I);
858     }
859   }
860   
861   // If we found no CSE's, return now.
862   if (Result == Zero) return Result;
863   
864   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
865   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
866     // Split the expression into subexprs.
867     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base);
868
869     // Remove any common subexpressions.
870     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
871       if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
872         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
873         --j; --e;
874       }
875     
876     // Finally, the non-shared expressions together.
877     if (SubExprs.empty())
878       Uses[i].Base = Zero;
879     else
880       Uses[i].Base = SCEVAddExpr::get(SubExprs);
881     SubExprs.clear();
882   }
883  
884   return Result;
885 }
886
887 /// isZero - returns true if the scalar evolution expression is zero.
888 ///
889 static bool isZero(SCEVHandle &V) {
890   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
891     return SC->getValue()->isZero();
892   return false;
893 }
894
895 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
896 /// stores in UsersToProcess.
897 ///
898 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(int64_t Scale, 
899                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
900   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
901     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
902     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
903     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
904       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
905     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
906       AccessTy = LI->getType();
907     
908     TargetLowering::AddrMode AM;
909     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
910       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
911     AM.Scale = Scale;
912
913     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
914     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
915       return false;
916   }
917   return true;
918 }
919
920 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
921 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
922 /// mode scale component. This allows the users of this stride to be rewritten
923 /// as prev iv * factor. It returns 0 if no reuse is possible.
924 unsigned LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(const SCEVHandle &Stride, 
925                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
926                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
927   if (!TLI) return 0;
928
929   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
930     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
931     if (SInt == 1) return 0;
932
933     for (std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI= IVsByStride.begin(),
934            SE = IVsByStride.end(); SI != SE; ++SI) {
935       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
936       if (SInt != -SSInt &&
937           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
938         continue;
939       int64_t Scale = SInt / SSInt;
940       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
941       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
942       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
943       // anyway.
944       if (ValidStride(Scale, UsersToProcess))
945         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
946                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
947           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
948           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
949           if (isZero(II->Base) && II->Base->getType() == Ty) {
950             IV = *II;
951             return Scale;
952           }
953     }
954   }
955   return 0;
956 }
957
958 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
959 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
960 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
961   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
962 }
963
964 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
965 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
966 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
967 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
968                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
969                                                       Loop *L,
970                                                       bool isOnlyStride) {
971   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
972   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
973   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
974   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
975   // have the full access expression to rewrite the use.
976   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
977   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
978   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
979     UsersToProcess.push_back(Uses.Users[i]);
980     
981     // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
982     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
983     // computed.
984     MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
985                                     UsersToProcess.back().Imm, L);
986     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
987            "Base value is not loop invariant!");
988   }
989
990   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
991   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
992   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
993   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
994   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
995   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
996   // UsersToProcess base values.
997   SCEVHandle CommonExprs =
998     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess);
999   
1000   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1001   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1002   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1003   // of the remaining uses.
1004   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1005     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1006     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1007     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1008     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1009       UsersToProcess[i].Imm = SCEVAddExpr::get(UsersToProcess[i].Imm,
1010                                                UsersToProcess[i].Base);
1011       UsersToProcess[i].Base = 
1012         SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1013     } else {
1014       
1015       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1016       // the store is through the expression, not of the expression though.
1017       bool isAddress = isa<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst);
1018       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1019         if (SI->getOperand(1) == UsersToProcess[i].OperandValToReplace)
1020           isAddress = true;
1021       
1022       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1023                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L);
1024     }
1025   }
1026
1027   // Check if it is possible to reuse a IV with stride that is factor of this
1028   // stride. And the multiple is a number that can be encoded in the scale
1029   // field of the target addressing mode.  And we will have a valid
1030   // instruction after this substition, including the immediate field, if any.
1031   PHINode *NewPHI = NULL;
1032   Value   *IncV   = NULL;
1033   IVExpr   ReuseIV;
1034   unsigned RewriteFactor = CheckForIVReuse(Stride, ReuseIV,
1035                                            CommonExprs->getType(),
1036                                            UsersToProcess);
1037   if (RewriteFactor != 0) {
1038     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1039          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
1040     NewPHI = ReuseIV.PHI;
1041     IncV   = ReuseIV.IncV;
1042   }
1043
1044   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1045   
1046   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1047   //
1048   DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1049        << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << " :\n";
1050
1051   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1052   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1053   
1054   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1055   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1056   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1057   
1058   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1059
1060
1061   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1062   Value *CommonBaseV
1063     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt,
1064                                       ReplacedTy);
1065
1066   if (RewriteFactor == 0) {
1067     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1068     NewPHI = new PHINode(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1069     ++NumInserted;
1070   
1071     // Add common base to the new Phi node.
1072     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1073
1074     // Insert the stride into the preheader.
1075     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Stride, PreInsertPt,
1076                                                      ReplacedTy);
1077     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1078
1079     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1080     // latch block, and add it to the Phi node.
1081     SCEVHandle IncExp = SCEVAddExpr::get(SCEVUnknown::get(NewPHI),
1082                                          SCEVUnknown::get(StrideV));
1083   
1084     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator(),
1085                                   ReplacedTy);
1086     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1087     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1088
1089     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1090     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1091   } else {
1092     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1093     if (!C ||
1094         (!C->isNullValue() &&
1095          !isTargetConstant(SCEVUnknown::get(CommonBaseV), ReplacedTy, TLI)))
1096       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1097       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1098       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1099                                     "commonbase", PreInsertPt);
1100   }
1101
1102   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1103   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1104   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1105   // vector (so we handle them first).
1106   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1107                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1108   
1109   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1110   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1111   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1112   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1113   //
1114   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1115   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1116   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1117   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1118   // ==.
1119   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1120     // Get a base value.
1121     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1122     
1123     // Compact everything with this base to be consequetive with this one.
1124     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1125       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1126         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1127         ++i;
1128       }
1129     }
1130   }
1131
1132   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1133   // loop handles all users of a particular base.
1134   while (!UsersToProcess.empty()) {
1135     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1136
1137     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":\n";
1138    
1139     // Emit the code for Base into the preheader.
1140     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt,
1141                                                    ReplacedTy);
1142     
1143     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1144     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1145     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1146     // in this case.
1147     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1148       if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, ReplacedTy, TLI)) {
1149         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1150         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1151         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1152                              PreInsertPt);       
1153       }
1154     }
1155
1156     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1157     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1158     do {
1159       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1160       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1161
1162       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1163       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1164       Value *RewriteOp = NewPHI;
1165       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1166         RewriteOp = IncV;
1167
1168         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1169         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1170         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1171           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1172       }
1173       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1174         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1175         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1176             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1177           opcode = Instruction::BitCast;
1178         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1179       }
1180
1181       SCEVHandle RewriteExpr = SCEVUnknown::get(RewriteOp);
1182
1183       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1184       // to have the code emitted where we expect it.
1185       Rewriter.clear();
1186
1187       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1188       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1189       if (RewriteFactor != 0) {
1190         RewriteExpr =
1191           SCEVMulExpr::get(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1192                                                        RewriteExpr->getType()),
1193                            RewriteExpr);
1194
1195         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1196         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1197         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1198         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1199             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
1200           RewriteExpr = SCEVAddExpr::get(RewriteExpr,
1201                                          SCEVUnknown::get(CommonBaseV));
1202       }
1203
1204       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1205       // immediate and any loop-variant expressions.
1206       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1207         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1208         RewriteExpr = SCEVAddExpr::get(RewriteExpr, SCEVUnknown::get(BaseV));
1209
1210       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, Rewriter, L, this);
1211
1212       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
1213       // if we just replaced the last use of that value.
1214       DeadInsts.insert(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1215
1216       UsersToProcess.pop_back();
1217       ++NumReduced;
1218
1219       // If there are any more users to process with the same base, process them
1220       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1221     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1222     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1223   }
1224
1225   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1226   // different starting values, into different PHIs.
1227 }
1228
1229 /// FindIVForUser - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1230 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1231 /// false.
1232 bool LoopStrengthReduce::FindIVForUser(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1233                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1234   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1235        ++Stride) {
1236     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1237     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1238     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1239     
1240     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1241          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1242       if (UI->User == Cond) {
1243         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1244         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1245         // occurs enough in real life to handle.
1246         CondUse = &*UI;
1247         CondStride = &SI->first;
1248         return true;
1249       }
1250   }
1251   return false;
1252 }    
1253
1254 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
1255 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
1256 // common indvars for the different uses.
1257 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
1258   // TODO: implement optzns here.
1259
1260   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1261   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1262   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1263   // one register value.
1264   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
1265   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1266   BasicBlock *LatchBlock =
1267    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
1268   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
1269   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
1270       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1271     return;
1272   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1273
1274   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1275   IVStrideUse *CondUse = 0;
1276   const SCEVHandle *CondStride = 0;
1277
1278   if (!FindIVForUser(Cond, CondUse, CondStride))
1279     return; // setcc doesn't use the IV.
1280   
1281
1282   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1283   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1284   // the latch block branch, move it.
1285   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
1286     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
1287       Cond->moveBefore(TermBr);
1288     } else {
1289       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
1290       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1291       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1292       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1293       
1294       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1295       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
1296                                          CondUse->OperandValToReplace);
1297       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
1298     }
1299   }
1300
1301   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1302   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1303   // live ranges for the IV correctly.
1304   CondUse->Offset = SCEV::getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
1305   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
1306 }
1307
1308 namespace {
1309   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1310   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1311   // e.g.
1312   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1313   struct StrideCompare {
1314     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1315       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1316       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1317       if (LHSC && RHSC) {
1318         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1319         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1320         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1321         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1322         if (ALV == ARV)
1323           return LV > RV;
1324         else
1325           return ALV < ARV;
1326       }
1327       return (LHSC && !RHSC);
1328     }
1329   };
1330 }
1331
1332 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
1333
1334   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1335   EF = &getAnalysis<ETForest>();
1336   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1337   TD = &getAnalysis<TargetData>();
1338   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
1339
1340   // Find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
1341   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
1342   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
1343   std::set<Instruction*> Processed;   // Don't reprocess instructions.
1344   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
1345     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
1346
1347   // If we have nothing to do, return.
1348   if (IVUsesByStride.empty()) return false;
1349
1350   // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
1351   // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
1352   // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
1353   // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
1354   OptimizeIndvars(L);
1355
1356
1357   // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
1358   // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
1359
1360   // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
1361   // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should be
1362   // codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.  Need
1363   // to be careful that IV's are all the same type.  Only works for intptr_t
1364   // indvars.
1365
1366   // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some things.
1367   bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
1368
1369 #ifndef NDEBUG
1370   DOUT << "\nLSR on ";
1371   DEBUG(L->dump());
1372 #endif
1373
1374   // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
1375   IVsByStride.clear();
1376
1377   // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
1378   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1379
1380   // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users passed
1381   // into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.  Also,
1382   // node that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using StrideOrder.
1383   // This extra layer of indirection makes the ordering of strides deterministic
1384   // - not dependent on map order.
1385   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1386     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1387       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1388     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1389     StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
1390   }
1391
1392   // Clean up after ourselves
1393   if (!DeadInsts.empty()) {
1394     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1395
1396     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1397     PHINode *PN;
1398     while ((PN = dyn_cast<PHINode>(I))) {
1399       ++I;  // Preincrement iterator to avoid invalidating it when deleting PN.
1400       
1401       // At this point, we know that we have killed one or more GEP
1402       // instructions.  It is worth checking to see if the cann indvar is also
1403       // dead, so that we can remove it as well.  The requirements for the cann
1404       // indvar to be considered dead are:
1405       // 1. the cann indvar has one use
1406       // 2. the use is an add instruction
1407       // 3. the add has one use
1408       // 4. the add is used by the cann indvar
1409       // If all four cases above are true, then we can remove both the add and
1410       // the cann indvar.
1411       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
1412       // compared against some value to decide loop termination.
1413       if (PN->hasOneUse()) {
1414         Instruction *BO = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
1415         if (BO && (isa<BinaryOperator>(BO) || isa<CmpInst>(BO))) {
1416           if (BO->hasOneUse() && PN == *(BO->use_begin())) {
1417             DeadInsts.insert(BO);
1418             // Break the cycle, then delete the PHI.
1419             PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1420             SE->deleteInstructionFromRecords(PN);
1421             PN->eraseFromParent();
1422           }
1423         }
1424       }
1425     }
1426     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1427   }
1428
1429   CastedPointers.clear();
1430   IVUsesByStride.clear();
1431   StrideOrder.clear();
1432   return false;
1433 }