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 // Terminology note: this code has a lot of handling for "post-increment" or
  21 // "post-inc" users. This is not talking about post-increment addressing modes;
  22 // it is instead talking about code like this:
  23 //
  24 //   %i = phi [ 0, %entry ], [ %i.next, %latch ]
  25 //   ...
  26 //   %i.next = add %i, 1
  27 //   %c = icmp eq %i.next, %n
  28 //
  29 // The SCEV for %i is {0,+,1}<%L>. The SCEV for %i.next is {1,+,1}<%L>, however
  30 // it's useful to think about these as the same register, with some uses using
  31 // the value of the register before the add and some using // it after. In this
  32 // example, the icmp is a post-increment user, since it uses %i.next, which is
  33 // the value of the induction variable after the increment. The other common
  34 // case of post-increment users is users outside the loop.
  35 //
  36 // TODO: More sophistication in the way Formulae are generated and filtered.
  37 //
  38 // TODO: Handle multiple loops at a time.
  39 //
  40 // TODO: Should TargetLowering::AddrMode::BaseGV be changed to a ConstantExpr
  41 //       instead of a GlobalValue?
  42 //
  43 // TODO: When truncation is free, truncate ICmp users' operands to make it a
  44 //       smaller encoding (on x86 at least).
  45 //
  46 // TODO: When a negated register is used by an add (such as in a list of
  47 //       multiple base registers, or as the increment expression in an addrec),
  48 //       we may not actually need both reg and (-1 * reg) in registers; the
  49 //       negation can be implemented by using a sub instead of an add. The
  50 //       lack of support for taking this into consideration when making
  51 //       register pressure decisions is partly worked around by the "Special"
  52 //       use kind.
  53 //
  54 //===----------------------------------------------------------------------===//
  55
  56 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
  57 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  58 #include "llvm/Constants.h"
  59 #include "llvm/Instructions.h"
  60 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  61 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  62 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
  63 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  64 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
  65 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
  66 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
  67 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  68 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  69 #include "llvm/ADT/SmallBitVector.h"
  70 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
  71 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
  72 #include "llvm/Support/Debug.h"
  73 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  74 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
  75 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  76 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  77 #include <algorithm>
  78 using namespace llvm;
  79
  80 static cl::opt<bool> EnableNested(
  81   "enable-lsr-nested", cl::Hidden, cl::desc("Enable LSR on nested loops"));
  82
  83 static cl::opt<bool> EnableRetry(
  84   "enable-lsr-retry", cl::Hidden, cl::desc("Enable LSR retry"));
  85
  86 // Temporary flag to cleanup congruent phis after LSR phi expansion.
  87 // It's currently disabled until we can determine whether it's truly useful or
  88 // not. The flag should be removed after the v3.0 release.
  89 static cl::opt<bool> EnablePhiElim(
  90   "enable-lsr-phielim", cl::Hidden, cl::desc("Enable LSR phi elimination"));
  91
  92 namespace {
  93
  94 /// RegSortData - This class holds data which is used to order reuse candidates.
  95 class RegSortData {
  96 public:
  97   /// UsedByIndices - This represents the set of LSRUse indices which reference
  98   /// a particular register.
  99   SmallBitVector UsedByIndices;
 100
 101   RegSortData() {}
 102
 103   void print(raw_ostream &OS) const;
 104   void dump() const;
 105 };
 106
 107 }
 108
 109 void RegSortData::print(raw_ostream &OS) const {
 110   OS << "[NumUses=" << UsedByIndices.count() << ']';
 111 }
 112
 113 void RegSortData::dump() const {
 114   print(errs()); errs() << '\n';
 115 }
 116
 117 namespace {
 118
 119 /// RegUseTracker - Map register candidates to information about how they are
 120 /// used.
 121 class RegUseTracker {
 122   typedef DenseMap<const SCEV *, RegSortData> RegUsesTy;
 123
 124   RegUsesTy RegUsesMap;
 125   SmallVector<const SCEV *, 16> RegSequence;
 126
 127 public:
 128   void CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
 129   void DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
 130   void SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx);
 131
 132   bool isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const;
 133
 134   const SmallBitVector &getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const;
 135
 136   void clear();
 137
 138   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator iterator;
 139   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator const_iterator;
 140   iterator begin() { return RegSequence.begin(); }
 141   iterator end()   { return RegSequence.end(); }
 142   const_iterator begin() const { return RegSequence.begin(); }
 143   const_iterator end() const   { return RegSequence.end(); }
 144 };
 145
 146 }
 147
 148 void
 149 RegUseTracker::CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
 150   std::pair<RegUsesTy::iterator, bool> Pair =
 151     RegUsesMap.insert(std::make_pair(Reg, RegSortData()));
 152   RegSortData &RSD = Pair.first->second;
 153   if (Pair.second)
 154     RegSequence.push_back(Reg);
 155   RSD.UsedByIndices.resize(std::max(RSD.UsedByIndices.size(), LUIdx + 1));
 156   RSD.UsedByIndices.set(LUIdx);
 157 }
 158
 159 void
 160 RegUseTracker::DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
 161   RegUsesTy::iterator It = RegUsesMap.find(Reg);
 162   assert(It != RegUsesMap.end());
 163   RegSortData &RSD = It->second;
 164   assert(RSD.UsedByIndices.size() > LUIdx);
 165   RSD.UsedByIndices.reset(LUIdx);
 166 }
 167
 168 void
 169 RegUseTracker::SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx) {
 170   assert(LUIdx <= LastLUIdx);
 171
 172   // Update RegUses. The data structure is not optimized for this purpose;
 173   // we must iterate through it and update each of the bit vectors.
 174   for (RegUsesTy::iterator I = RegUsesMap.begin(), E = RegUsesMap.end();
 175        I != E; ++I) {
 176     SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
 177     if (LUIdx < UsedByIndices.size())
 178       UsedByIndices[LUIdx] =
 179         LastLUIdx < UsedByIndices.size() ? UsedByIndices[LastLUIdx] : 0;
 180     UsedByIndices.resize(std::min(UsedByIndices.size(), LastLUIdx));
 181   }
 182 }
 183
 184 bool
 185 RegUseTracker::isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const {
 186   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
 187   if (I == RegUsesMap.end())
 188     return false;
 189   const SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
 190   int i = UsedByIndices.find_first();
 191   if (i == -1) return false;
 192   if ((size_t)i != LUIdx) return true;
 193   return UsedByIndices.find_next(i) != -1;
 194 }
 195
 196 const SmallBitVector &RegUseTracker::getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const {
 197   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
 198   assert(I != RegUsesMap.end() && "Unknown register!");
 199   return I->second.UsedByIndices;
 200 }
 201
 202 void RegUseTracker::clear() {
 203   RegUsesMap.clear();
 204   RegSequence.clear();
 205 }
 206
 207 namespace {
 208
 209 /// Formula - This class holds information that describes a formula for
 210 /// computing satisfying a use. It may include broken-out immediates and scaled
 211 /// registers.
 212 struct Formula {
 213   /// AM - This is used to represent complex addressing, as well as other kinds
 214   /// of interesting uses.
 215   TargetLowering::AddrMode AM;
 216
 217   /// BaseRegs - The list of "base" registers for this use. When this is
 218   /// non-empty, AM.HasBaseReg should be set to true.
 219   SmallVector<const SCEV *, 2> BaseRegs;
 220
 221   /// ScaledReg - The 'scaled' register for this use. This should be non-null
 222   /// when AM.Scale is not zero.
 223   const SCEV *ScaledReg;
 224
 225   /// UnfoldedOffset - An additional constant offset which added near the
 226   /// use. This requires a temporary register, but the offset itself can
 227   /// live in an add immediate field rather than a register.
 228   int64_t UnfoldedOffset;
 229
 230   Formula() : ScaledReg(0), UnfoldedOffset(0) {}
 231
 232   void InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE);
 233
 234   unsigned getNumRegs() const;
 235   Type *getType() const;
 236
 237   void DeleteBaseReg(const SCEV *&S);
 238
 239   bool referencesReg(const SCEV *S) const;
 240   bool hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
 241                                   const RegUseTracker &RegUses) const;
 242
 243   void print(raw_ostream &OS) const;
 244   void dump() const;
 245 };
 246
 247 }
 248
 249 /// DoInitialMatch - Recursion helper for InitialMatch.
 250 static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
 251                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Good,
 252                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Bad,
 253                            ScalarEvolution &SE) {
 254   // Collect expressions which properly dominate the loop header.
 255   if (SE.properlyDominates(S, L->getHeader())) {
 256     Good.push_back(S);
 257     return;
 258   }
 259
 260   // Look at add operands.
 261   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
 262     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
 263          I != E; ++I)
 264       DoInitialMatch(*I, L, Good, Bad, SE);
 265     return;
 266   }
 267
 268   // Look at addrec operands.
 269   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
 270     if (!AR->getStart()->isZero()) {
 271       DoInitialMatch(AR->getStart(), L, Good, Bad, SE);
 272       DoInitialMatch(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
 273                                       AR->getStepRecurrence(SE),
 274                                       // FIXME: AR->getNoWrapFlags()
 275                                       AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap),
 276                      L, Good, Bad, SE);
 277       return;
 278     }
 279
 280   // Handle a multiplication by -1 (negation) if it didn't fold.
 281   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
 282     if (Mul->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
 283       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
 284       const SCEV *NewMul = SE.getMulExpr(Ops);
 285
 286       SmallVector<const SCEV *, 4> MyGood;
 287       SmallVector<const SCEV *, 4> MyBad;
 288       DoInitialMatch(NewMul, L, MyGood, MyBad, SE);
 289       const SCEV *NegOne = SE.getSCEV(ConstantInt::getAllOnesValue(
 290         SE.getEffectiveSCEVType(NewMul->getType())));
 291       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyGood.begin(),
 292            E = MyGood.end(); I != E; ++I)
 293         Good.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
 294       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyBad.begin(),
 295            E = MyBad.end(); I != E; ++I)
 296         Bad.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
 297       return;
 298     }
 299
 300   // Ok, we can't do anything interesting. Just stuff the whole thing into a
 301   // register and hope for the best.
 302   Bad.push_back(S);
 303 }
 304
 305 /// InitialMatch - Incorporate loop-variant parts of S into this Formula,
 306 /// attempting to keep all loop-invariant and loop-computable values in a
 307 /// single base register.
 308 void Formula::InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
 309   SmallVector<const SCEV *, 4> Good;
 310   SmallVector<const SCEV *, 4> Bad;
 311   DoInitialMatch(S, L, Good, Bad, SE);
 312   if (!Good.empty()) {
 313     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Good);
 314     if (!Sum->isZero())
 315       BaseRegs.push_back(Sum);
 316     AM.HasBaseReg = true;
 317   }
 318   if (!Bad.empty()) {
 319     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Bad);
 320     if (!Sum->isZero())
 321       BaseRegs.push_back(Sum);
 322     AM.HasBaseReg = true;
 323   }
 324 }
 325
 326 /// getNumRegs - Return the total number of register operands used by this
 327 /// formula. This does not include register uses implied by non-constant
 328 /// addrec strides.
 329 unsigned Formula::getNumRegs() const {
 330   return !!ScaledReg + BaseRegs.size();
 331 }
 332
 333 /// getType - Return the type of this formula, if it has one, or null
 334 /// otherwise. This type is meaningless except for the bit size.
 335 Type *Formula::getType() const {
 336   return !BaseRegs.empty() ? BaseRegs.front()->getType() :
 337          ScaledReg ? ScaledReg->getType() :
 338          AM.BaseGV ? AM.BaseGV->getType() :
 339          0;
 340 }
 341
 342 /// DeleteBaseReg - Delete the given base reg from the BaseRegs list.
 343 void Formula::DeleteBaseReg(const SCEV *&S) {
 344   if (&S != &BaseRegs.back())
 345     std::swap(S, BaseRegs.back());
 346   BaseRegs.pop_back();
 347 }
 348
 349 /// referencesReg - Test if this formula references the given register.
 350 bool Formula::referencesReg(const SCEV *S) const {
 351   return S == ScaledReg ||
 352          std::find(BaseRegs.begin(), BaseRegs.end(), S) != BaseRegs.end();
 353 }
 354
 355 /// hasRegsUsedByUsesOtherThan - Test whether this formula uses registers
 356 /// which are used by uses other than the use with the given index.
 357 bool Formula::hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
 358                                          const RegUseTracker &RegUses) const {
 359   if (ScaledReg)
 360     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(ScaledReg, LUIdx))
 361       return true;
 362   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
 363        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I)
 364     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(*I, LUIdx))
 365       return true;
 366   return false;
 367 }
 368
 369 void Formula::print(raw_ostream &OS) const {
 370   bool First = true;
 371   if (AM.BaseGV) {
 372     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 373     WriteAsOperand(OS, AM.BaseGV, /*PrintType=*/false);
 374   }
 375   if (AM.BaseOffs != 0) {
 376     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 377     OS << AM.BaseOffs;
 378   }
 379   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
 380        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
 381     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 382     OS << "reg(" << **I << ')';
 383   }
 384   if (AM.HasBaseReg && BaseRegs.empty()) {
 385     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 386     OS << "**error: HasBaseReg**";
 387   } else if (!AM.HasBaseReg && !BaseRegs.empty()) {
 388     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 389     OS << "**error: !HasBaseReg**";
 390   }
 391   if (AM.Scale != 0) {
 392     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 393     OS << AM.Scale << "*reg(";
 394     if (ScaledReg)
 395       OS << *ScaledReg;
 396     else
 397       OS << "<unknown>";
 398     OS << ')';
 399   }
 400   if (UnfoldedOffset != 0) {
 401     if (!First) OS << " + "; else First = false;
 402     OS << "imm(" << UnfoldedOffset << ')';
 403   }
 404 }
 405
 406 void Formula::dump() const {
 407   print(errs()); errs() << '\n';
 408 }
 409
 410 /// isAddRecSExtable - Return true if the given addrec can be sign-extended
 411 /// without changing its value.
 412 static bool isAddRecSExtable(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
 413   Type *WideTy =
 414     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(AR->getType()) + 1);
 415   return isa<SCEVAddRecExpr>(SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
 416 }
 417
 418 /// isAddSExtable - Return true if the given add can be sign-extended
 419 /// without changing its value.
 420 static bool isAddSExtable(const SCEVAddExpr *A, ScalarEvolution &SE) {
 421   Type *WideTy =
 422     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) + 1);
 423   return isa<SCEVAddExpr>(SE.getSignExtendExpr(A, WideTy));
 424 }
 425
 426 /// isMulSExtable - Return true if the given mul can be sign-extended
 427 /// without changing its value.
 428 static bool isMulSExtable(const SCEVMulExpr *M, ScalarEvolution &SE) {
 429   Type *WideTy =
 430     IntegerType::get(SE.getContext(),
 431                      SE.getTypeSizeInBits(M->getType()) * M->getNumOperands());
 432   return isa<SCEVMulExpr>(SE.getSignExtendExpr(M, WideTy));
 433 }
 434
 435 /// getExactSDiv - Return an expression for LHS /s RHS, if it can be determined
 436 /// and if the remainder is known to be zero,  or null otherwise. If
 437 /// IgnoreSignificantBits is true, expressions like (X * Y) /s Y are simplified
 438 /// to Y, ignoring that the multiplication may overflow, which is useful when
 439 /// the result will be used in a context where the most significant bits are
 440 /// ignored.
 441 static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
 442                                 ScalarEvolution &SE,
 443                                 bool IgnoreSignificantBits = false) {
 444   // Handle the trivial case, which works for any SCEV type.
 445   if (LHS == RHS)
 446     return SE.getConstant(LHS->getType(), 1);
 447
 448   // Handle a few RHS special cases.
 449   const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
 450   if (RC) {
 451     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
 452     // Handle x /s -1 as x * -1, to give ScalarEvolution a chance to do
 453     // some folding.
 454     if (RA.isAllOnesValue())
 455       return SE.getMulExpr(LHS, RC);
 456     // Handle x /s 1 as x.
 457     if (RA == 1)
 458       return LHS;
 459   }
 460
 461   // Check for a division of a constant by a constant.
 462   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
 463     if (!RC)
 464       return 0;
 465     const APInt &LA = C->getValue()->getValue();
 466     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
 467     if (LA.srem(RA) != 0)
 468       return 0;
 469     return SE.getConstant(LA.sdiv(RA));
 470   }
 471
 472   // Distribute the sdiv over addrec operands, if the addrec doesn't overflow.
 473   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
 474     if (IgnoreSignificantBits || isAddRecSExtable(AR, SE)) {
 475       const SCEV *Step = getExactSDiv(AR->getStepRecurrence(SE), RHS, SE,
 476                                       IgnoreSignificantBits);
 477       if (!Step) return 0;
 478       const SCEV *Start = getExactSDiv(AR->getStart(), RHS, SE,
 479                                        IgnoreSignificantBits);
 480       if (!Start) return 0;
 481       // FlagNW is independent of the start value, step direction, and is
 482       // preserved with smaller magnitude steps.
 483       // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
 484       return SE.getAddRecExpr(Start, Step, AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
 485     }
 486     return 0;
 487   }
 488
 489   // Distribute the sdiv over add operands, if the add doesn't overflow.
 490   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
 491     if (IgnoreSignificantBits || isAddSExtable(Add, SE)) {
 492       SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
 493       for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
 494            I != E; ++I) {
 495         const SCEV *Op = getExactSDiv(*I, RHS, SE,
 496                                       IgnoreSignificantBits);
 497         if (!Op) return 0;
 498         Ops.push_back(Op);
 499       }
 500       return SE.getAddExpr(Ops);
 501     }
 502     return 0;
 503   }
 504
 505   // Check for a multiply operand that we can pull RHS out of.
 506   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
 507     if (IgnoreSignificantBits || isMulSExtable(Mul, SE)) {
 508       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
 509       bool Found = false;
 510       for (SCEVMulExpr::op_iterator I = Mul->op_begin(), E = Mul->op_end();
 511            I != E; ++I) {
 512         const SCEV *S = *I;
 513         if (!Found)
 514           if (const SCEV *Q = getExactSDiv(S, RHS, SE,
 515                                            IgnoreSignificantBits)) {
 516             S = Q;
 517             Found = true;
 518           }
 519         Ops.push_back(S);
 520       }
 521       return Found ? SE.getMulExpr(Ops) : 0;
 522     }
 523     return 0;
 524   }
 525
 526   // Otherwise we don't know.
 527   return 0;
 528 }
 529
 530 /// ExtractImmediate - If S involves the addition of a constant integer value,
 531 /// return that integer value, and mutate S to point to a new SCEV with that
 532 /// value excluded.
 533 static int64_t ExtractImmediate(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
 534   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
 535     if (C->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64) {
 536       S = SE.getConstant(C->getType(), 0);
 537       return C->getValue()->getSExtValue();
 538     }
 539   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
 540     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
 541     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
 542     if (Result != 0)
 543       S = SE.getAddExpr(NewOps);
 544     return Result;
 545   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
 546     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
 547     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
 548     if (Result != 0)
 549       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
 550                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
 551                            SCEV::FlagAnyWrap);
 552     return Result;
 553   }
 554   return 0;
 555 }
 556
 557 /// ExtractSymbol - If S involves the addition of a GlobalValue address,
 558 /// return that symbol, and mutate S to point to a new SCEV with that
 559 /// value excluded.
 560 static GlobalValue *ExtractSymbol(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
 561   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
 562     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue())) {
 563       S = SE.getConstant(GV->getType(), 0);
 564       return GV;
 565     }
 566   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
 567     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
 568     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.back(), SE);
 569     if (Result)
 570       S = SE.getAddExpr(NewOps);
 571     return Result;
 572   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
 573     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
 574     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.front(), SE);
 575     if (Result)
 576       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
 577                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
 578                            SCEV::FlagAnyWrap);
 579     return Result;
 580   }
 581   return 0;
 582 }
 583
 584 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
 585 /// specified value as an address.
 586 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
 587   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
 588   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
 589     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
 590       isAddress = true;
 591   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
 592     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
 593     // of intrinsics.
 594     switch (II->getIntrinsicID()) {
 595       default: break;
 596       case Intrinsic::prefetch:
 597       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
 598       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
 599       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
 600       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
 601         if (II->getArgOperand(0) == OperandVal)
 602           isAddress = true;
 603         break;
 604     }
 605   }
 606   return isAddress;
 607 }
 608
 609 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
 610 static Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
 611   Type *AccessTy = Inst->getType();
 612   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
 613     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
 614   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
 615     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
 616     // of intrinsics.
 617     switch (II->getIntrinsicID()) {
 618     default: break;
 619     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
 620     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
 621     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
 622     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
 623       AccessTy = II->getArgOperand(0)->getType();
 624       break;
 625     }
 626   }
 627
 628   // All pointers have the same requirements, so canonicalize them to an
 629   // arbitrary pointer type to minimize variation.
 630   if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(AccessTy))
 631     AccessTy = PointerType::get(IntegerType::get(PTy->getContext(), 1),
 632                                 PTy->getAddressSpace());
 633
 634   return AccessTy;
 635 }
 636
 637 /// isExistingPhi - Return true if this AddRec is already a phi in its loop.
 638 static bool isExistingPhi(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
 639   for (BasicBlock::iterator I = AR->getLoop()->getHeader()->begin();
 640        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
 641     if (SE.isSCEVable(PN->getType()) &&
 642         (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) ==
 643          SE.getEffectiveSCEVType(AR->getType())) &&
 644         SE.getSCEV(PN) == AR)
 645       return true;
 646   }
 647   return false;
 648 }
 649
 650 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
 651 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
 652 /// their operands subsequently dead.
 653 static bool
 654 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
 655   bool Changed = false;
 656
 657   while (!DeadInsts.empty()) {
 658     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(&*DeadInsts.pop_back_val());
 659
 660     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
 661       continue;
 662
 663     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
 664       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
 665         *OI = 0;
 666         if (U->use_empty())
 667           DeadInsts.push_back(U);
 668       }
 669
 670     I->eraseFromParent();
 671     Changed = true;
 672   }
 673
 674   return Changed;
 675 }
 676
 677 namespace {
 678
 679 /// Cost - This class is used to measure and compare candidate formulae.
 680 class Cost {
 681   /// TODO: Some of these could be merged. Also, a lexical ordering
 682   /// isn't always optimal.
 683   unsigned NumRegs;
 684   unsigned AddRecCost;
 685   unsigned NumIVMuls;
 686   unsigned NumBaseAdds;
 687   unsigned ImmCost;
 688   unsigned SetupCost;
 689
 690 public:
 691   Cost()
 692     : NumRegs(0), AddRecCost(0), NumIVMuls(0), NumBaseAdds(0), ImmCost(0),
 693       SetupCost(0) {}
 694
 695   bool operator<(const Cost &Other) const;
 696
 697   void Loose();
 698
 699 #ifndef NDEBUG
 700   // Once any of the metrics loses, they must all remain losers.
 701   bool isValid() {
 702     return ((NumRegs | AddRecCost | NumIVMuls | NumBaseAdds
 703              | ImmCost | SetupCost) != ~0u)
 704       || ((NumRegs & AddRecCost & NumIVMuls & NumBaseAdds
 705            & ImmCost & SetupCost) == ~0u);
 706   }
 707 #endif
 708
 709   bool isLoser() {
 710     assert(isValid() && "invalid cost");
 711     return NumRegs == ~0u;
 712   }
 713
 714   void RateFormula(const Formula &F,
 715                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 716                    const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
 717                    const Loop *L,
 718                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
 719                    ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
 720                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs = 0);
 721
 722   void print(raw_ostream &OS) const;
 723   void dump() const;
 724
 725 private:
 726   void RateRegister(const SCEV *Reg,
 727                     SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 728                     const Loop *L,
 729                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
 730   void RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
 731                            SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 732                            const Loop *L,
 733                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
 734                            SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs);
 735 };
 736
 737 }
 738
 739 /// RateRegister - Tally up interesting quantities from the given register.
 740 void Cost::RateRegister(const SCEV *Reg,
 741                         SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 742                         const Loop *L,
 743                         ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
 744   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)) {
 745     if (AR->getLoop() == L)
 746       AddRecCost += 1; /// TODO: This should be a function of the stride.
 747
 748     // If this is an addrec for another loop, don't second-guess its addrec phi
 749     // nodes. LSR isn't currently smart enough to reason about more than one
 750     // loop at a time. LSR has either already run on inner loops, will not run
 751     // on other loops, and cannot be expected to change sibling loops. If the
 752     // AddRec exists, consider it's register free and leave it alone. Otherwise,
 753     // do not consider this formula at all.
 754     else if (!EnableNested || L->contains(AR->getLoop()) ||
 755              (!AR->getLoop()->contains(L) &&
 756               DT.dominates(L->getHeader(), AR->getLoop()->getHeader()))) {
 757       if (isExistingPhi(AR, SE))
 758         return;
 759
 760       // For !EnableNested, never rewrite IVs in other loops.
 761       if (!EnableNested) {
 762         Loose();
 763         return;
 764       }
 765       // If this isn't one of the addrecs that the loop already has, it
 766       // would require a costly new phi and add. TODO: This isn't
 767       // precisely modeled right now.
 768       ++NumBaseAdds;
 769       if (!Regs.count(AR->getStart())) {
 770         RateRegister(AR->getStart(), Regs, L, SE, DT);
 771         if (isLoser())
 772           return;
 773       }
 774     }
 775
 776     // Add the step value register, if it needs one.
 777     // TODO: The non-affine case isn't precisely modeled here.
 778     if (!AR->isAffine() || !isa<SCEVConstant>(AR->getOperand(1))) {
 779       if (!Regs.count(AR->getOperand(1))) {
 780         RateRegister(AR->getOperand(1), Regs, L, SE, DT);
 781         if (isLoser())
 782           return;
 783       }
 784     }
 785   }
 786   ++NumRegs;
 787
 788   // Rough heuristic; favor registers which don't require extra setup
 789   // instructions in the preheader.
 790   if (!isa<SCEVUnknown>(Reg) &&
 791       !isa<SCEVConstant>(Reg) &&
 792       !(isa<SCEVAddRecExpr>(Reg) &&
 793         (isa<SCEVUnknown>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()) ||
 794          isa<SCEVConstant>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()))))
 795     ++SetupCost;
 796
 797     NumIVMuls += isa<SCEVMulExpr>(Reg) &&
 798                  SE.hasComputableLoopEvolution(Reg, L);
 799 }
 800
 801 /// RatePrimaryRegister - Record this register in the set. If we haven't seen it
 802 /// before, rate it. Optional LoserRegs provides a way to declare any formula
 803 /// that refers to one of those regs an instant loser.
 804 void Cost::RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
 805                                SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 806                                const Loop *L,
 807                                ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
 808                                SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs) {
 809   if (LoserRegs && LoserRegs->count(Reg)) {
 810     Loose();
 811     return;
 812   }
 813   if (Regs.insert(Reg)) {
 814     RateRegister(Reg, Regs, L, SE, DT);
 815     if (isLoser())
 816       LoserRegs->insert(Reg);
 817   }
 818 }
 819
 820 void Cost::RateFormula(const Formula &F,
 821                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
 822                        const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
 823                        const Loop *L,
 824                        const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
 825                        ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
 826                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs) {
 827   // Tally up the registers.
 828   if (const SCEV *ScaledReg = F.ScaledReg) {
 829     if (VisitedRegs.count(ScaledReg)) {
 830       Loose();
 831       return;
 832     }
 833     RatePrimaryRegister(ScaledReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
 834     if (isLoser())
 835       return;
 836   }
 837   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
 838        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
 839     const SCEV *BaseReg = *I;
 840     if (VisitedRegs.count(BaseReg)) {
 841       Loose();
 842       return;
 843     }
 844     RatePrimaryRegister(BaseReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
 845     if (isLoser())
 846       return;
 847   }
 848
 849   // Determine how many (unfolded) adds we'll need inside the loop.
 850   size_t NumBaseParts = F.BaseRegs.size() + (F.UnfoldedOffset != 0);
 851   if (NumBaseParts > 1)
 852     NumBaseAdds += NumBaseParts - 1;
 853
 854   // Tally up the non-zero immediates.
 855   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
 856        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
 857     int64_t Offset = (uint64_t)*I + F.AM.BaseOffs;
 858     if (F.AM.BaseGV)
 859       ImmCost += 64; // Handle symbolic values conservatively.
 860                      // TODO: This should probably be the pointer size.
 861     else if (Offset != 0)
 862       ImmCost += APInt(64, Offset, true).getMinSignedBits();
 863   }
 864   assert(isValid() && "invalid cost");
 865 }
 866
 867 /// Loose - Set this cost to a losing value.
 868 void Cost::Loose() {
 869   NumRegs = ~0u;
 870   AddRecCost = ~0u;
 871   NumIVMuls = ~0u;
 872   NumBaseAdds = ~0u;
 873   ImmCost = ~0u;
 874   SetupCost = ~0u;
 875 }
 876
 877 /// operator< - Choose the lower cost.
 878 bool Cost::operator<(const Cost &Other) const {
 879   if (NumRegs != Other.NumRegs)
 880     return NumRegs < Other.NumRegs;
 881   if (AddRecCost != Other.AddRecCost)
 882     return AddRecCost < Other.AddRecCost;
 883   if (NumIVMuls != Other.NumIVMuls)
 884     return NumIVMuls < Other.NumIVMuls;
 885   if (NumBaseAdds != Other.NumBaseAdds)
 886     return NumBaseAdds < Other.NumBaseAdds;
 887   if (ImmCost != Other.ImmCost)
 888     return ImmCost < Other.ImmCost;
 889   if (SetupCost != Other.SetupCost)
 890     return SetupCost < Other.SetupCost;
 891   return false;
 892 }
 893
 894 void Cost::print(raw_ostream &OS) const {
 895   OS << NumRegs << " reg" << (NumRegs == 1 ? "" : "s");
 896   if (AddRecCost != 0)
 897     OS << ", with addrec cost " << AddRecCost;
 898   if (NumIVMuls != 0)
 899     OS << ", plus " << NumIVMuls << " IV mul" << (NumIVMuls == 1 ? "" : "s");
 900   if (NumBaseAdds != 0)
 901     OS << ", plus " << NumBaseAdds << " base add"
 902        << (NumBaseAdds == 1 ? "" : "s");
 903   if (ImmCost != 0)
 904     OS << ", plus " << ImmCost << " imm cost";
 905   if (SetupCost != 0)
 906     OS << ", plus " << SetupCost << " setup cost";
 907 }
 908
 909 void Cost::dump() const {
 910   print(errs()); errs() << '\n';
 911 }
 912
 913 namespace {
 914
 915 /// LSRFixup - An operand value in an instruction which is to be replaced
 916 /// with some equivalent, possibly strength-reduced, replacement.
 917 struct LSRFixup {
 918   /// UserInst - The instruction which will be updated.
 919   Instruction *UserInst;
 920
 921   /// OperandValToReplace - The operand of the instruction which will
 922   /// be replaced. The operand may be used more than once; every instance
 923   /// will be replaced.
 924   Value *OperandValToReplace;
 925
 926   /// PostIncLoops - If this user is to use the post-incremented value of an
 927   /// induction variable, this variable is non-null and holds the loop
 928   /// associated with the induction variable.
 929   PostIncLoopSet PostIncLoops;
 930
 931   /// LUIdx - The index of the LSRUse describing the expression which
 932   /// this fixup needs, minus an offset (below).
 933   size_t LUIdx;
 934
 935   /// Offset - A constant offset to be added to the LSRUse expression.
 936   /// This allows multiple fixups to share the same LSRUse with different
 937   /// offsets, for example in an unrolled loop.
 938   int64_t Offset;
 939
 940   bool isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const;
 941
 942   LSRFixup();
 943
 944   void print(raw_ostream &OS) const;
 945   void dump() const;
 946 };
 947
 948 }
 949
 950 LSRFixup::LSRFixup()
 951   : UserInst(0), OperandValToReplace(0), LUIdx(~size_t(0)), Offset(0) {}
 952
 953 /// isUseFullyOutsideLoop - Test whether this fixup always uses its
 954 /// value outside of the given loop.
 955 bool LSRFixup::isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const {
 956   // PHI nodes use their value in their incoming blocks.
 957   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
 958     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 959       if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace &&
 960           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
 961         return false;
 962     return true;
 963   }
 964
 965   return !L->contains(UserInst);
 966 }
 967
 968 void LSRFixup::print(raw_ostream &OS) const {
 969   OS << "UserInst=";
 970   // Store is common and interesting enough to be worth special-casing.
 971   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(UserInst)) {
 972     OS << "store ";
 973     WriteAsOperand(OS, Store->getOperand(0), /*PrintType=*/false);
 974   } else if (UserInst->getType()->isVoidTy())
 975     OS << UserInst->getOpcodeName();
 976   else
 977     WriteAsOperand(OS, UserInst, /*PrintType=*/false);
 978
 979   OS << ", OperandValToReplace=";
 980   WriteAsOperand(OS, OperandValToReplace, /*PrintType=*/false);
 981
 982   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = PostIncLoops.begin(),
 983        E = PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
 984     OS << ", PostIncLoop=";
 985     WriteAsOperand(OS, (*I)->getHeader(), /*PrintType=*/false);
 986   }
 987
 988   if (LUIdx != ~size_t(0))
 989     OS << ", LUIdx=" << LUIdx;
 990
 991   if (Offset != 0)
 992     OS << ", Offset=" << Offset;
 993 }
 994
 995 void LSRFixup::dump() const {
 996   print(errs()); errs() << '\n';
 997 }
 998
 999 namespace {
1000
1001 /// UniquifierDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
1002 /// DenseMaps and DenseSets of sorted SmallVectors of const SCEV*.
1003 struct UniquifierDenseMapInfo {
1004   static SmallVector<const SCEV *, 2> getEmptyKey() {
1005     SmallVector<const SCEV *, 2> V;
1006     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1));
1007     return V;
1008   }
1009
1010   static SmallVector<const SCEV *, 2> getTombstoneKey() {
1011     SmallVector<const SCEV *, 2> V;
1012     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2));
1013     return V;
1014   }
1015
1016   static unsigned getHashValue(const SmallVector<const SCEV *, 2> &V) {
1017     unsigned Result = 0;
1018     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = V.begin(),
1019          E = V.end(); I != E; ++I)
1020       Result ^= DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(*I);
1021     return Result;
1022   }
1023
1024   static bool isEqual(const SmallVector<const SCEV *, 2> &LHS,
1025                       const SmallVector<const SCEV *, 2> &RHS) {
1026     return LHS == RHS;
1027   }
1028 };
1029
1030 /// LSRUse - This class holds the state that LSR keeps for each use in
1031 /// IVUsers, as well as uses invented by LSR itself. It includes information
1032 /// about what kinds of things can be folded into the user, information about
1033 /// the user itself, and information about how the use may be satisfied.
1034 /// TODO: Represent multiple users of the same expression in common?
1035 class LSRUse {
1036   DenseSet<SmallVector<const SCEV *, 2>, UniquifierDenseMapInfo> Uniquifier;
1037
1038 public:
1039   /// KindType - An enum for a kind of use, indicating what types of
1040   /// scaled and immediate operands it might support.
1041   enum KindType {
1042     Basic,   ///< A normal use, with no folding.
1043     Special, ///< A special case of basic, allowing -1 scales.
1044     Address, ///< An address use; folding according to TargetLowering
1045     ICmpZero ///< An equality icmp with both operands folded into one.
1046     // TODO: Add a generic icmp too?
1047   };
1048
1049   KindType Kind;
1050   Type *AccessTy;
1051
1052   SmallVector<int64_t, 8> Offsets;
1053   int64_t MinOffset;
1054   int64_t MaxOffset;
1055
1056   /// AllFixupsOutsideLoop - This records whether all of the fixups using this
1057   /// LSRUse are outside of the loop, in which case some special-case heuristics
1058   /// may be used.
1059   bool AllFixupsOutsideLoop;
1060
1061   /// WidestFixupType - This records the widest use type for any fixup using
1062   /// this LSRUse. FindUseWithSimilarFormula can't consider uses with different
1063   /// max fixup widths to be equivalent, because the narrower one may be relying
1064   /// on the implicit truncation to truncate away bogus bits.
1065   Type *WidestFixupType;
1066
1067   /// Formulae - A list of ways to build a value that can satisfy this user.
1068   /// After the list is populated, one of these is selected heuristically and
1069   /// used to formulate a replacement for OperandValToReplace in UserInst.
1070   SmallVector<Formula, 12> Formulae;
1071
1072   /// Regs - The set of register candidates used by all formulae in this LSRUse.
1073   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Regs;
1074
1075   LSRUse(KindType K, Type *T) : Kind(K), AccessTy(T),
1076                                       MinOffset(INT64_MAX),
1077                                       MaxOffset(INT64_MIN),
1078                                       AllFixupsOutsideLoop(true),
1079                                       WidestFixupType(0) {}
1080
1081   bool HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const;
1082   bool InsertFormula(const Formula &F);
1083   void DeleteFormula(Formula &F);
1084   void RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &Reguses);
1085
1086   void print(raw_ostream &OS) const;
1087   void dump() const;
1088 };
1089
1090 }
1091
1092 /// HasFormula - Test whether this use as a formula which has the same
1093 /// registers as the given formula.
1094 bool LSRUse::HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const {
1095   SmallVector<const SCEV *, 2> Key = F.BaseRegs;
1096   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1097   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1098   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1099   return Uniquifier.count(Key);
1100 }
1101
1102 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
1103 /// the list, and return true. Return false otherwise.
1104 bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F) {
1105   SmallVector<const SCEV *, 2> Key = F.BaseRegs;
1106   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1107   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1108   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1109
1110   if (!Uniquifier.insert(Key).second)
1111     return false;
1112
1113   // Using a register to hold the value of 0 is not profitable.
1114   assert((!F.ScaledReg || !F.ScaledReg->isZero()) &&
1115          "Zero allocated in a scaled register!");
1116 #ifndef NDEBUG
1117   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I =
1118        F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
1119     assert(!(*I)->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
1120 #endif
1121
1122   // Add the formula to the list.
1123   Formulae.push_back(F);
1124
1125   // Record registers now being used by this use.
1126   Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1127
1128   return true;
1129 }
1130
1131 /// DeleteFormula - Remove the given formula from this use's list.
1132 void LSRUse::DeleteFormula(Formula &F) {
1133   if (&F != &Formulae.back())
1134     std::swap(F, Formulae.back());
1135   Formulae.pop_back();
1136 }
1137
1138 /// RecomputeRegs - Recompute the Regs field, and update RegUses.
1139 void LSRUse::RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &RegUses) {
1140   // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
1141   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> OldRegs = Regs;
1142   Regs.clear();
1143   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = Formulae.begin(),
1144        E = Formulae.end(); I != E; ++I) {
1145     const Formula &F = *I;
1146     if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1147     Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1148   }
1149
1150   // Update the RegTracker.
1151   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 4>::iterator I = OldRegs.begin(),
1152        E = OldRegs.end(); I != E; ++I)
1153     if (!Regs.count(*I))
1154       RegUses.DropRegister(*I, LUIdx);
1155 }
1156
1157 void LSRUse::print(raw_ostream &OS) const {
1158   OS << "LSR Use: Kind=";
1159   switch (Kind) {
1160   case Basic:    OS << "Basic"; break;
1161   case Special:  OS << "Special"; break;
1162   case ICmpZero: OS << "ICmpZero"; break;
1163   case Address:
1164     OS << "Address of ";
1165     if (AccessTy->isPointerTy())
1166       OS << "pointer"; // the full pointer type could be really verbose
1167     else
1168       OS << *AccessTy;
1169   }
1170
1171   OS << ", Offsets={";
1172   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
1173        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
1174     OS << *I;
1175     if (llvm::next(I) != E)
1176       OS << ',';
1177   }
1178   OS << '}';
1179
1180   if (AllFixupsOutsideLoop)
1181     OS << ", all-fixups-outside-loop";
1182
1183   if (WidestFixupType)
1184     OS << ", widest fixup type: " << *WidestFixupType;
1185 }
1186
1187 void LSRUse::dump() const {
1188   print(errs()); errs() << '\n';
1189 }
1190
1191 /// isLegalUse - Test whether the use described by AM is "legal", meaning it can
1192 /// be completely folded into the user instruction at isel time. This includes
1193 /// address-mode folding and special icmp tricks.
1194 static bool isLegalUse(const TargetLowering::AddrMode &AM,
1195                        LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1196                        const TargetLowering *TLI) {
1197   switch (Kind) {
1198   case LSRUse::Address:
1199     // If we have low-level target information, ask the target if it can
1200     // completely fold this address.
1201     if (TLI) return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
1202
1203     // Otherwise, just guess that reg+reg addressing is legal.
1204     return !AM.BaseGV && AM.BaseOffs == 0 && AM.Scale <= 1;
1205
1206   case LSRUse::ICmpZero:
1207     // There's not even a target hook for querying whether it would be legal to
1208     // fold a GV into an ICmp.
1209     if (AM.BaseGV)
1210       return false;
1211
1212     // ICmp only has two operands; don't allow more than two non-trivial parts.
1213     if (AM.Scale != 0 && AM.HasBaseReg && AM.BaseOffs != 0)
1214       return false;
1215
1216     // ICmp only supports no scale or a -1 scale, as we can "fold" a -1 scale by
1217     // putting the scaled register in the other operand of the icmp.
1218     if (AM.Scale != 0 && AM.Scale != -1)
1219       return false;
1220
1221     // If we have low-level target information, ask the target if it can fold an
1222     // integer immediate on an icmp.
1223     if (AM.BaseOffs != 0) {
1224       if (TLI) return TLI->isLegalICmpImmediate(-(uint64_t)AM.BaseOffs);
1225       return false;
1226     }
1227
1228     return true;
1229
1230   case LSRUse::Basic:
1231     // Only handle single-register values.
1232     return !AM.BaseGV && AM.Scale == 0 && AM.BaseOffs == 0;
1233
1234   case LSRUse::Special:
1235     // Only handle -1 scales, or no scale.
1236     return AM.Scale == 0 || AM.Scale == -1;
1237   }
1238
1239   return false;
1240 }
1241
1242 static bool isLegalUse(TargetLowering::AddrMode AM,
1243                        int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1244                        LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1245                        const TargetLowering *TLI) {
1246   // Check for overflow.
1247   if (((int64_t)((uint64_t)AM.BaseOffs + MinOffset) > AM.BaseOffs) !=
1248       (MinOffset > 0))
1249     return false;
1250   AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + MinOffset;
1251   if (isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI)) {
1252     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs - MinOffset;
1253     // Check for overflow.
1254     if (((int64_t)((uint64_t)AM.BaseOffs + MaxOffset) > AM.BaseOffs) !=
1255         (MaxOffset > 0))
1256       return false;
1257     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + MaxOffset;
1258     return isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI);
1259   }
1260   return false;
1261 }
1262
1263 static bool isAlwaysFoldable(int64_t BaseOffs,
1264                              GlobalValue *BaseGV,
1265                              bool HasBaseReg,
1266                              LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1267                              const TargetLowering *TLI) {
1268   // Fast-path: zero is always foldable.
1269   if (BaseOffs == 0 && !BaseGV) return true;
1270
1271   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1272   // base and a scale.
1273   TargetLowering::AddrMode AM;
1274   AM.BaseOffs = BaseOffs;
1275   AM.BaseGV = BaseGV;
1276   AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
1277   AM.Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1278
1279   // Canonicalize a scale of 1 to a base register if the formula doesn't
1280   // already have a base register.
1281   if (!AM.HasBaseReg && AM.Scale == 1) {
1282     AM.Scale = 0;
1283     AM.HasBaseReg = true;
1284   }
1285
1286   return isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI);
1287 }
1288
1289 static bool isAlwaysFoldable(const SCEV *S,
1290                              int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1291                              bool HasBaseReg,
1292                              LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1293                              const TargetLowering *TLI,
1294                              ScalarEvolution &SE) {
1295   // Fast-path: zero is always foldable.
1296   if (S->isZero()) return true;
1297
1298   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1299   // base and a scale.
1300   int64_t BaseOffs = ExtractImmediate(S, SE);
1301   GlobalValue *BaseGV = ExtractSymbol(S, SE);
1302
1303   // If there's anything else involved, it's not foldable.
1304   if (!S->isZero()) return false;
1305
1306   // Fast-path: zero is always foldable.
1307   if (BaseOffs == 0 && !BaseGV) return true;
1308
1309   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1310   // base and a scale.
1311   TargetLowering::AddrMode AM;
1312   AM.BaseOffs = BaseOffs;
1313   AM.BaseGV = BaseGV;
1314   AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
1315   AM.Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1316
1317   return isLegalUse(AM, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, TLI);
1318 }
1319
1320 namespace {
1321
1322 /// UseMapDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
1323 /// DenseMaps and DenseSets of pairs of const SCEV* and LSRUse::Kind.
1324 struct UseMapDenseMapInfo {
1325   static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getEmptyKey() {
1326     return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1), LSRUse::Basic);
1327   }
1328
1329   static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getTombstoneKey() {
1330     return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2), LSRUse::Basic);
1331   }
1332
1333   static unsigned
1334   getHashValue(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &V) {
1335     unsigned Result = DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(V.first);
1336     Result ^= DenseMapInfo<unsigned>::getHashValue(unsigned(V.second));
1337     return Result;
1338   }
1339
1340   static bool isEqual(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &LHS,
1341                       const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &RHS) {
1342     return LHS == RHS;
1343   }
1344 };
1345
1346 /// LSRInstance - This class holds state for the main loop strength reduction
1347 /// logic.
1348 class LSRInstance {
1349   IVUsers &IU;
1350   ScalarEvolution &SE;
1351   DominatorTree &DT;
1352   LoopInfo &LI;
1353   const TargetLowering *const TLI;
1354   Loop *const L;
1355   bool Changed;
1356
1357   /// IVIncInsertPos - This is the insert position that the current loop's
1358   /// induction variable increment should be placed. In simple loops, this is
1359   /// the latch block's terminator. But in more complicated cases, this is a
1360   /// position which will dominate all the in-loop post-increment users.
1361   Instruction *IVIncInsertPos;
1362
1363   /// Factors - Interesting factors between use strides.
1364   SmallSetVector<int64_t, 8> Factors;
1365
1366   /// Types - Interesting use types, to facilitate truncation reuse.
1367   SmallSetVector<Type *, 4> Types;
1368
1369   /// Fixups - The list of operands which are to be replaced.
1370   SmallVector<LSRFixup, 16> Fixups;
1371
1372   /// Uses - The list of interesting uses.
1373   SmallVector<LSRUse, 16> Uses;
1374
1375   /// RegUses - Track which uses use which register candidates.
1376   RegUseTracker RegUses;
1377
1378   void OptimizeShadowIV();
1379   bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse);
1380   ICmpInst *OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse);
1381   void OptimizeLoopTermCond();
1382
1383   void CollectInterestingTypesAndFactors();
1384   void CollectFixupsAndInitialFormulae();
1385
1386   LSRFixup &getNewFixup() {
1387     Fixups.push_back(LSRFixup());
1388     return Fixups.back();
1389   }
1390
1391   // Support for sharing of LSRUses between LSRFixups.
1392   typedef DenseMap<std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType>,
1393                    size_t,
1394                    UseMapDenseMapInfo> UseMapTy;
1395   UseMapTy UseMap;
1396
1397   bool reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
1398                           LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy);
1399
1400   std::pair<size_t, int64_t> getUse(const SCEV *&Expr,
1401                                     LSRUse::KindType Kind,
1402                                     Type *AccessTy);
1403
1404   void DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1405
1406   LSRUse *FindUseWithSimilarFormula(const Formula &F, const LSRUse &OrigLU);
1407
1408   void InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1409   void InsertSupplementalFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1410   void CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx);
1411   bool InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F);
1412
1413   void CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
1414
1415   void GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base,
1416                               unsigned Depth = 0);
1417   void GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1418   void GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1419   void GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1420   void GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1421   void GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1422   void GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1423   void GenerateCrossUseConstantOffsets();
1424   void GenerateAllReuseFormulae();
1425
1426   void FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
1427
1428   size_t EstimateSearchSpaceComplexity() const;
1429   void NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
1430   void NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
1431   void NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
1432   void NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
1433   void NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
1434
1435   void SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1436                     Cost &SolutionCost,
1437                     SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
1438                     const Cost &CurCost,
1439                     const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
1440                     DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const;
1441   void Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const;
1442
1443   BasicBlock::iterator
1444     HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
1445                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs) const;
1446   BasicBlock::iterator AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
1447                                                      const LSRFixup &LF,
1448                                                      const LSRUse &LU) const;
1449
1450   Value *Expand(const LSRFixup &LF,
1451                 const Formula &F,
1452                 BasicBlock::iterator IP,
1453                 SCEVExpander &Rewriter,
1454                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const;
1455   void RewriteForPHI(PHINode *PN, const LSRFixup &LF,
1456                      const Formula &F,
1457                      SCEVExpander &Rewriter,
1458                      SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1459                      Pass *P) const;
1460   void Rewrite(const LSRFixup &LF,
1461                const Formula &F,
1462                SCEVExpander &Rewriter,
1463                SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1464                Pass *P) const;
1465   void ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1466                          Pass *P);
1467
1468 public:
1469   LSRInstance(const TargetLowering *tli, Loop *l, Pass *P);
1470
1471   bool getChanged() const { return Changed; }
1472
1473   void print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const;
1474   void print_fixups(raw_ostream &OS) const;
1475   void print_uses(raw_ostream &OS) const;
1476   void print(raw_ostream &OS) const;
1477   void dump() const;
1478 };
1479
1480 }
1481
1482 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1483 /// inside the loop then try to eliminate the cast operation.
1484 void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
1485   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1486   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1487     return;
1488
1489   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end();
1490        UI != E; /* empty */) {
1491     IVUsers::const_iterator CandidateUI = UI;
1492     ++UI;
1493     Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
1494     Type *DestTy = NULL;
1495     bool IsSigned = false;
1496
1497     /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1498        to eliminate this cast.
1499
1500          for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
1501            foo((double)i);
1502
1503        is transformed into
1504
1505          double d = 0.0;
1506          for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
1507            foo(d);
1508     */
1509     if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1510       IsSigned = false;
1511       DestTy = UCast->getDestTy();
1512     }
1513     else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1514       IsSigned = true;
1515       DestTy = SCast->getDestTy();
1516     }
1517     if (!DestTy) continue;
1518
1519     if (TLI) {
1520       // If target does not support DestTy natively then do not apply
1521       // this transformation.
1522       EVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
1523       if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
1524     }
1525
1526     PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1527     if (!PH) continue;
1528     if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1529
1530     Type *SrcTy = PH->getType();
1531     int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1532     if (Mantissa == -1) continue;
1533     if ((int)SE.getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1534       continue;
1535
1536     unsigned Entry, Latch;
1537     if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1538       Entry = 0;
1539       Latch = 1;
1540     } else {
1541       Entry = 1;
1542       Latch = 0;
1543     }
1544
1545     ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1546     if (!Init) continue;
1547     Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, IsSigned ?
1548                                         (double)Init->getSExtValue() :
1549                                         (double)Init->getZExtValue());
1550
1551     BinaryOperator *Incr =
1552       dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1553     if (!Incr) continue;
1554     if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1555         && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1556       continue;
1557
1558     /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1559     ConstantInt *C = NULL;
1560     if (Incr->getOperand(0) == PH)
1561       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1562     else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1563       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1564     else
1565       continue;
1566
1567     if (!C) continue;
1568
1569     // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
1570     // correctly. TODO: Remove this restriction.
1571     if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
1572
1573     /* Add new PHINode. */
1574     PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, 2, "IV.S.", PH);
1575
1576     /* create new increment. '++d' in above example. */
1577     Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1578     BinaryOperator *NewIncr =
1579       BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
1580                                Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
1581                              NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1582
1583     NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1584     NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1585
1586     /* Remove cast operation */
1587     ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1588     ShadowUse->eraseFromParent();
1589     Changed = true;
1590     break;
1591   }
1592 }
1593
1594 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1595 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1596 /// false.
1597 bool LSRInstance::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse) {
1598   for (IVUsers::iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1599     if (UI->getUser() == Cond) {
1600       // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1601       // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1602       // occurs enough in real life to handle.
1603       CondUse = UI;
1604       return true;
1605     }
1606   return false;
1607 }
1608
1609 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1610 /// a max computation.
1611 ///
1612 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1613 /// like this:
1614 ///
1615 ///   i = 0;
1616 ///   do {
1617 ///     p[i] = 0.0;
1618 ///   } while (++i < n);
1619 ///
1620 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
1621 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
1622 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
1623 /// will commonly be lowered like this:
1624 //
1625 ///   if (n > 0) {
1626 ///     i = 0;
1627 ///     do {
1628 ///       p[i] = 0.0;
1629 ///     } while (++i < n);
1630 ///   }
1631 ///
1632 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1633 /// test in such a way that indvars can't find it.
1634 ///
1635 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1636 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
1637 /// induction variable:
1638 ///
1639 ///   i = 0;
1640 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
1641 ///   do {
1642 ///     p[i] = 0.0;
1643 ///   } while (++i != max);
1644 ///
1645 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1646 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1647 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1648 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1649 /// needed, and it does this using a simple analysis that only succeeds if
1650 /// the loop has a canonical induction variable.
1651 ///
1652 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1653 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1654 ///
1655 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1656 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1657 /// the instructions for the maximum computation.
1658 ///
1659 ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
1660   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1661   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1662       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1663     return Cond;
1664
1665   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1666   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1667
1668   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1669   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1670     return Cond;
1671   const SCEV *One = SE.getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 1);
1672
1673   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
1674   const SCEV *IterationCount = SE.getAddExpr(One, BackedgeTakenCount);
1675   if (IterationCount != SE.getSCEV(Sel)) return Cond;
1676
1677   // Check for a max calculation that matches the pattern. There's no check
1678   // for ICMP_ULE here because the comparison would be with zero, which
1679   // isn't interesting.
1680   CmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
1681   const SCEVNAryExpr *Max = 0;
1682   if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(BackedgeTakenCount)) {
1683     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
1684     Max = S;
1685   } else if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount)) {
1686     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1687     Max = S;
1688   } else if (const SCEVUMaxExpr *U = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(IterationCount)) {
1689     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
1690     Max = U;
1691   } else {
1692     // No match; bail.
1693     return Cond;
1694   }
1695
1696   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
1697   // require additional checking and setup.
1698   if (Max->getNumOperands() != 2)
1699     return Cond;
1700
1701   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
1702   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
1703
1704   // ScalarEvolution canonicalizes constants to the left. For < and >, look
1705   // for a comparison with 1. For <= and >=, a comparison with zero.
1706   if (!MaxLHS ||
1707       (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) ? !MaxLHS->isZero() : (MaxLHS != One)))
1708     return Cond;
1709
1710   // Check the relevant induction variable for conformance to
1711   // the pattern.
1712   const SCEV *IV = SE.getSCEV(Cond->getOperand(0));
1713   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1714   if (!AR || !AR->isAffine() ||
1715       AR->getStart() != One ||
1716       AR->getStepRecurrence(SE) != One)
1717     return Cond;
1718
1719   assert(AR->getLoop() == L &&
1720          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
1721
1722   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
1723   // be used in the new comparison instruction.
1724   Value *NewRHS = 0;
1725   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred)) {
1726     // Look for n+1, and grab n.
1727     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(1)))
1728       if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)) &&
1729           cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->isOne() &&
1730           SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1731         NewRHS = BO->getOperand(0);
1732     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(2)))
1733       if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)) &&
1734           cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->isOne() &&
1735           SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1736         NewRHS = BO->getOperand(0);
1737     if (!NewRHS)
1738       return Cond;
1739   } else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
1740     NewRHS = Sel->getOperand(1);
1741   else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
1742     NewRHS = Sel->getOperand(2);
1743   else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(MaxRHS))
1744     NewRHS = SU->getValue();
1745   else
1746     // Max doesn't match expected pattern.
1747     return Cond;
1748
1749   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
1750   // and the original comparison may be either equality or inequality.
1751   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
1752     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
1753
1754   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
1755   // delete the max calculation.
1756   ICmpInst *NewCond =
1757     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
1758
1759   // Delete the max calculation instructions.
1760   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
1761   CondUse->setUser(NewCond);
1762   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
1763   Cond->eraseFromParent();
1764   Sel->eraseFromParent();
1765   if (Cmp->use_empty())
1766     Cmp->eraseFromParent();
1767   return NewCond;
1768 }
1769
1770 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
1771 /// postinc iv when possible.
1772 void
1773 LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
1774   SmallPtrSet<Instruction *, 4> PostIncs;
1775
1776   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1777   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
1778   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
1779
1780   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
1781     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
1782
1783     // Get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1784     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1785     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1786     // one register value.
1787
1788     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
1789     if (!TermBr)
1790       continue;
1791     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
1792     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1793       continue;
1794
1795     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1796     IVStrideUse *CondUse = 0;
1797     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1798     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse))
1799       continue;
1800
1801     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
1802     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
1803     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
1804     // One consequence of doing this now is that it disrupts the count-down
1805     // optimization. That's not always a bad thing though, because in such
1806     // cases it may still be worthwhile to avoid a max.
1807     Cond = OptimizeMax(Cond, CondUse);
1808
1809     // If this exiting block dominates the latch block, it may also use
1810     // the post-inc value if it won't be shared with other uses.
1811     // Check for dominance.
1812     if (!DT.dominates(ExitingBlock, LatchBlock))
1813       continue;
1814
1815     // Conservatively avoid trying to use the post-inc value in non-latch
1816     // exits if there may be pre-inc users in intervening blocks.
1817     if (LatchBlock != ExitingBlock)
1818       for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1819         // Test if the use is reachable from the exiting block. This dominator
1820         // query is a conservative approximation of reachability.
1821         if (&*UI != CondUse &&
1822             !DT.properlyDominates(UI->getUser()->getParent(), ExitingBlock)) {
1823           // Conservatively assume there may be reuse if the quotient of their
1824           // strides could be a legal scale.
1825           const SCEV *A = IU.getStride(*CondUse, L);
1826           const SCEV *B = IU.getStride(*UI, L);
1827           if (!A || !B) continue;
1828           if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) !=
1829               SE.getTypeSizeInBits(B->getType())) {
1830             if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) >
1831                 SE.getTypeSizeInBits(B->getType()))
1832               B = SE.getSignExtendExpr(B, A->getType());
1833             else
1834               A = SE.getSignExtendExpr(A, B->getType());
1835           }
1836           if (const SCEVConstant *D =
1837                 dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(B, A, SE))) {
1838             const ConstantInt *C = D->getValue();
1839             // Stride of one or negative one can have reuse with non-addresses.
1840             if (C->isOne() || C->isAllOnesValue())
1841               goto decline_post_inc;
1842             // Avoid weird situations.
1843             if (C->getValue().getMinSignedBits() >= 64 ||
1844                 C->getValue().isMinSignedValue())
1845               goto decline_post_inc;
1846             // Without TLI, assume that any stride might be valid, and so any
1847             // use might be shared.
1848             if (!TLI)
1849               goto decline_post_inc;
1850             // Check for possible scaled-address reuse.
1851             Type *AccessTy = getAccessType(UI->getUser());
1852             TargetLowering::AddrMode AM;
1853             AM.Scale = C->getSExtValue();
1854             if (TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1855               goto decline_post_inc;
1856             AM.Scale = -AM.Scale;
1857             if (TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1858               goto decline_post_inc;
1859           }
1860         }
1861
1862     DEBUG(dbgs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
1863                  << *Cond << '\n');
1864
1865     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1866     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1867     // the exiting block branch, move it.
1868     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != TermBr) {
1869       if (Cond->hasOneUse()) {
1870         Cond->moveBefore(TermBr);
1871       } else {
1872         // Clone the terminating condition and insert into the loopend.
1873         ICmpInst *OldCond = Cond;
1874         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1875         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1876         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1877
1878         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1879         CondUse = &IU.AddUser(Cond, CondUse->getOperandValToReplace());
1880         TermBr->replaceUsesOfWith(OldCond, Cond);
1881       }
1882     }
1883
1884     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1885     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1886     // live ranges for the IV correctly.
1887     CondUse->transformToPostInc(L);
1888     Changed = true;
1889
1890     PostIncs.insert(Cond);
1891   decline_post_inc:;
1892   }
1893
1894   // Determine an insertion point for the loop induction variable increment. It
1895   // must dominate all the post-inc comparisons we just set up, and it must
1896   // dominate the loop latch edge.
1897   IVIncInsertPos = L->getLoopLatch()->getTerminator();
1898   for (SmallPtrSet<Instruction *, 4>::const_iterator I = PostIncs.begin(),
1899        E = PostIncs.end(); I != E; ++I) {
1900     BasicBlock *BB =
1901       DT.findNearestCommonDominator(IVIncInsertPos->getParent(),
1902                                     (*I)->getParent());
1903     if (BB == (*I)->getParent())
1904       IVIncInsertPos = *I;
1905     else if (BB != IVIncInsertPos->getParent())
1906       IVIncInsertPos = BB->getTerminator();
1907   }
1908 }
1909
1910 /// reconcileNewOffset - Determine if the given use can accommodate a fixup
1911 /// at the given offset and other details. If so, update the use and
1912 /// return true.
1913 bool
1914 LSRInstance::reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
1915                                 LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
1916   int64_t NewMinOffset = LU.MinOffset;
1917   int64_t NewMaxOffset = LU.MaxOffset;
1918   Type *NewAccessTy = AccessTy;
1919
1920   // Check for a mismatched kind. It's tempting to collapse mismatched kinds to
1921   // something conservative, however this can pessimize in the case that one of
1922   // the uses will have all its uses outside the loop, for example.
1923   if (LU.Kind != Kind)
1924     return false;
1925   // Conservatively assume HasBaseReg is true for now.
1926   if (NewOffset < LU.MinOffset) {
1927     if (!isAlwaysFoldable(LU.MaxOffset - NewOffset, 0, HasBaseReg,
1928                           Kind, AccessTy, TLI))
1929       return false;
1930     NewMinOffset = NewOffset;
1931   } else if (NewOffset > LU.MaxOffset) {
1932     if (!isAlwaysFoldable(NewOffset - LU.MinOffset, 0, HasBaseReg,
1933                           Kind, AccessTy, TLI))
1934       return false;
1935     NewMaxOffset = NewOffset;
1936   }
1937   // Check for a mismatched access type, and fall back conservatively as needed.
1938   // TODO: Be less conservative when the type is similar and can use the same
1939   // addressing modes.
1940   if (Kind == LSRUse::Address && AccessTy != LU.AccessTy)
1941     NewAccessTy = Type::getVoidTy(AccessTy->getContext());
1942
1943   // Update the use.
1944   LU.MinOffset = NewMinOffset;
1945   LU.MaxOffset = NewMaxOffset;
1946   LU.AccessTy = NewAccessTy;
1947   if (NewOffset != LU.Offsets.back())
1948     LU.Offsets.push_back(NewOffset);
1949   return true;
1950 }
1951
1952 /// getUse - Return an LSRUse index and an offset value for a fixup which
1953 /// needs the given expression, with the given kind and optional access type.
1954 /// Either reuse an existing use or create a new one, as needed.
1955 std::pair<size_t, int64_t>
1956 LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
1957                     LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
1958   const SCEV *Copy = Expr;
1959   int64_t Offset = ExtractImmediate(Expr, SE);
1960
1961   // Basic uses can't accept any offset, for example.
1962   if (!isAlwaysFoldable(Offset, 0, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy, TLI)) {
1963     Expr = Copy;
1964     Offset = 0;
1965   }
1966
1967   std::pair<UseMapTy::iterator, bool> P =
1968     UseMap.insert(std::make_pair(std::make_pair(Expr, Kind), 0));
1969   if (!P.second) {
1970     // A use already existed with this base.
1971     size_t LUIdx = P.first->second;
1972     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
1973     if (reconcileNewOffset(LU, Offset, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy))
1974       // Reuse this use.
1975       return std::make_pair(LUIdx, Offset);
1976   }
1977
1978   // Create a new use.
1979   size_t LUIdx = Uses.size();
1980   P.first->second = LUIdx;
1981   Uses.push_back(LSRUse(Kind, AccessTy));
1982   LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
1983
1984   // We don't need to track redundant offsets, but we don't need to go out
1985   // of our way here to avoid them.
1986   if (LU.Offsets.empty() || Offset != LU.Offsets.back())
1987     LU.Offsets.push_back(Offset);
1988
1989   LU.MinOffset = Offset;
1990   LU.MaxOffset = Offset;
1991   return std::make_pair(LUIdx, Offset);
1992 }
1993
1994 /// DeleteUse - Delete the given use from the Uses list.
1995 void LSRInstance::DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
1996   if (&LU != &Uses.back())
1997     std::swap(LU, Uses.back());
1998   Uses.pop_back();
1999
2000   // Update RegUses.
2001   RegUses.SwapAndDropUse(LUIdx, Uses.size());
2002 }
2003
2004 /// FindUseWithFormula - Look for a use distinct from OrigLU which is has
2005 /// a formula that has the same registers as the given formula.
2006 LSRUse *
2007 LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
2008                                        const LSRUse &OrigLU) {
2009   // Search all uses for the formula. This could be more clever.
2010   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2011     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2012     // Check whether this use is close enough to OrigLU, to see whether it's
2013     // worthwhile looking through its formulae.
2014     // Ignore ICmpZero uses because they may contain formulae generated by
2015     // GenerateICmpZeroScales, in which case adding fixup offsets may
2016     // be invalid.
2017     if (&LU != &OrigLU &&
2018         LU.Kind != LSRUse::ICmpZero &&
2019         LU.Kind == OrigLU.Kind && OrigLU.AccessTy == LU.AccessTy &&
2020         LU.WidestFixupType == OrigLU.WidestFixupType &&
2021         LU.HasFormulaWithSameRegs(OrigF)) {
2022       // Scan through this use's formulae.
2023       for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
2024            E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
2025         const Formula &F = *I;
2026         // Check to see if this formula has the same registers and symbols
2027         // as OrigF.
2028         if (F.BaseRegs == OrigF.BaseRegs &&
2029             F.ScaledReg == OrigF.ScaledReg &&
2030             F.AM.BaseGV == OrigF.AM.BaseGV &&
2031             F.AM.Scale == OrigF.AM.Scale &&
2032             F.UnfoldedOffset == OrigF.UnfoldedOffset) {
2033           if (F.AM.BaseOffs == 0)
2034             return &LU;
2035           // This is the formula where all the registers and symbols matched;
2036           // there aren't going to be any others. Since we declined it, we
2037           // can skip the rest of the formulae and procede to the next LSRUse.
2038           break;
2039         }
2040       }
2041     }
2042   }
2043
2044   // Nothing looked good.
2045   return 0;
2046 }
2047
2048 void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
2049   SmallSetVector<const SCEV *, 4> Strides;
2050
2051   // Collect interesting types and strides.
2052   SmallVector<const SCEV *, 4> Worklist;
2053   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2054     const SCEV *Expr = IU.getExpr(*UI);
2055
2056     // Collect interesting types.
2057     Types.insert(SE.getEffectiveSCEVType(Expr->getType()));
2058
2059     // Add strides for mentioned loops.
2060     Worklist.push_back(Expr);
2061     do {
2062       const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
2063       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2064         if (EnableNested || AR->getLoop() == L)
2065           Strides.insert(AR->getStepRecurrence(SE));
2066         Worklist.push_back(AR->getStart());
2067       } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2068         Worklist.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
2069       }
2070     } while (!Worklist.empty());
2071   }
2072
2073   // Compute interesting factors from the set of interesting strides.
2074   for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator
2075        I = Strides.begin(), E = Strides.end(); I != E; ++I)
2076     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator NewStrideIter =
2077          llvm::next(I); NewStrideIter != E; ++NewStrideIter) {
2078       const SCEV *OldStride = *I;
2079       const SCEV *NewStride = *NewStrideIter;
2080
2081       if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) !=
2082           SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType())) {
2083         if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) >
2084             SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType()))
2085           NewStride = SE.getSignExtendExpr(NewStride, OldStride->getType());
2086         else
2087           OldStride = SE.getSignExtendExpr(OldStride, NewStride->getType());
2088       }
2089       if (const SCEVConstant *Factor =
2090             dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(NewStride, OldStride,
2091                                                         SE, true))) {
2092         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2093           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2094       } else if (const SCEVConstant *Factor =
2095                    dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(OldStride,
2096                                                                NewStride,
2097                                                                SE, true))) {
2098         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2099           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2100       }
2101     }
2102
2103   // If all uses use the same type, don't bother looking for truncation-based
2104   // reuse.
2105   if (Types.size() == 1)
2106     Types.clear();
2107
2108   DEBUG(print_factors_and_types(dbgs()));
2109 }
2110
2111 void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
2112   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2113     // Record the uses.
2114     LSRFixup &LF = getNewFixup();
2115     LF.UserInst = UI->getUser();
2116     LF.OperandValToReplace = UI->getOperandValToReplace();
2117     LF.PostIncLoops = UI->getPostIncLoops();
2118
2119     LSRUse::KindType Kind = LSRUse::Basic;
2120     Type *AccessTy = 0;
2121     if (isAddressUse(LF.UserInst, LF.OperandValToReplace)) {
2122       Kind = LSRUse::Address;
2123       AccessTy = getAccessType(LF.UserInst);
2124     }
2125
2126     const SCEV *S = IU.getExpr(*UI);
2127
2128     // Equality (== and !=) ICmps are special. We can rewrite (i == N) as
2129     // (N - i == 0), and this allows (N - i) to be the expression that we work
2130     // with rather than just N or i, so we can consider the register
2131     // requirements for both N and i at the same time. Limiting this code to
2132     // equality icmps is not a problem because all interesting loops use
2133     // equality icmps, thanks to IndVarSimplify.
2134     if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(LF.UserInst))
2135       if (CI->isEquality()) {
2136         // Swap the operands if needed to put the OperandValToReplace on the
2137         // left, for consistency.
2138         Value *NV = CI->getOperand(1);
2139         if (NV == LF.OperandValToReplace) {
2140           CI->setOperand(1, CI->getOperand(0));
2141           CI->setOperand(0, NV);
2142           NV = CI->getOperand(1);
2143           Changed = true;
2144         }
2145
2146         // x == y  -->  x - y == 0
2147         const SCEV *N = SE.getSCEV(NV);
2148         if (SE.isLoopInvariant(N, L)) {
2149           // S is normalized, so normalize N before folding it into S
2150           // to keep the result normalized.
2151           N = TransformForPostIncUse(Normalize, N, CI, 0,
2152                                      LF.PostIncLoops, SE, DT);
2153           Kind = LSRUse::ICmpZero;
2154           S = SE.getMinusSCEV(N, S);
2155         }
2156
2157         // -1 and the negations of all interesting strides (except the negation
2158         // of -1) are now also interesting.
2159         for (size_t i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i)
2160           if (Factors[i] != -1)
2161             Factors.insert(-(uint64_t)Factors[i]);
2162         Factors.insert(-1);
2163       }
2164
2165     // Set up the initial formula for this use.
2166     std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, Kind, AccessTy);
2167     LF.LUIdx = P.first;
2168     LF.Offset = P.second;
2169     LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
2170     LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
2171     if (!LU.WidestFixupType ||
2172         SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
2173         SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
2174       LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
2175
2176     // If this is the first use of this LSRUse, give it a formula.
2177     if (LU.Formulae.empty()) {
2178       InsertInitialFormula(S, LU, LF.LUIdx);
2179       CountRegisters(LU.Formulae.back(), LF.LUIdx);
2180     }
2181   }
2182
2183   DEBUG(print_fixups(dbgs()));
2184 }
2185
2186 /// InsertInitialFormula - Insert a formula for the given expression into
2187 /// the given use, separating out loop-variant portions from loop-invariant
2188 /// and loop-computable portions.
2189 void
2190 LSRInstance::InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2191   Formula F;
2192   F.InitialMatch(S, L, SE);
2193   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2194   assert(Inserted && "Initial formula already exists!"); (void)Inserted;
2195 }
2196
2197 /// InsertSupplementalFormula - Insert a simple single-register formula for
2198 /// the given expression into the given use.
2199 void
2200 LSRInstance::InsertSupplementalFormula(const SCEV *S,
2201                                        LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2202   Formula F;
2203   F.BaseRegs.push_back(S);
2204   F.AM.HasBaseReg = true;
2205   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2206   assert(Inserted && "Supplemental formula already exists!"); (void)Inserted;
2207 }
2208
2209 /// CountRegisters - Note which registers are used by the given formula,
2210 /// updating RegUses.
2211 void LSRInstance::CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx) {
2212   if (F.ScaledReg)
2213     RegUses.CountRegister(F.ScaledReg, LUIdx);
2214   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
2215        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
2216     RegUses.CountRegister(*I, LUIdx);
2217 }
2218
2219 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
2220 /// the list, and return true. Return false otherwise.
2221 bool LSRInstance::InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F) {
2222   if (!LU.InsertFormula(F))
2223     return false;
2224
2225   CountRegisters(F, LUIdx);
2226   return true;
2227 }
2228
2229 /// CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae - Check for other uses of
2230 /// loop-invariant values which we're tracking. These other uses will pin these
2231 /// values in registers, making them less profitable for elimination.
2232 /// TODO: This currently misses non-constant addrec step registers.
2233 /// TODO: Should this give more weight to users inside the loop?
2234 void
2235 LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
2236   SmallVector<const SCEV *, 8> Worklist(RegUses.begin(), RegUses.end());
2237   SmallPtrSet<const SCEV *, 8> Inserted;
2238
2239   while (!Worklist.empty()) {
2240     const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
2241
2242     if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S))
2243       Worklist.append(N->op_begin(), N->op_end());
2244     else if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
2245       Worklist.push_back(C->getOperand());
2246     else if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2247       Worklist.push_back(D->getLHS());
2248       Worklist.push_back(D->getRHS());
2249     } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2250       if (!Inserted.insert(U)) continue;
2251       const Value *V = U->getValue();
2252       if (const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2253         // Look for instructions defined outside the loop.
2254         if (L->contains(Inst)) continue;
2255       } else if (isa<UndefValue>(V))
2256         // Undef doesn't have a live range, so it doesn't matter.
2257         continue;
2258       for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
2259            UI != UE; ++UI) {
2260         const Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(*UI);
2261         // Ignore non-instructions.
2262         if (!UserInst)
2263           continue;
2264         // Ignore instructions in other functions (as can happen with
2265         // Constants).
2266         if (UserInst->getParent()->getParent() != L->getHeader()->getParent())
2267           continue;
2268         // Ignore instructions not dominated by the loop.
2269         const BasicBlock *UseBB = !isa<PHINode>(UserInst) ?
2270           UserInst->getParent() :
2271           cast<PHINode>(UserInst)->getIncomingBlock(
2272             PHINode::getIncomingValueNumForOperand(UI.getOperandNo()));
2273         if (!DT.dominates(L->getHeader(), UseBB))
2274           continue;
2275         // Ignore uses which are part of other SCEV expressions, to avoid
2276         // analyzing them multiple times.
2277         if (SE.isSCEVable(UserInst->getType())) {
2278           const SCEV *UserS = SE.getSCEV(const_cast<Instruction *>(UserInst));
2279           // If the user is a no-op, look through to its uses.
2280           if (!isa<SCEVUnknown>(UserS))
2281             continue;
2282           if (UserS == U) {
2283             Worklist.push_back(
2284               SE.getUnknown(const_cast<Instruction *>(UserInst)));
2285             continue;
2286           }
2287         }
2288         // Ignore icmp instructions which are already being analyzed.
2289         if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UserInst)) {
2290           unsigned OtherIdx = !UI.getOperandNo();
2291           Value *OtherOp = const_cast<Value *>(ICI->getOperand(OtherIdx));
2292           if (SE.hasComputableLoopEvolution(SE.getSCEV(OtherOp), L))
2293             continue;
2294         }
2295
2296         LSRFixup &LF = getNewFixup();
2297         LF.UserInst = const_cast<Instruction *>(UserInst);
2298         LF.OperandValToReplace = UI.getUse();
2299         std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, LSRUse::Basic, 0);
2300         LF.LUIdx = P.first;
2301         LF.Offset = P.second;
2302         LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
2303         LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
2304         if (!LU.WidestFixupType ||
2305             SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
2306             SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
2307           LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
2308         InsertSupplementalFormula(U, LU, LF.LUIdx);
2309         CountRegisters(LU.Formulae.back(), Uses.size() - 1);
2310         break;
2311       }
2312     }
2313   }
2314 }
2315
2316 /// CollectSubexprs - Split S into subexpressions which can be pulled out into
2317 /// separate registers. If C is non-null, multiply each subexpression by C.
2318 static void CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
2319                             SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
2320                             const Loop *L,
2321                             ScalarEvolution &SE) {
2322   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2323     // Break out add operands.
2324     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
2325          I != E; ++I)
2326       CollectSubexprs(*I, C, Ops, L, SE);
2327     return;
2328   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2329     // Split a non-zero base out of an addrec.
2330     if (!AR->getStart()->isZero()) {
2331       CollectSubexprs(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
2332                                        AR->getStepRecurrence(SE),
2333                                        AR->getLoop(),
2334                                        //FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
2335                                        SCEV::FlagAnyWrap),
2336                       C, Ops, L, SE);
2337       CollectSubexprs(AR->getStart(), C, Ops, L, SE);
2338       return;
2339     }
2340   } else if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2341     // Break (C * (a + b + c)) into C*a + C*b + C*c.
2342     if (Mul->getNumOperands() == 2)
2343       if (const SCEVConstant *Op0 =
2344             dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
2345         CollectSubexprs(Mul->getOperand(1),
2346                         C ? cast<SCEVConstant>(SE.getMulExpr(C, Op0)) : Op0,
2347                         Ops, L, SE);
2348         return;
2349       }
2350   }
2351
2352   // Otherwise use the value itself, optionally with a scale applied.
2353   Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, S) : S);
2354 }
2355
2356 /// GenerateReassociations - Split out subexpressions from adds and the bases of
2357 /// addrecs.
2358 void LSRInstance::GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2359                                          Formula Base,
2360                                          unsigned Depth) {
2361   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
2362   if (Depth >= 3) return;
2363
2364   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2365     const SCEV *BaseReg = Base.BaseRegs[i];
2366
2367     SmallVector<const SCEV *, 8> AddOps;
2368     CollectSubexprs(BaseReg, 0, AddOps, L, SE);
2369
2370     if (AddOps.size() == 1) continue;
2371
2372     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = AddOps.begin(),
2373          JE = AddOps.end(); J != JE; ++J) {
2374
2375       // Loop-variant "unknown" values are uninteresting; we won't be able to
2376       // do anything meaningful with them.
2377       if (isa<SCEVUnknown>(*J) && !SE.isLoopInvariant(*J, L))
2378         continue;
2379
2380       // Don't pull a constant into a register if the constant could be folded
2381       // into an immediate field.
2382       if (isAlwaysFoldable(*J, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2383                            Base.getNumRegs() > 1,
2384                            LU.Kind, LU.AccessTy, TLI, SE))
2385         continue;
2386
2387       // Collect all operands except *J.
2388       SmallVector<const SCEV *, 8> InnerAddOps
2389         (((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).begin(), J);
2390       InnerAddOps.append
2391         (llvm::next(J), ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).end());
2392
2393       // Don't leave just a constant behind in a register if the constant could
2394       // be folded into an immediate field.
2395       if (InnerAddOps.size() == 1 &&
2396           isAlwaysFoldable(InnerAddOps[0], LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2397                            Base.getNumRegs() > 1,
2398                            LU.Kind, LU.AccessTy, TLI, SE))
2399         continue;
2400
2401       const SCEV *InnerSum = SE.getAddExpr(InnerAddOps);
2402       if (InnerSum->isZero())
2403         continue;
2404       Formula F = Base;
2405
2406       // Add the remaining pieces of the add back into the new formula.
2407       const SCEVConstant *InnerSumSC = dyn_cast<SCEVConstant>(InnerSum);
2408       if (TLI && InnerSumSC &&
2409           SE.getTypeSizeInBits(InnerSumSC->getType()) <= 64 &&
2410           TLI->isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
2411                                    InnerSumSC->getValue()->getZExtValue())) {
2412         F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset +
2413                            InnerSumSC->getValue()->getZExtValue();
2414         F.BaseRegs.erase(F.BaseRegs.begin() + i);
2415       } else
2416         F.BaseRegs[i] = InnerSum;
2417
2418       // Add J as its own register, or an unfolded immediate.
2419       const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*J);
2420       if (TLI && SC && SE.getTypeSizeInBits(SC->getType()) <= 64 &&
2421           TLI->isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
2422                                    SC->getValue()->getZExtValue()))
2423         F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset +
2424                            SC->getValue()->getZExtValue();
2425       else
2426         F.BaseRegs.push_back(*J);
2427
2428       if (InsertFormula(LU, LUIdx, F))
2429         // If that formula hadn't been seen before, recurse to find more like
2430         // it.
2431         GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae.back(), Depth+1);
2432     }
2433   }
2434 }
2435
2436 /// GenerateCombinations - Generate a formula consisting of all of the
2437 /// loop-dominating registers added into a single register.
2438 void LSRInstance::GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2439                                        Formula Base) {
2440   // This method is only interesting on a plurality of registers.
2441   if (Base.BaseRegs.size() <= 1) return;
2442
2443   Formula F = Base;
2444   F.BaseRegs.clear();
2445   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
2446   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
2447        I = Base.BaseRegs.begin(), E = Base.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
2448     const SCEV *BaseReg = *I;
2449     if (SE.properlyDominates(BaseReg, L->getHeader()) &&
2450         !SE.hasComputableLoopEvolution(BaseReg, L))
2451       Ops.push_back(BaseReg);
2452     else
2453       F.BaseRegs.push_back(BaseReg);
2454   }
2455   if (Ops.size() > 1) {
2456     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Ops);
2457     // TODO: If Sum is zero, it probably means ScalarEvolution missed an
2458     // opportunity to fold something. For now, just ignore such cases
2459     // rather than proceed with zero in a register.
2460     if (!Sum->isZero()) {
2461       F.BaseRegs.push_back(Sum);
2462       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2463     }
2464   }
2465 }
2466
2467 /// GenerateSymbolicOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
2468 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2469                                           Formula Base) {
2470   // We can't add a symbolic offset if the address already contains one.
2471   if (Base.AM.BaseGV) return;
2472
2473   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2474     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
2475     GlobalValue *GV = ExtractSymbol(G, SE);
2476     if (G->isZero() || !GV)
2477       continue;
2478     Formula F = Base;
2479     F.AM.BaseGV = GV;
2480     if (!isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2481                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2482       continue;
2483     F.BaseRegs[i] = G;
2484     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2485   }
2486 }
2487
2488 /// GenerateConstantOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
2489 void LSRInstance::GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2490                                           Formula Base) {
2491   // TODO: For now, just add the min and max offset, because it usually isn't
2492   // worthwhile looking at everything inbetween.
2493   SmallVector<int64_t, 2> Worklist;
2494   Worklist.push_back(LU.MinOffset);
2495   if (LU.MaxOffset != LU.MinOffset)
2496     Worklist.push_back(LU.MaxOffset);
2497
2498   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2499     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
2500
2501     for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Worklist.begin(),
2502          E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
2503       Formula F = Base;
2504       F.AM.BaseOffs = (uint64_t)Base.AM.BaseOffs - *I;
2505       if (isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset - *I, LU.MaxOffset - *I,
2506                      LU.Kind, LU.AccessTy, TLI)) {
2507         // Add the offset to the base register.
2508         const SCEV *NewG = SE.getAddExpr(SE.getConstant(G->getType(), *I), G);
2509         // If it cancelled out, drop the base register, otherwise update it.
2510         if (NewG->isZero()) {
2511           std::swap(F.BaseRegs[i], F.BaseRegs.back());
2512           F.BaseRegs.pop_back();
2513         } else
2514           F.BaseRegs[i] = NewG;
2515
2516         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2517       }
2518     }
2519
2520     int64_t Imm = ExtractImmediate(G, SE);
2521     if (G->isZero() || Imm == 0)
2522       continue;
2523     Formula F = Base;
2524     F.AM.BaseOffs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + Imm;
2525     if (!isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2526                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2527       continue;
2528     F.BaseRegs[i] = G;
2529     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2530   }
2531 }
2532
2533 /// GenerateICmpZeroScales - For ICmpZero, check to see if we can scale up
2534 /// the comparison. For example, x == y -> x*c == y*c.
2535 void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2536                                          Formula Base) {
2537   if (LU.Kind != LSRUse::ICmpZero) return;
2538
2539   // Determine the integer type for the base formula.
2540   Type *IntTy = Base.getType();
2541   if (!IntTy) return;
2542   if (SE.getTypeSizeInBits(IntTy) > 64) return;
2543
2544   // Don't do this if there is more than one offset.
2545   if (LU.MinOffset != LU.MaxOffset) return;
2546
2547   assert(!Base.AM.BaseGV && "ICmpZero use is not legal!");
2548
2549   // Check each interesting stride.
2550   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
2551        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
2552     int64_t Factor = *I;
2553
2554     // Check that the multiplication doesn't overflow.
2555     if (Base.AM.BaseOffs == INT64_MIN && Factor == -1)
2556       continue;
2557     int64_t NewBaseOffs = (uint64_t)Base.AM.BaseOffs * Factor;
2558     if (NewBaseOffs / Factor != Base.AM.BaseOffs)
2559       continue;
2560
2561     // Check that multiplying with the use offset doesn't overflow.
2562     int64_t Offset = LU.MinOffset;
2563     if (Offset == INT64_MIN && Factor == -1)
2564       continue;
2565     Offset = (uint64_t)Offset * Factor;
2566     if (Offset / Factor != LU.MinOffset)
2567       continue;
2568
2569     Formula F = Base;
2570     F.AM.BaseOffs = NewBaseOffs;
2571
2572     // Check that this scale is legal.
2573     if (!isLegalUse(F.AM, Offset, Offset, LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2574       continue;
2575
2576     // Compensate for the use having MinOffset built into it.
2577     F.AM.BaseOffs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + Offset - LU.MinOffset;
2578
2579     const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
2580
2581     // Check that multiplying with each base register doesn't overflow.
2582     for (size_t i = 0, e = F.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2583       F.BaseRegs[i] = SE.getMulExpr(F.BaseRegs[i], FactorS);
2584       if (getExactSDiv(F.BaseRegs[i], FactorS, SE) != Base.BaseRegs[i])
2585         goto next;
2586     }
2587
2588     // Check that multiplying with the scaled register doesn't overflow.
2589     if (F.ScaledReg) {
2590       F.ScaledReg = SE.getMulExpr(F.ScaledReg, FactorS);
2591       if (getExactSDiv(F.ScaledReg, FactorS, SE) != Base.ScaledReg)
2592         continue;
2593     }
2594
2595     // Check that multiplying with the unfolded offset doesn't overflow.
2596     if (F.UnfoldedOffset != 0) {
2597       if (F.UnfoldedOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
2598         continue;
2599       F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset * Factor;
2600       if (F.UnfoldedOffset / Factor != Base.UnfoldedOffset)
2601         continue;
2602     }
2603
2604     // If we make it here and it's legal, add it.
2605     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2606   next:;
2607   }
2608 }
2609
2610 /// GenerateScales - Generate stride factor reuse formulae by making use of
2611 /// scaled-offset address modes, for example.
2612 void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
2613   // Determine the integer type for the base formula.
2614   Type *IntTy = Base.getType();
2615   if (!IntTy) return;
2616
2617   // If this Formula already has a scaled register, we can't add another one.
2618   if (Base.AM.Scale != 0) return;
2619
2620   // Check each interesting stride.
2621   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
2622        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
2623     int64_t Factor = *I;
2624
2625     Base.AM.Scale = Factor;
2626     Base.AM.HasBaseReg = Base.BaseRegs.size() > 1;
2627     // Check whether this scale is going to be legal.
2628     if (!isLegalUse(Base.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2629                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI)) {
2630       // As a special-case, handle special out-of-loop Basic users specially.
2631       // TODO: Reconsider this special case.
2632       if (LU.Kind == LSRUse::Basic &&
2633           isLegalUse(Base.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2634                      LSRUse::Special, LU.AccessTy, TLI) &&
2635           LU.AllFixupsOutsideLoop)
2636         LU.Kind = LSRUse::Special;
2637       else
2638         continue;
2639     }
2640     // For an ICmpZero, negating a solitary base register won't lead to
2641     // new solutions.
2642     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero &&
2643         !Base.AM.HasBaseReg && Base.AM.BaseOffs == 0 && !Base.AM.BaseGV)
2644       continue;
2645     // For each addrec base reg, apply the scale, if possible.
2646     for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
2647       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
2648             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base.BaseRegs[i])) {
2649         const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
2650         if (FactorS->isZero())
2651           continue;
2652         // Divide out the factor, ignoring high bits, since we'll be
2653         // scaling the value back up in the end.
2654         if (const SCEV *Quotient = getExactSDiv(AR, FactorS, SE, true)) {
2655           // TODO: This could be optimized to avoid all the copying.
2656           Formula F = Base;
2657           F.ScaledReg = Quotient;
2658           F.DeleteBaseReg(F.BaseRegs[i]);
2659           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2660         }
2661       }
2662   }
2663 }
2664
2665 /// GenerateTruncates - Generate reuse formulae from different IV types.
2666 void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
2667   // This requires TargetLowering to tell us which truncates are free.
2668   if (!TLI) return;
2669
2670   // Don't bother truncating symbolic values.
2671   if (Base.AM.BaseGV) return;
2672
2673   // Determine the integer type for the base formula.
2674   Type *DstTy = Base.getType();
2675   if (!DstTy) return;
2676   DstTy = SE.getEffectiveSCEVType(DstTy);
2677
2678   for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
2679        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
2680     Type *SrcTy = *I;
2681     if (SrcTy != DstTy && TLI->isTruncateFree(SrcTy, DstTy)) {
2682       Formula F = Base;
2683
2684       if (F.ScaledReg) F.ScaledReg = SE.getAnyExtendExpr(F.ScaledReg, *I);
2685       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator J = F.BaseRegs.begin(),
2686            JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J)
2687         *J = SE.getAnyExtendExpr(*J, SrcTy);
2688
2689       // TODO: This assumes we've done basic processing on all uses and
2690       // have an idea what the register usage is.
2691       if (!F.hasRegsUsedByUsesOtherThan(LUIdx, RegUses))
2692         continue;
2693
2694       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2695     }
2696   }
2697 }
2698
2699 namespace {
2700
2701 /// WorkItem - Helper class for GenerateCrossUseConstantOffsets. It's used to
2702 /// defer modifications so that the search phase doesn't have to worry about
2703 /// the data structures moving underneath it.
2704 struct WorkItem {
2705   size_t LUIdx;
2706   int64_t Imm;
2707   const SCEV *OrigReg;
2708
2709   WorkItem(size_t LI, int64_t I, const SCEV *R)
2710     : LUIdx(LI), Imm(I), OrigReg(R) {}
2711
2712   void print(raw_ostream &OS) const;
2713   void dump() const;
2714 };
2715
2716 }
2717
2718 void WorkItem::print(raw_ostream &OS) const {
2719   OS << "in formulae referencing " << *OrigReg << " in use " << LUIdx
2720      << " , add offset " << Imm;
2721 }
2722
2723 void WorkItem::dump() const {
2724   print(errs()); errs() << '\n';
2725 }
2726
2727 /// GenerateCrossUseConstantOffsets - Look for registers which are a constant
2728 /// distance apart and try to form reuse opportunities between them.
2729 void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
2730   // Group the registers by their value without any added constant offset.
2731   typedef std::map<int64_t, const SCEV *> ImmMapTy;
2732   typedef DenseMap<const SCEV *, ImmMapTy> RegMapTy;
2733   RegMapTy Map;
2734   DenseMap<const SCEV *, SmallBitVector> UsedByIndicesMap;
2735   SmallVector<const SCEV *, 8> Sequence;
2736   for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
2737        I != E; ++I) {
2738     const SCEV *Reg = *I;
2739     int64_t Imm = ExtractImmediate(Reg, SE);
2740     std::pair<RegMapTy::iterator, bool> Pair =
2741       Map.insert(std::make_pair(Reg, ImmMapTy()));
2742     if (Pair.second)
2743       Sequence.push_back(Reg);
2744     Pair.first->second.insert(std::make_pair(Imm, *I));
2745     UsedByIndicesMap[Reg] |= RegUses.getUsedByIndices(*I);
2746   }
2747
2748   // Now examine each set of registers with the same base value. Build up
2749   // a list of work to do and do the work in a separate step so that we're
2750   // not adding formulae and register counts while we're searching.
2751   SmallVector<WorkItem, 32> WorkItems;
2752   SmallSet<std::pair<size_t, int64_t>, 32> UniqueItems;
2753   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Sequence.begin(),
2754        E = Sequence.end(); I != E; ++I) {
2755     const SCEV *Reg = *I;
2756     const ImmMapTy &Imms = Map.find(Reg)->second;
2757
2758     // It's not worthwhile looking for reuse if there's only one offset.
2759     if (Imms.size() == 1)
2760       continue;
2761
2762     DEBUG(dbgs() << "Generating cross-use offsets for " << *Reg << ':';
2763           for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
2764                J != JE; ++J)
2765             dbgs() << ' ' << J->first;
2766           dbgs() << '\n');
2767
2768     // Examine each offset.
2769     for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
2770          J != JE; ++J) {
2771       const SCEV *OrigReg = J->second;
2772
2773       int64_t JImm = J->first;
2774       const SmallBitVector &UsedByIndices = RegUses.getUsedByIndices(OrigReg);
2775
2776       if (!isa<SCEVConstant>(OrigReg) &&
2777           UsedByIndicesMap[Reg].count() == 1) {
2778         DEBUG(dbgs() << "Skipping cross-use reuse for " << *OrigReg << '\n');
2779         continue;
2780       }
2781
2782       // Conservatively examine offsets between this orig reg a few selected
2783       // other orig regs.
2784       ImmMapTy::const_iterator OtherImms[] = {
2785         Imms.begin(), prior(Imms.end()),
2786         Imms.lower_bound((Imms.begin()->first + prior(Imms.end())->first) / 2)
2787       };
2788       for (size_t i = 0, e = array_lengthof(OtherImms); i != e; ++i) {
2789         ImmMapTy::const_iterator M = OtherImms[i];
2790         if (M == J || M == JE) continue;
2791
2792         // Compute the difference between the two.
2793         int64_t Imm = (uint64_t)JImm - M->first;
2794         for (int LUIdx = UsedByIndices.find_first(); LUIdx != -1;
2795              LUIdx = UsedByIndices.find_next(LUIdx))
2796           // Make a memo of this use, offset, and register tuple.
2797           if (UniqueItems.insert(std::make_pair(LUIdx, Imm)))
2798             WorkItems.push_back(WorkItem(LUIdx, Imm, OrigReg));
2799       }
2800     }
2801   }
2802
2803   Map.clear();
2804   Sequence.clear();
2805   UsedByIndicesMap.clear();
2806   UniqueItems.clear();
2807
2808   // Now iterate through the worklist and add new formulae.
2809   for (SmallVectorImpl<WorkItem>::const_iterator I = WorkItems.begin(),
2810        E = WorkItems.end(); I != E; ++I) {
2811     const WorkItem &WI = *I;
2812     size_t LUIdx = WI.LUIdx;
2813     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2814     int64_t Imm = WI.Imm;
2815     const SCEV *OrigReg = WI.OrigReg;
2816
2817     Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(OrigReg->getType());
2818     const SCEV *NegImmS = SE.getSCEV(ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Imm));
2819     unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(IntTy);
2820
2821     // TODO: Use a more targeted data structure.
2822     for (size_t L = 0, LE = LU.Formulae.size(); L != LE; ++L) {
2823       const Formula &F = LU.Formulae[L];
2824       // Use the immediate in the scaled register.
2825       if (F.ScaledReg == OrigReg) {
2826         int64_t Offs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs +
2827                        Imm * (uint64_t)F.AM.Scale;
2828         // Don't create 50 + reg(-50).
2829         if (F.referencesReg(SE.getSCEV(
2830                    ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offs))))
2831           continue;
2832         Formula NewF = F;
2833         NewF.AM.BaseOffs = Offs;
2834         if (!isLegalUse(NewF.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2835                         LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2836           continue;
2837         NewF.ScaledReg = SE.getAddExpr(NegImmS, NewF.ScaledReg);
2838
2839         // If the new scale is a constant in a register, and adding the constant
2840         // value to the immediate would produce a value closer to zero than the
2841         // immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
2842         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(NewF.ScaledReg))
2843           if (C->getValue()->isNegative() !=
2844                 (NewF.AM.BaseOffs < 0) &&
2845               (C->getValue()->getValue().abs() * APInt(BitWidth, F.AM.Scale))
2846                 .ule(abs64(NewF.AM.BaseOffs)))
2847             continue;
2848
2849         // OK, looks good.
2850         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
2851       } else {
2852         // Use the immediate in a base register.
2853         for (size_t N = 0, NE = F.BaseRegs.size(); N != NE; ++N) {
2854           const SCEV *BaseReg = F.BaseRegs[N];
2855           if (BaseReg != OrigReg)
2856             continue;
2857           Formula NewF = F;
2858           NewF.AM.BaseOffs = (uint64_t)NewF.AM.BaseOffs + Imm;
2859           if (!isLegalUse(NewF.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2860                           LU.Kind, LU.AccessTy, TLI)) {
2861             if (!TLI ||
2862                 !TLI->isLegalAddImmediate((uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm))
2863               continue;
2864             NewF = F;
2865             NewF.UnfoldedOffset = (uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm;
2866           }
2867           NewF.BaseRegs[N] = SE.getAddExpr(NegImmS, BaseReg);
2868
2869           // If the new formula has a constant in a register, and adding the
2870           // constant value to the immediate would produce a value closer to
2871           // zero than the immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
2872           for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
2873                J = NewF.BaseRegs.begin(), JE = NewF.BaseRegs.end();
2874                J != JE; ++J)
2875             if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*J))
2876               if ((C->getValue()->getValue() + NewF.AM.BaseOffs).abs().slt(
2877                    abs64(NewF.AM.BaseOffs)) &&
2878                   (C->getValue()->getValue() +
2879                    NewF.AM.BaseOffs).countTrailingZeros() >=
2880                    CountTrailingZeros_64(NewF.AM.BaseOffs))
2881                 goto skip_formula;
2882
2883           // Ok, looks good.
2884           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
2885           break;
2886         skip_formula:;
2887         }
2888       }
2889     }
2890   }
2891 }
2892
2893 /// GenerateAllReuseFormulae - Generate formulae for each use.
2894 void
2895 LSRInstance::GenerateAllReuseFormulae() {
2896   // This is split into multiple loops so that hasRegsUsedByUsesOtherThan
2897   // queries are more precise.
2898   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2899     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2900     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2901       GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2902     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2903       GenerateCombinations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2904   }
2905   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2906     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2907     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2908       GenerateSymbolicOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2909     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2910       GenerateConstantOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2911     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2912       GenerateICmpZeroScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2913     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2914       GenerateScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2915   }
2916   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2917     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2918     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2919       GenerateTruncates(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2920   }
2921
2922   GenerateCrossUseConstantOffsets();
2923
2924   DEBUG(dbgs() << "\n"
2925                   "After generating reuse formulae:\n";
2926         print_uses(dbgs()));
2927 }
2928
2929 /// If there are multiple formulae with the same set of registers used
2930 /// by other uses, pick the best one and delete the others.
2931 void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
2932   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
2933   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> Regs;
2934   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> LoserRegs;
2935 #ifndef NDEBUG
2936   bool ChangedFormulae = false;
2937 #endif
2938
2939   // Collect the best formula for each unique set of shared registers. This
2940   // is reset for each use.
2941   typedef DenseMap<SmallVector<const SCEV *, 2>, size_t, UniquifierDenseMapInfo>
2942     BestFormulaeTy;
2943   BestFormulaeTy BestFormulae;
2944
2945   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2946     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2947     DEBUG(dbgs() << "Filtering for use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
2948
2949     bool Any = false;
2950     for (size_t FIdx = 0, NumForms = LU.Formulae.size();
2951          FIdx != NumForms; ++FIdx) {
2952       Formula &F = LU.Formulae[FIdx];
2953
2954       // Some formulas are instant losers. For example, they may depend on
2955       // nonexistent AddRecs from other loops. These need to be filtered
2956       // immediately, otherwise heuristics could choose them over others leading
2957       // to an unsatisfactory solution. Passing LoserRegs into RateFormula here
2958       // avoids the need to recompute this information across formulae using the
2959       // same bad AddRec. Passing LoserRegs is also essential unless we remove
2960       // the corresponding bad register from the Regs set.
2961       Cost CostF;
2962       Regs.clear();
2963       CostF.RateFormula(F, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT,
2964                         &LoserRegs);
2965       if (CostF.isLoser()) {
2966         // During initial formula generation, undesirable formulae are generated
2967         // by uses within other loops that have some non-trivial address mode or
2968         // use the postinc form of the IV. LSR needs to provide these formulae
2969         // as the basis of rediscovering the desired formula that uses an AddRec
2970         // corresponding to the existing phi. Once all formulae have been
2971         // generated, these initial losers may be pruned.
2972         DEBUG(dbgs() << "  Filtering loser "; F.print(dbgs());
2973               dbgs() << "\n");
2974       }
2975       else {
2976         SmallVector<const SCEV *, 2> Key;
2977         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = F.BaseRegs.begin(),
2978                JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J) {
2979           const SCEV *Reg = *J;
2980           if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(Reg, LUIdx))
2981             Key.push_back(Reg);
2982         }
2983         if (F.ScaledReg &&
2984             RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(F.ScaledReg, LUIdx))
2985           Key.push_back(F.ScaledReg);
2986         // Unstable sort by host order ok, because this is only used for
2987         // uniquifying.
2988         std::sort(Key.begin(), Key.end());
2989
2990         std::pair<BestFormulaeTy::const_iterator, bool> P =
2991           BestFormulae.insert(std::make_pair(Key, FIdx));
2992         if (P.second)
2993           continue;
2994
2995         Formula &Best = LU.Formulae[P.first->second];
2996
2997         Cost CostBest;
2998         Regs.clear();
2999         CostBest.RateFormula(Best, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT);
3000         if (CostF < CostBest)
3001           std::swap(F, Best);
3002         DEBUG(dbgs() << "  Filtering out formula "; F.print(dbgs());
3003               dbgs() << "\n"
3004                         "    in favor of formula "; Best.print(dbgs());
3005               dbgs() << '\n');
3006       }
3007 #ifndef NDEBUG
3008       ChangedFormulae = true;
3009 #endif
3010       LU.DeleteFormula(F);
3011       --FIdx;
3012       --NumForms;
3013       Any = true;
3014     }
3015
3016     // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
3017     if (Any)
3018       LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3019
3020     // Reset this to prepare for the next use.
3021     BestFormulae.clear();
3022   }
3023
3024   DEBUG(if (ChangedFormulae) {
3025           dbgs() << "\n"
3026                     "After filtering out undesirable candidates:\n";
3027           print_uses(dbgs());
3028         });
3029 }
3030
3031 // This is a rough guess that seems to work fairly well.
3032 static const size_t ComplexityLimit = UINT16_MAX;
3033
3034 /// EstimateSearchSpaceComplexity - Estimate the worst-case number of
3035 /// solutions the solver might have to consider. It almost never considers
3036 /// this many solutions because it prune the search space, but the pruning
3037 /// isn't always sufficient.
3038 size_t LSRInstance::EstimateSearchSpaceComplexity() const {
3039   size_t Power = 1;
3040   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
3041        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
3042     size_t FSize = I->Formulae.size();
3043     if (FSize >= ComplexityLimit) {
3044       Power = ComplexityLimit;
3045       break;
3046     }
3047     Power *= FSize;
3048     if (Power >= ComplexityLimit)
3049       break;
3050   }
3051   return Power;
3052 }
3053
3054 /// NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets - When one formula uses a superset
3055 /// of the registers of another formula, it won't help reduce register
3056 /// pressure (though it may not necessarily hurt register pressure); remove
3057 /// it to simplify the system.
3058 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets() {
3059   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
3060     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
3061
3062     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by eliminating formulae "
3063                     "which use a superset of registers used by other "
3064                     "formulae.\n");
3065
3066     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3067       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3068       bool Any = false;
3069       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
3070         Formula &F = LU.Formulae[i];
3071         // Look for a formula with a constant or GV in a register. If the use
3072         // also has a formula with that same value in an immediate field,
3073         // delete the one that uses a register.
3074         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3075              I = F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3076           if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*I)) {
3077             Formula NewF = F;
3078             NewF.AM.BaseOffs += C->getValue()->getSExtValue();
3079             NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
3080                                 (I - F.BaseRegs.begin()));
3081             if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
3082               DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3083               LU.DeleteFormula(F);
3084               --i;
3085               --e;
3086               Any = true;
3087               break;
3088             }
3089           } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(*I)) {
3090             if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue()))
3091               if (!F.AM.BaseGV) {
3092                 Formula NewF = F;
3093                 NewF.AM.BaseGV = GV;
3094                 NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
3095                                     (I - F.BaseRegs.begin()));
3096                 if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
3097                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
3098                         dbgs() << '\n');
3099                   LU.DeleteFormula(F);
3100                   --i;
3101                   --e;
3102                   Any = true;
3103                   break;
3104                 }
3105               }
3106           }
3107         }
3108       }
3109       if (Any)
3110         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3111     }
3112
3113     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3114           print_uses(dbgs()));
3115   }
3116 }
3117
3118 /// NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode - When there are many registers
3119 /// for expressions like A, A+1, A+2, etc., allocate a single register for
3120 /// them.
3121 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode() {
3122   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
3123     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
3124
3125     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming that uses "
3126                     "separated by a constant offset will use the same "
3127                     "registers.\n");
3128
3129     // This is especially useful for unrolled loops.
3130
3131     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3132       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3133       for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
3134            E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
3135         const Formula &F = *I;
3136         if (F.AM.BaseOffs != 0 && F.AM.Scale == 0) {
3137           if (LSRUse *LUThatHas = FindUseWithSimilarFormula(F, LU)) {
3138             if (reconcileNewOffset(*LUThatHas, F.AM.BaseOffs,
3139                                    /*HasBaseReg=*/false,
3140                                    LU.Kind, LU.AccessTy)) {
3141               DEBUG(dbgs() << "  Deleting use "; LU.print(dbgs());
3142                     dbgs() << '\n');
3143
3144               LUThatHas->AllFixupsOutsideLoop &= LU.AllFixupsOutsideLoop;
3145
3146               // Update the relocs to reference the new use.
3147               for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::iterator I = Fixups.begin(),
3148                    E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
3149                 LSRFixup &Fixup = *I;
3150                 if (Fixup.LUIdx == LUIdx) {
3151                   Fixup.LUIdx = LUThatHas - &Uses.front();
3152                   Fixup.Offset += F.AM.BaseOffs;
3153                   // Add the new offset to LUThatHas' offset list.
3154                   if (LUThatHas->Offsets.back() != Fixup.Offset) {
3155                     LUThatHas->Offsets.push_back(Fixup.Offset);
3156                     if (Fixup.Offset > LUThatHas->MaxOffset)
3157                       LUThatHas->MaxOffset = Fixup.Offset;
3158                     if (Fixup.Offset < LUThatHas->MinOffset)
3159                       LUThatHas->MinOffset = Fixup.Offset;
3160                   }
3161                   DEBUG(dbgs() << "New fixup has offset "
3162                                << Fixup.Offset << '\n');
3163                 }
3164                 if (Fixup.LUIdx == NumUses-1)
3165                   Fixup.LUIdx = LUIdx;
3166               }
3167
3168               // Delete formulae from the new use which are no longer legal.
3169               bool Any = false;
3170               for (size_t i = 0, e = LUThatHas->Formulae.size(); i != e; ++i) {
3171                 Formula &F = LUThatHas->Formulae[i];
3172                 if (!isLegalUse(F.AM,
3173                                 LUThatHas->MinOffset, LUThatHas->MaxOffset,
3174                                 LUThatHas->Kind, LUThatHas->AccessTy, TLI)) {
3175                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
3176                         dbgs() << '\n');
3177                   LUThatHas->DeleteFormula(F);
3178                   --i;
3179                   --e;
3180                   Any = true;
3181                 }
3182               }
3183               if (Any)
3184                 LUThatHas->RecomputeRegs(LUThatHas - &Uses.front(), RegUses);
3185
3186               // Delete the old use.
3187               DeleteUse(LU, LUIdx);
3188               --LUIdx;
3189               --NumUses;
3190               break;
3191             }
3192           }
3193         }
3194       }
3195     }
3196
3197     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3198           print_uses(dbgs()));
3199   }
3200 }
3201
3202 /// NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters - Call
3203 /// FilterOutUndesirableDedicatedRegisters again, if necessary, now that
3204 /// we've done more filtering, as it may be able to find more formulae to
3205 /// eliminate.
3206 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters(){
3207   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
3208     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
3209
3210     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by re-filtering out "
3211                     "undesirable dedicated registers.\n");
3212
3213     FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
3214
3215     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3216           print_uses(dbgs()));
3217   }
3218 }
3219
3220 /// NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs - Pick a register which seems likely
3221 /// to be profitable, and then in any use which has any reference to that
3222 /// register, delete all formulae which do not reference that register.
3223 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs() {
3224   // With all other options exhausted, loop until the system is simple
3225   // enough to handle.
3226   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Taken;
3227   while (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
3228     // Ok, we have too many of formulae on our hands to conveniently handle.
3229     // Use a rough heuristic to thin out the list.
3230     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
3231
3232     // Pick the register which is used by the most LSRUses, which is likely
3233     // to be a good reuse register candidate.
3234     const SCEV *Best = 0;
3235     unsigned BestNum = 0;
3236     for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
3237          I != E; ++I) {
3238       const SCEV *Reg = *I;
3239       if (Taken.count(Reg))
3240         continue;
3241       if (!Best)
3242         Best = Reg;
3243       else {
3244         unsigned Count = RegUses.getUsedByIndices(Reg).count();
3245         if (Count > BestNum) {
3246           Best = Reg;
3247           BestNum = Count;
3248         }
3249       }
3250     }
3251
3252     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming " << *Best
3253                  << " will yield profitable reuse.\n");
3254     Taken.insert(Best);
3255
3256     // In any use with formulae which references this register, delete formulae
3257     // which don't reference it.
3258     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3259       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3260       if (!LU.Regs.count(Best)) continue;
3261
3262       bool Any = false;
3263       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
3264         Formula &F = LU.Formulae[i];
3265         if (!F.referencesReg(Best)) {
3266           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3267           LU.DeleteFormula(F);
3268           --e;
3269           --i;
3270           Any = true;
3271           assert(e != 0 && "Use has no formulae left! Is Regs inconsistent?");
3272           continue;
3273         }
3274       }
3275
3276       if (Any)
3277         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3278     }
3279
3280     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3281           print_uses(dbgs()));
3282   }
3283 }
3284
3285 /// NarrowSearchSpaceUsingHeuristics - If there are an extraordinary number of
3286 /// formulae to choose from, use some rough heuristics to prune down the number
3287 /// of formulae. This keeps the main solver from taking an extraordinary amount
3288 /// of time in some worst-case scenarios.
3289 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceUsingHeuristics() {
3290   NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
3291   NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
3292   NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
3293   NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
3294 }
3295
3296 /// SolveRecurse - This is the recursive solver.
3297 void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
3298                                Cost &SolutionCost,
3299                                SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
3300                                const Cost &CurCost,
3301                                const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
3302                                DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const {
3303   // Some ideas:
3304   //  - prune more:
3305   //    - use more aggressive filtering
3306   //    - sort the formula so that the most profitable solutions are found first
3307   //    - sort the uses too
3308   //  - search faster:
3309   //    - don't compute a cost, and then compare. compare while computing a cost
3310   //      and bail early.
3311   //    - track register sets with SmallBitVector
3312
3313   const LSRUse &LU = Uses[Workspace.size()];
3314
3315   // If this use references any register that's already a part of the
3316   // in-progress solution, consider it a requirement that a formula must
3317   // reference that register in order to be considered. This prunes out
3318   // unprofitable searching.
3319   SmallSetVector<const SCEV *, 4> ReqRegs;
3320   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator I = CurRegs.begin(),
3321        E = CurRegs.end(); I != E; ++I)
3322     if (LU.Regs.count(*I))
3323       ReqRegs.insert(*I);
3324
3325   bool AnySatisfiedReqRegs = false;
3326   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> NewRegs;
3327   Cost NewCost;
3328 retry:
3329   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
3330        E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
3331     const Formula &F = *I;
3332
3333     // Ignore formulae which do not use any of the required registers.
3334     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator J = ReqRegs.begin(),
3335          JE = ReqRegs.end(); J != JE; ++J) {
3336       const SCEV *Reg = *J;
3337       if ((!F.ScaledReg || F.ScaledReg != Reg) &&
3338           std::find(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end(), Reg) ==
3339           F.BaseRegs.end())
3340         goto skip;
3341     }
3342     AnySatisfiedReqRegs = true;
3343
3344     // Evaluate the cost of the current formula. If it's already worse than
3345     // the current best, prune the search at that point.
3346     NewCost = CurCost;
3347     NewRegs = CurRegs;
3348     NewCost.RateFormula(F, NewRegs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT);
3349     if (NewCost < SolutionCost) {
3350       Workspace.push_back(&F);
3351       if (Workspace.size() != Uses.size()) {
3352         SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, NewCost,
3353                      NewRegs, VisitedRegs);
3354         if (F.getNumRegs() == 1 && Workspace.size() == 1)
3355           VisitedRegs.insert(F.ScaledReg ? F.ScaledReg : F.BaseRegs[0]);
3356       } else {
3357         DEBUG(dbgs() << "New best at "; NewCost.print(dbgs());
3358               dbgs() << ". Regs:";
3359               for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator
3360                    I = NewRegs.begin(), E = NewRegs.end(); I != E; ++I)
3361                 dbgs() << ' ' << **I;
3362               dbgs() << '\n');
3363
3364         SolutionCost = NewCost;
3365         Solution = Workspace;
3366       }
3367       Workspace.pop_back();
3368     }
3369   skip:;
3370   }
3371
3372   if (!EnableRetry && !AnySatisfiedReqRegs)
3373     return;
3374
3375   // If none of the formulae had all of the required registers, relax the
3376   // constraint so that we don't exclude all formulae.
3377   if (!AnySatisfiedReqRegs) {
3378     assert(!ReqRegs.empty() && "Solver failed even without required registers");
3379     ReqRegs.clear();
3380     goto retry;
3381   }
3382 }
3383
3384 /// Solve - Choose one formula from each use. Return the results in the given
3385 /// Solution vector.
3386 void LSRInstance::Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const {
3387   SmallVector<const Formula *, 8> Workspace;
3388   Cost SolutionCost;
3389   SolutionCost.Loose();
3390   Cost CurCost;
3391   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> CurRegs;
3392   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
3393   Workspace.reserve(Uses.size());
3394
3395   // SolveRecurse does all the work.
3396   SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, CurCost,
3397                CurRegs, VisitedRegs);
3398   if (Solution.empty()) {
3399     DEBUG(dbgs() << "\nNo Satisfactory Solution\n");
3400     return;
3401   }
3402
3403   // Ok, we've now made all our decisions.
3404   DEBUG(dbgs() << "\n"
3405                   "The chosen solution requires "; SolutionCost.print(dbgs());
3406         dbgs() << ":\n";
3407         for (size_t i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
3408           dbgs() << "  ";
3409           Uses[i].print(dbgs());
3410           dbgs() << "\n"
3411                     "    ";
3412           Solution[i]->print(dbgs());
3413           dbgs() << '\n';
3414         });
3415
3416   assert(Solution.size() == Uses.size() && "Malformed solution!");
3417 }
3418
3419 /// HoistInsertPosition - Helper for AdjustInsertPositionForExpand. Climb up
3420 /// the dominator tree far as we can go while still being dominated by the
3421 /// input positions. This helps canonicalize the insert position, which
3422 /// encourages sharing.
3423 BasicBlock::iterator
3424 LSRInstance::HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
3425                                  const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs)
3426                                                                          const {
3427   for (;;) {
3428     const Loop *IPLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
3429     unsigned IPLoopDepth = IPLoop ? IPLoop->getLoopDepth() : 0;
3430
3431     BasicBlock *IDom;
3432     for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(IP->getParent()); ; ) {
3433       if (!Rung) return IP;
3434       Rung = Rung->getIDom();
3435       if (!Rung) return IP;
3436       IDom = Rung->getBlock();
3437
3438       // Don't climb into a loop though.
3439       const Loop *IDomLoop = LI.getLoopFor(IDom);
3440       unsigned IDomDepth = IDomLoop ? IDomLoop->getLoopDepth() : 0;
3441       if (IDomDepth <= IPLoopDepth &&
3442           (IDomDepth != IPLoopDepth || IDomLoop == IPLoop))
3443         break;
3444     }
3445
3446     bool AllDominate = true;
3447     Instruction *BetterPos = 0;
3448     Instruction *Tentative = IDom->getTerminator();
3449     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator I = Inputs.begin(),
3450          E = Inputs.end(); I != E; ++I) {
3451       Instruction *Inst = *I;
3452       if (Inst == Tentative || !DT.dominates(Inst, Tentative)) {
3453         AllDominate = false;
3454         break;
3455       }
3456       // Attempt to find an insert position in the middle of the block,
3457       // instead of at the end, so that it can be used for other expansions.
3458       if (IDom == Inst->getParent() &&
3459           (!BetterPos || DT.dominates(BetterPos, Inst)))
3460         BetterPos = llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst));
3461     }
3462     if (!AllDominate)
3463       break;
3464     if (BetterPos)
3465       IP = BetterPos;
3466     else
3467       IP = Tentative;
3468   }
3469
3470   return IP;
3471 }
3472
3473 /// AdjustInsertPositionForExpand - Determine an input position which will be
3474 /// dominated by the operands and which will dominate the result.
3475 BasicBlock::iterator
3476 LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
3477                                            const LSRFixup &LF,
3478                                            const LSRUse &LU) const {
3479   // Collect some instructions which must be dominated by the
3480   // expanding replacement. These must be dominated by any operands that
3481   // will be required in the expansion.
3482   SmallVector<Instruction *, 4> Inputs;
3483   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(LF.OperandValToReplace))
3484     Inputs.push_back(I);
3485   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero)
3486     if (Instruction *I =
3487           dyn_cast<Instruction>(cast<ICmpInst>(LF.UserInst)->getOperand(1)))
3488       Inputs.push_back(I);
3489   if (LF.PostIncLoops.count(L)) {
3490     if (LF.isUseFullyOutsideLoop(L))
3491       Inputs.push_back(L->getLoopLatch()->getTerminator());
3492     else
3493       Inputs.push_back(IVIncInsertPos);
3494   }
3495   // The expansion must also be dominated by the increment positions of any
3496   // loops it for which it is using post-inc mode.
3497   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = LF.PostIncLoops.begin(),
3498        E = LF.PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
3499     const Loop *PIL = *I;
3500     if (PIL == L) continue;
3501
3502     // Be dominated by the loop exit.
3503     SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
3504     PIL->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
3505     if (!ExitingBlocks.empty()) {
3506       BasicBlock *BB = ExitingBlocks[0];
3507       for (unsigned i = 1, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
3508         BB = DT.findNearestCommonDominator(BB, ExitingBlocks[i]);
3509       Inputs.push_back(BB->getTerminator());
3510     }
3511   }
3512
3513   // Then, climb up the immediate dominator tree as far as we can go while
3514   // still being dominated by the input positions.
3515   IP = HoistInsertPosition(IP, Inputs);
3516
3517   // Don't insert instructions before PHI nodes.
3518   while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
3519
3520   // Ignore landingpad instructions.
3521   while (isa<LandingPadInst>(IP)) ++IP;
3522
3523   // Ignore debug intrinsics.
3524   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP)) ++IP;
3525
3526   return IP;
3527 }
3528
3529 /// Expand - Emit instructions for the leading candidate expression for this
3530 /// LSRUse (this is called "expanding").
3531 Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
3532                            const Formula &F,
3533                            BasicBlock::iterator IP,
3534                            SCEVExpander &Rewriter,
3535                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const {
3536   const LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
3537
3538   // Determine an input position which will be dominated by the operands and
3539   // which will dominate the result.
3540   IP = AdjustInsertPositionForExpand(IP, LF, LU);
3541
3542   // Inform the Rewriter if we have a post-increment use, so that it can
3543   // perform an advantageous expansion.
3544   Rewriter.setPostInc(LF.PostIncLoops);
3545
3546   // This is the type that the user actually needs.
3547   Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
3548   // This will be the type that we'll initially expand to.
3549   Type *Ty = F.getType();
3550   if (!Ty)
3551     // No type known; just expand directly to the ultimate type.
3552     Ty = OpTy;
3553   else if (SE.getEffectiveSCEVType(Ty) == SE.getEffectiveSCEVType(OpTy))
3554     // Expand directly to the ultimate type if it's the right size.
3555     Ty = OpTy;
3556   // This is the type to do integer arithmetic in.
3557   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
3558
3559   // Build up a list of operands to add together to form the full base.
3560   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
3561
3562   // Expand the BaseRegs portion.
3563   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
3564        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3565     const SCEV *Reg = *I;
3566     assert(!Reg->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
3567
3568     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
3569     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
3570     Reg = TransformForPostIncUse(Denormalize, Reg,
3571                                  LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
3572                                  Loops, SE, DT);
3573
3574     Ops.push_back(SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(Reg, 0, IP)));
3575   }
3576
3577   // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
3578   if (!Ops.empty()) {
3579     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
3580     Ops.clear();
3581     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
3582   }
3583
3584   // Expand the ScaledReg portion.
3585   Value *ICmpScaledV = 0;
3586   if (F.AM.Scale != 0) {
3587     const SCEV *ScaledS = F.ScaledReg;
3588
3589     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
3590     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
3591     ScaledS = TransformForPostIncUse(Denormalize, ScaledS,
3592                                      LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
3593                                      Loops, SE, DT);
3594
3595     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
3596       // An interesting way of "folding" with an icmp is to use a negated
3597       // scale, which we'll implement by inserting it into the other operand
3598       // of the icmp.
3599       assert(F.AM.Scale == -1 &&
3600              "The only scale supported by ICmpZero uses is -1!");
3601       ICmpScaledV = Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP);
3602     } else {
3603       // Otherwise just expand the scaled register and an explicit scale,
3604       // which is expected to be matched as part of the address.
3605       ScaledS = SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP));
3606       ScaledS = SE.getMulExpr(ScaledS,
3607                               SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.AM.Scale));
3608       Ops.push_back(ScaledS);
3609
3610       // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
3611       Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
3612       Ops.clear();
3613       Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
3614     }
3615   }
3616
3617   // Expand the GV portion.
3618   if (F.AM.BaseGV) {
3619     Ops.push_back(SE.getUnknown(F.AM.BaseGV));
3620
3621     // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
3622     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
3623     Ops.clear();
3624     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
3625   }
3626
3627   // Expand the immediate portion.
3628   int64_t Offset = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + LF.Offset;
3629   if (Offset != 0) {
3630     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
3631       // The other interesting way of "folding" with an ICmpZero is to use a
3632       // negated immediate.
3633       if (!ICmpScaledV)
3634         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offset);
3635       else {
3636         Ops.push_back(SE.getUnknown(ICmpScaledV));
3637         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, Offset);
3638       }
3639     } else {
3640       // Just add the immediate values. These again are expected to be matched
3641       // as part of the address.
3642       Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy, Offset)));
3643     }
3644   }
3645
3646   // Expand the unfolded offset portion.
3647   int64_t UnfoldedOffset = F.UnfoldedOffset;
3648   if (UnfoldedOffset != 0) {
3649     // Just add the immediate values.
3650     Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy,
3651                                                        UnfoldedOffset)));
3652   }
3653
3654   // Emit instructions summing all the operands.
3655   const SCEV *FullS = Ops.empty() ?
3656                       SE.getConstant(IntTy, 0) :
3657                       SE.getAddExpr(Ops);
3658   Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(FullS, Ty, IP);
3659
3660   // We're done expanding now, so reset the rewriter.
3661   Rewriter.clearPostInc();
3662
3663   // An ICmpZero Formula represents an ICmp which we're handling as a
3664   // comparison against zero. Now that we've expanded an expression for that
3665   // form, update the ICmp's other operand.
3666   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
3667     ICmpInst *CI = cast<ICmpInst>(LF.UserInst);
3668     DeadInsts.push_back(CI->getOperand(1));
3669     assert(!F.AM.BaseGV && "ICmp does not support folding a global value and "
3670                            "a scale at the same time!");
3671     if (F.AM.Scale == -1) {
3672       if (ICmpScaledV->getType() != OpTy) {
3673         Instruction *Cast =
3674           CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(ICmpScaledV, false,
3675                                                    OpTy, false),
3676                            ICmpScaledV, OpTy, "tmp", CI);
3677         ICmpScaledV = Cast;
3678       }
3679       CI->setOperand(1, ICmpScaledV);
3680     } else {
3681       assert(F.AM.Scale == 0 &&
3682              "ICmp does not support folding a global value and "
3683              "a scale at the same time!");
3684       Constant *C = ConstantInt::getSigned(SE.getEffectiveSCEVType(OpTy),
3685                                            -(uint64_t)Offset);
3686       if (C->getType() != OpTy)
3687         C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
3688                                                           OpTy, false),
3689                                   C, OpTy);
3690
3691       CI->setOperand(1, C);
3692     }
3693   }
3694
3695   return FullV;
3696 }
3697
3698 /// RewriteForPHI - Helper for Rewrite. PHI nodes are special because the use
3699 /// of their operands effectively happens in their predecessor blocks, so the
3700 /// expression may need to be expanded in multiple places.
3701 void LSRInstance::RewriteForPHI(PHINode *PN,
3702                                 const LSRFixup &LF,
3703                                 const Formula &F,
3704                                 SCEVExpander &Rewriter,
3705                                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
3706                                 Pass *P) const {
3707   DenseMap<BasicBlock *, Value *> Inserted;
3708   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
3709     if (PN->getIncomingValue(i) == LF.OperandValToReplace) {
3710       BasicBlock *BB = PN->getIncomingBlock(i);
3711
3712       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
3713       // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
3714       // is the canonical backedge for this loop, which complicates post-inc
3715       // users.
3716       if (e != 1 && BB->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
3717           !isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
3718         BasicBlock *Parent = PN->getParent();
3719         Loop *PNLoop = LI.getLoopFor(Parent);
3720         if (!PNLoop || Parent != PNLoop->getHeader()) {
3721           // Split the critical edge.
3722           BasicBlock *NewBB = 0;
3723           if (!Parent->isLandingPad()) {
3724             NewBB = SplitCriticalEdge(BB, Parent, P,
3725                                       /*MergeIdenticalEdges=*/true,
3726                                       /*DontDeleteUselessPhis=*/true);
3727           } else {
3728             SmallVector<BasicBlock*, 2> NewBBs;
3729             SplitLandingPadPredecessors(Parent, BB, "", "", P, NewBBs);
3730             NewBB = NewBBs[0];
3731           }
3732
3733           // If PN is outside of the loop and BB is in the loop, we want to
3734           // move the block to be immediately before the PHI block, not
3735           // immediately after BB.
3736           if (L->contains(BB) && !L->contains(PN))
3737             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
3738
3739           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
3740           e = PN->getNumIncomingValues();
3741           BB = NewBB;
3742           i = PN->getBasicBlockIndex(BB);
3743         }
3744       }
3745
3746       std::pair<DenseMap<BasicBlock *, Value *>::iterator, bool> Pair =
3747         Inserted.insert(std::make_pair(BB, static_cast<Value *>(0)));
3748       if (!Pair.second)
3749         PN->setIncomingValue(i, Pair.first->second);
3750       else {
3751         Value *FullV = Expand(LF, F, BB->getTerminator(), Rewriter, DeadInsts);
3752
3753         // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
3754         Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
3755         if (FullV->getType() != OpTy)
3756           FullV =
3757             CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false,
3758                                                      OpTy, false),
3759                              FullV, LF.OperandValToReplace->getType(),
3760                              "tmp", BB->getTerminator());
3761
3762         PN->setIncomingValue(i, FullV);
3763         Pair.first->second = FullV;
3764       }
3765     }
3766 }
3767
3768 /// Rewrite - Emit instructions for the leading candidate expression for this
3769 /// LSRUse (this is called "expanding"), and update the UserInst to reference
3770 /// the newly expanded value.
3771 void LSRInstance::Rewrite(const LSRFixup &LF,
3772                           const Formula &F,
3773                           SCEVExpander &Rewriter,
3774                           SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
3775                           Pass *P) const {
3776   // First, find an insertion point that dominates UserInst. For PHI nodes,
3777   // find the nearest block which dominates all the relevant uses.
3778   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(LF.UserInst)) {
3779     RewriteForPHI(PN, LF, F, Rewriter, DeadInsts, P);
3780   } else {
3781     Value *FullV = Expand(LF, F, LF.UserInst, Rewriter, DeadInsts);
3782
3783     // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
3784     Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
3785     if (FullV->getType() != OpTy) {
3786       Instruction *Cast =
3787         CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false, OpTy, false),
3788                          FullV, OpTy, "tmp", LF.UserInst);
3789       FullV = Cast;
3790     }
3791
3792     // Update the user. ICmpZero is handled specially here (for now) because
3793     // Expand may have updated one of the operands of the icmp already, and
3794     // its new value may happen to be equal to LF.OperandValToReplace, in
3795     // which case doing replaceUsesOfWith leads to replacing both operands
3796     // with the same value. TODO: Reorganize this.
3797     if (Uses[LF.LUIdx].Kind == LSRUse::ICmpZero)
3798       LF.UserInst->setOperand(0, FullV);
3799     else
3800       LF.UserInst->replaceUsesOfWith(LF.OperandValToReplace, FullV);
3801   }
3802
3803   DeadInsts.push_back(LF.OperandValToReplace);
3804 }
3805
3806 /// ImplementSolution - Rewrite all the fixup locations with new values,
3807 /// following the chosen solution.
3808 void
3809 LSRInstance::ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
3810                                Pass *P) {
3811   // Keep track of instructions we may have made dead, so that
3812   // we can remove them after we are done working.
3813   SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
3814
3815   SCEVExpander Rewriter(SE, "lsr");
3816   Rewriter.disableCanonicalMode();
3817   Rewriter.enableLSRMode();
3818   Rewriter.setIVIncInsertPos(L, IVIncInsertPos);
3819
3820   // Expand the new value definitions and update the users.
3821   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
3822        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
3823     const LSRFixup &Fixup = *I;
3824
3825     Rewrite(Fixup, *Solution[Fixup.LUIdx], Rewriter, DeadInsts, P);
3826
3827     Changed = true;
3828   }
3829
3830   // Clean up after ourselves. This must be done before deleting any
3831   // instructions.
3832   Rewriter.clear();
3833
3834   Changed |= DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
3835 }
3836
3837 LSRInstance::LSRInstance(const TargetLowering *tli, Loop *l, Pass *P)
3838   : IU(P->getAnalysis<IVUsers>()),
3839     SE(P->getAnalysis<ScalarEvolution>()),
3840     DT(P->getAnalysis<DominatorTree>()),
3841     LI(P->getAnalysis<LoopInfo>()),
3842     TLI(tli), L(l), Changed(false), IVIncInsertPos(0) {
3843
3844   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
3845   if (!L->isLoopSimplifyForm())
3846     return;
3847
3848   // All outer loops must have preheaders, or SCEVExpander may not be able to
3849   // materialize an AddRecExpr whose Start is an outer AddRecExpr.
3850   for (const Loop *OuterLoop = L; (OuterLoop = OuterLoop->getParentLoop());) {
3851     if (!OuterLoop->getLoopPreheader())
3852       return;
3853   }
3854   // If there's no interesting work to be done, bail early.
3855   if (IU.empty()) return;
3856
3857   DEBUG(dbgs() << "\nLSR on loop ";
3858         WriteAsOperand(dbgs(), L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
3859         dbgs() << ":\n");
3860
3861   // First, perform some low-level loop optimizations.
3862   OptimizeShadowIV();
3863   OptimizeLoopTermCond();
3864
3865   // If loop preparation eliminates all interesting IV users, bail.
3866   if (IU.empty()) return;
3867
3868   // Skip nested loops until we can model them better with formulae.
3869   if (!EnableNested && !L->empty()) {
3870     DEBUG(dbgs() << "LSR skipping outer loop " << *L << "\n");
3871     return;
3872   }
3873
3874   // Start collecting data and preparing for the solver.
3875   CollectInterestingTypesAndFactors();
3876   CollectFixupsAndInitialFormulae();
3877   CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
3878
3879   DEBUG(dbgs() << "LSR found " << Uses.size() << " uses:\n";
3880         print_uses(dbgs()));
3881
3882   // Now use the reuse data to generate a bunch of interesting ways
3883   // to formulate the values needed for the uses.
3884   GenerateAllReuseFormulae();
3885
3886   FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
3887   NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
3888
3889   SmallVector<const Formula *, 8> Solution;
3890   Solve(Solution);
3891
3892   // Release memory that is no longer needed.
3893   Factors.clear();
3894   Types.clear();
3895   RegUses.clear();
3896
3897   if (Solution.empty())
3898     return;
3899
3900 #ifndef NDEBUG
3901   // Formulae should be legal.
3902   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
3903        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
3904      const LSRUse &LU = *I;
3905      for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
3906           JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J)
3907         assert(isLegalUse(J->AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3908                           LU.Kind, LU.AccessTy, TLI) &&
3909                "Illegal formula generated!");
3910   };
3911 #endif
3912
3913   // Now that we've decided what we want, make it so.
3914   ImplementSolution(Solution, P);
3915 }
3916
3917 void LSRInstance::print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const {
3918   if (Factors.empty() && Types.empty()) return;
3919
3920   OS << "LSR has identified the following interesting factors and types: ";
3921   bool First = true;
3922
3923   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3924        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3925     if (!First) OS << ", ";
3926     First = false;
3927     OS << '*' << *I;
3928   }
3929
3930   for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
3931        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
3932     if (!First) OS << ", ";
3933     First = false;
3934     OS << '(' << **I << ')';
3935   }
3936   OS << '\n';
3937 }
3938
3939 void LSRInstance::print_fixups(raw_ostream &OS) const {
3940   OS << "LSR is examining the following fixup sites:\n";
3941   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
3942        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
3943     dbgs() << "  ";
3944     I->print(OS);
3945     OS << '\n';
3946   }
3947 }
3948
3949 void LSRInstance::print_uses(raw_ostream &OS) const {
3950   OS << "LSR is examining the following uses:\n";
3951   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
3952        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
3953     const LSRUse &LU = *I;
3954     dbgs() << "  ";
3955     LU.print(OS);
3956     OS << '\n';
3957     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
3958          JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J) {
3959       OS << "    ";
3960       J->print(OS);
3961       OS << '\n';
3962     }
3963   }
3964 }
3965
3966 void LSRInstance::print(raw_ostream &OS) const {
3967   print_factors_and_types(OS);
3968   print_fixups(OS);
3969   print_uses(OS);
3970 }
3971
3972 void LSRInstance::dump() const {
3973   print(errs()); errs() << '\n';
3974 }
3975
3976 namespace {
3977
3978 class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
3979   /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
3980   /// transformation profitability.
3981   const TargetLowering *const TLI;
3982
3983 public:
3984   static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
3985   explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = 0);
3986
3987 private:
3988   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
3989   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
3990 };
3991
3992 }
3993
3994 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
3995 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
3996                 "Loop Strength Reduction", false, false)
3997 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
3998 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
3999 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(IVUsers)
4000 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
4001 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
4002 INITIALIZE_PASS_END(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
4003                 "Loop Strength Reduction", false, false)
4004
4005
4006 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
4007   return new LoopStrengthReduce(TLI);
4008 }
4009
4010 LoopStrengthReduce::LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli)
4011   : LoopPass(ID), TLI(tli) {
4012     initializeLoopStrengthReducePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
4013   }
4014
4015 void LoopStrengthReduce::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
4016   // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
4017   // many analyses if they are around.
4018   AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
4019
4020   AU.addRequired<LoopInfo>();
4021   AU.addPreserved<LoopInfo>();
4022   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
4023   AU.addRequired<DominatorTree>();
4024   AU.addPreserved<DominatorTree>();
4025   AU.addRequired<ScalarEvolution>();
4026   AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
4027   // Requiring LoopSimplify a second time here prevents IVUsers from running
4028   // twice, since LoopSimplify was invalidated by running ScalarEvolution.
4029   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
4030   AU.addRequired<IVUsers>();
4031   AU.addPreserved<IVUsers>();
4032 }
4033
4034 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
4035   bool Changed = false;
4036
4037   // Run the main LSR transformation.
4038   Changed |= LSRInstance(TLI, L, this).getChanged();
4039
4040   // Remove any extra phis created by processing inner loops.
4041   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
4042   if (EnablePhiElim) {
4043     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
4044     SCEVExpander Rewriter(getAnalysis<ScalarEvolution>(), "lsr");
4045 #ifndef NDEBUG
4046     Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
4047 #endif
4048     unsigned numFolded = Rewriter.
4049       replaceCongruentIVs(L, &getAnalysis<DominatorTree>(), DeadInsts, TLI);
4050     if (numFolded) {
4051       Changed = true;
4052       DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
4053       DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
4054     }
4055   }
4056   return Changed;
4057 }