Extend ScalarEvolution's multiple-exit support to compute exact
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs in Loops --------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This transformation analyzes and transforms the induction variables (and
11 // computations derived from them) into forms suitable for efficient execution
12 // on the target.
13 //
14 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
15 // have as one or more of their components the loop induction variable, it
16 // rewrites expressions to take advantage of scaled-index addressing modes
17 // available on the target, and it performs a variety of other optimizations
18 // related to loop induction variables.
19 //
20 //===----------------------------------------------------------------------===//
21
22 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
23 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
24 #include "llvm/Constants.h"
25 #include "llvm/Instructions.h"
26 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
27 #include "llvm/Type.h"
28 #include "llvm/DerivedTypes.h"
29 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
30 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
31 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
32 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
33 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
34 #include "llvm/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
35 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
36 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
37 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
38 #include "llvm/Support/CFG.h"
39 #include "llvm/Support/Debug.h"
40 #include "llvm/Support/Compiler.h"
41 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
42 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
43 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
44 #include <algorithm>
45 using namespace llvm;
46
47 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of IV uses strength reduced");
48 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
49 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
50 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
51 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
52 STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
53 STATISTIC(NumLoopCond,    "Number of loop terminating conds optimized");
54
55 static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
56                                        cl::init(false),
57                                        cl::Hidden);
58
59 namespace {
60
61   struct BasedUser;
62
63   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
64   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
65   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
66   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
67     const SCEV*  Stride;
68     const SCEV*  Base;
69     PHINode    *PHI;
70
71     IVExpr(const SCEV* const stride, const SCEV* const base, PHINode *phi)
72       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi) {}
73   };
74
75   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
76   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
77   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
78     std::vector<IVExpr> IVs;
79
80     void addIV(const SCEV* const Stride, const SCEV* const Base, PHINode *PHI) {
81       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI));
82     }
83   };
84
85   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
86     IVUsers *IU;
87     LoopInfo *LI;
88     DominatorTree *DT;
89     ScalarEvolution *SE;
90     bool Changed;
91
92     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
93     /// particular stride.
94     std::map<const SCEV*, IVsOfOneStride> IVsByStride;
95
96     /// StrideNoReuse - Keep track of all the strides whose ivs cannot be
97     /// reused (nor should they be rewritten to reuse other strides).
98     SmallSet<const SCEV*, 4> StrideNoReuse;
99
100     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
101     /// we can remove them after we are done working.
102     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
103
104     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
105     /// transformation profitability.
106     const TargetLowering *TLI;
107
108   public:
109     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
110     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
111       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
112     }
113
114     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
115
116     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
117       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
118       // many analyses if they are around.
119       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
120       AU.addPreserved<LoopInfo>();
121       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
122       AU.addPreserved<DominatorTree>();
123
124       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
125       AU.addRequired<LoopInfo>();
126       AU.addRequired<DominatorTree>();
127       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
128       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
129       AU.addRequired<IVUsers>();
130       AU.addPreserved<IVUsers>();
131     }
132
133   private:
134     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
135                                   IVStrideUse* &CondUse,
136                                   const SCEV* const *  &CondStride);
137
138     void OptimizeIndvars(Loop *L);
139     void OptimizeLoopCountIV(Loop *L);
140     void OptimizeLoopTermCond(Loop *L);
141
142     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
143     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
144     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
145
146     /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition
147     /// if it uses a max computation.
148     ICmpInst *OptimizeMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
149                           IVStrideUse* &CondUse);
150
151     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
152                            const SCEV* const * &CondStride);
153     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
154     const SCEV* CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEV* const&,
155                              IVExpr&, const Type*,
156                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
157     bool ValidScale(bool, int64_t,
158                     const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
159     bool ValidOffset(bool, int64_t, int64_t,
160                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
161     const SCEV* CollectIVUsers(const SCEV* const &Stride,
162                               IVUsersOfOneStride &Uses,
163                               Loop *L,
164                               bool &AllUsesAreAddresses,
165                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
166                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
167     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
168                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
169                                 const Loop *L,
170                                 bool AllUsesAreAddresses,
171                                 const SCEV* Stride);
172     void PrepareToStrengthReduceFully(
173                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
174                              const SCEV* Stride,
175                              const SCEV* CommonExprs,
176                              const Loop *L,
177                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
178     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
179                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
180                                          Value *CommonBaseV,
181                                          const IVExpr &ReuseIV,
182                                          Instruction *PreInsertPt);
183     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
184                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
185                                   const SCEV* Stride,
186                                   const SCEV* CommonExprs,
187                                   Value *CommonBaseV,
188                                   Instruction *IVIncInsertPt,
189                                   const Loop *L,
190                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
191     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEV* const &Stride,
192                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
193                                       Loop *L);
194     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
195   };
196 }
197
198 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
199 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
200 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
201
202 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
203   return new LoopStrengthReduce(TLI);
204 }
205
206 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
207 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
208 /// their operands subsequently dead.
209 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
210   if (DeadInsts.empty()) return;
211   
212   while (!DeadInsts.empty()) {
213     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(DeadInsts.back());
214     DeadInsts.pop_back();
215     
216     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
217       continue;
218
219     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
220       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
221         *OI = 0;
222         if (U->use_empty())
223           DeadInsts.push_back(U);
224       }
225     }
226     
227     I->eraseFromParent();
228     Changed = true;
229   }
230 }
231
232 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a 
233 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop 
234 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
235 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(const SCEV* S, Loop *L) {
236   // This is very common, put it first.
237   if (isa<SCEVConstant>(S))
238     return false;
239   if (const SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
240     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
241       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
242         return true;
243     return false;
244   }
245   if (const SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
246     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
247       if (newLoop == L)
248         return false;
249       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
250       if (!LoopInfoBase<BasicBlock>::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
251         return false;
252     }
253     return true;
254   }
255   if (const SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
256     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
257            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
258 #if 0
259   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll 
260   // need this when it is.
261   if (const SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
262     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
263            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
264 #endif
265   if (const SCEVCastExpr *CE = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
266     return containsAddRecFromDifferentLoop(CE->getOperand(), L);
267   return false;
268 }
269
270 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
271 /// specified value as an address.
272 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
273   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
274   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
275     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
276       isAddress = true;
277   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
278     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
279     // of intrinsics.
280     switch (II->getIntrinsicID()) {
281       default: break;
282       case Intrinsic::prefetch:
283       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
284       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
285       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
286       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
287       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
288       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
289       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
290         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
291           isAddress = true;
292         break;
293     }
294   }
295   return isAddress;
296 }
297
298 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
299 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
300   const Type *AccessTy = Inst->getType();
301   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
302     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
303   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
304     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
305     // of intrinsics.
306     switch (II->getIntrinsicID()) {
307     default: break;
308     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
309     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
310     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
311     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
312       AccessTy = II->getOperand(1)->getType();
313       break;
314     }
315   }
316   return AccessTy;
317 }
318
319 namespace {
320   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
321   /// partitioned the expression so far.
322   struct BasedUser {
323     /// SE - The current ScalarEvolution object.
324     ScalarEvolution *SE;
325
326     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
327     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
328     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
329     /// field.
330     const SCEV* Base;
331     
332     /// Inst - The instruction using the induction variable.
333     Instruction *Inst;
334
335     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
336     /// EmittedBase.
337     Value *OperandValToReplace;
338
339     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
340     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
341     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
342     /// must be added inside the loop.
343     const SCEV* Imm;
344
345     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
346     /// should be used for this user.
347     PHINode *Phi;
348
349     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
350     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
351     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
352     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
353     // the loop.
354     bool isUseOfPostIncrementedValue;
355     
356     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
357       : SE(se), Base(IVSU.getOffset()), Inst(IVSU.getUser()),
358         OperandValToReplace(IVSU.getOperandValToReplace()),
359         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
360         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue()) {}
361
362     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
363     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
364     // to it.
365     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV* const &NewBase,
366                                         Instruction *InsertPt,
367                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
368                                         LoopInfo &LI,
369                                         SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts);
370     
371     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV* const &NewBase, 
372                                        const Type *Ty,
373                                        SCEVExpander &Rewriter,
374                                        Instruction *IP, Loop *L,
375                                        LoopInfo &LI);
376     void dump() const;
377   };
378 }
379
380 void BasedUser::dump() const {
381   cerr << " Base=" << *Base;
382   cerr << " Imm=" << *Imm;
383   cerr << "   Inst: " << *Inst;
384 }
385
386 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEV* const &NewBase, 
387                                               const Type *Ty,
388                                               SCEVExpander &Rewriter,
389                                               Instruction *IP, Loop *L,
390                                               LoopInfo &LI) {
391   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
392   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
393   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
394   // many loops as possible.
395   Instruction *BaseInsertPt = IP;
396   
397   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
398   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
399   
400   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
401   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
402   if (L->contains(IP->getParent()))
403     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
404       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
405       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
406     }
407   
408   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, 0, BaseInsertPt);
409
410   const SCEV* NewValSCEV = SE->getUnknown(Base);
411
412   // Always emit the immediate into the same block as the user.
413   NewValSCEV = SE->getAddExpr(NewValSCEV, Imm);
414
415   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, Ty, IP);
416 }
417
418
419 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
420 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
421 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
422 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
423 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
424 //
425 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEV* const &NewBase,
426                                                Instruction *NewBasePt,
427                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
428                                       LoopInfo &LI,
429                                       SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
430   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
431     // By default, insert code at the user instruction.
432     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
433     
434     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
435     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
436     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
437     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
438     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
439     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
440     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
441     // In this case, we have to back off.
442     //
443     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
444     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
445     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
446     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
447       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
448         InsertPt = NewBasePt;
449         ++InsertPt;
450       } else if (Instruction *OpInst
451                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
452         InsertPt = OpInst;
453         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
454       }
455     }
456     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase,
457                                                 OperandValToReplace->getType(),
458                                                 Rewriter, InsertPt, L, LI);
459     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
460     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
461
462     DOUT << "      Replacing with ";
463     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, NewVal, /*PrintType=*/false));
464     DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
465     return;
466   }
467
468   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
469   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
470   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
471   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
472   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
473   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
474   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
475   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
476     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
477       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
478       // code in the same place as the original expression,
479       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
480       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
481       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
482       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
483       // that case(?).
484       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
485       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
486         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
487         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
488         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
489         // inserted code be in an illegal position.
490         BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
491         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
492             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
493
494           // First step, split the critical edge.
495           SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
496
497           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
498           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
499           // move the block to be immediately before the PHI block, not
500           // immediately after PredTI.
501           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
502             BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
503             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
504           }
505
506           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
507           e = PN->getNumIncomingValues();
508         }
509       }
510       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
511       if (!Code) {
512         // Insert the code into the end of the predecessor block.
513         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
514                                 PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
515                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
516         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, PN->getType(),
517                                            Rewriter, InsertPt, L, LI);
518
519         DOUT << "      Changing PHI use to ";
520         DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Code, /*PrintType=*/false));
521         DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
522       }
523
524       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
525       PN->setIncomingValue(i, Code);
526       Rewriter.clear();
527     }
528   }
529
530   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
531   DeadInsts.push_back(Inst);
532 }
533
534
535 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
536 /// mode, and does not need to be put in a register first.
537 static bool fitsInAddressMode(const SCEV* const &V, const Type *AccessTy,
538                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
539   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
540     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
541     if (TLI) {
542       TargetLowering::AddrMode AM;
543       AM.BaseOffs = VC;
544       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
545       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
546     } else {
547       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
548       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
549     }
550   }
551
552   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
553     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue())) {
554       if (TLI) {
555         TargetLowering::AddrMode AM;
556         AM.BaseGV = GV;
557         AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
558         return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
559       } else {
560         // Default: assume global addresses are not legal.
561       }
562     }
563
564   return false;
565 }
566
567 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
568 /// loop varying to the Imm operand.
569 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(const SCEV* &Val, const SCEV* &Imm,
570                                              Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
571   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
572   
573   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
574     SmallVector<const SCEV*, 4> NewOps;
575     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
576     
577     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
578       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
579         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
580         // field of the expression.
581         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
582       } else {
583         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
584       }
585
586     if (NewOps.empty())
587       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
588     else
589       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
590   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
591     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
592     const SCEV* Start = SARE->getStart();
593     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
594     
595     SmallVector<const SCEV*, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
596     Ops[0] = Start;
597     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
598   } else {
599     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
600     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
601     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
602   }
603 }
604
605
606 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
607 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
608 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
609 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
610                                 const Type *AccessTy,
611                                 const SCEV* &Val, const SCEV* &Imm,
612                                 bool isAddress, Loop *L,
613                                 ScalarEvolution *SE) {
614   if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
615     SmallVector<const SCEV*, 4> NewOps;
616     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
617     
618     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
619       const SCEV* NewOp = SAE->getOperand(i);
620       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
621       
622       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
623         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
624         // field of the expression.
625         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
626       } else {
627         NewOps.push_back(NewOp);
628       }
629     }
630
631     if (NewOps.empty())
632       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
633     else
634       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
635     return;
636   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
637     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
638     const SCEV* Start = SARE->getStart();
639     MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
640     
641     if (Start != SARE->getStart()) {
642       SmallVector<const SCEV*, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
643       Ops[0] = Start;
644       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
645     }
646     return;
647   } else if (const SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
648     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
649     if (isAddress &&
650         fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), AccessTy, TLI, false) &&
651         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
652
653       const SCEV* SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
654       const SCEV* NewOp = SME->getOperand(1);
655       MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
656       
657       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
658       // simplify this!
659       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
660         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
661         // good.
662         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
663         if (fitsInAddressMode(SubImm, AccessTy, TLI, false)) {
664           // Accumulate the immediate.
665           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
666           
667           // Update what is left of 'Val'.
668           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
669           return;
670         }
671       }
672     }
673   }
674
675   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
676   // expression.
677   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, AccessTy, TLI, false)) ||
678       !Val->isLoopInvariant(L)) {
679     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
680     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
681     return;
682   }
683
684   // Otherwise, no immediates to move.
685 }
686
687 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
688                                 Instruction *User,
689                                 const SCEV* &Val, const SCEV* &Imm,
690                                 bool isAddress, Loop *L,
691                                 ScalarEvolution *SE) {
692   const Type *AccessTy = getAccessType(User);
693   MoveImmediateValues(TLI, AccessTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
694 }
695
696 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
697 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
698 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
699 static void SeparateSubExprs(SmallVector<const SCEV*, 16> &SubExprs,
700                              const SCEV* Expr,
701                              ScalarEvolution *SE) {
702   if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
703     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
704       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
705   } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
706     const SCEV* Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
707     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
708       SubExprs.push_back(Expr);
709     } else {
710       // Compute the addrec with zero as its base.
711       SmallVector<const SCEV*, 4> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
712       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
713       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
714       
715
716       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
717     }
718   } else if (!Expr->isZero()) {
719     // Do not add zero.
720     SubExprs.push_back(Expr);
721   }
722 }
723
724 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
725 // to make it file scope.
726 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
727
728 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
729 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
730 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
731 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
732 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
733 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
734 /// is *removed* from the Bases and returned.
735 static const SCEV* 
736 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
737                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
738                                     const TargetLowering *TLI) {
739   unsigned NumUses = Uses.size();
740
741   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
742   // cheaply.
743   const SCEV* Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
744   const SCEV* Result = Zero;
745   const SCEV* FreeResult = Zero;
746   if (NumUses == 1) {
747     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
748     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
749     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
750     // so just use 0 as the base.
751     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
752       std::swap(Result, Uses[0].Base);
753     return Result;
754   }
755
756   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
757   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
758   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
759   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
760   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
761   std::map<const SCEV*, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
762   
763   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
764   // order we see them.
765   SmallVector<const SCEV*, 16> UniqueSubExprs;
766
767   SmallVector<const SCEV*, 16> SubExprs;
768   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
769   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
770     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
771     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
772     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
773     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
774     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
775     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
776     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
777       continue;
778     NumUsesInsideLoop++;
779     
780     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
781     // CSEs we can find.
782     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
783
784     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
785     // mode rather than hoisting them.
786     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
787     // We may need the AccessTy below, but only when isAddrUse, so compute it
788     // only in that case.
789     const Type *AccessTy = 0;
790     if (isAddrUse)
791       AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
792
793     // Split the expression into subexprs.
794     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
795     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
796     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
797     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
798     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
799     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
800       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
801         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
802       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], AccessTy, TLI, false))
803         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
804     }
805     SubExprs.clear();
806   }
807
808   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
809   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
810   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
811     std::map<const SCEV*, SubExprUseData>::iterator I = 
812        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
813     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
814     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
815       if (I->second.notAllUsesAreFree)
816         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
817       else 
818         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
819     } else
820       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
821       SubExpressionUseData.erase(I);
822   }
823
824   if (FreeResult != Zero) {
825     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
826     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
827     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
828     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
829     // and a Result in the same instruction (for example because it would
830     // require too many registers).  Check this.
831     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
832       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
833         continue;
834       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
835       // are not, FreeResult would be Zero.
836       const Type *AccessTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
837       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, AccessTy, TLI, Result!=Zero)) {
838         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
839         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
840         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
841         FreeResult = Zero;
842         break;
843       }
844     }
845   }
846
847   // If we found no CSE's, return now.
848   if (Result == Zero) return Result;
849   
850   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
851   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
852   if (FreeResult != Zero) {
853     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
854     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
855       std::map<const SCEV*, SubExprUseData>::iterator I = 
856          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
857       SubExpressionUseData.erase(I);
858     }
859     SubExprs.clear();
860   }
861
862   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
863   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
864     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
865     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
866     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
867     // subtract off the base to compensate for this.
868     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
869       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
870       continue;
871     }
872
873     // Split the expression into subexprs.
874     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
875
876     // Remove any common subexpressions.
877     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
878       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
879         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
880         --j; --e;
881       }
882     
883     // Finally, add the non-shared expressions together.
884     if (SubExprs.empty())
885       Uses[i].Base = Zero;
886     else
887       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
888     SubExprs.clear();
889   }
890  
891   return Result;
892 }
893
894 /// ValidScale - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
895 /// stores in UsersToProcess.
896 ///
897 bool LoopStrengthReduce::ValidScale(bool HasBaseReg, int64_t Scale,
898                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
899   if (!TLI)
900     return true;
901
902   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
903     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
904     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
905     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
906                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
907       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
908     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
909       continue;
910     
911     TargetLowering::AddrMode AM;
912     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
913       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
914     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
915     AM.Scale = Scale;
916
917     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
918     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
919       return false;
920   }
921   return true;
922 }
923
924 /// ValidOffset - Check whether the given Offset is valid for all loads and
925 /// stores in UsersToProcess.
926 ///
927 bool LoopStrengthReduce::ValidOffset(bool HasBaseReg,
928                                int64_t Offset,
929                                int64_t Scale,
930                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
931   if (!TLI)
932     return true;
933
934   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
935     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
936     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
937     if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
938                      UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
939       AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
940     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
941       continue;
942
943     TargetLowering::AddrMode AM;
944     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
945       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
946     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + (uint64_t)Offset;
947     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
948     AM.Scale = Scale;
949
950     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
951     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
952       return false;
953   }
954   return true;
955 }
956
957 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
958 /// a nop.
959 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
960                                                 const Type *Ty2) {
961   if (Ty1 == Ty2)
962     return false;
963   Ty1 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty1);
964   Ty2 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty2);
965   if (Ty1 == Ty2)
966     return false;
967   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
968     return false;
969   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
970     return false;
971   return true;
972 }
973
974 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
975 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
976 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
977 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
978 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
979 ///
980 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
981 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant; 
982 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV 
983 /// within.  Well, usually.
984 const SCEV* LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
985                                 bool AllUsesAreAddresses,
986                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
987                                 const SCEV* const &Stride, 
988                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
989                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
990   if (StrideNoReuse.count(Stride))
991     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
992
993   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
994     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
995     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
996          NewStride != e; ++NewStride) {
997       std::map<const SCEV*, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
998                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
999       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first) ||
1000           StrideNoReuse.count(SI->first))
1001         continue;
1002       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1003       if (SI->first != Stride &&
1004           (unsigned(abs64(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1005         continue;
1006       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1007       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1008       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1009       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1010       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1011       // multiplications.
1012       if (Scale == 1 ||
1013           (AllUsesAreAddresses &&
1014            ValidScale(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess))) {
1015         // Prefer to reuse an IV with a base of zero.
1016         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1017                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1018           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1019           // and if the base difference can be folded.
1020           if (II->Base->isZero() &&
1021               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1022             IV = *II;
1023             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1024           }
1025         // Otherwise, settle for an IV with a foldable base.
1026         if (AllUsesAreAddresses)
1027           for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1028                  IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1029             // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion
1030             // and if the base difference can be folded.
1031             if (SE->getEffectiveSCEVType(II->Base->getType()) ==
1032                 SE->getEffectiveSCEVType(Ty) &&
1033                 isa<SCEVConstant>(II->Base)) {
1034               int64_t Base =
1035                 cast<SCEVConstant>(II->Base)->getValue()->getSExtValue();
1036               if (Base > INT32_MIN && Base <= INT32_MAX &&
1037                   ValidOffset(HasBaseReg, -Base * Scale,
1038                               Scale, UsersToProcess)) {
1039                 IV = *II;
1040                 return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1041               }
1042             }
1043       }
1044     }
1045   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1046     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1047     // an existing IV if we can.
1048     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1049          NewStride != e; ++NewStride) {
1050       std::map<const SCEV*, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1051                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1052       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1053         continue;
1054       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1055       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1056         continue;
1057       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1058              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1059         // Accept nonzero base here.
1060         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1061         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1062           IV = *II;
1063           return Stride;
1064         }
1065     }
1066     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1067     // -1*old.
1068     for (unsigned NewStride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1069          NewStride != e; ++NewStride) {
1070       std::map<const SCEV*, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1071                 IVsByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
1072       if (SI == IVsByStride.end()) 
1073         continue;
1074       if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1075         if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1076           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1077               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1078             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1079                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1080               // Accept nonzero base here.
1081               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1082               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1083                 IV = *II;
1084                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1085               }
1086     }
1087   }
1088   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1089 }
1090
1091 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1092 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1093 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1094   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1095 }
1096
1097 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1098 /// not a constant.
1099 static bool isNonConstantNegative(const SCEV* const &Expr) {
1100   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1101   if (!Mul) return false;
1102   
1103   // If there is a constant factor, it will be first.
1104   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1105   if (!SC) return false;
1106   
1107   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1108   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1109 }
1110
1111 /// CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1112 /// complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1113 /// of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1114 /// progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1115 /// we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1116 const SCEV* LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEV* const &Stride,
1117                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1118                                               Loop *L,
1119                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1120                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1121                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1122   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
1123   if (!Stride->isLoopInvariant(L))
1124     return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1125
1126   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1127   for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = Uses.Users.begin(),
1128        E = Uses.Users.end(); I != E; ++I) {
1129     UsersToProcess.push_back(BasedUser(*I, SE));
1130
1131     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1132     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1133     // computed.
1134     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1135                                      UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1136     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1137            "Base value is not loop invariant!");
1138   }
1139
1140   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1141   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1142   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1143   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1144   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1145   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1146   // UsersToProcess base values.
1147   const SCEV* CommonExprs =
1148     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1149
1150   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1151   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1152   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1153   // of the remaining uses.
1154   unsigned NumPHI = 0;
1155   bool HasAddress = false;
1156   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1157     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1158     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1159     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1160     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1161       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1162                                              UsersToProcess[i].Base);
1163       UsersToProcess[i].Base = 
1164         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1165     } else {
1166       // Not all uses are outside the loop.
1167       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1168
1169       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1170       // the store is through the expression, not of the expression though.
1171       bool isPHI = false;
1172       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1173                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1174       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1175         isPHI = true;
1176         ++NumPHI;
1177       }
1178
1179       if (isAddress)
1180         HasAddress = true;
1181      
1182       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1183       if (!isAddress && !isPHI)
1184         AllUsesAreAddresses = false;
1185       
1186       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1187                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1188     }
1189   }
1190
1191   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1192   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1193   // for one fewer iv.
1194   if (NumPHI > 1)
1195     AllUsesAreAddresses = false;
1196     
1197   // There are no in-loop address uses.
1198   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1199     AllUsesAreAddresses = false;
1200
1201   return CommonExprs;
1202 }
1203
1204 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1205 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1206 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1207 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1208 ///
1209 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1210                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1211                                    const Loop *L,
1212                                    bool AllUsesAreAddresses,
1213                                    const SCEV* Stride) {
1214   if (!EnableFullLSRMode)
1215     return false;
1216
1217   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1218   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1219   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1220   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1221   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1222   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1223     return false;
1224
1225   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1226   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1227   // which could reuse the current stride IV.
1228   if (IU->StrideOrder.back() != Stride)
1229     return false;
1230
1231   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1232   // full-lsr mode.
1233   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1234     const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1235     const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1236     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1237     // strength-reduced.
1238     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1239       return false;
1240     // If there are to users with the same base and the difference between
1241     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1242     // strength reduction would increase register pressure.
1243     do {
1244       const SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1245       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1246         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1247         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1248         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1249         const Type *AccessTy = getAccessType(Inst);
1250         const SCEV* Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1251         if (!Diff->isZero() &&
1252             (!AllUsesAreAddresses ||
1253              !fitsInAddressMode(Diff, AccessTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1254           return false;
1255       }
1256     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1257   }
1258
1259   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1260   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1261   // it'll be simpler this way.
1262   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1263     return true;
1264
1265   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1266   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1267   // register pressure.
1268   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1269     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1270       return false;
1271
1272   // Otherwise, go for it.
1273   return true;
1274 }
1275
1276 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1277 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1278 ///
1279 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1280 /// subtract instead of an add.
1281 ///
1282 /// Return the created phi node.
1283 ///
1284 static PHINode *InsertAffinePhi(const SCEV* Start, const SCEV* Step,
1285                                 Instruction *IVIncInsertPt,
1286                                 const Loop *L,
1287                                 SCEVExpander &Rewriter) {
1288   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1289   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1290
1291   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1292   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1293   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1294   const Type *Ty = Start->getType();
1295   Ty = Rewriter.SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1296
1297   PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "lsr.iv", Header->begin());
1298   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Ty, Preheader->getTerminator()),
1299                   Preheader);
1300
1301   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1302   // increment.
1303   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1304   const SCEV* IncAmount = Step;
1305   if (isNegative)
1306     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1307
1308   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1309   // to the back-edge or just before the only use. The location is determined
1310   // by the caller and passed in as IVIncInsertPt.
1311   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Ty,
1312                                         Preheader->getTerminator());
1313   Instruction *IncV;
1314   if (isNegative) {
1315     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1316                                      IVIncInsertPt);
1317   } else {
1318     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1319                                      IVIncInsertPt);
1320   }
1321   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1322
1323   PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1324
1325   ++NumInserted;
1326   return PN;
1327 }
1328
1329 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1330   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1331   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1332   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1333   // vector (so we handle them first).
1334   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1335                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1336
1337   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1338   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1339   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1340   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1341   //
1342   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1343   // const SCEV*'s don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1344   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1345   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1346   // ==.
1347   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1348     // Get a base value.
1349     const SCEV* Base = UsersToProcess[i].Base;
1350
1351     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1352     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1353       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1354         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1355         ++i;
1356       }
1357     }
1358   }
1359 }
1360
1361 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1362 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1363 /// pointer arithmetic.
1364 ///
1365 void
1366 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1367                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1368                                         const SCEV* Stride,
1369                                         const SCEV* CommonExprs,
1370                                         const Loop *L,
1371                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1372   DOUT << "  Fully reducing all users\n";
1373
1374   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1375   // unique Base value.
1376   Instruction *IVIncInsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
1377   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1378     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1379     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1380     // other uses.
1381     const SCEV* Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1382     const SCEV* Base = UsersToProcess[i].Base;
1383     const SCEV* Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1384     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, IVIncInsertPt, L,
1385                                    PreheaderRewriter);
1386     // Loop over all the users with the same base.
1387     do {
1388       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1389       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1390       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1391       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1392              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1393     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1394   }
1395 }
1396
1397 /// FindIVIncInsertPt - Return the location to insert the increment instruction.
1398 /// If the only use if a use of postinc value, (must be the loop termination
1399 /// condition), then insert it just before the use.
1400 static Instruction *FindIVIncInsertPt(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1401                                       const Loop *L) {
1402   if (UsersToProcess.size() == 1 &&
1403       UsersToProcess[0].isUseOfPostIncrementedValue &&
1404       L->contains(UsersToProcess[0].Inst->getParent()))
1405     return UsersToProcess[0].Inst;
1406   return L->getLoopLatch()->getTerminator();
1407 }
1408
1409 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1410 /// given users to share.
1411 ///
1412 void
1413 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1414                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1415                                          const SCEV* Stride,
1416                                          const SCEV* CommonExprs,
1417                                          Value *CommonBaseV,
1418                                          Instruction *IVIncInsertPt,
1419                                          const Loop *L,
1420                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1421   DOUT << "  Inserting new PHI:\n";
1422
1423   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1424                                  Stride, IVIncInsertPt, L,
1425                                  PreheaderRewriter);
1426
1427   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1428   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
1429
1430   // All the users will share this new IV.
1431   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1432     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1433
1434   DOUT << "    IV=";
1435   DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Phi, /*PrintType=*/false));
1436   DOUT << "\n";
1437 }
1438
1439 /// PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride - Prepare for the given users to
1440 /// reuse an induction variable with a stride that is a factor of the current
1441 /// induction variable.
1442 ///
1443 void
1444 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1445                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1446                                          Value *CommonBaseV,
1447                                          const IVExpr &ReuseIV,
1448                                          Instruction *PreInsertPt) {
1449   DOUT << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1450        << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n";
1451
1452   // All the users will share the reused IV.
1453   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1454     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1455
1456   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1457   if (C &&
1458       (!C->isNullValue() &&
1459        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1460                          TLI, false)))
1461     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1462     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1463     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1464                                   "commonbase", PreInsertPt);
1465 }
1466
1467 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1468                                     const Type *AccessTy,
1469                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1470                                    const TargetLowering *TLI) {
1471   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1472   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1473     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1474       continue;
1475     ExtAddrMode AddrMode =
1476       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1477                                    AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
1478                                    AddrModeInsts, *TLI);
1479     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1480       return false;
1481     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1482       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1483       return false;
1484     AddrModeInsts.clear();
1485   }
1486   return true;
1487 }
1488
1489 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1490 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1491 /// may not be the only stride.
1492 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEV* const &Stride,
1493                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1494                                                       Loop *L) {
1495   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1496   if (Uses.Users.empty())
1497     return;
1498
1499   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1500   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1501   // smaller-stride IV.
1502   bool AllUsesAreAddresses = true;
1503
1504   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1505   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1506   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1507   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1508
1509   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1510   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1511   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1512   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1513   // have the full access expression to rewrite the use.
1514   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1515   const SCEV* CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1516                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1517                                           UsersToProcess);
1518
1519   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1520   // next to each other.
1521   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1522
1523   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1524   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1525   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1526   // valid.
1527   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1528   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1529
1530   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1531   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1532   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1533     const SCEV* NewCommon = CommonExprs;
1534     const SCEV* Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1535     MoveImmediateValues(TLI, Type::VoidTy, NewCommon, Imm, true, L, SE);
1536     if (!Imm->isZero()) {
1537       bool DoSink = true;
1538
1539       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1540       // possible to fold it into the target addressing mode.
1541       GlobalValue *GV = 0;
1542       if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm))
1543         GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue());
1544       int64_t Offset = 0;
1545       if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1546         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1547       if (GV || Offset)
1548         // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
1549         // there could be multiple access types among all the uses.
1550         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset, Type::VoidTy,
1551                                          UsersToProcess, TLI);
1552
1553       if (DoSink) {
1554         DOUT << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n";
1555         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1556           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1557         CommonExprs = NewCommon;
1558         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1559         ++NumImmSunk;
1560       }
1561     }
1562   }
1563
1564   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1565   //
1566   DOUT << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1567        << *Stride << ":\n"
1568        << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n";
1569
1570   SCEVExpander Rewriter(*SE);
1571   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE);
1572
1573   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1574   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1575   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1576   Instruction *IVIncInsertPt = LatchBlock->getTerminator();
1577
1578   Value *CommonBaseV = Constant::getNullValue(ReplacedTy);
1579
1580   const SCEV* RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1581   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1582                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1583                    0);
1584
1585   /// Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1586   /// the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1587   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1588                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1589     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1590                                  PreheaderRewriter);
1591   } else {
1592     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1593     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, ReplacedTy,
1594                                                   PreInsertPt);
1595
1596     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV.  The
1597     // new IV must have a stride that is a multiple of the old stride; the
1598     // multiple must be a number that can be encoded in the scale field of the
1599     // target addressing mode; and we must have a valid instruction after this 
1600     // substitution, including the immediate field, if any.
1601     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1602                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1603                                     Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
1604                                     UsersToProcess);
1605     if (!RewriteFactor->isZero())
1606       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1607                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1608     else {
1609       IVIncInsertPt = FindIVIncInsertPt(UsersToProcess, L);
1610       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1611                                         CommonBaseV, IVIncInsertPt,
1612                                         L, PreheaderRewriter);
1613     }
1614   }
1615
1616   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1617   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1618   // loop handles all users of a particular base.
1619   while (!UsersToProcess.empty()) {
1620     const SCEV* Base = UsersToProcess.back().Base;
1621     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1622
1623     // Emit the code for Base into the preheader.
1624     Value *BaseV = 0;
1625     if (!Base->isZero()) {
1626       BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, 0, PreInsertPt);
1627
1628       DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1629       if (BaseV->hasName())
1630         DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1631       DOUT << "\n";
1632
1633       // If BaseV is a non-zero constant, make sure that it gets inserted into
1634       // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We
1635       // do this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the
1636       // preheader in this case.
1637       if (!fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst), TLI, false) &&
1638           !isa<Instruction>(BaseV)) {
1639         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1640         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1641         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1642                                 PreInsertPt);       
1643       }
1644     }
1645
1646     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1647     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1648     do {
1649       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1650       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1651
1652       DOUT << "    Examining ";
1653       if (User.isUseOfPostIncrementedValue)
1654         DOUT << "postinc";
1655       else
1656         DOUT << "preinc";
1657       DOUT << " use ";
1658       DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1659                            /*PrintType=*/false));
1660       DOUT << " in Inst: " << *(User.Inst);
1661
1662       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1663       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1664       Value *RewriteOp = User.Phi;
1665       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1666         RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1667         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1668         // loop to ensure it is dominated by the increment. In case it's the
1669         // only use of the iv, the increment instruction is already before the
1670         // use.
1671         if (L->contains(User.Inst->getParent()) && User.Inst != IVIncInsertPt)
1672           User.Inst->moveBefore(IVIncInsertPt);
1673       }
1674
1675       const SCEV* RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1676
1677       if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteOp->getType()) !=
1678           SE->getEffectiveSCEVType(ReplacedTy)) {
1679         assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) >
1680                SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy) &&
1681                "Unexpected widening cast!");
1682         RewriteExpr = SE->getTruncateExpr(RewriteExpr, ReplacedTy);
1683       }
1684
1685       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1686       // consider that they may not have been able to end up immediately
1687       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1688       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1689       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1690       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1691       // RewriteExpr.
1692       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1693       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1694
1695       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1696       // to have the code emitted where we expect it.
1697       Rewriter.clear();
1698
1699       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1700       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1701       if (!RewriteFactor->isZero()) {
1702         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1703         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1704         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1705         // it here.
1706         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1707           const SCEV* typedBase = ReuseIV.Base;
1708           if (SE->getEffectiveSCEVType(RewriteExpr->getType()) !=
1709               SE->getEffectiveSCEVType(ReuseIV.Base->getType())) {
1710             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
1711             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
1712             // RequiresTypeConversion that this is valid.
1713             assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) <
1714                    SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType()) &&
1715                    "Unexpected lengthening conversion!");
1716             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base, 
1717                                             RewriteExpr->getType());
1718           }
1719           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
1720         }
1721
1722         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
1723         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
1724                                      RewriteExpr);
1725
1726         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1727         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1728         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1729         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
1730         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
1731         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
1732         if (!CommonExprs->isZero()) {
1733           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1734             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1735                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1736           else
1737             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
1738         }
1739       }
1740
1741       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1742       // immediate and any loop-variant expressions.
1743       if (BaseV)
1744         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1745         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1746
1747       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1748                                           Rewriter, L, this, *LI,
1749                                           DeadInsts);
1750
1751       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1752       // if we just replaced the last use of that value.
1753       DeadInsts.push_back(User.OperandValToReplace);
1754
1755       UsersToProcess.pop_back();
1756       ++NumReduced;
1757
1758       // If there are any more users to process with the same base, process them
1759       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1760     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1761     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1762   }
1763
1764   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1765   // different starting values, into different PHIs.
1766 }
1767
1768 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1769 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1770 /// false.
1771 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1772                                        const SCEV* const * &CondStride) {
1773   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
1774        Stride != e && !CondUse; ++Stride) {
1775     std::map<const SCEV*, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1776       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
1777     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1778
1779     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1780          E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI)
1781       if (UI->getUser() == Cond) {
1782         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1783         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1784         // occurs enough in real life to handle.
1785         CondUse = UI;
1786         CondStride = &SI->first;
1787         return true;
1788       }
1789   }
1790   return false;
1791 }    
1792
1793 namespace {
1794   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1795   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1796   // e.g.
1797   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1798   struct StrideCompare {
1799     const ScalarEvolution *SE;
1800     explicit StrideCompare(const ScalarEvolution *se) : SE(se) {}
1801
1802     bool operator()(const SCEV* const &LHS, const SCEV* const &RHS) {
1803       const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1804       const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1805       if (LHSC && RHSC) {
1806         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1807         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1808         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1809         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1810         if (ALV == ARV) {
1811           if (LV != RV)
1812             return LV > RV;
1813         } else {
1814           return ALV < ARV;
1815         }
1816
1817         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
1818         // that we emit larger induction variables before smaller
1819         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
1820         return SE->getTypeSizeInBits(RHS->getType()) <
1821                SE->getTypeSizeInBits(LHS->getType());
1822       }
1823       return LHSC && !RHSC;
1824     }
1825   };
1826 }
1827
1828 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1829 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1830 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1831 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1832 ///
1833 /// loop:
1834 /// ...
1835 /// v1 = v1 + 3
1836 /// v2 = v2 + 1
1837 /// if (v2 < 10) goto loop
1838 /// =>
1839 /// loop:
1840 /// ...
1841 /// v1 = v1 + 3
1842 /// if (v1 < 30) goto loop
1843 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1844                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1845                                               const SCEV* const* &CondStride) {
1846   // If there's only one stride in the loop, there's nothing to do here.
1847   if (IU->StrideOrder.size() < 2)
1848     return Cond;
1849   // If there are other users of the condition's stride, don't bother
1850   // trying to change the condition because the stride will still
1851   // remain.
1852   std::map<const SCEV*, IVUsersOfOneStride *>::iterator I =
1853     IU->IVUsesByStride.find(*CondStride);
1854   if (I == IU->IVUsesByStride.end() ||
1855       I->second->Users.size() != 1)
1856     return Cond;
1857   // Only handle constant strides for now.
1858   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1859   if (!SC) return Cond;
1860
1861   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1862   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1863   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits((*CondStride)->getType());
1864   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1865   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
1866   const Type *NewCmpTy = NULL;
1867   unsigned TyBits = SE->getTypeSizeInBits(CmpTy);
1868   unsigned NewTyBits = 0;
1869   const SCEV* *NewStride = NULL;
1870   Value *NewCmpLHS = NULL;
1871   Value *NewCmpRHS = NULL;
1872   int64_t Scale = 1;
1873   const SCEV* NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, CmpTy);
1874
1875   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
1876     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1877
1878     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1879     // overflow.
1880     if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1881       return Cond;
1882
1883     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1884     for (unsigned i = 0, e = IU->StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1885       std::map<const SCEV*, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
1886         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[i]);
1887       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1888         continue;
1889       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1890       if (SSInt == CmpSSInt ||
1891           abs64(SSInt) < abs64(CmpSSInt) ||
1892           (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1893         continue;
1894
1895       Scale = SSInt / CmpSSInt;
1896       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1897       APInt Mul = APInt(BitWidth*2, CmpVal, true);
1898       Mul = Mul * APInt(BitWidth*2, Scale, true);
1899       // Check for overflow.
1900       if (!Mul.isSignedIntN(BitWidth))
1901         continue;
1902       // Check for overflow in the stride's type too.
1903       if (!Mul.isSignedIntN(SE->getTypeSizeInBits(SI->first->getType())))
1904         continue;
1905
1906       // Watch out for overflow.
1907       if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1908           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1909         continue;
1910
1911       if (NewCmpVal == CmpVal)
1912         continue;
1913       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1914       NewCmpLHS = NULL;
1915       for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
1916              E = SI->second->Users.end(); UI != E; ++UI) {
1917         Value *Op = UI->getOperandValToReplace();
1918
1919         // If the IVStrideUse implies a cast, check for an actual cast which
1920         // can be used to find the original IV expression.
1921         if (SE->getEffectiveSCEVType(Op->getType()) !=
1922             SE->getEffectiveSCEVType(SI->first->getType())) {
1923           CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Op);
1924           // If it's not a simple cast, it's complicated.
1925           if (!CI)
1926             continue;
1927           // If it's a cast from a type other than the stride type,
1928           // it's complicated.
1929           if (CI->getOperand(0)->getType() != SI->first->getType())
1930             continue;
1931           // Ok, we found the IV expression in the stride's type.
1932           Op = CI->getOperand(0);
1933         }
1934
1935         NewCmpLHS = Op;
1936         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
1937           break;
1938       }
1939       if (!NewCmpLHS)
1940         continue;
1941
1942       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
1943       NewTyBits = SE->getTypeSizeInBits(NewCmpTy);
1944       const Type *NewCmpIntTy = IntegerType::get(NewTyBits);
1945       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1946         // Check if it is possible to rewrite it using
1947         // an iv / stride of a smaller integer type.
1948         unsigned Bits = NewTyBits;
1949         if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1950           --Bits;
1951         uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1952         if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) != (uint64_t)NewCmpVal)
1953           continue;
1954       }
1955
1956       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1957       // of a different type.
1958       // FIXME: too conservative?
1959       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->getOffset()))
1960         continue;
1961
1962       bool AllUsesAreAddresses = true;
1963       bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1964       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1965       const SCEV* CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
1966                                               AllUsesAreAddresses,
1967                                               AllUsesAreOutsideLoop,
1968                                               UsersToProcess);
1969       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1970       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1971       // stride of the compare instruction.
1972       if (AllUsesAreAddresses &&
1973           ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
1974         continue;
1975
1976       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv which has
1977       // implicit extension or truncation built into it.
1978       // TODO: This is over-conservative.
1979       if (SE->getTypeSizeInBits(CondUse->getOffset()->getType()) != TyBits)
1980         continue;
1981
1982       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
1983       // for equality.
1984       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1985         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
1986
1987       NewStride = &IU->StrideOrder[i];
1988       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1989         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1990       else {
1991         Constant *CI = ConstantInt::get(NewCmpIntTy, NewCmpVal);
1992         NewCmpRHS = ConstantExpr::getIntToPtr(CI, NewCmpTy);
1993       }
1994       NewOffset = TyBits == NewTyBits
1995         ? SE->getMulExpr(CondUse->getOffset(),
1996                          SE->getConstant(CmpTy, Scale))
1997         : SE->getConstant(NewCmpIntTy,
1998           cast<SCEVConstant>(CondUse->getOffset())->getValue()
1999             ->getSExtValue()*Scale);
2000       break;
2001     }
2002   }
2003
2004   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2005   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2006   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2007   // before the branch. See
2008   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2009   // for an example of this situation.
2010   if (!Cond->hasOneUse()) {
2011     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2012          I != E; ++I)
2013       if (I == NewCmpLHS)
2014         return Cond;
2015   }
2016
2017   if (NewCmpRHS) {
2018     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2019     ICmpInst *OldCond = Cond;
2020     // Insert new compare instruction.
2021     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2022                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
2023                         OldCond);
2024
2025     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2026     DeadInsts.push_back(CondUse->getOperandValToReplace());
2027     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2028     OldCond->eraseFromParent();
2029
2030     IU->IVUsesByStride[*NewStride]->addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2031     CondUse = &IU->IVUsesByStride[*NewStride]->Users.back();
2032     CondStride = NewStride;
2033     ++NumEliminated;
2034     Changed = true;
2035   }
2036
2037   return Cond;
2038 }
2039
2040 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2041 /// a max computation.
2042 ///
2043 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2044 /// like this:
2045 ///
2046 ///   i = 0;
2047 ///   do {
2048 ///     p[i] = 0.0;
2049 ///   } while (++i < n);
2050 ///
2051 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
2052 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
2053 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
2054 /// will commonly be lowered like this:
2055 //
2056 ///   if (n > 0) {
2057 ///     i = 0;
2058 ///     do {
2059 ///       p[i] = 0.0;
2060 ///     } while (++i < n);
2061 ///   }
2062 ///
2063 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2064 /// test in such a way that indvars can't find it.
2065 ///
2066 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2067 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
2068 /// induction variable:
2069 ///
2070 ///   i = 0;
2071 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
2072 ///   do {
2073 ///     p[i] = 0.0;
2074 ///   } while (++i != max);
2075 ///
2076 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2077 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2078 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2079 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2080 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2081 /// the loop has a canonical induction variable.
2082 ///
2083 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2084 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2085 ///
2086 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2087 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2088 /// the instructions for the maximum computation.
2089 ///
2090 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2091                                           IVStrideUse* &CondUse) {
2092   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2093   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2094       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2095     return Cond;
2096
2097   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2098   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2099
2100   const SCEV* BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2101   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2102     return Cond;
2103   const SCEV* One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2104
2105   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2106   const SCEV* IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2107
2108   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2109   if (!isa<SCEVSMaxExpr>(IterationCount) && !isa<SCEVUMaxExpr>(IterationCount))
2110     return Cond;
2111   const SCEVNAryExpr *Max = cast<SCEVNAryExpr>(IterationCount);
2112   if (Max != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2113
2114   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
2115   // require additional checking and setup.
2116   if (Max->getNumOperands() != 2)
2117     return Cond;
2118
2119   const SCEV* MaxLHS = Max->getOperand(0);
2120   const SCEV* MaxRHS = Max->getOperand(1);
2121   if (!MaxLHS || MaxLHS != One) return Cond;
2122
2123   // Check the relevant induction variable for conformance to
2124   // the pattern.
2125   const SCEV* IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2126   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2127   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2128       AR->getStart() != One ||
2129       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2130     return Cond;
2131
2132   assert(AR->getLoop() == L &&
2133          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2134
2135   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2136   // be used in the new comparison instruction.
2137   Value *NewRHS = 0;
2138   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
2139     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2140   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
2141     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2142   if (!NewRHS) return Cond;
2143
2144   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
2145   // and the original comparison may be either equality or inequality.
2146   CmpInst::Predicate Pred =
2147     isa<SCEVSMaxExpr>(Max) ? CmpInst::ICMP_SLT : CmpInst::ICMP_ULT;
2148   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
2149     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
2150
2151   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2152   // delete the max calculation.
2153   ICmpInst *NewCond =
2154     new ICmpInst(Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
2155
2156   // Delete the max calculation instructions.
2157   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2158   CondUse->setUser(NewCond);
2159   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2160   Cond->eraseFromParent();
2161   Sel->eraseFromParent();
2162   if (Cmp->use_empty())
2163     Cmp->eraseFromParent();
2164   return NewCond;
2165 }
2166
2167 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2168 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2169 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2170
2171   const SCEV* BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2172   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2173     return;
2174
2175   for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size(); Stride != e;
2176        ++Stride) {
2177     std::map<const SCEV*, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2178       IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
2179     assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2180     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2181       continue;
2182
2183     for (ilist<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second->Users.begin(),
2184            E = SI->second->Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2185       ilist<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2186       ++UI;
2187       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
2188       const Type *DestTy = NULL;
2189
2190       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2191          to eliminate this cast.
2192
2193            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2194              foo((double)i);
2195
2196          is transformed into
2197
2198            double d = 0.0;
2199            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2200              foo(d);
2201       */
2202       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2203         DestTy = UCast->getDestTy();
2204       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
2205         DestTy = SCast->getDestTy();
2206       if (!DestTy) continue;
2207
2208       if (TLI) {
2209         // If target does not support DestTy natively then do not apply
2210         // this transformation.
2211         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2212         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2213       }
2214
2215       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2216       if (!PH) continue;
2217       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2218
2219       const Type *SrcTy = PH->getType();
2220       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2221       if (Mantissa == -1) continue; 
2222       if ((int)SE->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2223         continue;
2224
2225       unsigned Entry, Latch;
2226       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2227         Entry = 0;
2228         Latch = 1;
2229       } else {
2230         Entry = 1;
2231         Latch = 0;
2232       }
2233         
2234       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2235       if (!Init) continue;
2236       Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2237
2238       BinaryOperator *Incr = 
2239         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2240       if (!Incr) continue;
2241       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2242           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2243         continue;
2244
2245       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2246       ConstantInt *C = NULL;
2247       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2248         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2249       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2250         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2251       else
2252         continue;
2253
2254       if (!C) continue;
2255
2256       /* Add new PHINode. */
2257       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2258
2259       /* create new increment. '++d' in above example. */
2260       Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2261       BinaryOperator *NewIncr = 
2262         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
2263                                  Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
2264                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2265
2266       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2267       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2268
2269       /* Remove cast operation */
2270       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2271       ShadowUse->eraseFromParent();
2272       NumShadow++;
2273       break;
2274     }
2275   }
2276 }
2277
2278 /// OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2279 /// uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2280 /// common indvars for the different uses.
2281 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2282   // TODO: implement optzns here.
2283
2284   OptimizeShadowIV(L);
2285 }
2286
2287 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the 
2288 /// postinc iv when possible.
2289 void LoopStrengthReduce::OptimizeLoopTermCond(Loop *L) {
2290   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2291   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2292   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2293   // one register value.
2294   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2295   BasicBlock *ExitingBlock = L->getExitingBlock();
2296   if (!ExitingBlock)
2297     // Multiple exits, just look at the exit in the latch block if there is one.
2298     ExitingBlock = LatchBlock;
2299   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2300   if (!TermBr)
2301     return;
2302   if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2303     return;
2304
2305   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2306   IVStrideUse *CondUse = 0;
2307   const SCEV* const *CondStride = 0;
2308   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2309   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2310     return; // setcc doesn't use the IV.
2311
2312   if (ExitingBlock != LatchBlock) {
2313     if (!Cond->hasOneUse())
2314       // See below, we don't want the condition to be cloned.
2315       return;
2316
2317     // If exiting block is the latch block, we know it's safe and profitable to
2318     // transform the icmp to use post-inc iv. Otherwise do so only if it would
2319     // not reuse another iv and its iv would be reused by other uses. We are
2320     // optimizing for the case where the icmp is the only use of the iv.
2321     IVUsersOfOneStride &StrideUses = *IU->IVUsesByStride[*CondStride];
2322     for (ilist<IVStrideUse>::iterator I = StrideUses.Users.begin(),
2323          E = StrideUses.Users.end(); I != E; ++I) {
2324       if (I->getUser() == Cond)
2325         continue;
2326       if (!I->isUseOfPostIncrementedValue())
2327         return;
2328     }
2329
2330     // FIXME: This is expensive, and worse still ChangeCompareStride does a
2331     // similar check. Can we perform all the icmp related transformations after
2332     // StrengthReduceStridedIVUsers?
2333     if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride)) {
2334       int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
2335       for (unsigned NewStride = 0, ee = IU->StrideOrder.size(); NewStride != ee;
2336            ++NewStride) {
2337         std::map<const SCEV*, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2338           IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[NewStride]);
2339         if (!isa<SCEVConstant>(SI->first) || SI->first == *CondStride)
2340           continue;
2341         int64_t SSInt =
2342           cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
2343         if (SSInt == SInt)
2344           return; // This can definitely be reused.
2345         if (unsigned(abs64(SSInt)) < SInt || (SSInt % SInt) != 0)
2346           continue;
2347         int64_t Scale = SSInt / SInt;
2348         bool AllUsesAreAddresses = true;
2349         bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2350         std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2351         const SCEV* CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, *SI->second, L,
2352                                                 AllUsesAreAddresses,
2353                                                 AllUsesAreOutsideLoop,
2354                                                 UsersToProcess);
2355         // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2356         // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2357         // stride of the compare instruction.
2358         if (AllUsesAreAddresses &&
2359             ValidScale(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2360           return;
2361       }
2362     }
2363
2364     StrideNoReuse.insert(*CondStride);
2365   }
2366
2367   // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
2368   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2369   // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
2370   Cond = OptimizeMax(L, Cond, CondUse);
2371
2372   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2373   // eliminate one stride.
2374   if (ExitingBlock == LatchBlock)
2375     Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2376
2377   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2378   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2379   // the latch block branch, move it.
2380   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2381     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2382       Cond->moveBefore(TermBr);
2383     } else {
2384       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2385       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2386       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2387       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2388       
2389       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2390       IU->IVUsesByStride[*CondStride]->addUser(CondUse->getOffset(), Cond,
2391                                              CondUse->getOperandValToReplace());
2392       CondUse = &IU->IVUsesByStride[*CondStride]->Users.back();
2393     }
2394   }
2395
2396   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2397   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2398   // live ranges for the IV correctly.
2399   CondUse->setOffset(SE->getMinusSCEV(CondUse->getOffset(), *CondStride));
2400   CondUse->setIsUseOfPostIncrementedValue(true);
2401   Changed = true;
2402
2403   ++NumLoopCond;
2404 }
2405
2406 /// OptimizeLoopCountIV - If, after all sharing of IVs, the IV used for deciding
2407 /// when to exit the loop is used only for that purpose, try to rearrange things
2408 /// so it counts down to a test against zero.
2409 void LoopStrengthReduce::OptimizeLoopCountIV(Loop *L) {
2410
2411   // If the number of times the loop is executed isn't computable, give up.
2412   const SCEV* BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2413   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2414     return;
2415
2416   // Get the terminating condition for the loop if possible (this isn't
2417   // necessarily in the latch, or a block that's a predecessor of the header).
2418   if (!L->getExitBlock())
2419     return; // More than one loop exit blocks.
2420
2421   // Okay, there is one exit block.  Try to find the condition that causes the
2422   // loop to be exited.
2423   BasicBlock *ExitingBlock = L->getExitingBlock();
2424   if (!ExitingBlock)
2425     return; // More than one block exiting!
2426
2427   // Okay, we've computed the exiting block.  See what condition causes us to
2428   // exit.
2429   //
2430   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
2431   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2432   if (TermBr == 0) return;
2433   assert(TermBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
2434   if (!isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2435     return;
2436   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2437
2438   // Handle only tests for equality for the moment, and only stride 1.
2439   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ)
2440     return;
2441   const SCEV* IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2442   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2443   const SCEV* One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2444   if (!AR || !AR->isAffine() || AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2445     return;
2446   // If the RHS of the comparison is defined inside the loop, the rewrite
2447   // cannot be done.
2448   if (Instruction *CR = dyn_cast<Instruction>(Cond->getOperand(1)))
2449     if (L->contains(CR->getParent()))
2450       return;
2451
2452   // Make sure the IV is only used for counting.  Value may be preinc or
2453   // postinc; 2 uses in either case.
2454   if (!Cond->getOperand(0)->hasNUses(2))
2455     return;
2456   PHINode *phi = dyn_cast<PHINode>(Cond->getOperand(0));
2457   Instruction *incr;
2458   if (phi && phi->getParent()==L->getHeader()) {
2459     // value tested is preinc.  Find the increment.
2460     // A CmpInst is not a BinaryOperator; we depend on this.
2461     Instruction::use_iterator UI = phi->use_begin();
2462     incr = dyn_cast<BinaryOperator>(UI);
2463     if (!incr)
2464       incr = dyn_cast<BinaryOperator>(++UI);
2465     // 1 use for postinc value, the phi.  Unnecessarily conservative?
2466     if (!incr || !incr->hasOneUse() || incr->getOpcode()!=Instruction::Add)
2467       return;
2468   } else {
2469     // Value tested is postinc.  Find the phi node.
2470     incr = dyn_cast<BinaryOperator>(Cond->getOperand(0));
2471     if (!incr || incr->getOpcode()!=Instruction::Add)
2472       return;
2473
2474     Instruction::use_iterator UI = Cond->getOperand(0)->use_begin();
2475     phi = dyn_cast<PHINode>(UI);
2476     if (!phi)
2477       phi = dyn_cast<PHINode>(++UI);
2478     // 1 use for preinc value, the increment.
2479     if (!phi || phi->getParent()!=L->getHeader() || !phi->hasOneUse())
2480       return;
2481   }
2482
2483   // Replace the increment with a decrement.
2484   BinaryOperator *decr = 
2485     BinaryOperator::Create(Instruction::Sub, incr->getOperand(0),
2486                            incr->getOperand(1), "tmp", incr);
2487   incr->replaceAllUsesWith(decr);
2488   incr->eraseFromParent();
2489
2490   // Substitute endval-startval for the original startval, and 0 for the
2491   // original endval.  Since we're only testing for equality this is OK even 
2492   // if the computation wraps around.
2493   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2494   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
2495   int inBlock = L->contains(phi->getIncomingBlock(0)) ? 1 : 0;
2496   Value *startVal = phi->getIncomingValue(inBlock);
2497   Value *endVal = Cond->getOperand(1);
2498   // FIXME check for case where both are constant
2499   Constant* Zero = ConstantInt::get(Cond->getOperand(1)->getType(), 0);
2500   BinaryOperator *NewStartVal = 
2501     BinaryOperator::Create(Instruction::Sub, endVal, startVal,
2502                            "tmp", PreInsertPt);
2503   phi->setIncomingValue(inBlock, NewStartVal);
2504   Cond->setOperand(1, Zero);
2505
2506   Changed = true;
2507 }
2508
2509 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2510
2511   IU = &getAnalysis<IVUsers>();
2512   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2513   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2514   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2515   Changed = false;
2516
2517   if (!IU->IVUsesByStride.empty()) {
2518 #ifndef NDEBUG
2519     DOUT << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getNameStart()
2520          << "\" ";
2521     DEBUG(L->dump());
2522 #endif
2523
2524     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2525     std::stable_sort(IU->StrideOrder.begin(), IU->StrideOrder.end(),
2526                      StrideCompare(SE));
2527
2528     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2529     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2530     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2531     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2532     OptimizeIndvars(L);
2533
2534     // Change loop terminating condition to use the postinc iv when possible
2535     // and optimize loop terminating compare. FIXME: Move this after
2536     // StrengthReduceStridedIVUsers?
2537     OptimizeLoopTermCond(L);
2538
2539     // FIXME: We can shrink overlarge IV's here.  e.g. if the code has
2540     // computation in i64 values and the target doesn't support i64, demote
2541     // the computation to 32-bit if safe.
2542
2543     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2544     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2545     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2546     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2547     // intptr_t indvars.
2548
2549     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2550     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2551
2552     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2553     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2554     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2555     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2556     // strides deterministic - not dependent on map order.
2557     for (unsigned Stride = 0, e = IU->StrideOrder.size();
2558          Stride != e; ++Stride) {
2559       std::map<const SCEV*, IVUsersOfOneStride *>::iterator SI =
2560         IU->IVUsesByStride.find(IU->StrideOrder[Stride]);
2561       assert(SI != IU->IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2562       // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
2563       if (!SI->first->isLoopInvariant(L))
2564         continue;
2565       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, *SI->second, L);
2566     }
2567   }
2568
2569   // After all sharing is done, see if we can adjust the loop to test against
2570   // zero instead of counting up to a maximum.  This is usually faster.
2571   OptimizeLoopCountIV(L);
2572
2573   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2574   IVsByStride.clear();
2575   StrideNoReuse.clear();
2576
2577   // Clean up after ourselves
2578   if (!DeadInsts.empty())
2579     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2580
2581   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
2582   // dead, so that we can remove them as well.
2583   DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
2584
2585   return Changed;
2586 }