Get rid of static constructors for pass registration. Instead, every pass exposes...
[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 // Terminology note: this code has a lot of handling for "post-increment" or
21 // "post-inc" users. This is not talking about post-increment addressing modes;
22 // it is instead talking about code like this:
23 //
24 //   %i = phi [ 0, %entry ], [ %i.next, %latch ]
25 //   ...
26 //   %i.next = add %i, 1
27 //   %c = icmp eq %i.next, %n
28 //
29 // The SCEV for %i is {0,+,1}<%L>. The SCEV for %i.next is {1,+,1}<%L>, however
30 // it's useful to think about these as the same register, with some uses using
31 // the value of the register before the add and some using // it after. In this
32 // example, the icmp is a post-increment user, since it uses %i.next, which is
33 // the value of the induction variable after the increment. The other common
34 // case of post-increment users is users outside the loop.
35 //
36 // TODO: More sophistication in the way Formulae are generated and filtered.
37 //
38 // TODO: Handle multiple loops at a time.
39 //
40 // TODO: Should TargetLowering::AddrMode::BaseGV be changed to a ConstantExpr
41 //       instead of a GlobalValue?
42 //
43 // TODO: When truncation is free, truncate ICmp users' operands to make it a
44 //       smaller encoding (on x86 at least).
45 //
46 // TODO: When a negated register is used by an add (such as in a list of
47 //       multiple base registers, or as the increment expression in an addrec),
48 //       we may not actually need both reg and (-1 * reg) in registers; the
49 //       negation can be implemented by using a sub instead of an add. The
50 //       lack of support for taking this into consideration when making
51 //       register pressure decisions is partly worked around by the "Special"
52 //       use kind.
53 //
54 //===----------------------------------------------------------------------===//
55
56 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
57 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
58 #include "llvm/Constants.h"
59 #include "llvm/Instructions.h"
60 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
61 #include "llvm/DerivedTypes.h"
62 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
63 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
64 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
65 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
66 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
67 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
68 #include "llvm/ADT/SmallBitVector.h"
69 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
70 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
71 #include "llvm/Support/Debug.h"
72 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
73 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
74 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
75 #include <algorithm>
76 using namespace llvm;
77
78 namespace {
79
80 /// RegSortData - This class holds data which is used to order reuse candidates.
81 class RegSortData {
82 public:
83   /// UsedByIndices - This represents the set of LSRUse indices which reference
84   /// a particular register.
85   SmallBitVector UsedByIndices;
86
87   RegSortData() {}
88
89   void print(raw_ostream &OS) const;
90   void dump() const;
91 };
92
93 }
94
95 void RegSortData::print(raw_ostream &OS) const {
96   OS << "[NumUses=" << UsedByIndices.count() << ']';
97 }
98
99 void RegSortData::dump() const {
100   print(errs()); errs() << '\n';
101 }
102
103 namespace {
104
105 /// RegUseTracker - Map register candidates to information about how they are
106 /// used.
107 class RegUseTracker {
108   typedef DenseMap<const SCEV *, RegSortData> RegUsesTy;
109
110   RegUsesTy RegUsesMap;
111   SmallVector<const SCEV *, 16> RegSequence;
112
113 public:
114   void CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
115   void DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
116   void SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx);
117
118   bool isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const;
119
120   const SmallBitVector &getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const;
121
122   void clear();
123
124   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator iterator;
125   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator const_iterator;
126   iterator begin() { return RegSequence.begin(); }
127   iterator end()   { return RegSequence.end(); }
128   const_iterator begin() const { return RegSequence.begin(); }
129   const_iterator end() const   { return RegSequence.end(); }
130 };
131
132 }
133
134 void
135 RegUseTracker::CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
136   std::pair<RegUsesTy::iterator, bool> Pair =
137     RegUsesMap.insert(std::make_pair(Reg, RegSortData()));
138   RegSortData &RSD = Pair.first->second;
139   if (Pair.second)
140     RegSequence.push_back(Reg);
141   RSD.UsedByIndices.resize(std::max(RSD.UsedByIndices.size(), LUIdx + 1));
142   RSD.UsedByIndices.set(LUIdx);
143 }
144
145 void
146 RegUseTracker::DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
147   RegUsesTy::iterator It = RegUsesMap.find(Reg);
148   assert(It != RegUsesMap.end());
149   RegSortData &RSD = It->second;
150   assert(RSD.UsedByIndices.size() > LUIdx);
151   RSD.UsedByIndices.reset(LUIdx);
152 }
153
154 void
155 RegUseTracker::SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx) {
156   assert(LUIdx <= LastLUIdx);
157
158   // Update RegUses. The data structure is not optimized for this purpose;
159   // we must iterate through it and update each of the bit vectors.
160   for (RegUsesTy::iterator I = RegUsesMap.begin(), E = RegUsesMap.end();
161        I != E; ++I) {
162     SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
163     if (LUIdx < UsedByIndices.size())
164       UsedByIndices[LUIdx] =
165         LastLUIdx < UsedByIndices.size() ? UsedByIndices[LastLUIdx] : 0;
166     UsedByIndices.resize(std::min(UsedByIndices.size(), LastLUIdx));
167   }
168 }
169
170 bool
171 RegUseTracker::isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const {
172   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
173   if (I == RegUsesMap.end())
174     return false;
175   const SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
176   int i = UsedByIndices.find_first();
177   if (i == -1) return false;
178   if ((size_t)i != LUIdx) return true;
179   return UsedByIndices.find_next(i) != -1;
180 }
181
182 const SmallBitVector &RegUseTracker::getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const {
183   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
184   assert(I != RegUsesMap.end() && "Unknown register!");
185   return I->second.UsedByIndices;
186 }
187
188 void RegUseTracker::clear() {
189   RegUsesMap.clear();
190   RegSequence.clear();
191 }
192
193 namespace {
194
195 /// Formula - This class holds information that describes a formula for
196 /// computing satisfying a use. It may include broken-out immediates and scaled
197 /// registers.
198 struct Formula {
199   /// AM - This is used to represent complex addressing, as well as other kinds
200   /// of interesting uses.
201   TargetLowering::AddrMode AM;
202
203   /// BaseRegs - The list of "base" registers for this use. When this is
204   /// non-empty, AM.HasBaseReg should be set to true.
205   SmallVector<const SCEV *, 2> BaseRegs;
206
207   /// ScaledReg - The 'scaled' register for this use. This should be non-null
208   /// when AM.Scale is not zero.
209   const SCEV *ScaledReg;
210
211   Formula() : ScaledReg(0) {}
212
213   void InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
214                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
215
216   unsigned getNumRegs() const;
217   const Type *getType() const;
218
219   void DeleteBaseReg(const SCEV *&S);
220
221   bool referencesReg(const SCEV *S) const;
222   bool hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
223                                   const RegUseTracker &RegUses) const;
224
225   void print(raw_ostream &OS) const;
226   void dump() const;
227 };
228
229 }
230
231 /// DoInitialMatch - Recursion helper for InitialMatch.
232 static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
233                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Good,
234                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Bad,
235                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
236   // Collect expressions which properly dominate the loop header.
237   if (S->properlyDominates(L->getHeader(), &DT)) {
238     Good.push_back(S);
239     return;
240   }
241
242   // Look at add operands.
243   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
244     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
245          I != E; ++I)
246       DoInitialMatch(*I, L, Good, Bad, SE, DT);
247     return;
248   }
249
250   // Look at addrec operands.
251   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
252     if (!AR->getStart()->isZero()) {
253       DoInitialMatch(AR->getStart(), L, Good, Bad, SE, DT);
254       DoInitialMatch(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
255                                       AR->getStepRecurrence(SE),
256                                       AR->getLoop()),
257                      L, Good, Bad, SE, DT);
258       return;
259     }
260
261   // Handle a multiplication by -1 (negation) if it didn't fold.
262   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
263     if (Mul->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
264       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
265       const SCEV *NewMul = SE.getMulExpr(Ops);
266
267       SmallVector<const SCEV *, 4> MyGood;
268       SmallVector<const SCEV *, 4> MyBad;
269       DoInitialMatch(NewMul, L, MyGood, MyBad, SE, DT);
270       const SCEV *NegOne = SE.getSCEV(ConstantInt::getAllOnesValue(
271         SE.getEffectiveSCEVType(NewMul->getType())));
272       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyGood.begin(),
273            E = MyGood.end(); I != E; ++I)
274         Good.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
275       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyBad.begin(),
276            E = MyBad.end(); I != E; ++I)
277         Bad.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
278       return;
279     }
280
281   // Ok, we can't do anything interesting. Just stuff the whole thing into a
282   // register and hope for the best.
283   Bad.push_back(S);
284 }
285
286 /// InitialMatch - Incorporate loop-variant parts of S into this Formula,
287 /// attempting to keep all loop-invariant and loop-computable values in a
288 /// single base register.
289 void Formula::InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
290                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
291   SmallVector<const SCEV *, 4> Good;
292   SmallVector<const SCEV *, 4> Bad;
293   DoInitialMatch(S, L, Good, Bad, SE, DT);
294   if (!Good.empty()) {
295     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Good);
296     if (!Sum->isZero())
297       BaseRegs.push_back(Sum);
298     AM.HasBaseReg = true;
299   }
300   if (!Bad.empty()) {
301     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Bad);
302     if (!Sum->isZero())
303       BaseRegs.push_back(Sum);
304     AM.HasBaseReg = true;
305   }
306 }
307
308 /// getNumRegs - Return the total number of register operands used by this
309 /// formula. This does not include register uses implied by non-constant
310 /// addrec strides.
311 unsigned Formula::getNumRegs() const {
312   return !!ScaledReg + BaseRegs.size();
313 }
314
315 /// getType - Return the type of this formula, if it has one, or null
316 /// otherwise. This type is meaningless except for the bit size.
317 const Type *Formula::getType() const {
318   return !BaseRegs.empty() ? BaseRegs.front()->getType() :
319          ScaledReg ? ScaledReg->getType() :
320          AM.BaseGV ? AM.BaseGV->getType() :
321          0;
322 }
323
324 /// DeleteBaseReg - Delete the given base reg from the BaseRegs list.
325 void Formula::DeleteBaseReg(const SCEV *&S) {
326   if (&S != &BaseRegs.back())
327     std::swap(S, BaseRegs.back());
328   BaseRegs.pop_back();
329 }
330
331 /// referencesReg - Test if this formula references the given register.
332 bool Formula::referencesReg(const SCEV *S) const {
333   return S == ScaledReg ||
334          std::find(BaseRegs.begin(), BaseRegs.end(), S) != BaseRegs.end();
335 }
336
337 /// hasRegsUsedByUsesOtherThan - Test whether this formula uses registers
338 /// which are used by uses other than the use with the given index.
339 bool Formula::hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
340                                          const RegUseTracker &RegUses) const {
341   if (ScaledReg)
342     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(ScaledReg, LUIdx))
343       return true;
344   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
345        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I)
346     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(*I, LUIdx))
347       return true;
348   return false;
349 }
350
351 void Formula::print(raw_ostream &OS) const {
352   bool First = true;
353   if (AM.BaseGV) {
354     if (!First) OS << " + "; else First = false;
355     WriteAsOperand(OS, AM.BaseGV, /*PrintType=*/false);
356   }
357   if (AM.BaseOffs != 0) {
358     if (!First) OS << " + "; else First = false;
359     OS << AM.BaseOffs;
360   }
361   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
362        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
363     if (!First) OS << " + "; else First = false;
364     OS << "reg(" << **I << ')';
365   }
366   if (AM.HasBaseReg && BaseRegs.empty()) {
367     if (!First) OS << " + "; else First = false;
368     OS << "**error: HasBaseReg**";
369   } else if (!AM.HasBaseReg && !BaseRegs.empty()) {
370     if (!First) OS << " + "; else First = false;
371     OS << "**error: !HasBaseReg**";
372   }
373   if (AM.Scale != 0) {
374     if (!First) OS << " + "; else First = false;
375     OS << AM.Scale << "*reg(";
376     if (ScaledReg)
377       OS << *ScaledReg;
378     else
379       OS << "<unknown>";
380     OS << ')';
381   }
382 }
383
384 void Formula::dump() const {
385   print(errs()); errs() << '\n';
386 }
387
388 /// isAddRecSExtable - Return true if the given addrec can be sign-extended
389 /// without changing its value.
390 static bool isAddRecSExtable(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
391   const Type *WideTy =
392     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(AR->getType()) + 1);
393   return isa<SCEVAddRecExpr>(SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
394 }
395
396 /// isAddSExtable - Return true if the given add can be sign-extended
397 /// without changing its value.
398 static bool isAddSExtable(const SCEVAddExpr *A, ScalarEvolution &SE) {
399   const Type *WideTy =
400     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) + 1);
401   return isa<SCEVAddExpr>(SE.getSignExtendExpr(A, WideTy));
402 }
403
404 /// isMulSExtable - Return true if the given mul can be sign-extended
405 /// without changing its value.
406 static bool isMulSExtable(const SCEVMulExpr *M, ScalarEvolution &SE) {
407   const Type *WideTy =
408     IntegerType::get(SE.getContext(),
409                      SE.getTypeSizeInBits(M->getType()) * M->getNumOperands());
410   return isa<SCEVMulExpr>(SE.getSignExtendExpr(M, WideTy));
411 }
412
413 /// getExactSDiv - Return an expression for LHS /s RHS, if it can be determined
414 /// and if the remainder is known to be zero,  or null otherwise. If
415 /// IgnoreSignificantBits is true, expressions like (X * Y) /s Y are simplified
416 /// to Y, ignoring that the multiplication may overflow, which is useful when
417 /// the result will be used in a context where the most significant bits are
418 /// ignored.
419 static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
420                                 ScalarEvolution &SE,
421                                 bool IgnoreSignificantBits = false) {
422   // Handle the trivial case, which works for any SCEV type.
423   if (LHS == RHS)
424     return SE.getConstant(LHS->getType(), 1);
425
426   // Handle a few RHS special cases.
427   const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
428   if (RC) {
429     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
430     // Handle x /s -1 as x * -1, to give ScalarEvolution a chance to do
431     // some folding.
432     if (RA.isAllOnesValue())
433       return SE.getMulExpr(LHS, RC);
434     // Handle x /s 1 as x.
435     if (RA == 1)
436       return LHS;
437   }
438
439   // Check for a division of a constant by a constant.
440   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
441     if (!RC)
442       return 0;
443     const APInt &LA = C->getValue()->getValue();
444     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
445     if (LA.srem(RA) != 0)
446       return 0;
447     return SE.getConstant(LA.sdiv(RA));
448   }
449
450   // Distribute the sdiv over addrec operands, if the addrec doesn't overflow.
451   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
452     if (IgnoreSignificantBits || isAddRecSExtable(AR, SE)) {
453       const SCEV *Step = getExactSDiv(AR->getStepRecurrence(SE), RHS, SE,
454                                       IgnoreSignificantBits);
455       if (!Step) return 0;
456       const SCEV *Start = getExactSDiv(AR->getStart(), RHS, SE,
457                                        IgnoreSignificantBits);
458       if (!Start) return 0;
459       return SE.getAddRecExpr(Start, Step, AR->getLoop());
460     }
461     return 0;
462   }
463
464   // Distribute the sdiv over add operands, if the add doesn't overflow.
465   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
466     if (IgnoreSignificantBits || isAddSExtable(Add, SE)) {
467       SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
468       for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
469            I != E; ++I) {
470         const SCEV *Op = getExactSDiv(*I, RHS, SE,
471                                       IgnoreSignificantBits);
472         if (!Op) return 0;
473         Ops.push_back(Op);
474       }
475       return SE.getAddExpr(Ops);
476     }
477     return 0;
478   }
479
480   // Check for a multiply operand that we can pull RHS out of.
481   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
482     if (IgnoreSignificantBits || isMulSExtable(Mul, SE)) {
483       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
484       bool Found = false;
485       for (SCEVMulExpr::op_iterator I = Mul->op_begin(), E = Mul->op_end();
486            I != E; ++I) {
487         const SCEV *S = *I;
488         if (!Found)
489           if (const SCEV *Q = getExactSDiv(S, RHS, SE,
490                                            IgnoreSignificantBits)) {
491             S = Q;
492             Found = true;
493           }
494         Ops.push_back(S);
495       }
496       return Found ? SE.getMulExpr(Ops) : 0;
497     }
498     return 0;
499   }
500
501   // Otherwise we don't know.
502   return 0;
503 }
504
505 /// ExtractImmediate - If S involves the addition of a constant integer value,
506 /// return that integer value, and mutate S to point to a new SCEV with that
507 /// value excluded.
508 static int64_t ExtractImmediate(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
509   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
510     if (C->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64) {
511       S = SE.getConstant(C->getType(), 0);
512       return C->getValue()->getSExtValue();
513     }
514   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
515     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
516     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
517     if (Result != 0)
518       S = SE.getAddExpr(NewOps);
519     return Result;
520   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
521     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
522     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
523     if (Result != 0)
524       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop());
525     return Result;
526   }
527   return 0;
528 }
529
530 /// ExtractSymbol - If S involves the addition of a GlobalValue address,
531 /// return that symbol, and mutate S to point to a new SCEV with that
532 /// value excluded.
533 static GlobalValue *ExtractSymbol(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
534   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
535     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue())) {
536       S = SE.getConstant(GV->getType(), 0);
537       return GV;
538     }
539   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
540     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
541     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.back(), SE);
542     if (Result)
543       S = SE.getAddExpr(NewOps);
544     return Result;
545   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
546     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
547     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.front(), SE);
548     if (Result)
549       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop());
550     return Result;
551   }
552   return 0;
553 }
554
555 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
556 /// specified value as an address.
557 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
558   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
559   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
560     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
561       isAddress = true;
562   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
563     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
564     // of intrinsics.
565     switch (II->getIntrinsicID()) {
566       default: break;
567       case Intrinsic::prefetch:
568       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
569       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
570       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
571       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
572       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
573       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
574       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
575         if (II->getArgOperand(0) == OperandVal)
576           isAddress = true;
577         break;
578     }
579   }
580   return isAddress;
581 }
582
583 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
584 static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
585   const Type *AccessTy = Inst->getType();
586   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
587     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
588   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
589     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
590     // of intrinsics.
591     switch (II->getIntrinsicID()) {
592     default: break;
593     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
594     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
595     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
596     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
597       AccessTy = II->getArgOperand(0)->getType();
598       break;
599     }
600   }
601
602   // All pointers have the same requirements, so canonicalize them to an
603   // arbitrary pointer type to minimize variation.
604   if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(AccessTy))
605     AccessTy = PointerType::get(IntegerType::get(PTy->getContext(), 1),
606                                 PTy->getAddressSpace());
607
608   return AccessTy;
609 }
610
611 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
612 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
613 /// their operands subsequently dead.
614 static bool
615 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
616   bool Changed = false;
617
618   while (!DeadInsts.empty()) {
619     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(&*DeadInsts.pop_back_val());
620
621     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
622       continue;
623
624     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
625       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
626         *OI = 0;
627         if (U->use_empty())
628           DeadInsts.push_back(U);
629       }
630
631     I->eraseFromParent();
632     Changed = true;
633   }
634
635   return Changed;
636 }
637
638 namespace {
639
640 /// Cost - This class is used to measure and compare candidate formulae.
641 class Cost {
642   /// TODO: Some of these could be merged. Also, a lexical ordering
643   /// isn't always optimal.
644   unsigned NumRegs;
645   unsigned AddRecCost;
646   unsigned NumIVMuls;
647   unsigned NumBaseAdds;
648   unsigned ImmCost;
649   unsigned SetupCost;
650
651 public:
652   Cost()
653     : NumRegs(0), AddRecCost(0), NumIVMuls(0), NumBaseAdds(0), ImmCost(0),
654       SetupCost(0) {}
655
656   bool operator<(const Cost &Other) const;
657
658   void Loose();
659
660   void RateFormula(const Formula &F,
661                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
662                    const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
663                    const Loop *L,
664                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
665                    ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
666
667   void print(raw_ostream &OS) const;
668   void dump() const;
669
670 private:
671   void RateRegister(const SCEV *Reg,
672                     SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
673                     const Loop *L,
674                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
675   void RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
676                            SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
677                            const Loop *L,
678                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
679 };
680
681 }
682
683 /// RateRegister - Tally up interesting quantities from the given register.
684 void Cost::RateRegister(const SCEV *Reg,
685                         SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
686                         const Loop *L,
687                         ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
688   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)) {
689     if (AR->getLoop() == L)
690       AddRecCost += 1; /// TODO: This should be a function of the stride.
691
692     // If this is an addrec for a loop that's already been visited by LSR,
693     // don't second-guess its addrec phi nodes. LSR isn't currently smart
694     // enough to reason about more than one loop at a time. Consider these
695     // registers free and leave them alone.
696     else if (L->contains(AR->getLoop()) ||
697              (!AR->getLoop()->contains(L) &&
698               DT.dominates(L->getHeader(), AR->getLoop()->getHeader()))) {
699       for (BasicBlock::iterator I = AR->getLoop()->getHeader()->begin();
700            PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
701         if (SE.isSCEVable(PN->getType()) &&
702             (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) ==
703              SE.getEffectiveSCEVType(AR->getType())) &&
704             SE.getSCEV(PN) == AR)
705           return;
706
707       // If this isn't one of the addrecs that the loop already has, it
708       // would require a costly new phi and add. TODO: This isn't
709       // precisely modeled right now.
710       ++NumBaseAdds;
711       if (!Regs.count(AR->getStart()))
712         RateRegister(AR->getStart(), Regs, L, SE, DT);
713     }
714
715     // Add the step value register, if it needs one.
716     // TODO: The non-affine case isn't precisely modeled here.
717     if (!AR->isAffine() || !isa<SCEVConstant>(AR->getOperand(1)))
718       if (!Regs.count(AR->getStart()))
719         RateRegister(AR->getOperand(1), Regs, L, SE, DT);
720   }
721   ++NumRegs;
722
723   // Rough heuristic; favor registers which don't require extra setup
724   // instructions in the preheader.
725   if (!isa<SCEVUnknown>(Reg) &&
726       !isa<SCEVConstant>(Reg) &&
727       !(isa<SCEVAddRecExpr>(Reg) &&
728         (isa<SCEVUnknown>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()) ||
729          isa<SCEVConstant>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()))))
730     ++SetupCost;
731
732     NumIVMuls += isa<SCEVMulExpr>(Reg) &&
733                  Reg->hasComputableLoopEvolution(L);
734 }
735
736 /// RatePrimaryRegister - Record this register in the set. If we haven't seen it
737 /// before, rate it.
738 void Cost::RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
739                                SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
740                                const Loop *L,
741                                ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
742   if (Regs.insert(Reg))
743     RateRegister(Reg, Regs, L, SE, DT);
744 }
745
746 void Cost::RateFormula(const Formula &F,
747                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
748                        const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
749                        const Loop *L,
750                        const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
751                        ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
752   // Tally up the registers.
753   if (const SCEV *ScaledReg = F.ScaledReg) {
754     if (VisitedRegs.count(ScaledReg)) {
755       Loose();
756       return;
757     }
758     RatePrimaryRegister(ScaledReg, Regs, L, SE, DT);
759   }
760   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
761        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
762     const SCEV *BaseReg = *I;
763     if (VisitedRegs.count(BaseReg)) {
764       Loose();
765       return;
766     }
767     RatePrimaryRegister(BaseReg, Regs, L, SE, DT);
768   }
769
770   if (F.BaseRegs.size() > 1)
771     NumBaseAdds += F.BaseRegs.size() - 1;
772
773   // Tally up the non-zero immediates.
774   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
775        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
776     int64_t Offset = (uint64_t)*I + F.AM.BaseOffs;
777     if (F.AM.BaseGV)
778       ImmCost += 64; // Handle symbolic values conservatively.
779                      // TODO: This should probably be the pointer size.
780     else if (Offset != 0)
781       ImmCost += APInt(64, Offset, true).getMinSignedBits();
782   }
783 }
784
785 /// Loose - Set this cost to a loosing value.
786 void Cost::Loose() {
787   NumRegs = ~0u;
788   AddRecCost = ~0u;
789   NumIVMuls = ~0u;
790   NumBaseAdds = ~0u;
791   ImmCost = ~0u;
792   SetupCost = ~0u;
793 }
794
795 /// operator< - Choose the lower cost.
796 bool Cost::operator<(const Cost &Other) const {
797   if (NumRegs != Other.NumRegs)
798     return NumRegs < Other.NumRegs;
799   if (AddRecCost != Other.AddRecCost)
800     return AddRecCost < Other.AddRecCost;
801   if (NumIVMuls != Other.NumIVMuls)
802     return NumIVMuls < Other.NumIVMuls;
803   if (NumBaseAdds != Other.NumBaseAdds)
804     return NumBaseAdds < Other.NumBaseAdds;
805   if (ImmCost != Other.ImmCost)
806     return ImmCost < Other.ImmCost;
807   if (SetupCost != Other.SetupCost)
808     return SetupCost < Other.SetupCost;
809   return false;
810 }
811
812 void Cost::print(raw_ostream &OS) const {
813   OS << NumRegs << " reg" << (NumRegs == 1 ? "" : "s");
814   if (AddRecCost != 0)
815     OS << ", with addrec cost " << AddRecCost;
816   if (NumIVMuls != 0)
817     OS << ", plus " << NumIVMuls << " IV mul" << (NumIVMuls == 1 ? "" : "s");
818   if (NumBaseAdds != 0)
819     OS << ", plus " << NumBaseAdds << " base add"
820        << (NumBaseAdds == 1 ? "" : "s");
821   if (ImmCost != 0)
822     OS << ", plus " << ImmCost << " imm cost";
823   if (SetupCost != 0)
824     OS << ", plus " << SetupCost << " setup cost";
825 }
826
827 void Cost::dump() const {
828   print(errs()); errs() << '\n';
829 }
830
831 namespace {
832
833 /// LSRFixup - An operand value in an instruction which is to be replaced
834 /// with some equivalent, possibly strength-reduced, replacement.
835 struct LSRFixup {
836   /// UserInst - The instruction which will be updated.
837   Instruction *UserInst;
838
839   /// OperandValToReplace - The operand of the instruction which will
840   /// be replaced. The operand may be used more than once; every instance
841   /// will be replaced.
842   Value *OperandValToReplace;
843
844   /// PostIncLoops - If this user is to use the post-incremented value of an
845   /// induction variable, this variable is non-null and holds the loop
846   /// associated with the induction variable.
847   PostIncLoopSet PostIncLoops;
848
849   /// LUIdx - The index of the LSRUse describing the expression which
850   /// this fixup needs, minus an offset (below).
851   size_t LUIdx;
852
853   /// Offset - A constant offset to be added to the LSRUse expression.
854   /// This allows multiple fixups to share the same LSRUse with different
855   /// offsets, for example in an unrolled loop.
856   int64_t Offset;
857
858   bool isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const;
859
860   LSRFixup();
861
862   void print(raw_ostream &OS) const;
863   void dump() const;
864 };
865
866 }
867
868 LSRFixup::LSRFixup()
869   : UserInst(0), OperandValToReplace(0), LUIdx(~size_t(0)), Offset(0) {}
870
871 /// isUseFullyOutsideLoop - Test whether this fixup always uses its
872 /// value outside of the given loop.
873 bool LSRFixup::isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const {
874   // PHI nodes use their value in their incoming blocks.
875   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
876     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
877       if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace &&
878           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
879         return false;
880     return true;
881   }
882
883   return !L->contains(UserInst);
884 }
885
886 void LSRFixup::print(raw_ostream &OS) const {
887   OS << "UserInst=";
888   // Store is common and interesting enough to be worth special-casing.
889   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(UserInst)) {
890     OS << "store ";
891     WriteAsOperand(OS, Store->getOperand(0), /*PrintType=*/false);
892   } else if (UserInst->getType()->isVoidTy())
893     OS << UserInst->getOpcodeName();
894   else
895     WriteAsOperand(OS, UserInst, /*PrintType=*/false);
896
897   OS << ", OperandValToReplace=";
898   WriteAsOperand(OS, OperandValToReplace, /*PrintType=*/false);
899
900   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = PostIncLoops.begin(),
901        E = PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
902     OS << ", PostIncLoop=";
903     WriteAsOperand(OS, (*I)->getHeader(), /*PrintType=*/false);
904   }
905
906   if (LUIdx != ~size_t(0))
907     OS << ", LUIdx=" << LUIdx;
908
909   if (Offset != 0)
910     OS << ", Offset=" << Offset;
911 }
912
913 void LSRFixup::dump() const {
914   print(errs()); errs() << '\n';
915 }
916
917 namespace {
918
919 /// UniquifierDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
920 /// DenseMaps and DenseSets of sorted SmallVectors of const SCEV*.
921 struct UniquifierDenseMapInfo {
922   static SmallVector<const SCEV *, 2> getEmptyKey() {
923     SmallVector<const SCEV *, 2> V;
924     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1));
925     return V;
926   }
927
928   static SmallVector<const SCEV *, 2> getTombstoneKey() {
929     SmallVector<const SCEV *, 2> V;
930     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2));
931     return V;
932   }
933
934   static unsigned getHashValue(const SmallVector<const SCEV *, 2> &V) {
935     unsigned Result = 0;
936     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = V.begin(),
937          E = V.end(); I != E; ++I)
938       Result ^= DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(*I);
939     return Result;
940   }
941
942   static bool isEqual(const SmallVector<const SCEV *, 2> &LHS,
943                       const SmallVector<const SCEV *, 2> &RHS) {
944     return LHS == RHS;
945   }
946 };
947
948 /// LSRUse - This class holds the state that LSR keeps for each use in
949 /// IVUsers, as well as uses invented by LSR itself. It includes information
950 /// about what kinds of things can be folded into the user, information about
951 /// the user itself, and information about how the use may be satisfied.
952 /// TODO: Represent multiple users of the same expression in common?
953 class LSRUse {
954   DenseSet<SmallVector<const SCEV *, 2>, UniquifierDenseMapInfo> Uniquifier;
955
956 public:
957   /// KindType - An enum for a kind of use, indicating what types of
958   /// scaled and immediate operands it might support.
959   enum KindType {
960     Basic,   ///< A normal use, with no folding.
961     Special, ///< A special case of basic, allowing -1 scales.
962     Address, ///< An address use; folding according to TargetLowering
963     ICmpZero ///< An equality icmp with both operands folded into one.
964     // TODO: Add a generic icmp too?
965   };
966
967   KindType Kind;
968   const Type *AccessTy;
969
970   SmallVector<int64_t, 8> Offsets;
971   int64_t MinOffset;
972   int64_t MaxOffset;
973
974   /// AllFixupsOutsideLoop - This records whether all of the fixups using this
975   /// LSRUse are outside of the loop, in which case some special-case heuristics
976   /// may be used.
977   bool AllFixupsOutsideLoop;
978
979   /// WidestFixupType - This records the widest use type for any fixup using
980   /// this LSRUse. FindUseWithSimilarFormula can't consider uses with different
981   /// max fixup widths to be equivalent, because the narrower one may be relying
982   /// on the implicit truncation to truncate away bogus bits.
983   const Type *WidestFixupType;
984
985   /// Formulae - A list of ways to build a value that can satisfy this user.
986   /// After the list is populated, one of these is selected heuristically and
987   /// used to formulate a replacement for OperandValToReplace in UserInst.
988   SmallVector<Formula, 12> Formulae;
989
990   /// Regs - The set of register candidates used by all formulae in this LSRUse.
991   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Regs;
992
993   LSRUse(KindType K, const Type *T) : Kind(K), AccessTy(T),
994                                       MinOffset(INT64_MAX),
995                                       MaxOffset(INT64_MIN),
996                                       AllFixupsOutsideLoop(true),
997                                       WidestFixupType(0) {}
998
999   bool HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const;
1000   bool InsertFormula(const Formula &F);
1001   void DeleteFormula(Formula &F);
1002   void RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &Reguses);
1003
1004   void print(raw_ostream &OS) const;
1005   void dump() const;
1006 };
1007
1008 }
1009
1010 /// HasFormula - Test whether this use as a formula which has the same
1011 /// registers as the given formula.
1012 bool LSRUse::HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const {
1013   SmallVector<const SCEV *, 2> Key = F.BaseRegs;
1014   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1015   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1016   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1017   return Uniquifier.count(Key);
1018 }
1019
1020 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
1021 /// the list, and return true. Return false otherwise.
1022 bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F) {
1023   SmallVector<const SCEV *, 2> Key = F.BaseRegs;
1024   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1025   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1026   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1027
1028   if (!Uniquifier.insert(Key).second)
1029     return false;
1030
1031   // Using a register to hold the value of 0 is not profitable.
1032   assert((!F.ScaledReg || !F.ScaledReg->isZero()) &&
1033          "Zero allocated in a scaled register!");
1034 #ifndef NDEBUG
1035   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I =
1036        F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
1037     assert(!(*I)->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
1038 #endif
1039
1040   // Add the formula to the list.
1041   Formulae.push_back(F);
1042
1043   // Record registers now being used by this use.
1044   if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1045   Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1046
1047   return true;
1048 }
1049
1050 /// DeleteFormula - Remove the given formula from this use's list.
1051 void LSRUse::DeleteFormula(Formula &F) {
1052   if (&F != &Formulae.back())
1053     std::swap(F, Formulae.back());
1054   Formulae.pop_back();
1055   assert(!Formulae.empty() && "LSRUse has no formulae left!");
1056 }
1057
1058 /// RecomputeRegs - Recompute the Regs field, and update RegUses.
1059 void LSRUse::RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &RegUses) {
1060   // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
1061   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> OldRegs = Regs;
1062   Regs.clear();
1063   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = Formulae.begin(),
1064        E = Formulae.end(); I != E; ++I) {
1065     const Formula &F = *I;
1066     if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1067     Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1068   }
1069
1070   // Update the RegTracker.
1071   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 4>::iterator I = OldRegs.begin(),
1072        E = OldRegs.end(); I != E; ++I)
1073     if (!Regs.count(*I))
1074       RegUses.DropRegister(*I, LUIdx);
1075 }
1076
1077 void LSRUse::print(raw_ostream &OS) const {
1078   OS << "LSR Use: Kind=";
1079   switch (Kind) {
1080   case Basic:    OS << "Basic"; break;
1081   case Special:  OS << "Special"; break;
1082   case ICmpZero: OS << "ICmpZero"; break;
1083   case Address:
1084     OS << "Address of ";
1085     if (AccessTy->isPointerTy())
1086       OS << "pointer"; // the full pointer type could be really verbose
1087     else
1088       OS << *AccessTy;
1089   }
1090
1091   OS << ", Offsets={";
1092   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
1093        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
1094     OS << *I;
1095     if (llvm::next(I) != E)
1096       OS << ',';
1097   }
1098   OS << '}';
1099
1100   if (AllFixupsOutsideLoop)
1101     OS << ", all-fixups-outside-loop";
1102
1103   if (WidestFixupType)
1104     OS << ", widest fixup type: " << *WidestFixupType;
1105 }
1106
1107 void LSRUse::dump() const {
1108   print(errs()); errs() << '\n';
1109 }
1110
1111 /// isLegalUse - Test whether the use described by AM is "legal", meaning it can
1112 /// be completely folded into the user instruction at isel time. This includes
1113 /// address-mode folding and special icmp tricks.
1114 static bool isLegalUse(const TargetLowering::AddrMode &AM,
1115                        LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1116                        const TargetLowering *TLI) {
1117   switch (Kind) {
1118   case LSRUse::Address:
1119     // If we have low-level target information, ask the target if it can
1120     // completely fold this address.
1121     if (TLI) return TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy);
1122
1123     // Otherwise, just guess that reg+reg addressing is legal.
1124     return !AM.BaseGV && AM.BaseOffs == 0 && AM.Scale <= 1;
1125
1126   case LSRUse::ICmpZero:
1127     // There's not even a target hook for querying whether it would be legal to
1128     // fold a GV into an ICmp.
1129     if (AM.BaseGV)
1130       return false;
1131
1132     // ICmp only has two operands; don't allow more than two non-trivial parts.
1133     if (AM.Scale != 0 && AM.HasBaseReg && AM.BaseOffs != 0)
1134       return false;
1135
1136     // ICmp only supports no scale or a -1 scale, as we can "fold" a -1 scale by
1137     // putting the scaled register in the other operand of the icmp.
1138     if (AM.Scale != 0 && AM.Scale != -1)
1139       return false;
1140
1141     // If we have low-level target information, ask the target if it can fold an
1142     // integer immediate on an icmp.
1143     if (AM.BaseOffs != 0) {
1144       if (TLI) return TLI->isLegalICmpImmediate(-AM.BaseOffs);
1145       return false;
1146     }
1147
1148     return true;
1149
1150   case LSRUse::Basic:
1151     // Only handle single-register values.
1152     return !AM.BaseGV && AM.Scale == 0 && AM.BaseOffs == 0;
1153
1154   case LSRUse::Special:
1155     // Only handle -1 scales, or no scale.
1156     return AM.Scale == 0 || AM.Scale == -1;
1157   }
1158
1159   return false;
1160 }
1161
1162 static bool isLegalUse(TargetLowering::AddrMode AM,
1163                        int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1164                        LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1165                        const TargetLowering *TLI) {
1166   // Check for overflow.
1167   if (((int64_t)((uint64_t)AM.BaseOffs + MinOffset) > AM.BaseOffs) !=
1168       (MinOffset > 0))
1169     return false;
1170   AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + MinOffset;
1171   if (isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI)) {
1172     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs - MinOffset;
1173     // Check for overflow.
1174     if (((int64_t)((uint64_t)AM.BaseOffs + MaxOffset) > AM.BaseOffs) !=
1175         (MaxOffset > 0))
1176       return false;
1177     AM.BaseOffs = (uint64_t)AM.BaseOffs + MaxOffset;
1178     return isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI);
1179   }
1180   return false;
1181 }
1182
1183 static bool isAlwaysFoldable(int64_t BaseOffs,
1184                              GlobalValue *BaseGV,
1185                              bool HasBaseReg,
1186                              LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1187                              const TargetLowering *TLI) {
1188   // Fast-path: zero is always foldable.
1189   if (BaseOffs == 0 && !BaseGV) return true;
1190
1191   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1192   // base and a scale.
1193   TargetLowering::AddrMode AM;
1194   AM.BaseOffs = BaseOffs;
1195   AM.BaseGV = BaseGV;
1196   AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
1197   AM.Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1198
1199   // Canonicalize a scale of 1 to a base register if the formula doesn't
1200   // already have a base register.
1201   if (!AM.HasBaseReg && AM.Scale == 1) {
1202     AM.Scale = 0;
1203     AM.HasBaseReg = true;
1204   }
1205
1206   return isLegalUse(AM, Kind, AccessTy, TLI);
1207 }
1208
1209 static bool isAlwaysFoldable(const SCEV *S,
1210                              int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1211                              bool HasBaseReg,
1212                              LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy,
1213                              const TargetLowering *TLI,
1214                              ScalarEvolution &SE) {
1215   // Fast-path: zero is always foldable.
1216   if (S->isZero()) return true;
1217
1218   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1219   // base and a scale.
1220   int64_t BaseOffs = ExtractImmediate(S, SE);
1221   GlobalValue *BaseGV = ExtractSymbol(S, SE);
1222
1223   // If there's anything else involved, it's not foldable.
1224   if (!S->isZero()) return false;
1225
1226   // Fast-path: zero is always foldable.
1227   if (BaseOffs == 0 && !BaseGV) return true;
1228
1229   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1230   // base and a scale.
1231   TargetLowering::AddrMode AM;
1232   AM.BaseOffs = BaseOffs;
1233   AM.BaseGV = BaseGV;
1234   AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
1235   AM.Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1236
1237   return isLegalUse(AM, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, TLI);
1238 }
1239
1240 namespace {
1241
1242 /// UseMapDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
1243 /// DenseMaps and DenseSets of pairs of const SCEV* and LSRUse::Kind.
1244 struct UseMapDenseMapInfo {
1245   static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getEmptyKey() {
1246     return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1), LSRUse::Basic);
1247   }
1248
1249   static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getTombstoneKey() {
1250     return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2), LSRUse::Basic);
1251   }
1252
1253   static unsigned
1254   getHashValue(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &V) {
1255     unsigned Result = DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(V.first);
1256     Result ^= DenseMapInfo<unsigned>::getHashValue(unsigned(V.second));
1257     return Result;
1258   }
1259
1260   static bool isEqual(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &LHS,
1261                       const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &RHS) {
1262     return LHS == RHS;
1263   }
1264 };
1265
1266 /// LSRInstance - This class holds state for the main loop strength reduction
1267 /// logic.
1268 class LSRInstance {
1269   IVUsers &IU;
1270   ScalarEvolution &SE;
1271   DominatorTree &DT;
1272   LoopInfo &LI;
1273   const TargetLowering *const TLI;
1274   Loop *const L;
1275   bool Changed;
1276
1277   /// IVIncInsertPos - This is the insert position that the current loop's
1278   /// induction variable increment should be placed. In simple loops, this is
1279   /// the latch block's terminator. But in more complicated cases, this is a
1280   /// position which will dominate all the in-loop post-increment users.
1281   Instruction *IVIncInsertPos;
1282
1283   /// Factors - Interesting factors between use strides.
1284   SmallSetVector<int64_t, 8> Factors;
1285
1286   /// Types - Interesting use types, to facilitate truncation reuse.
1287   SmallSetVector<const Type *, 4> Types;
1288
1289   /// Fixups - The list of operands which are to be replaced.
1290   SmallVector<LSRFixup, 16> Fixups;
1291
1292   /// Uses - The list of interesting uses.
1293   SmallVector<LSRUse, 16> Uses;
1294
1295   /// RegUses - Track which uses use which register candidates.
1296   RegUseTracker RegUses;
1297
1298   void OptimizeShadowIV();
1299   bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse);
1300   ICmpInst *OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse);
1301   void OptimizeLoopTermCond();
1302
1303   void CollectInterestingTypesAndFactors();
1304   void CollectFixupsAndInitialFormulae();
1305
1306   LSRFixup &getNewFixup() {
1307     Fixups.push_back(LSRFixup());
1308     return Fixups.back();
1309   }
1310
1311   // Support for sharing of LSRUses between LSRFixups.
1312   typedef DenseMap<std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType>,
1313                    size_t,
1314                    UseMapDenseMapInfo> UseMapTy;
1315   UseMapTy UseMap;
1316
1317   bool reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
1318                           LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy);
1319
1320   std::pair<size_t, int64_t> getUse(const SCEV *&Expr,
1321                                     LSRUse::KindType Kind,
1322                                     const Type *AccessTy);
1323
1324   void DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1325
1326   LSRUse *FindUseWithSimilarFormula(const Formula &F, const LSRUse &OrigLU);
1327
1328 public:
1329   void InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1330   void InsertSupplementalFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1331   void CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx);
1332   bool InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F);
1333
1334   void CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
1335
1336   void GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base,
1337                               unsigned Depth = 0);
1338   void GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1339   void GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1340   void GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1341   void GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1342   void GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1343   void GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1344   void GenerateCrossUseConstantOffsets();
1345   void GenerateAllReuseFormulae();
1346
1347   void FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
1348
1349   size_t EstimateSearchSpaceComplexity() const;
1350   void NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
1351   void NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
1352   void NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
1353   void NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
1354   void NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
1355
1356   void SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1357                     Cost &SolutionCost,
1358                     SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
1359                     const Cost &CurCost,
1360                     const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
1361                     DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const;
1362   void Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const;
1363
1364   BasicBlock::iterator
1365     HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
1366                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs) const;
1367   BasicBlock::iterator AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
1368                                                      const LSRFixup &LF,
1369                                                      const LSRUse &LU) const;
1370
1371   Value *Expand(const LSRFixup &LF,
1372                 const Formula &F,
1373                 BasicBlock::iterator IP,
1374                 SCEVExpander &Rewriter,
1375                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const;
1376   void RewriteForPHI(PHINode *PN, const LSRFixup &LF,
1377                      const Formula &F,
1378                      SCEVExpander &Rewriter,
1379                      SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1380                      Pass *P) const;
1381   void Rewrite(const LSRFixup &LF,
1382                const Formula &F,
1383                SCEVExpander &Rewriter,
1384                SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1385                Pass *P) const;
1386   void ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1387                          Pass *P);
1388
1389   LSRInstance(const TargetLowering *tli, Loop *l, Pass *P);
1390
1391   bool getChanged() const { return Changed; }
1392
1393   void print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const;
1394   void print_fixups(raw_ostream &OS) const;
1395   void print_uses(raw_ostream &OS) const;
1396   void print(raw_ostream &OS) const;
1397   void dump() const;
1398 };
1399
1400 }
1401
1402 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1403 /// inside the loop then try to eliminate the cast operation.
1404 void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
1405   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1406   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1407     return;
1408
1409   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end();
1410        UI != E; /* empty */) {
1411     IVUsers::const_iterator CandidateUI = UI;
1412     ++UI;
1413     Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
1414     const Type *DestTy = NULL;
1415
1416     /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1417        to eliminate this cast.
1418
1419          for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
1420            foo((double)i);
1421
1422        is transformed into
1423
1424          double d = 0.0;
1425          for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
1426            foo(d);
1427     */
1428     if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
1429       DestTy = UCast->getDestTy();
1430     else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser()))
1431       DestTy = SCast->getDestTy();
1432     if (!DestTy) continue;
1433
1434     if (TLI) {
1435       // If target does not support DestTy natively then do not apply
1436       // this transformation.
1437       EVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
1438       if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
1439     }
1440
1441     PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1442     if (!PH) continue;
1443     if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1444
1445     const Type *SrcTy = PH->getType();
1446     int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1447     if (Mantissa == -1) continue;
1448     if ((int)SE.getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1449       continue;
1450
1451     unsigned Entry, Latch;
1452     if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1453       Entry = 0;
1454       Latch = 1;
1455     } else {
1456       Entry = 1;
1457       Latch = 0;
1458     }
1459
1460     ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1461     if (!Init) continue;
1462     Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
1463
1464     BinaryOperator *Incr =
1465       dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1466     if (!Incr) continue;
1467     if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1468         && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1469       continue;
1470
1471     /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1472     ConstantInt *C = NULL;
1473     if (Incr->getOperand(0) == PH)
1474       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1475     else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1476       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1477     else
1478       continue;
1479
1480     if (!C) continue;
1481
1482     // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
1483     // correctly. TODO: Remove this restriction.
1484     if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
1485
1486     /* Add new PHINode. */
1487     PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
1488
1489     /* create new increment. '++d' in above example. */
1490     Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1491     BinaryOperator *NewIncr =
1492       BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
1493                                Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
1494                              NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1495
1496     NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1497     NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1498
1499     /* Remove cast operation */
1500     ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1501     ShadowUse->eraseFromParent();
1502     Changed = true;
1503     break;
1504   }
1505 }
1506
1507 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1508 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1509 /// false.
1510 bool LSRInstance::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse) {
1511   for (IVUsers::iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1512     if (UI->getUser() == Cond) {
1513       // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1514       // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1515       // occurs enough in real life to handle.
1516       CondUse = UI;
1517       return true;
1518     }
1519   return false;
1520 }
1521
1522 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1523 /// a max computation.
1524 ///
1525 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1526 /// like this:
1527 ///
1528 ///   i = 0;
1529 ///   do {
1530 ///     p[i] = 0.0;
1531 ///   } while (++i < n);
1532 ///
1533 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
1534 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
1535 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
1536 /// will commonly be lowered like this:
1537 //
1538 ///   if (n > 0) {
1539 ///     i = 0;
1540 ///     do {
1541 ///       p[i] = 0.0;
1542 ///     } while (++i < n);
1543 ///   }
1544 ///
1545 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1546 /// test in such a way that indvars can't find it.
1547 ///
1548 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1549 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
1550 /// induction variable:
1551 ///
1552 ///   i = 0;
1553 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
1554 ///   do {
1555 ///     p[i] = 0.0;
1556 ///   } while (++i != max);
1557 ///
1558 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1559 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1560 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1561 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1562 /// needed, and it does this using a simple analysis that only succeeds if
1563 /// the loop has a canonical induction variable.
1564 ///
1565 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1566 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1567 ///
1568 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1569 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1570 /// the instructions for the maximum computation.
1571 ///
1572 ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
1573   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1574   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1575       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1576     return Cond;
1577
1578   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1579   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1580
1581   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1582   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1583     return Cond;
1584   const SCEV *One = SE.getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 1);
1585
1586   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
1587   const SCEV *IterationCount = SE.getAddExpr(One, BackedgeTakenCount);
1588   if (IterationCount != SE.getSCEV(Sel)) return Cond;
1589
1590   // Check for a max calculation that matches the pattern. There's no check
1591   // for ICMP_ULE here because the comparison would be with zero, which
1592   // isn't interesting.
1593   CmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
1594   const SCEVNAryExpr *Max = 0;
1595   if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(BackedgeTakenCount)) {
1596     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
1597     Max = S;
1598   } else if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount)) {
1599     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1600     Max = S;
1601   } else if (const SCEVUMaxExpr *U = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(IterationCount)) {
1602     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
1603     Max = U;
1604   } else {
1605     // No match; bail.
1606     return Cond;
1607   }
1608
1609   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
1610   // require additional checking and setup.
1611   if (Max->getNumOperands() != 2)
1612     return Cond;
1613
1614   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
1615   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
1616
1617   // ScalarEvolution canonicalizes constants to the left. For < and >, look
1618   // for a comparison with 1. For <= and >=, a comparison with zero.
1619   if (!MaxLHS ||
1620       (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) ? !MaxLHS->isZero() : (MaxLHS != One)))
1621     return Cond;
1622
1623   // Check the relevant induction variable for conformance to
1624   // the pattern.
1625   const SCEV *IV = SE.getSCEV(Cond->getOperand(0));
1626   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1627   if (!AR || !AR->isAffine() ||
1628       AR->getStart() != One ||
1629       AR->getStepRecurrence(SE) != One)
1630     return Cond;
1631
1632   assert(AR->getLoop() == L &&
1633          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
1634
1635   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
1636   // be used in the new comparison instruction.
1637   Value *NewRHS = 0;
1638   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred)) {
1639     // Look for n+1, and grab n.
1640     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(1)))
1641       if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)) &&
1642           cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->isOne() &&
1643           SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1644         NewRHS = BO->getOperand(0);
1645     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(2)))
1646       if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)) &&
1647           cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->isOne() &&
1648           SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1649         NewRHS = BO->getOperand(0);
1650     if (!NewRHS)
1651       return Cond;
1652   } else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
1653     NewRHS = Sel->getOperand(1);
1654   else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
1655     NewRHS = Sel->getOperand(2);
1656   else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(MaxRHS))
1657     NewRHS = SU->getValue();
1658   else
1659     // Max doesn't match expected pattern.
1660     return Cond;
1661
1662   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
1663   // and the original comparison may be either equality or inequality.
1664   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
1665     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
1666
1667   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
1668   // delete the max calculation.
1669   ICmpInst *NewCond =
1670     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
1671
1672   // Delete the max calculation instructions.
1673   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
1674   CondUse->setUser(NewCond);
1675   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
1676   Cond->eraseFromParent();
1677   Sel->eraseFromParent();
1678   if (Cmp->use_empty())
1679     Cmp->eraseFromParent();
1680   return NewCond;
1681 }
1682
1683 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
1684 /// postinc iv when possible.
1685 void
1686 LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
1687   SmallPtrSet<Instruction *, 4> PostIncs;
1688
1689   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1690   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
1691   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
1692
1693   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
1694     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
1695
1696     // Get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1697     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1698     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1699     // one register value.
1700
1701     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
1702     if (!TermBr)
1703       continue;
1704     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
1705     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1706       continue;
1707
1708     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1709     IVStrideUse *CondUse = 0;
1710     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1711     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse))
1712       continue;
1713
1714     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
1715     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
1716     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
1717     // One consequence of doing this now is that it disrupts the count-down
1718     // optimization. That's not always a bad thing though, because in such
1719     // cases it may still be worthwhile to avoid a max.
1720     Cond = OptimizeMax(Cond, CondUse);
1721
1722     // If this exiting block dominates the latch block, it may also use
1723     // the post-inc value if it won't be shared with other uses.
1724     // Check for dominance.
1725     if (!DT.dominates(ExitingBlock, LatchBlock))
1726       continue;
1727
1728     // Conservatively avoid trying to use the post-inc value in non-latch
1729     // exits if there may be pre-inc users in intervening blocks.
1730     if (LatchBlock != ExitingBlock)
1731       for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1732         // Test if the use is reachable from the exiting block. This dominator
1733         // query is a conservative approximation of reachability.
1734         if (&*UI != CondUse &&
1735             !DT.properlyDominates(UI->getUser()->getParent(), ExitingBlock)) {
1736           // Conservatively assume there may be reuse if the quotient of their
1737           // strides could be a legal scale.
1738           const SCEV *A = IU.getStride(*CondUse, L);
1739           const SCEV *B = IU.getStride(*UI, L);
1740           if (!A || !B) continue;
1741           if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) !=
1742               SE.getTypeSizeInBits(B->getType())) {
1743             if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) >
1744                 SE.getTypeSizeInBits(B->getType()))
1745               B = SE.getSignExtendExpr(B, A->getType());
1746             else
1747               A = SE.getSignExtendExpr(A, B->getType());
1748           }
1749           if (const SCEVConstant *D =
1750                 dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(B, A, SE))) {
1751             const ConstantInt *C = D->getValue();
1752             // Stride of one or negative one can have reuse with non-addresses.
1753             if (C->isOne() || C->isAllOnesValue())
1754               goto decline_post_inc;
1755             // Avoid weird situations.
1756             if (C->getValue().getMinSignedBits() >= 64 ||
1757                 C->getValue().isMinSignedValue())
1758               goto decline_post_inc;
1759             // Without TLI, assume that any stride might be valid, and so any
1760             // use might be shared.
1761             if (!TLI)
1762               goto decline_post_inc;
1763             // Check for possible scaled-address reuse.
1764             const Type *AccessTy = getAccessType(UI->getUser());
1765             TargetLowering::AddrMode AM;
1766             AM.Scale = C->getSExtValue();
1767             if (TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1768               goto decline_post_inc;
1769             AM.Scale = -AM.Scale;
1770             if (TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1771               goto decline_post_inc;
1772           }
1773         }
1774
1775     DEBUG(dbgs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
1776                  << *Cond << '\n');
1777
1778     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1779     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1780     // the exiting block branch, move it.
1781     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != TermBr) {
1782       if (Cond->hasOneUse()) {
1783         Cond->moveBefore(TermBr);
1784       } else {
1785         // Clone the terminating condition and insert into the loopend.
1786         ICmpInst *OldCond = Cond;
1787         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1788         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1789         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1790
1791         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1792         CondUse = &IU.AddUser(Cond, CondUse->getOperandValToReplace());
1793         TermBr->replaceUsesOfWith(OldCond, Cond);
1794       }
1795     }
1796
1797     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1798     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1799     // live ranges for the IV correctly.
1800     CondUse->transformToPostInc(L);
1801     Changed = true;
1802
1803     PostIncs.insert(Cond);
1804   decline_post_inc:;
1805   }
1806
1807   // Determine an insertion point for the loop induction variable increment. It
1808   // must dominate all the post-inc comparisons we just set up, and it must
1809   // dominate the loop latch edge.
1810   IVIncInsertPos = L->getLoopLatch()->getTerminator();
1811   for (SmallPtrSet<Instruction *, 4>::const_iterator I = PostIncs.begin(),
1812        E = PostIncs.end(); I != E; ++I) {
1813     BasicBlock *BB =
1814       DT.findNearestCommonDominator(IVIncInsertPos->getParent(),
1815                                     (*I)->getParent());
1816     if (BB == (*I)->getParent())
1817       IVIncInsertPos = *I;
1818     else if (BB != IVIncInsertPos->getParent())
1819       IVIncInsertPos = BB->getTerminator();
1820   }
1821 }
1822
1823 /// reconcileNewOffset - Determine if the given use can accomodate a fixup
1824 /// at the given offset and other details. If so, update the use and
1825 /// return true.
1826 bool
1827 LSRInstance::reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
1828                                 LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy) {
1829   int64_t NewMinOffset = LU.MinOffset;
1830   int64_t NewMaxOffset = LU.MaxOffset;
1831   const Type *NewAccessTy = AccessTy;
1832
1833   // Check for a mismatched kind. It's tempting to collapse mismatched kinds to
1834   // something conservative, however this can pessimize in the case that one of
1835   // the uses will have all its uses outside the loop, for example.
1836   if (LU.Kind != Kind)
1837     return false;
1838   // Conservatively assume HasBaseReg is true for now.
1839   if (NewOffset < LU.MinOffset) {
1840     if (!isAlwaysFoldable(LU.MaxOffset - NewOffset, 0, HasBaseReg,
1841                           Kind, AccessTy, TLI))
1842       return false;
1843     NewMinOffset = NewOffset;
1844   } else if (NewOffset > LU.MaxOffset) {
1845     if (!isAlwaysFoldable(NewOffset - LU.MinOffset, 0, HasBaseReg,
1846                           Kind, AccessTy, TLI))
1847       return false;
1848     NewMaxOffset = NewOffset;
1849   }
1850   // Check for a mismatched access type, and fall back conservatively as needed.
1851   // TODO: Be less conservative when the type is similar and can use the same
1852   // addressing modes.
1853   if (Kind == LSRUse::Address && AccessTy != LU.AccessTy)
1854     NewAccessTy = Type::getVoidTy(AccessTy->getContext());
1855
1856   // Update the use.
1857   LU.MinOffset = NewMinOffset;
1858   LU.MaxOffset = NewMaxOffset;
1859   LU.AccessTy = NewAccessTy;
1860   if (NewOffset != LU.Offsets.back())
1861     LU.Offsets.push_back(NewOffset);
1862   return true;
1863 }
1864
1865 /// getUse - Return an LSRUse index and an offset value for a fixup which
1866 /// needs the given expression, with the given kind and optional access type.
1867 /// Either reuse an existing use or create a new one, as needed.
1868 std::pair<size_t, int64_t>
1869 LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
1870                     LSRUse::KindType Kind, const Type *AccessTy) {
1871   const SCEV *Copy = Expr;
1872   int64_t Offset = ExtractImmediate(Expr, SE);
1873
1874   // Basic uses can't accept any offset, for example.
1875   if (!isAlwaysFoldable(Offset, 0, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy, TLI)) {
1876     Expr = Copy;
1877     Offset = 0;
1878   }
1879
1880   std::pair<UseMapTy::iterator, bool> P =
1881     UseMap.insert(std::make_pair(std::make_pair(Expr, Kind), 0));
1882   if (!P.second) {
1883     // A use already existed with this base.
1884     size_t LUIdx = P.first->second;
1885     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
1886     if (reconcileNewOffset(LU, Offset, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy))
1887       // Reuse this use.
1888       return std::make_pair(LUIdx, Offset);
1889   }
1890
1891   // Create a new use.
1892   size_t LUIdx = Uses.size();
1893   P.first->second = LUIdx;
1894   Uses.push_back(LSRUse(Kind, AccessTy));
1895   LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
1896
1897   // We don't need to track redundant offsets, but we don't need to go out
1898   // of our way here to avoid them.
1899   if (LU.Offsets.empty() || Offset != LU.Offsets.back())
1900     LU.Offsets.push_back(Offset);
1901
1902   LU.MinOffset = Offset;
1903   LU.MaxOffset = Offset;
1904   return std::make_pair(LUIdx, Offset);
1905 }
1906
1907 /// DeleteUse - Delete the given use from the Uses list.
1908 void LSRInstance::DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
1909   if (&LU != &Uses.back())
1910     std::swap(LU, Uses.back());
1911   Uses.pop_back();
1912
1913   // Update RegUses.
1914   RegUses.SwapAndDropUse(LUIdx, Uses.size());
1915 }
1916
1917 /// FindUseWithFormula - Look for a use distinct from OrigLU which is has
1918 /// a formula that has the same registers as the given formula.
1919 LSRUse *
1920 LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
1921                                        const LSRUse &OrigLU) {
1922   // Search all uses for the formula. This could be more clever.
1923   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
1924     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
1925     // Check whether this use is close enough to OrigLU, to see whether it's
1926     // worthwhile looking through its formulae.
1927     // Ignore ICmpZero uses because they may contain formulae generated by
1928     // GenerateICmpZeroScales, in which case adding fixup offsets may
1929     // be invalid.
1930     if (&LU != &OrigLU &&
1931         LU.Kind != LSRUse::ICmpZero &&
1932         LU.Kind == OrigLU.Kind && OrigLU.AccessTy == LU.AccessTy &&
1933         LU.WidestFixupType == OrigLU.WidestFixupType &&
1934         LU.HasFormulaWithSameRegs(OrigF)) {
1935       // Scan through this use's formulae.
1936       for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
1937            E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
1938         const Formula &F = *I;
1939         // Check to see if this formula has the same registers and symbols
1940         // as OrigF.
1941         if (F.BaseRegs == OrigF.BaseRegs &&
1942             F.ScaledReg == OrigF.ScaledReg &&
1943             F.AM.BaseGV == OrigF.AM.BaseGV &&
1944             F.AM.Scale == OrigF.AM.Scale) {
1945           if (F.AM.BaseOffs == 0)
1946             return &LU;
1947           // This is the formula where all the registers and symbols matched;
1948           // there aren't going to be any others. Since we declined it, we
1949           // can skip the rest of the formulae and procede to the next LSRUse.
1950           break;
1951         }
1952       }
1953     }
1954   }
1955
1956   // Nothing looked good.
1957   return 0;
1958 }
1959
1960 void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
1961   SmallSetVector<const SCEV *, 4> Strides;
1962
1963   // Collect interesting types and strides.
1964   SmallVector<const SCEV *, 4> Worklist;
1965   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
1966     const SCEV *Expr = IU.getExpr(*UI);
1967
1968     // Collect interesting types.
1969     Types.insert(SE.getEffectiveSCEVType(Expr->getType()));
1970
1971     // Add strides for mentioned loops.
1972     Worklist.push_back(Expr);
1973     do {
1974       const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
1975       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
1976         Strides.insert(AR->getStepRecurrence(SE));
1977         Worklist.push_back(AR->getStart());
1978       } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
1979         Worklist.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
1980       }
1981     } while (!Worklist.empty());
1982   }
1983
1984   // Compute interesting factors from the set of interesting strides.
1985   for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator
1986        I = Strides.begin(), E = Strides.end(); I != E; ++I)
1987     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator NewStrideIter =
1988          llvm::next(I); NewStrideIter != E; ++NewStrideIter) {
1989       const SCEV *OldStride = *I;
1990       const SCEV *NewStride = *NewStrideIter;
1991
1992       if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) !=
1993           SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType())) {
1994         if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) >
1995             SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType()))
1996           NewStride = SE.getSignExtendExpr(NewStride, OldStride->getType());
1997         else
1998           OldStride = SE.getSignExtendExpr(OldStride, NewStride->getType());
1999       }
2000       if (const SCEVConstant *Factor =
2001             dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(NewStride, OldStride,
2002                                                         SE, true))) {
2003         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2004           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2005       } else if (const SCEVConstant *Factor =
2006                    dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(OldStride,
2007                                                                NewStride,
2008                                                                SE, true))) {
2009         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2010           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2011       }
2012     }
2013
2014   // If all uses use the same type, don't bother looking for truncation-based
2015   // reuse.
2016   if (Types.size() == 1)
2017     Types.clear();
2018
2019   DEBUG(print_factors_and_types(dbgs()));
2020 }
2021
2022 void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
2023   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2024     // Record the uses.
2025     LSRFixup &LF = getNewFixup();
2026     LF.UserInst = UI->getUser();
2027     LF.OperandValToReplace = UI->getOperandValToReplace();
2028     LF.PostIncLoops = UI->getPostIncLoops();
2029
2030     LSRUse::KindType Kind = LSRUse::Basic;
2031     const Type *AccessTy = 0;
2032     if (isAddressUse(LF.UserInst, LF.OperandValToReplace)) {
2033       Kind = LSRUse::Address;
2034       AccessTy = getAccessType(LF.UserInst);
2035     }
2036
2037     const SCEV *S = IU.getExpr(*UI);
2038
2039     // Equality (== and !=) ICmps are special. We can rewrite (i == N) as
2040     // (N - i == 0), and this allows (N - i) to be the expression that we work
2041     // with rather than just N or i, so we can consider the register
2042     // requirements for both N and i at the same time. Limiting this code to
2043     // equality icmps is not a problem because all interesting loops use
2044     // equality icmps, thanks to IndVarSimplify.
2045     if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(LF.UserInst))
2046       if (CI->isEquality()) {
2047         // Swap the operands if needed to put the OperandValToReplace on the
2048         // left, for consistency.
2049         Value *NV = CI->getOperand(1);
2050         if (NV == LF.OperandValToReplace) {
2051           CI->setOperand(1, CI->getOperand(0));
2052           CI->setOperand(0, NV);
2053           NV = CI->getOperand(1);
2054           Changed = true;
2055         }
2056
2057         // x == y  -->  x - y == 0
2058         const SCEV *N = SE.getSCEV(NV);
2059         if (N->isLoopInvariant(L)) {
2060           Kind = LSRUse::ICmpZero;
2061           S = SE.getMinusSCEV(N, S);
2062         }
2063
2064         // -1 and the negations of all interesting strides (except the negation
2065         // of -1) are now also interesting.
2066         for (size_t i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i)
2067           if (Factors[i] != -1)
2068             Factors.insert(-(uint64_t)Factors[i]);
2069         Factors.insert(-1);
2070       }
2071
2072     // Set up the initial formula for this use.
2073     std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, Kind, AccessTy);
2074     LF.LUIdx = P.first;
2075     LF.Offset = P.second;
2076     LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
2077     LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
2078     if (!LU.WidestFixupType ||
2079         SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
2080         SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
2081       LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
2082
2083     // If this is the first use of this LSRUse, give it a formula.
2084     if (LU.Formulae.empty()) {
2085       InsertInitialFormula(S, LU, LF.LUIdx);
2086       CountRegisters(LU.Formulae.back(), LF.LUIdx);
2087     }
2088   }
2089
2090   DEBUG(print_fixups(dbgs()));
2091 }
2092
2093 /// InsertInitialFormula - Insert a formula for the given expression into
2094 /// the given use, separating out loop-variant portions from loop-invariant
2095 /// and loop-computable portions.
2096 void
2097 LSRInstance::InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2098   Formula F;
2099   F.InitialMatch(S, L, SE, DT);
2100   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2101   assert(Inserted && "Initial formula already exists!"); (void)Inserted;
2102 }
2103
2104 /// InsertSupplementalFormula - Insert a simple single-register formula for
2105 /// the given expression into the given use.
2106 void
2107 LSRInstance::InsertSupplementalFormula(const SCEV *S,
2108                                        LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2109   Formula F;
2110   F.BaseRegs.push_back(S);
2111   F.AM.HasBaseReg = true;
2112   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2113   assert(Inserted && "Supplemental formula already exists!"); (void)Inserted;
2114 }
2115
2116 /// CountRegisters - Note which registers are used by the given formula,
2117 /// updating RegUses.
2118 void LSRInstance::CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx) {
2119   if (F.ScaledReg)
2120     RegUses.CountRegister(F.ScaledReg, LUIdx);
2121   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
2122        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
2123     RegUses.CountRegister(*I, LUIdx);
2124 }
2125
2126 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
2127 /// the list, and return true. Return false otherwise.
2128 bool LSRInstance::InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F) {
2129   if (!LU.InsertFormula(F))
2130     return false;
2131
2132   CountRegisters(F, LUIdx);
2133   return true;
2134 }
2135
2136 /// CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae - Check for other uses of
2137 /// loop-invariant values which we're tracking. These other uses will pin these
2138 /// values in registers, making them less profitable for elimination.
2139 /// TODO: This currently misses non-constant addrec step registers.
2140 /// TODO: Should this give more weight to users inside the loop?
2141 void
2142 LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
2143   SmallVector<const SCEV *, 8> Worklist(RegUses.begin(), RegUses.end());
2144   SmallPtrSet<const SCEV *, 8> Inserted;
2145
2146   while (!Worklist.empty()) {
2147     const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
2148
2149     if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S))
2150       Worklist.append(N->op_begin(), N->op_end());
2151     else if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
2152       Worklist.push_back(C->getOperand());
2153     else if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2154       Worklist.push_back(D->getLHS());
2155       Worklist.push_back(D->getRHS());
2156     } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2157       if (!Inserted.insert(U)) continue;
2158       const Value *V = U->getValue();
2159       if (const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2160         // Look for instructions defined outside the loop.
2161         if (L->contains(Inst)) continue;
2162       } else if (isa<UndefValue>(V))
2163         // Undef doesn't have a live range, so it doesn't matter.
2164         continue;
2165       for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
2166            UI != UE; ++UI) {
2167         const Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(*UI);
2168         // Ignore non-instructions.
2169         if (!UserInst)
2170           continue;
2171         // Ignore instructions in other functions (as can happen with
2172         // Constants).
2173         if (UserInst->getParent()->getParent() != L->getHeader()->getParent())
2174           continue;
2175         // Ignore instructions not dominated by the loop.
2176         const BasicBlock *UseBB = !isa<PHINode>(UserInst) ?
2177           UserInst->getParent() :
2178           cast<PHINode>(UserInst)->getIncomingBlock(
2179             PHINode::getIncomingValueNumForOperand(UI.getOperandNo()));
2180         if (!DT.dominates(L->getHeader(), UseBB))
2181           continue;
2182         // Ignore uses which are part of other SCEV expressions, to avoid
2183         // analyzing them multiple times.
2184         if (SE.isSCEVable(UserInst->getType())) {
2185           const SCEV *UserS = SE.getSCEV(const_cast<Instruction *>(UserInst));
2186           // If the user is a no-op, look through to its uses.
2187           if (!isa<SCEVUnknown>(UserS))
2188             continue;
2189           if (UserS == U) {
2190             Worklist.push_back(
2191               SE.getUnknown(const_cast<Instruction *>(UserInst)));
2192             continue;
2193           }
2194         }
2195         // Ignore icmp instructions which are already being analyzed.
2196         if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UserInst)) {
2197           unsigned OtherIdx = !UI.getOperandNo();
2198           Value *OtherOp = const_cast<Value *>(ICI->getOperand(OtherIdx));
2199           if (SE.getSCEV(OtherOp)->hasComputableLoopEvolution(L))
2200             continue;
2201         }
2202
2203         LSRFixup &LF = getNewFixup();
2204         LF.UserInst = const_cast<Instruction *>(UserInst);
2205         LF.OperandValToReplace = UI.getUse();
2206         std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, LSRUse::Basic, 0);
2207         LF.LUIdx = P.first;
2208         LF.Offset = P.second;
2209         LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
2210         LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
2211         if (!LU.WidestFixupType ||
2212             SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
2213             SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
2214           LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
2215         InsertSupplementalFormula(U, LU, LF.LUIdx);
2216         CountRegisters(LU.Formulae.back(), Uses.size() - 1);
2217         break;
2218       }
2219     }
2220   }
2221 }
2222
2223 /// CollectSubexprs - Split S into subexpressions which can be pulled out into
2224 /// separate registers. If C is non-null, multiply each subexpression by C.
2225 static void CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
2226                             SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
2227                             const Loop *L,
2228                             ScalarEvolution &SE) {
2229   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2230     // Break out add operands.
2231     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
2232          I != E; ++I)
2233       CollectSubexprs(*I, C, Ops, L, SE);
2234     return;
2235   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2236     // Split a non-zero base out of an addrec.
2237     if (!AR->getStart()->isZero()) {
2238       CollectSubexprs(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
2239                                        AR->getStepRecurrence(SE),
2240                                        AR->getLoop()),
2241                       C, Ops, L, SE);
2242       CollectSubexprs(AR->getStart(), C, Ops, L, SE);
2243       return;
2244     }
2245   } else if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2246     // Break (C * (a + b + c)) into C*a + C*b + C*c.
2247     if (Mul->getNumOperands() == 2)
2248       if (const SCEVConstant *Op0 =
2249             dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
2250         CollectSubexprs(Mul->getOperand(1),
2251                         C ? cast<SCEVConstant>(SE.getMulExpr(C, Op0)) : Op0,
2252                         Ops, L, SE);
2253         return;
2254       }
2255   }
2256
2257   // Otherwise use the value itself, optionally with a scale applied.
2258   Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, S) : S);
2259 }
2260
2261 /// GenerateReassociations - Split out subexpressions from adds and the bases of
2262 /// addrecs.
2263 void LSRInstance::GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2264                                          Formula Base,
2265                                          unsigned Depth) {
2266   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
2267   if (Depth >= 3) return;
2268
2269   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2270     const SCEV *BaseReg = Base.BaseRegs[i];
2271
2272     SmallVector<const SCEV *, 8> AddOps;
2273     CollectSubexprs(BaseReg, 0, AddOps, L, SE);
2274
2275     if (AddOps.size() == 1) continue;
2276
2277     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = AddOps.begin(),
2278          JE = AddOps.end(); J != JE; ++J) {
2279
2280       // Loop-variant "unknown" values are uninteresting; we won't be able to
2281       // do anything meaningful with them.
2282       if (isa<SCEVUnknown>(*J) && !(*J)->isLoopInvariant(L))
2283         continue;
2284
2285       // Don't pull a constant into a register if the constant could be folded
2286       // into an immediate field.
2287       if (isAlwaysFoldable(*J, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2288                            Base.getNumRegs() > 1,
2289                            LU.Kind, LU.AccessTy, TLI, SE))
2290         continue;
2291
2292       // Collect all operands except *J.
2293       SmallVector<const SCEV *, 8> InnerAddOps
2294         (((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).begin(), J);
2295       InnerAddOps.append
2296         (llvm::next(J), ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).end());
2297
2298       // Don't leave just a constant behind in a register if the constant could
2299       // be folded into an immediate field.
2300       if (InnerAddOps.size() == 1 &&
2301           isAlwaysFoldable(InnerAddOps[0], LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2302                            Base.getNumRegs() > 1,
2303                            LU.Kind, LU.AccessTy, TLI, SE))
2304         continue;
2305
2306       const SCEV *InnerSum = SE.getAddExpr(InnerAddOps);
2307       if (InnerSum->isZero())
2308         continue;
2309       Formula F = Base;
2310       F.BaseRegs[i] = InnerSum;
2311       F.BaseRegs.push_back(*J);
2312       if (InsertFormula(LU, LUIdx, F))
2313         // If that formula hadn't been seen before, recurse to find more like
2314         // it.
2315         GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae.back(), Depth+1);
2316     }
2317   }
2318 }
2319
2320 /// GenerateCombinations - Generate a formula consisting of all of the
2321 /// loop-dominating registers added into a single register.
2322 void LSRInstance::GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2323                                        Formula Base) {
2324   // This method is only interesting on a plurality of registers.
2325   if (Base.BaseRegs.size() <= 1) return;
2326
2327   Formula F = Base;
2328   F.BaseRegs.clear();
2329   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
2330   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
2331        I = Base.BaseRegs.begin(), E = Base.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
2332     const SCEV *BaseReg = *I;
2333     if (BaseReg->properlyDominates(L->getHeader(), &DT) &&
2334         !BaseReg->hasComputableLoopEvolution(L))
2335       Ops.push_back(BaseReg);
2336     else
2337       F.BaseRegs.push_back(BaseReg);
2338   }
2339   if (Ops.size() > 1) {
2340     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Ops);
2341     // TODO: If Sum is zero, it probably means ScalarEvolution missed an
2342     // opportunity to fold something. For now, just ignore such cases
2343     // rather than proceed with zero in a register.
2344     if (!Sum->isZero()) {
2345       F.BaseRegs.push_back(Sum);
2346       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2347     }
2348   }
2349 }
2350
2351 /// GenerateSymbolicOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
2352 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2353                                           Formula Base) {
2354   // We can't add a symbolic offset if the address already contains one.
2355   if (Base.AM.BaseGV) return;
2356
2357   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2358     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
2359     GlobalValue *GV = ExtractSymbol(G, SE);
2360     if (G->isZero() || !GV)
2361       continue;
2362     Formula F = Base;
2363     F.AM.BaseGV = GV;
2364     if (!isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2365                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2366       continue;
2367     F.BaseRegs[i] = G;
2368     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2369   }
2370 }
2371
2372 /// GenerateConstantOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
2373 void LSRInstance::GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2374                                           Formula Base) {
2375   // TODO: For now, just add the min and max offset, because it usually isn't
2376   // worthwhile looking at everything inbetween.
2377   SmallVector<int64_t, 2> Worklist;
2378   Worklist.push_back(LU.MinOffset);
2379   if (LU.MaxOffset != LU.MinOffset)
2380     Worklist.push_back(LU.MaxOffset);
2381
2382   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2383     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
2384
2385     for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Worklist.begin(),
2386          E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
2387       Formula F = Base;
2388       F.AM.BaseOffs = (uint64_t)Base.AM.BaseOffs - *I;
2389       if (isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset - *I, LU.MaxOffset - *I,
2390                      LU.Kind, LU.AccessTy, TLI)) {
2391         // Add the offset to the base register.
2392         const SCEV *NewG = SE.getAddExpr(SE.getConstant(G->getType(), *I), G);
2393         // If it cancelled out, drop the base register, otherwise update it.
2394         if (NewG->isZero()) {
2395           std::swap(F.BaseRegs[i], F.BaseRegs.back());
2396           F.BaseRegs.pop_back();
2397         } else
2398           F.BaseRegs[i] = NewG;
2399
2400         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2401       }
2402     }
2403
2404     int64_t Imm = ExtractImmediate(G, SE);
2405     if (G->isZero() || Imm == 0)
2406       continue;
2407     Formula F = Base;
2408     F.AM.BaseOffs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + Imm;
2409     if (!isLegalUse(F.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2410                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2411       continue;
2412     F.BaseRegs[i] = G;
2413     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2414   }
2415 }
2416
2417 /// GenerateICmpZeroScales - For ICmpZero, check to see if we can scale up
2418 /// the comparison. For example, x == y -> x*c == y*c.
2419 void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
2420                                          Formula Base) {
2421   if (LU.Kind != LSRUse::ICmpZero) return;
2422
2423   // Determine the integer type for the base formula.
2424   const Type *IntTy = Base.getType();
2425   if (!IntTy) return;
2426   if (SE.getTypeSizeInBits(IntTy) > 64) return;
2427
2428   // Don't do this if there is more than one offset.
2429   if (LU.MinOffset != LU.MaxOffset) return;
2430
2431   assert(!Base.AM.BaseGV && "ICmpZero use is not legal!");
2432
2433   // Check each interesting stride.
2434   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
2435        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
2436     int64_t Factor = *I;
2437
2438     // Check that the multiplication doesn't overflow.
2439     if (Base.AM.BaseOffs == INT64_MIN && Factor == -1)
2440       continue;
2441     int64_t NewBaseOffs = (uint64_t)Base.AM.BaseOffs * Factor;
2442     if (NewBaseOffs / Factor != Base.AM.BaseOffs)
2443       continue;
2444
2445     // Check that multiplying with the use offset doesn't overflow.
2446     int64_t Offset = LU.MinOffset;
2447     if (Offset == INT64_MIN && Factor == -1)
2448       continue;
2449     Offset = (uint64_t)Offset * Factor;
2450     if (Offset / Factor != LU.MinOffset)
2451       continue;
2452
2453     Formula F = Base;
2454     F.AM.BaseOffs = NewBaseOffs;
2455
2456     // Check that this scale is legal.
2457     if (!isLegalUse(F.AM, Offset, Offset, LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2458       continue;
2459
2460     // Compensate for the use having MinOffset built into it.
2461     F.AM.BaseOffs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + Offset - LU.MinOffset;
2462
2463     const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
2464
2465     // Check that multiplying with each base register doesn't overflow.
2466     for (size_t i = 0, e = F.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
2467       F.BaseRegs[i] = SE.getMulExpr(F.BaseRegs[i], FactorS);
2468       if (getExactSDiv(F.BaseRegs[i], FactorS, SE) != Base.BaseRegs[i])
2469         goto next;
2470     }
2471
2472     // Check that multiplying with the scaled register doesn't overflow.
2473     if (F.ScaledReg) {
2474       F.ScaledReg = SE.getMulExpr(F.ScaledReg, FactorS);
2475       if (getExactSDiv(F.ScaledReg, FactorS, SE) != Base.ScaledReg)
2476         continue;
2477     }
2478
2479     // If we make it here and it's legal, add it.
2480     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2481   next:;
2482   }
2483 }
2484
2485 /// GenerateScales - Generate stride factor reuse formulae by making use of
2486 /// scaled-offset address modes, for example.
2487 void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
2488   // Determine the integer type for the base formula.
2489   const Type *IntTy = Base.getType();
2490   if (!IntTy) return;
2491
2492   // If this Formula already has a scaled register, we can't add another one.
2493   if (Base.AM.Scale != 0) return;
2494
2495   // Check each interesting stride.
2496   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
2497        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
2498     int64_t Factor = *I;
2499
2500     Base.AM.Scale = Factor;
2501     Base.AM.HasBaseReg = Base.BaseRegs.size() > 1;
2502     // Check whether this scale is going to be legal.
2503     if (!isLegalUse(Base.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2504                     LU.Kind, LU.AccessTy, TLI)) {
2505       // As a special-case, handle special out-of-loop Basic users specially.
2506       // TODO: Reconsider this special case.
2507       if (LU.Kind == LSRUse::Basic &&
2508           isLegalUse(Base.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2509                      LSRUse::Special, LU.AccessTy, TLI) &&
2510           LU.AllFixupsOutsideLoop)
2511         LU.Kind = LSRUse::Special;
2512       else
2513         continue;
2514     }
2515     // For an ICmpZero, negating a solitary base register won't lead to
2516     // new solutions.
2517     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero &&
2518         !Base.AM.HasBaseReg && Base.AM.BaseOffs == 0 && !Base.AM.BaseGV)
2519       continue;
2520     // For each addrec base reg, apply the scale, if possible.
2521     for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
2522       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
2523             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base.BaseRegs[i])) {
2524         const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
2525         if (FactorS->isZero())
2526           continue;
2527         // Divide out the factor, ignoring high bits, since we'll be
2528         // scaling the value back up in the end.
2529         if (const SCEV *Quotient = getExactSDiv(AR, FactorS, SE, true)) {
2530           // TODO: This could be optimized to avoid all the copying.
2531           Formula F = Base;
2532           F.ScaledReg = Quotient;
2533           F.DeleteBaseReg(F.BaseRegs[i]);
2534           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2535         }
2536       }
2537   }
2538 }
2539
2540 /// GenerateTruncates - Generate reuse formulae from different IV types.
2541 void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
2542   // This requires TargetLowering to tell us which truncates are free.
2543   if (!TLI) return;
2544
2545   // Don't bother truncating symbolic values.
2546   if (Base.AM.BaseGV) return;
2547
2548   // Determine the integer type for the base formula.
2549   const Type *DstTy = Base.getType();
2550   if (!DstTy) return;
2551   DstTy = SE.getEffectiveSCEVType(DstTy);
2552
2553   for (SmallSetVector<const Type *, 4>::const_iterator
2554        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
2555     const Type *SrcTy = *I;
2556     if (SrcTy != DstTy && TLI->isTruncateFree(SrcTy, DstTy)) {
2557       Formula F = Base;
2558
2559       if (F.ScaledReg) F.ScaledReg = SE.getAnyExtendExpr(F.ScaledReg, *I);
2560       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator J = F.BaseRegs.begin(),
2561            JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J)
2562         *J = SE.getAnyExtendExpr(*J, SrcTy);
2563
2564       // TODO: This assumes we've done basic processing on all uses and
2565       // have an idea what the register usage is.
2566       if (!F.hasRegsUsedByUsesOtherThan(LUIdx, RegUses))
2567         continue;
2568
2569       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2570     }
2571   }
2572 }
2573
2574 namespace {
2575
2576 /// WorkItem - Helper class for GenerateCrossUseConstantOffsets. It's used to
2577 /// defer modifications so that the search phase doesn't have to worry about
2578 /// the data structures moving underneath it.
2579 struct WorkItem {
2580   size_t LUIdx;
2581   int64_t Imm;
2582   const SCEV *OrigReg;
2583
2584   WorkItem(size_t LI, int64_t I, const SCEV *R)
2585     : LUIdx(LI), Imm(I), OrigReg(R) {}
2586
2587   void print(raw_ostream &OS) const;
2588   void dump() const;
2589 };
2590
2591 }
2592
2593 void WorkItem::print(raw_ostream &OS) const {
2594   OS << "in formulae referencing " << *OrigReg << " in use " << LUIdx
2595      << " , add offset " << Imm;
2596 }
2597
2598 void WorkItem::dump() const {
2599   print(errs()); errs() << '\n';
2600 }
2601
2602 /// GenerateCrossUseConstantOffsets - Look for registers which are a constant
2603 /// distance apart and try to form reuse opportunities between them.
2604 void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
2605   // Group the registers by their value without any added constant offset.
2606   typedef std::map<int64_t, const SCEV *> ImmMapTy;
2607   typedef DenseMap<const SCEV *, ImmMapTy> RegMapTy;
2608   RegMapTy Map;
2609   DenseMap<const SCEV *, SmallBitVector> UsedByIndicesMap;
2610   SmallVector<const SCEV *, 8> Sequence;
2611   for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
2612        I != E; ++I) {
2613     const SCEV *Reg = *I;
2614     int64_t Imm = ExtractImmediate(Reg, SE);
2615     std::pair<RegMapTy::iterator, bool> Pair =
2616       Map.insert(std::make_pair(Reg, ImmMapTy()));
2617     if (Pair.second)
2618       Sequence.push_back(Reg);
2619     Pair.first->second.insert(std::make_pair(Imm, *I));
2620     UsedByIndicesMap[Reg] |= RegUses.getUsedByIndices(*I);
2621   }
2622
2623   // Now examine each set of registers with the same base value. Build up
2624   // a list of work to do and do the work in a separate step so that we're
2625   // not adding formulae and register counts while we're searching.
2626   SmallVector<WorkItem, 32> WorkItems;
2627   SmallSet<std::pair<size_t, int64_t>, 32> UniqueItems;
2628   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Sequence.begin(),
2629        E = Sequence.end(); I != E; ++I) {
2630     const SCEV *Reg = *I;
2631     const ImmMapTy &Imms = Map.find(Reg)->second;
2632
2633     // It's not worthwhile looking for reuse if there's only one offset.
2634     if (Imms.size() == 1)
2635       continue;
2636
2637     DEBUG(dbgs() << "Generating cross-use offsets for " << *Reg << ':';
2638           for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
2639                J != JE; ++J)
2640             dbgs() << ' ' << J->first;
2641           dbgs() << '\n');
2642
2643     // Examine each offset.
2644     for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
2645          J != JE; ++J) {
2646       const SCEV *OrigReg = J->second;
2647
2648       int64_t JImm = J->first;
2649       const SmallBitVector &UsedByIndices = RegUses.getUsedByIndices(OrigReg);
2650
2651       if (!isa<SCEVConstant>(OrigReg) &&
2652           UsedByIndicesMap[Reg].count() == 1) {
2653         DEBUG(dbgs() << "Skipping cross-use reuse for " << *OrigReg << '\n');
2654         continue;
2655       }
2656
2657       // Conservatively examine offsets between this orig reg a few selected
2658       // other orig regs.
2659       ImmMapTy::const_iterator OtherImms[] = {
2660         Imms.begin(), prior(Imms.end()),
2661         Imms.upper_bound((Imms.begin()->first + prior(Imms.end())->first) / 2)
2662       };
2663       for (size_t i = 0, e = array_lengthof(OtherImms); i != e; ++i) {
2664         ImmMapTy::const_iterator M = OtherImms[i];
2665         if (M == J || M == JE) continue;
2666
2667         // Compute the difference between the two.
2668         int64_t Imm = (uint64_t)JImm - M->first;
2669         for (int LUIdx = UsedByIndices.find_first(); LUIdx != -1;
2670              LUIdx = UsedByIndices.find_next(LUIdx))
2671           // Make a memo of this use, offset, and register tuple.
2672           if (UniqueItems.insert(std::make_pair(LUIdx, Imm)))
2673             WorkItems.push_back(WorkItem(LUIdx, Imm, OrigReg));
2674       }
2675     }
2676   }
2677
2678   Map.clear();
2679   Sequence.clear();
2680   UsedByIndicesMap.clear();
2681   UniqueItems.clear();
2682
2683   // Now iterate through the worklist and add new formulae.
2684   for (SmallVectorImpl<WorkItem>::const_iterator I = WorkItems.begin(),
2685        E = WorkItems.end(); I != E; ++I) {
2686     const WorkItem &WI = *I;
2687     size_t LUIdx = WI.LUIdx;
2688     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2689     int64_t Imm = WI.Imm;
2690     const SCEV *OrigReg = WI.OrigReg;
2691
2692     const Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(OrigReg->getType());
2693     const SCEV *NegImmS = SE.getSCEV(ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Imm));
2694     unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(IntTy);
2695
2696     // TODO: Use a more targeted data structure.
2697     for (size_t L = 0, LE = LU.Formulae.size(); L != LE; ++L) {
2698       const Formula &F = LU.Formulae[L];
2699       // Use the immediate in the scaled register.
2700       if (F.ScaledReg == OrigReg) {
2701         int64_t Offs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs +
2702                        Imm * (uint64_t)F.AM.Scale;
2703         // Don't create 50 + reg(-50).
2704         if (F.referencesReg(SE.getSCEV(
2705                    ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offs))))
2706           continue;
2707         Formula NewF = F;
2708         NewF.AM.BaseOffs = Offs;
2709         if (!isLegalUse(NewF.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2710                         LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2711           continue;
2712         NewF.ScaledReg = SE.getAddExpr(NegImmS, NewF.ScaledReg);
2713
2714         // If the new scale is a constant in a register, and adding the constant
2715         // value to the immediate would produce a value closer to zero than the
2716         // immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
2717         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(NewF.ScaledReg))
2718           if (C->getValue()->getValue().isNegative() !=
2719                 (NewF.AM.BaseOffs < 0) &&
2720               (C->getValue()->getValue().abs() * APInt(BitWidth, F.AM.Scale))
2721                 .ule(abs64(NewF.AM.BaseOffs)))
2722             continue;
2723
2724         // OK, looks good.
2725         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
2726       } else {
2727         // Use the immediate in a base register.
2728         for (size_t N = 0, NE = F.BaseRegs.size(); N != NE; ++N) {
2729           const SCEV *BaseReg = F.BaseRegs[N];
2730           if (BaseReg != OrigReg)
2731             continue;
2732           Formula NewF = F;
2733           NewF.AM.BaseOffs = (uint64_t)NewF.AM.BaseOffs + Imm;
2734           if (!isLegalUse(NewF.AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
2735                           LU.Kind, LU.AccessTy, TLI))
2736             continue;
2737           NewF.BaseRegs[N] = SE.getAddExpr(NegImmS, BaseReg);
2738
2739           // If the new formula has a constant in a register, and adding the
2740           // constant value to the immediate would produce a value closer to
2741           // zero than the immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
2742           for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
2743                J = NewF.BaseRegs.begin(), JE = NewF.BaseRegs.end();
2744                J != JE; ++J)
2745             if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*J))
2746               if ((C->getValue()->getValue() + NewF.AM.BaseOffs).abs().slt(
2747                    abs64(NewF.AM.BaseOffs)) &&
2748                   (C->getValue()->getValue() +
2749                    NewF.AM.BaseOffs).countTrailingZeros() >=
2750                    CountTrailingZeros_64(NewF.AM.BaseOffs))
2751                 goto skip_formula;
2752
2753           // Ok, looks good.
2754           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
2755           break;
2756         skip_formula:;
2757         }
2758       }
2759     }
2760   }
2761 }
2762
2763 /// GenerateAllReuseFormulae - Generate formulae for each use.
2764 void
2765 LSRInstance::GenerateAllReuseFormulae() {
2766   // This is split into multiple loops so that hasRegsUsedByUsesOtherThan
2767   // queries are more precise.
2768   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2769     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2770     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2771       GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2772     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2773       GenerateCombinations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2774   }
2775   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2776     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2777     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2778       GenerateSymbolicOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2779     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2780       GenerateConstantOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2781     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2782       GenerateICmpZeroScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2783     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2784       GenerateScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2785   }
2786   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2787     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2788     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
2789       GenerateTruncates(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
2790   }
2791
2792   GenerateCrossUseConstantOffsets();
2793
2794   DEBUG(dbgs() << "\n"
2795                   "After generating reuse formulae:\n";
2796         print_uses(dbgs()));
2797 }
2798
2799 /// If there are multiple formulae with the same set of registers used
2800 /// by other uses, pick the best one and delete the others.
2801 void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
2802   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
2803   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> Regs;
2804 #ifndef NDEBUG
2805   bool ChangedFormulae = false;
2806 #endif
2807
2808   // Collect the best formula for each unique set of shared registers. This
2809   // is reset for each use.
2810   typedef DenseMap<SmallVector<const SCEV *, 2>, size_t, UniquifierDenseMapInfo>
2811     BestFormulaeTy;
2812   BestFormulaeTy BestFormulae;
2813
2814   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2815     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2816     DEBUG(dbgs() << "Filtering for use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
2817
2818     bool Any = false;
2819     for (size_t FIdx = 0, NumForms = LU.Formulae.size();
2820          FIdx != NumForms; ++FIdx) {
2821       Formula &F = LU.Formulae[FIdx];
2822
2823       SmallVector<const SCEV *, 2> Key;
2824       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = F.BaseRegs.begin(),
2825            JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J) {
2826         const SCEV *Reg = *J;
2827         if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(Reg, LUIdx))
2828           Key.push_back(Reg);
2829       }
2830       if (F.ScaledReg &&
2831           RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(F.ScaledReg, LUIdx))
2832         Key.push_back(F.ScaledReg);
2833       // Unstable sort by host order ok, because this is only used for
2834       // uniquifying.
2835       std::sort(Key.begin(), Key.end());
2836
2837       std::pair<BestFormulaeTy::const_iterator, bool> P =
2838         BestFormulae.insert(std::make_pair(Key, FIdx));
2839       if (!P.second) {
2840         Formula &Best = LU.Formulae[P.first->second];
2841
2842         Cost CostF;
2843         CostF.RateFormula(F, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT);
2844         Regs.clear();
2845         Cost CostBest;
2846         CostBest.RateFormula(Best, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT);
2847         Regs.clear();
2848         if (CostF < CostBest)
2849           std::swap(F, Best);
2850         DEBUG(dbgs() << "  Filtering out formula "; F.print(dbgs());
2851               dbgs() << "\n"
2852                         "    in favor of formula "; Best.print(dbgs());
2853               dbgs() << '\n');
2854 #ifndef NDEBUG
2855         ChangedFormulae = true;
2856 #endif
2857         LU.DeleteFormula(F);
2858         --FIdx;
2859         --NumForms;
2860         Any = true;
2861         continue;
2862       }
2863     }
2864
2865     // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
2866     if (Any)
2867       LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
2868
2869     // Reset this to prepare for the next use.
2870     BestFormulae.clear();
2871   }
2872
2873   DEBUG(if (ChangedFormulae) {
2874           dbgs() << "\n"
2875                     "After filtering out undesirable candidates:\n";
2876           print_uses(dbgs());
2877         });
2878 }
2879
2880 // This is a rough guess that seems to work fairly well.
2881 static const size_t ComplexityLimit = UINT16_MAX;
2882
2883 /// EstimateSearchSpaceComplexity - Estimate the worst-case number of
2884 /// solutions the solver might have to consider. It almost never considers
2885 /// this many solutions because it prune the search space, but the pruning
2886 /// isn't always sufficient.
2887 size_t LSRInstance::EstimateSearchSpaceComplexity() const {
2888   size_t Power = 1;
2889   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
2890        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
2891     size_t FSize = I->Formulae.size();
2892     if (FSize >= ComplexityLimit) {
2893       Power = ComplexityLimit;
2894       break;
2895     }
2896     Power *= FSize;
2897     if (Power >= ComplexityLimit)
2898       break;
2899   }
2900   return Power;
2901 }
2902
2903 /// NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets - When one formula uses a superset
2904 /// of the registers of another formula, it won't help reduce register
2905 /// pressure (though it may not necessarily hurt register pressure); remove
2906 /// it to simplify the system.
2907 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets() {
2908   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
2909     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
2910
2911     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by eliminating formulae "
2912                     "which use a superset of registers used by other "
2913                     "formulae.\n");
2914
2915     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2916       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2917       bool Any = false;
2918       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
2919         Formula &F = LU.Formulae[i];
2920         // Look for a formula with a constant or GV in a register. If the use
2921         // also has a formula with that same value in an immediate field,
2922         // delete the one that uses a register.
2923         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
2924              I = F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
2925           if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*I)) {
2926             Formula NewF = F;
2927             NewF.AM.BaseOffs += C->getValue()->getSExtValue();
2928             NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
2929                                 (I - F.BaseRegs.begin()));
2930             if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
2931               DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
2932               LU.DeleteFormula(F);
2933               --i;
2934               --e;
2935               Any = true;
2936               break;
2937             }
2938           } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(*I)) {
2939             if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue()))
2940               if (!F.AM.BaseGV) {
2941                 Formula NewF = F;
2942                 NewF.AM.BaseGV = GV;
2943                 NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
2944                                     (I - F.BaseRegs.begin()));
2945                 if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
2946                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
2947                         dbgs() << '\n');
2948                   LU.DeleteFormula(F);
2949                   --i;
2950                   --e;
2951                   Any = true;
2952                   break;
2953                 }
2954               }
2955           }
2956         }
2957       }
2958       if (Any)
2959         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
2960     }
2961
2962     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
2963           print_uses(dbgs()));
2964   }
2965 }
2966
2967 /// NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode - When there are many registers
2968 /// for expressions like A, A+1, A+2, etc., allocate a single register for
2969 /// them.
2970 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode() {
2971   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
2972     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
2973
2974     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming that uses "
2975                     "separated by a constant offset will use the same "
2976                     "registers.\n");
2977
2978     // This is especially useful for unrolled loops.
2979
2980     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2981       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2982       for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
2983            E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
2984         const Formula &F = *I;
2985         if (F.AM.BaseOffs != 0 && F.AM.Scale == 0) {
2986           if (LSRUse *LUThatHas = FindUseWithSimilarFormula(F, LU)) {
2987             if (reconcileNewOffset(*LUThatHas, F.AM.BaseOffs,
2988                                    /*HasBaseReg=*/false,
2989                                    LU.Kind, LU.AccessTy)) {
2990               DEBUG(dbgs() << "  Deleting use "; LU.print(dbgs());
2991                     dbgs() << '\n');
2992
2993               LUThatHas->AllFixupsOutsideLoop &= LU.AllFixupsOutsideLoop;
2994
2995               // Update the relocs to reference the new use.
2996               for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::iterator I = Fixups.begin(),
2997                    E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
2998                 LSRFixup &Fixup = *I;
2999                 if (Fixup.LUIdx == LUIdx) {
3000                   Fixup.LUIdx = LUThatHas - &Uses.front();
3001                   Fixup.Offset += F.AM.BaseOffs;
3002                   // Add the new offset to LUThatHas' offset list.
3003                   if (LUThatHas->Offsets.back() != Fixup.Offset) {
3004                     LUThatHas->Offsets.push_back(Fixup.Offset);
3005                     if (Fixup.Offset > LUThatHas->MaxOffset)
3006                       LUThatHas->MaxOffset = Fixup.Offset;
3007                     if (Fixup.Offset < LUThatHas->MinOffset)
3008                       LUThatHas->MinOffset = Fixup.Offset;
3009                   }
3010                   DEBUG(dbgs() << "New fixup has offset "
3011                                << Fixup.Offset << '\n');
3012                 }
3013                 if (Fixup.LUIdx == NumUses-1)
3014                   Fixup.LUIdx = LUIdx;
3015               }
3016
3017               // Delete formulae from the new use which are no longer legal.
3018               bool Any = false;
3019               for (size_t i = 0, e = LUThatHas->Formulae.size(); i != e; ++i) {
3020                 Formula &F = LUThatHas->Formulae[i];
3021                 if (!isLegalUse(F.AM,
3022                                 LUThatHas->MinOffset, LUThatHas->MaxOffset,
3023                                 LUThatHas->Kind, LUThatHas->AccessTy, TLI)) {
3024                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
3025                         dbgs() << '\n');
3026                   LUThatHas->DeleteFormula(F);
3027                   --i;
3028                   --e;
3029                   Any = true;
3030                 }
3031               }
3032               if (Any)
3033                 LUThatHas->RecomputeRegs(LUThatHas - &Uses.front(), RegUses);
3034
3035               // Delete the old use.
3036               DeleteUse(LU, LUIdx);
3037               --LUIdx;
3038               --NumUses;
3039               break;
3040             }
3041           }
3042         }
3043       }
3044     }
3045
3046     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3047           print_uses(dbgs()));
3048   }
3049 }
3050
3051 /// NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters - Call 
3052 /// FilterOutUndesirableDedicatedRegisters again, if necessary, now that
3053 /// we've done more filtering, as it may be able to find more formulae to
3054 /// eliminate.
3055 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters(){
3056   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
3057     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
3058
3059     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by re-filtering out "
3060                     "undesirable dedicated registers.\n");
3061
3062     FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
3063
3064     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3065           print_uses(dbgs()));
3066   }
3067 }
3068
3069 /// NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs - Pick a register which seems likely
3070 /// to be profitable, and then in any use which has any reference to that
3071 /// register, delete all formulae which do not reference that register.
3072 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs() {
3073   // With all other options exhausted, loop until the system is simple
3074   // enough to handle.
3075   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Taken;
3076   while (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
3077     // Ok, we have too many of formulae on our hands to conveniently handle.
3078     // Use a rough heuristic to thin out the list.
3079     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
3080
3081     // Pick the register which is used by the most LSRUses, which is likely
3082     // to be a good reuse register candidate.
3083     const SCEV *Best = 0;
3084     unsigned BestNum = 0;
3085     for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
3086          I != E; ++I) {
3087       const SCEV *Reg = *I;
3088       if (Taken.count(Reg))
3089         continue;
3090       if (!Best)
3091         Best = Reg;
3092       else {
3093         unsigned Count = RegUses.getUsedByIndices(Reg).count();
3094         if (Count > BestNum) {
3095           Best = Reg;
3096           BestNum = Count;
3097         }
3098       }
3099     }
3100
3101     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming " << *Best
3102                  << " will yield profitable reuse.\n");
3103     Taken.insert(Best);
3104
3105     // In any use with formulae which references this register, delete formulae
3106     // which don't reference it.
3107     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3108       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3109       if (!LU.Regs.count(Best)) continue;
3110
3111       bool Any = false;
3112       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
3113         Formula &F = LU.Formulae[i];
3114         if (!F.referencesReg(Best)) {
3115           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3116           LU.DeleteFormula(F);
3117           --e;
3118           --i;
3119           Any = true;
3120           assert(e != 0 && "Use has no formulae left! Is Regs inconsistent?");
3121           continue;
3122         }
3123       }
3124
3125       if (Any)
3126         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3127     }
3128
3129     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3130           print_uses(dbgs()));
3131   }
3132 }
3133
3134 /// NarrowSearchSpaceUsingHeuristics - If there are an extraordinary number of
3135 /// formulae to choose from, use some rough heuristics to prune down the number
3136 /// of formulae. This keeps the main solver from taking an extraordinary amount
3137 /// of time in some worst-case scenarios.
3138 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceUsingHeuristics() {
3139   NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
3140   NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
3141   NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
3142   NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
3143 }
3144
3145 /// SolveRecurse - This is the recursive solver.
3146 void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
3147                                Cost &SolutionCost,
3148                                SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
3149                                const Cost &CurCost,
3150                                const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
3151                                DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const {
3152   // Some ideas:
3153   //  - prune more:
3154   //    - use more aggressive filtering
3155   //    - sort the formula so that the most profitable solutions are found first
3156   //    - sort the uses too
3157   //  - search faster:
3158   //    - don't compute a cost, and then compare. compare while computing a cost
3159   //      and bail early.
3160   //    - track register sets with SmallBitVector
3161
3162   const LSRUse &LU = Uses[Workspace.size()];
3163
3164   // If this use references any register that's already a part of the
3165   // in-progress solution, consider it a requirement that a formula must
3166   // reference that register in order to be considered. This prunes out
3167   // unprofitable searching.
3168   SmallSetVector<const SCEV *, 4> ReqRegs;
3169   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator I = CurRegs.begin(),
3170        E = CurRegs.end(); I != E; ++I)
3171     if (LU.Regs.count(*I))
3172       ReqRegs.insert(*I);
3173
3174   bool AnySatisfiedReqRegs = false;
3175   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> NewRegs;
3176   Cost NewCost;
3177 retry:
3178   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
3179        E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
3180     const Formula &F = *I;
3181
3182     // Ignore formulae which do not use any of the required registers.
3183     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator J = ReqRegs.begin(),
3184          JE = ReqRegs.end(); J != JE; ++J) {
3185       const SCEV *Reg = *J;
3186       if ((!F.ScaledReg || F.ScaledReg != Reg) &&
3187           std::find(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end(), Reg) ==
3188           F.BaseRegs.end())
3189         goto skip;
3190     }
3191     AnySatisfiedReqRegs = true;
3192
3193     // Evaluate the cost of the current formula. If it's already worse than
3194     // the current best, prune the search at that point.
3195     NewCost = CurCost;
3196     NewRegs = CurRegs;
3197     NewCost.RateFormula(F, NewRegs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT);
3198     if (NewCost < SolutionCost) {
3199       Workspace.push_back(&F);
3200       if (Workspace.size() != Uses.size()) {
3201         SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, NewCost,
3202                      NewRegs, VisitedRegs);
3203         if (F.getNumRegs() == 1 && Workspace.size() == 1)
3204           VisitedRegs.insert(F.ScaledReg ? F.ScaledReg : F.BaseRegs[0]);
3205       } else {
3206         DEBUG(dbgs() << "New best at "; NewCost.print(dbgs());
3207               dbgs() << ". Regs:";
3208               for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator
3209                    I = NewRegs.begin(), E = NewRegs.end(); I != E; ++I)
3210                 dbgs() << ' ' << **I;
3211               dbgs() << '\n');
3212
3213         SolutionCost = NewCost;
3214         Solution = Workspace;
3215       }
3216       Workspace.pop_back();
3217     }
3218   skip:;
3219   }
3220
3221   // If none of the formulae had all of the required registers, relax the
3222   // constraint so that we don't exclude all formulae.
3223   if (!AnySatisfiedReqRegs) {
3224     assert(!ReqRegs.empty() && "Solver failed even without required registers");
3225     ReqRegs.clear();
3226     goto retry;
3227   }
3228 }
3229
3230 /// Solve - Choose one formula from each use. Return the results in the given
3231 /// Solution vector.
3232 void LSRInstance::Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const {
3233   SmallVector<const Formula *, 8> Workspace;
3234   Cost SolutionCost;
3235   SolutionCost.Loose();
3236   Cost CurCost;
3237   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> CurRegs;
3238   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
3239   Workspace.reserve(Uses.size());
3240
3241   // SolveRecurse does all the work.
3242   SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, CurCost,
3243                CurRegs, VisitedRegs);
3244
3245   // Ok, we've now made all our decisions.
3246   DEBUG(dbgs() << "\n"
3247                   "The chosen solution requires "; SolutionCost.print(dbgs());
3248         dbgs() << ":\n";
3249         for (size_t i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
3250           dbgs() << "  ";
3251           Uses[i].print(dbgs());
3252           dbgs() << "\n"
3253                     "    ";
3254           Solution[i]->print(dbgs());
3255           dbgs() << '\n';
3256         });
3257
3258   assert(Solution.size() == Uses.size() && "Malformed solution!");
3259 }
3260
3261 /// HoistInsertPosition - Helper for AdjustInsertPositionForExpand. Climb up
3262 /// the dominator tree far as we can go while still being dominated by the
3263 /// input positions. This helps canonicalize the insert position, which
3264 /// encourages sharing.
3265 BasicBlock::iterator
3266 LSRInstance::HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
3267                                  const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs)
3268                                                                          const {
3269   for (;;) {
3270     const Loop *IPLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
3271     unsigned IPLoopDepth = IPLoop ? IPLoop->getLoopDepth() : 0;
3272
3273     BasicBlock *IDom;
3274     for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(IP->getParent()); ; ) {
3275       if (!Rung) return IP;
3276       Rung = Rung->getIDom();
3277       if (!Rung) return IP;
3278       IDom = Rung->getBlock();
3279
3280       // Don't climb into a loop though.
3281       const Loop *IDomLoop = LI.getLoopFor(IDom);
3282       unsigned IDomDepth = IDomLoop ? IDomLoop->getLoopDepth() : 0;
3283       if (IDomDepth <= IPLoopDepth &&
3284           (IDomDepth != IPLoopDepth || IDomLoop == IPLoop))
3285         break;
3286     }
3287
3288     bool AllDominate = true;
3289     Instruction *BetterPos = 0;
3290     Instruction *Tentative = IDom->getTerminator();
3291     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator I = Inputs.begin(),
3292          E = Inputs.end(); I != E; ++I) {
3293       Instruction *Inst = *I;
3294       if (Inst == Tentative || !DT.dominates(Inst, Tentative)) {
3295         AllDominate = false;
3296         break;
3297       }
3298       // Attempt to find an insert position in the middle of the block,
3299       // instead of at the end, so that it can be used for other expansions.
3300       if (IDom == Inst->getParent() &&
3301           (!BetterPos || DT.dominates(BetterPos, Inst)))
3302         BetterPos = llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst));
3303     }
3304     if (!AllDominate)
3305       break;
3306     if (BetterPos)
3307       IP = BetterPos;
3308     else
3309       IP = Tentative;
3310   }
3311
3312   return IP;
3313 }
3314
3315 /// AdjustInsertPositionForExpand - Determine an input position which will be
3316 /// dominated by the operands and which will dominate the result.
3317 BasicBlock::iterator
3318 LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
3319                                            const LSRFixup &LF,
3320                                            const LSRUse &LU) const {
3321   // Collect some instructions which must be dominated by the
3322   // expanding replacement. These must be dominated by any operands that
3323   // will be required in the expansion.
3324   SmallVector<Instruction *, 4> Inputs;
3325   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(LF.OperandValToReplace))
3326     Inputs.push_back(I);
3327   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero)
3328     if (Instruction *I =
3329           dyn_cast<Instruction>(cast<ICmpInst>(LF.UserInst)->getOperand(1)))
3330       Inputs.push_back(I);
3331   if (LF.PostIncLoops.count(L)) {
3332     if (LF.isUseFullyOutsideLoop(L))
3333       Inputs.push_back(L->getLoopLatch()->getTerminator());
3334     else
3335       Inputs.push_back(IVIncInsertPos);
3336   }
3337   // The expansion must also be dominated by the increment positions of any
3338   // loops it for which it is using post-inc mode.
3339   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = LF.PostIncLoops.begin(),
3340        E = LF.PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
3341     const Loop *PIL = *I;
3342     if (PIL == L) continue;
3343
3344     // Be dominated by the loop exit.
3345     SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
3346     PIL->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
3347     if (!ExitingBlocks.empty()) {
3348       BasicBlock *BB = ExitingBlocks[0];
3349       for (unsigned i = 1, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
3350         BB = DT.findNearestCommonDominator(BB, ExitingBlocks[i]);
3351       Inputs.push_back(BB->getTerminator());
3352     }
3353   }
3354
3355   // Then, climb up the immediate dominator tree as far as we can go while
3356   // still being dominated by the input positions.
3357   IP = HoistInsertPosition(IP, Inputs);
3358
3359   // Don't insert instructions before PHI nodes.
3360   while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
3361
3362   // Ignore debug intrinsics.
3363   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP)) ++IP;
3364
3365   return IP;
3366 }
3367
3368 /// Expand - Emit instructions for the leading candidate expression for this
3369 /// LSRUse (this is called "expanding").
3370 Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
3371                            const Formula &F,
3372                            BasicBlock::iterator IP,
3373                            SCEVExpander &Rewriter,
3374                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const {
3375   const LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
3376
3377   // Determine an input position which will be dominated by the operands and
3378   // which will dominate the result.
3379   IP = AdjustInsertPositionForExpand(IP, LF, LU);
3380
3381   // Inform the Rewriter if we have a post-increment use, so that it can
3382   // perform an advantageous expansion.
3383   Rewriter.setPostInc(LF.PostIncLoops);
3384
3385   // This is the type that the user actually needs.
3386   const Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
3387   // This will be the type that we'll initially expand to.
3388   const Type *Ty = F.getType();
3389   if (!Ty)
3390     // No type known; just expand directly to the ultimate type.
3391     Ty = OpTy;
3392   else if (SE.getEffectiveSCEVType(Ty) == SE.getEffectiveSCEVType(OpTy))
3393     // Expand directly to the ultimate type if it's the right size.
3394     Ty = OpTy;
3395   // This is the type to do integer arithmetic in.
3396   const Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
3397
3398   // Build up a list of operands to add together to form the full base.
3399   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
3400
3401   // Expand the BaseRegs portion.
3402   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
3403        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3404     const SCEV *Reg = *I;
3405     assert(!Reg->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
3406
3407     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
3408     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
3409     Reg = TransformForPostIncUse(Denormalize, Reg,
3410                                  LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
3411                                  Loops, SE, DT);
3412
3413     Ops.push_back(SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(Reg, 0, IP)));
3414   }
3415
3416   // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
3417   if (!Ops.empty()) {
3418     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
3419     Ops.clear();
3420     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
3421   }
3422
3423   // Expand the ScaledReg portion.
3424   Value *ICmpScaledV = 0;
3425   if (F.AM.Scale != 0) {
3426     const SCEV *ScaledS = F.ScaledReg;
3427
3428     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
3429     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
3430     ScaledS = TransformForPostIncUse(Denormalize, ScaledS,
3431                                      LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
3432                                      Loops, SE, DT);
3433
3434     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
3435       // An interesting way of "folding" with an icmp is to use a negated
3436       // scale, which we'll implement by inserting it into the other operand
3437       // of the icmp.
3438       assert(F.AM.Scale == -1 &&
3439              "The only scale supported by ICmpZero uses is -1!");
3440       ICmpScaledV = Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP);
3441     } else {
3442       // Otherwise just expand the scaled register and an explicit scale,
3443       // which is expected to be matched as part of the address.
3444       ScaledS = SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP));
3445       ScaledS = SE.getMulExpr(ScaledS,
3446                               SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.AM.Scale));
3447       Ops.push_back(ScaledS);
3448
3449       // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
3450       Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
3451       Ops.clear();
3452       Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
3453     }
3454   }
3455
3456   // Expand the GV portion.
3457   if (F.AM.BaseGV) {
3458     Ops.push_back(SE.getUnknown(F.AM.BaseGV));
3459
3460     // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
3461     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
3462     Ops.clear();
3463     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
3464   }
3465
3466   // Expand the immediate portion.
3467   int64_t Offset = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + LF.Offset;
3468   if (Offset != 0) {
3469     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
3470       // The other interesting way of "folding" with an ICmpZero is to use a
3471       // negated immediate.
3472       if (!ICmpScaledV)
3473         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, -Offset);
3474       else {
3475         Ops.push_back(SE.getUnknown(ICmpScaledV));
3476         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, Offset);
3477       }
3478     } else {
3479       // Just add the immediate values. These again are expected to be matched
3480       // as part of the address.
3481       Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy, Offset)));
3482     }
3483   }
3484
3485   // Emit instructions summing all the operands.
3486   const SCEV *FullS = Ops.empty() ?
3487                       SE.getConstant(IntTy, 0) :
3488                       SE.getAddExpr(Ops);
3489   Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(FullS, Ty, IP);
3490
3491   // We're done expanding now, so reset the rewriter.
3492   Rewriter.clearPostInc();
3493
3494   // An ICmpZero Formula represents an ICmp which we're handling as a
3495   // comparison against zero. Now that we've expanded an expression for that
3496   // form, update the ICmp's other operand.
3497   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
3498     ICmpInst *CI = cast<ICmpInst>(LF.UserInst);
3499     DeadInsts.push_back(CI->getOperand(1));
3500     assert(!F.AM.BaseGV && "ICmp does not support folding a global value and "
3501                            "a scale at the same time!");
3502     if (F.AM.Scale == -1) {
3503       if (ICmpScaledV->getType() != OpTy) {
3504         Instruction *Cast =
3505           CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(ICmpScaledV, false,
3506                                                    OpTy, false),
3507                            ICmpScaledV, OpTy, "tmp", CI);
3508         ICmpScaledV = Cast;
3509       }
3510       CI->setOperand(1, ICmpScaledV);
3511     } else {
3512       assert(F.AM.Scale == 0 &&
3513              "ICmp does not support folding a global value and "
3514              "a scale at the same time!");
3515       Constant *C = ConstantInt::getSigned(SE.getEffectiveSCEVType(OpTy),
3516                                            -(uint64_t)Offset);
3517       if (C->getType() != OpTy)
3518         C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
3519                                                           OpTy, false),
3520                                   C, OpTy);
3521
3522       CI->setOperand(1, C);
3523     }
3524   }
3525
3526   return FullV;
3527 }
3528
3529 /// RewriteForPHI - Helper for Rewrite. PHI nodes are special because the use
3530 /// of their operands effectively happens in their predecessor blocks, so the
3531 /// expression may need to be expanded in multiple places.
3532 void LSRInstance::RewriteForPHI(PHINode *PN,
3533                                 const LSRFixup &LF,
3534                                 const Formula &F,
3535                                 SCEVExpander &Rewriter,
3536                                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
3537                                 Pass *P) const {
3538   DenseMap<BasicBlock *, Value *> Inserted;
3539   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
3540     if (PN->getIncomingValue(i) == LF.OperandValToReplace) {
3541       BasicBlock *BB = PN->getIncomingBlock(i);
3542
3543       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
3544       // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
3545       // is the canonical backedge for this loop, which complicates post-inc
3546       // users.
3547       if (e != 1 && BB->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
3548           !isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator()) &&
3549           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(BB))) {
3550         // Split the critical edge.
3551         BasicBlock *NewBB = SplitCriticalEdge(BB, PN->getParent(), P);
3552
3553         // If PN is outside of the loop and BB is in the loop, we want to
3554         // move the block to be immediately before the PHI block, not
3555         // immediately after BB.
3556         if (L->contains(BB) && !L->contains(PN))
3557           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
3558
3559         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
3560         e = PN->getNumIncomingValues();
3561         BB = NewBB;
3562         i = PN->getBasicBlockIndex(BB);
3563       }
3564
3565       std::pair<DenseMap<BasicBlock *, Value *>::iterator, bool> Pair =
3566         Inserted.insert(std::make_pair(BB, static_cast<Value *>(0)));
3567       if (!Pair.second)
3568         PN->setIncomingValue(i, Pair.first->second);
3569       else {
3570         Value *FullV = Expand(LF, F, BB->getTerminator(), Rewriter, DeadInsts);
3571
3572         // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
3573         const Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
3574         if (FullV->getType() != OpTy)
3575           FullV =
3576             CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false,
3577                                                      OpTy, false),
3578                              FullV, LF.OperandValToReplace->getType(),
3579                              "tmp", BB->getTerminator());
3580
3581         PN->setIncomingValue(i, FullV);
3582         Pair.first->second = FullV;
3583       }
3584     }
3585 }
3586
3587 /// Rewrite - Emit instructions for the leading candidate expression for this
3588 /// LSRUse (this is called "expanding"), and update the UserInst to reference
3589 /// the newly expanded value.
3590 void LSRInstance::Rewrite(const LSRFixup &LF,
3591                           const Formula &F,
3592                           SCEVExpander &Rewriter,
3593                           SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
3594                           Pass *P) const {
3595   // First, find an insertion point that dominates UserInst. For PHI nodes,
3596   // find the nearest block which dominates all the relevant uses.
3597   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(LF.UserInst)) {
3598     RewriteForPHI(PN, LF, F, Rewriter, DeadInsts, P);
3599   } else {
3600     Value *FullV = Expand(LF, F, LF.UserInst, Rewriter, DeadInsts);
3601
3602     // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
3603     const Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
3604     if (FullV->getType() != OpTy) {
3605       Instruction *Cast =
3606         CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false, OpTy, false),
3607                          FullV, OpTy, "tmp", LF.UserInst);
3608       FullV = Cast;
3609     }
3610
3611     // Update the user. ICmpZero is handled specially here (for now) because
3612     // Expand may have updated one of the operands of the icmp already, and
3613     // its new value may happen to be equal to LF.OperandValToReplace, in
3614     // which case doing replaceUsesOfWith leads to replacing both operands
3615     // with the same value. TODO: Reorganize this.
3616     if (Uses[LF.LUIdx].Kind == LSRUse::ICmpZero)
3617       LF.UserInst->setOperand(0, FullV);
3618     else
3619       LF.UserInst->replaceUsesOfWith(LF.OperandValToReplace, FullV);
3620   }
3621
3622   DeadInsts.push_back(LF.OperandValToReplace);
3623 }
3624
3625 /// ImplementSolution - Rewrite all the fixup locations with new values,
3626 /// following the chosen solution.
3627 void
3628 LSRInstance::ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
3629                                Pass *P) {
3630   // Keep track of instructions we may have made dead, so that
3631   // we can remove them after we are done working.
3632   SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
3633
3634   SCEVExpander Rewriter(SE);
3635   Rewriter.disableCanonicalMode();
3636   Rewriter.setIVIncInsertPos(L, IVIncInsertPos);
3637
3638   // Expand the new value definitions and update the users.
3639   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
3640        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
3641     const LSRFixup &Fixup = *I;
3642
3643     Rewrite(Fixup, *Solution[Fixup.LUIdx], Rewriter, DeadInsts, P);
3644
3645     Changed = true;
3646   }
3647
3648   // Clean up after ourselves. This must be done before deleting any
3649   // instructions.
3650   Rewriter.clear();
3651
3652   Changed |= DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
3653 }
3654
3655 LSRInstance::LSRInstance(const TargetLowering *tli, Loop *l, Pass *P)
3656   : IU(P->getAnalysis<IVUsers>()),
3657     SE(P->getAnalysis<ScalarEvolution>()),
3658     DT(P->getAnalysis<DominatorTree>()),
3659     LI(P->getAnalysis<LoopInfo>()),
3660     TLI(tli), L(l), Changed(false), IVIncInsertPos(0) {
3661
3662   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
3663   if (!L->isLoopSimplifyForm()) return;
3664
3665   // If there's no interesting work to be done, bail early.
3666   if (IU.empty()) return;
3667
3668   DEBUG(dbgs() << "\nLSR on loop ";
3669         WriteAsOperand(dbgs(), L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
3670         dbgs() << ":\n");
3671
3672   // First, perform some low-level loop optimizations.
3673   OptimizeShadowIV();
3674   OptimizeLoopTermCond();
3675
3676   // Start collecting data and preparing for the solver.
3677   CollectInterestingTypesAndFactors();
3678   CollectFixupsAndInitialFormulae();
3679   CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
3680
3681   DEBUG(dbgs() << "LSR found " << Uses.size() << " uses:\n";
3682         print_uses(dbgs()));
3683
3684   // Now use the reuse data to generate a bunch of interesting ways
3685   // to formulate the values needed for the uses.
3686   GenerateAllReuseFormulae();
3687
3688   FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
3689   NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
3690
3691   SmallVector<const Formula *, 8> Solution;
3692   Solve(Solution);
3693
3694   // Release memory that is no longer needed.
3695   Factors.clear();
3696   Types.clear();
3697   RegUses.clear();
3698
3699 #ifndef NDEBUG
3700   // Formulae should be legal.
3701   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
3702        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
3703      const LSRUse &LU = *I;
3704      for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
3705           JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J)
3706         assert(isLegalUse(J->AM, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3707                           LU.Kind, LU.AccessTy, TLI) &&
3708                "Illegal formula generated!");
3709   };
3710 #endif
3711
3712   // Now that we've decided what we want, make it so.
3713   ImplementSolution(Solution, P);
3714 }
3715
3716 void LSRInstance::print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const {
3717   if (Factors.empty() && Types.empty()) return;
3718
3719   OS << "LSR has identified the following interesting factors and types: ";
3720   bool First = true;
3721
3722   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3723        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3724     if (!First) OS << ", ";
3725     First = false;
3726     OS << '*' << *I;
3727   }
3728
3729   for (SmallSetVector<const Type *, 4>::const_iterator
3730        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
3731     if (!First) OS << ", ";
3732     First = false;
3733     OS << '(' << **I << ')';
3734   }
3735   OS << '\n';
3736 }
3737
3738 void LSRInstance::print_fixups(raw_ostream &OS) const {
3739   OS << "LSR is examining the following fixup sites:\n";
3740   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
3741        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
3742     dbgs() << "  ";
3743     I->print(OS);
3744     OS << '\n';
3745   }
3746 }
3747
3748 void LSRInstance::print_uses(raw_ostream &OS) const {
3749   OS << "LSR is examining the following uses:\n";
3750   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
3751        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
3752     const LSRUse &LU = *I;
3753     dbgs() << "  ";
3754     LU.print(OS);
3755     OS << '\n';
3756     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
3757          JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J) {
3758       OS << "    ";
3759       J->print(OS);
3760       OS << '\n';
3761     }
3762   }
3763 }
3764
3765 void LSRInstance::print(raw_ostream &OS) const {
3766   print_factors_and_types(OS);
3767   print_fixups(OS);
3768   print_uses(OS);
3769 }
3770
3771 void LSRInstance::dump() const {
3772   print(errs()); errs() << '\n';
3773 }
3774
3775 namespace {
3776
3777 class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
3778   /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
3779   /// transformation profitability.
3780   const TargetLowering *const TLI;
3781
3782 public:
3783   static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
3784   explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = 0);
3785
3786 private:
3787   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
3788   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
3789 };
3790
3791 }
3792
3793 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
3794 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
3795                 "Loop Strength Reduction", false, false)
3796 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
3797 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominanceFrontier)
3798 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
3799 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
3800 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(IVUsers)
3801 INITIALIZE_PASS_END(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
3802                 "Loop Strength Reduction", false, false)
3803
3804
3805 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
3806   return new LoopStrengthReduce(TLI);
3807 }
3808
3809 LoopStrengthReduce::LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli)
3810   : LoopPass(ID), TLI(tli) {
3811     initializeLoopStrengthReducePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
3812   }
3813
3814 void LoopStrengthReduce::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3815   // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
3816   // many analyses if they are around.
3817   AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
3818   AU.addPreserved("domfrontier");
3819
3820   AU.addRequired<LoopInfo>();
3821   AU.addPreserved<LoopInfo>();
3822   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
3823   AU.addRequired<DominatorTree>();
3824   AU.addPreserved<DominatorTree>();
3825   AU.addRequired<ScalarEvolution>();
3826   AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
3827   AU.addRequired<IVUsers>();
3828   AU.addPreserved<IVUsers>();
3829 }
3830
3831 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
3832   bool Changed = false;
3833
3834   // Run the main LSR transformation.
3835   Changed |= LSRInstance(TLI, L, this).getChanged();
3836
3837   // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
3838   // dead, so that we can remove them as well.
3839   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
3840
3841   return Changed;
3842 }