c6f02e8978c8e72ed4659540217e20d989ec1537
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/Type.h"
24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
28 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
29 #include "llvm/Support/CFG.h"
30 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
32 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
33 #include "llvm/Target/TargetData.h"
34 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
35 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/Compiler.h"
38 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
39 #include <algorithm>
40 #include <set>
41 using namespace llvm;
42
43 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of GEPs strength reduced");
44 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
45 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
46 STATISTIC(NumEliminated , "Number of strides eliminated");
47
48 namespace {
49
50   struct BasedUser;
51
52   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
53   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
54   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
55   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
56   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
57     SCEVHandle Offset;
58     Instruction *User;
59     Value *OperandValToReplace;
60
61     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
62     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
63     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
64     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
65     bool isUseOfPostIncrementedValue;
66     
67     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
68       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
69         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
70   };
71   
72   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
73   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
74   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
75   /// structure.
76   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
77     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
78     /// initial value and the operand that uses the IV.
79     std::vector<IVStrideUse> Users;
80     
81     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
82       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
83     }
84   };
85
86   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
87   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
88   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
89   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
90     SCEVHandle  Stride;
91     SCEVHandle  Base;
92     PHINode    *PHI;
93     Value      *IncV;
94
95     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
96            Value *incv)
97       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
98   };
99
100   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
101   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
102   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
103     std::vector<IVExpr> IVs;
104
105     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
106                Value *IncV) {
107       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
108     }
109   };
110
111   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
112     LoopInfo *LI;
113     DominatorTree *DT;
114     ScalarEvolution *SE;
115     const TargetData *TD;
116     const Type *UIntPtrTy;
117     bool Changed;
118
119     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
120     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
121     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
122
123     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
124     /// particular stride.
125     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
126
127     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
128     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
129     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
130     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
131
132     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
133     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
134     /// getCastedVersionOf.
135     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
136
137     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
138     /// we can remove them after we are done working.
139     SmallPtrSet<Instruction*,16> DeadInsts;
140
141     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
142     /// transformation profitability.
143     const TargetLowering *TLI;
144
145   public:
146     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
147     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
148       LoopPass((intptr_t)&ID), TLI(tli) {
149     }
150
151     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
152
153     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
154       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
155       // many analyses if they are around.
156       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
157       AU.addPreserved<LoopInfo>();
158       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
159       AU.addPreserved<DominatorTree>();
160
161       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
162       AU.addRequired<LoopInfo>();
163       AU.addRequired<DominatorTree>();
164       AU.addRequired<TargetData>();
165       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
166     }
167     
168     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
169     ///
170     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
171 private:
172     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
173                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
174     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
175     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
176                                   IVStrideUse* &CondUse,
177                                   const SCEVHandle* &CondStride);
178     void OptimizeIndvars(Loop *L);
179     bool FindIVForUser(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
180                        const SCEVHandle *&CondStride);
181     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
182     unsigned CheckForIVReuse(bool, bool, const SCEVHandle&,
183                              IVExpr&, const Type*,
184                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
185     bool ValidStride(bool, int64_t,
186                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
187     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
188                               IVUsersOfOneStride &Uses,
189                               Loop *L,
190                               bool &AllUsesAreAddresses,
191                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
192     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
193                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
194                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
195     void DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallPtrSet<Instruction*,16> &Insts);
196   };
197   char LoopStrengthReduce::ID = 0;
198   RegisterPass<LoopStrengthReduce> X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
199 }
200
201 LoopPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
202   return new LoopStrengthReduce(TLI);
203 }
204
205 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
206 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
207 ///
208 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
209                                               Value *V) {
210   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
211   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
212     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
213
214   Value *&New = CastedPointers[V];
215   if (New) return New;
216   
217   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
218   DeadInsts.insert(cast<Instruction>(New));
219   return New;
220 }
221
222
223 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
224 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
225 /// their operands subsequently dead.
226 void LoopStrengthReduce::
227 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallPtrSet<Instruction*,16> &Insts) {
228   while (!Insts.empty()) {
229     Instruction *I = *Insts.begin();
230     Insts.erase(I);
231
232     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
233       // If all incoming values to the Phi are the same, we can replace the Phi
234       // with that value.
235       if (Value *PNV = PN->hasConstantValue()) {
236         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(PNV))
237           Insts.insert(U);
238         PN->replaceAllUsesWith(PNV);
239         SE->deleteValueFromRecords(PN);
240         PN->eraseFromParent();
241         Changed = true;
242         continue;
243       }
244     }
245
246     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
247       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
248         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
249           Insts.insert(U);
250       SE->deleteValueFromRecords(I);
251       I->eraseFromParent();
252       Changed = true;
253     }
254   }
255 }
256
257
258 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
259 /// instruction.
260 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
261   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
262   // operand.
263   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
264     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
265       return SE->getSCEV(BCI);
266     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
267     SE->setSCEV(BCI, R);
268     return R;
269   }
270
271   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
272   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
273   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
274   // SE figure it out.
275   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
276   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
277     return SE->getSCEV(Exp);
278     
279   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
280   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
281   // all operands the are not dependent on the IV.
282
283   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
284   // uintptr_t first.
285   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
286       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
287
288   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
289   
290   for (unsigned i = 1, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
291     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
292     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
293     // operand.
294     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
295       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
296       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))->getZExtValue();
297       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
298       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
299                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
300     } else {
301       unsigned GEPOpiBits = 
302         GEP->getOperand(i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
303       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
304       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
305           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
306             Instruction::BitCast));
307       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, GEP->getOperand(i));
308       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
309
310       uint64_t TypeSize = TD->getABITypeSize(GTI.getIndexedType());
311       if (TypeSize != 1)
312         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
313                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
314                                                              TypeSize)));
315       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
316     }
317   }
318
319   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
320   return GEPVal;
321 }
322
323 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
324 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
325 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
326 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
327 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
328                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
329                                   ScalarEvolution *SE) {
330   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
331
332   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
333   // for a nested AddRecExpr.
334   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
335     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
336       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
337              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
338         if (AddRec->getLoop() == L)
339           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
340         else
341           return false;  // Nested IV of some sort?
342       } else {
343         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
344       }
345         
346   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
347     TheAddRec = SH;
348   } else {
349     return false;  // not analyzable.
350   }
351   
352   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
353   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
354   
355   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
356   if (!AddRec->isAffine()) return false;
357
358   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
359   
360   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
361     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
362          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
363
364   Stride = AddRec->getOperand(1);
365   return true;
366 }
367
368 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
369 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
370 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
371 ///
372 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
373 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
374 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
375 /// should use the post-inc value).
376 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
377                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
378                                        SmallPtrSet<Instruction*,16> &DeadInsts){
379   // If the user is in the loop, use the preinc value.
380   if (L->contains(User->getParent())) return false;
381   
382   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
383   
384   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
385   // block, use the post-inc value.
386   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
387     return true;
388
389   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
390   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
391   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
392   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
393   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
394   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
395   
396   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
397   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
398   // preincremented value.
399   unsigned NumUses = 0;
400   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
401     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
402       ++NumUses;
403       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
404         return false;
405     }
406
407   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
408   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
409   // post-incremented value.
410   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
411     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
412       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
413       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
414       // PHI.
415       e = PN->getNumIncomingValues();
416       if (--NumUses == 0) break;
417     }
418
419   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
420   DeadInsts.insert(User);
421   
422   return true;
423 }
424
425   
426
427 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
428 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
429 /// return true.  Otherwise, return false.
430 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
431                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
432   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
433       return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
434   if (!Processed.insert(I))
435     return true;    // Instruction already handled.
436   
437   // Get the symbolic expression for this instruction.
438   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
439   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
440   
441   // Get the start and stride for this expression.
442   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
443   SCEVHandle Stride = Start;
444   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE))
445     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
446
447   std::vector<Instruction *> IUsers;
448   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
449   // invalidate use_iterator.
450   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
451     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
452
453   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
454        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
455
456     Instruction *User = IUsers[iused_index];
457
458     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
459     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
460       continue;
461
462     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
463     // don't recurse into it.
464     bool AddUserToIVUsers = false;
465     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
466       DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
467            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
468       AddUserToIVUsers = true;
469     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
470       DOUT << "FOUND USER: " << *User
471            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
472       AddUserToIVUsers = true;
473     }
474
475     if (AddUserToIVUsers) {
476       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
477       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
478         StrideOrder.push_back(Stride);
479       
480       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
481       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
482       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
483       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
484         // The value used will be incremented by the stride more than we are
485         // expecting, so subtract this off.
486         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
487         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
488         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
489         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
490       } else {        
491         StrideUses.addUser(Start, User, I);
492       }
493     }
494   }
495   return true;
496 }
497
498 namespace {
499   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
500   /// partitioned the expression so far.
501   struct BasedUser {
502     /// SE - The current ScalarEvolution object.
503     ScalarEvolution *SE;
504
505     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
506     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
507     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
508     /// field.
509     SCEVHandle Base;
510     
511     /// Inst - The instruction using the induction variable.
512     Instruction *Inst;
513
514     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
515     /// EmittedBase.
516     Value *OperandValToReplace;
517
518     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
519     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
520     /// instruction.
521     SCEVHandle Imm;
522
523     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
524     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
525     Value *EmittedBase;
526
527     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
528     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
529     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
530     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
531     // the loop.
532     bool isUseOfPostIncrementedValue;
533     
534     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
535       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
536         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
537         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
538         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
539
540     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
541     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
542     // to it.
543     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
544                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
545                                        SmallPtrSet<Instruction*,16> &DeadInsts);
546     
547     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
548                                        SCEVExpander &Rewriter,
549                                        Instruction *IP, Loop *L);
550     void dump() const;
551   };
552 }
553
554 void BasedUser::dump() const {
555   cerr << " Base=" << *Base;
556   cerr << " Imm=" << *Imm;
557   if (EmittedBase)
558     cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
559
560   cerr << "   Inst: " << *Inst;
561 }
562
563 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
564                                               SCEVExpander &Rewriter,
565                                               Instruction *IP, Loop *L) {
566   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
567   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
568   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
569   // many loops as possible.
570   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
571   Instruction *BaseInsertPt = IP;
572   
573   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
574   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
575   
576   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
577   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
578   while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
579     BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
580     InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
581   }
582   
583   // If there is no immediate value, skip the next part.
584   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
585     if (SC->getValue()->isZero())
586       return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
587
588   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
589
590   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
591   // adjust the IP position if insertion reused a result.
592   if (IP == BaseInsertPt)
593     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
594   
595   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
596   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
597   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
598   
599 }
600
601
602 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
603 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
604 // to it.
605 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
606                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
607                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &DeadInsts) {
608   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
609     // By default, insert code at the user instruction.
610     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
611     
612     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
613     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
614     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
615     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
616     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
617     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
618     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
619     // In this case, we have to back off.
620     if (!isUseOfPostIncrementedValue) {
621       if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) { 
622         InsertPt = OpInst;
623         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
624       }
625     }
626     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
627     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
628     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
629     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
630     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
631       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
632                                             NewVal,
633                                             OperandValToReplace->getType());
634     }
635     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
636     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
637     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm;
638     DOUT << "  \tNEWBASE =" << *NewBase;
639     DOUT << "  \tInst = " << *Inst;
640     return;
641   }
642   
643   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
644   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
645   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
646   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
647   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
648   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
649   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
650   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
651     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
652       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
653       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
654       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
655       // be in an illegal position.
656       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
657       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
658           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
659         
660         // First step, split the critical edge.
661         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
662             
663         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
664         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
665         // move the block to be immediately before the PHI block, not
666         // immediately after PredTI.
667         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
668           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
669           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
670         }
671         
672         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
673         e = PN->getNumIncomingValues();
674       }
675
676       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
677       if (!Code) {
678         // Insert the code into the end of the predecessor block.
679         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
680         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
681
682         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
683         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
684         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
685         // redundant expressions.
686         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
687           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
688                                               Code,
689                                               PN->getType());
690         }
691       }
692       
693       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
694       PN->setIncomingValue(i, Code);
695       Rewriter.clear();
696     }
697   }
698
699   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
700   DeadInsts.insert(Inst);
701
702   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
703 }
704
705
706 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
707 /// immediate field of a target instruction.
708 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
709                              const TargetLowering *TLI) {
710   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
711     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
712     if (TLI) {
713       TargetLowering::AddrMode AM;
714       AM.BaseOffs = VC;
715       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
716     } else {
717       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
718       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
719     }
720   }
721
722   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
723     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
724       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
725         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
726         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
727           TargetLowering::AddrMode AM;
728           AM.BaseGV = GV;
729           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
730         }
731       }
732   return false;
733 }
734
735 /// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
736 /// loop varying to the Imm operand.
737 static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
738                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
739   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
740   
741   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
742     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
743     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
744     
745     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
746       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
747         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
748         // field of the expression.
749         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
750       } else {
751         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
752       }
753
754     if (NewOps.empty())
755       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
756     else
757       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
758   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
759     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
760     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
761     MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L, SE);
762     
763     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
764     Ops[0] = Start;
765     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
766   } else {
767     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
768     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
769     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
770   }
771 }
772
773
774 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
775 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
776 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
777 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
778                                 Instruction *User,
779                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
780                                 bool isAddress, Loop *L,
781                                 ScalarEvolution *SE) {
782   const Type *UseTy = User->getType();
783   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
784     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
785
786   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
787     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
788     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
789     
790     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
791       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
792       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
793       
794       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
795         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
796         // field of the expression.
797         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
798       } else {
799         NewOps.push_back(NewOp);
800       }
801     }
802
803     if (NewOps.empty())
804       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
805     else
806       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
807     return;
808   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
809     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
810     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
811     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L, SE);
812     
813     if (Start != SARE->getStart()) {
814       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
815       Ops[0] = Start;
816       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
817     }
818     return;
819   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
820     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
821     if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), UseTy, TLI) &&
822         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
823
824       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
825       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
826       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
827       
828       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
829       // simplify this!
830       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
831         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
832         // good.
833         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
834         if (isTargetConstant(SubImm, UseTy, TLI)) {
835           // Accumulate the immediate.
836           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
837           
838           // Update what is left of 'Val'.
839           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
840           return;
841         }
842       }
843     }
844   }
845
846   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
847   // expression.
848   if ((isAddress && isTargetConstant(Val, UseTy, TLI)) ||
849       !Val->isLoopInvariant(L)) {
850     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
851     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
852     return;
853   }
854
855   // Otherwise, no immediates to move.
856 }
857
858
859 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
860 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
861 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
862 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
863                              SCEVHandle Expr,
864                              ScalarEvolution *SE) {
865   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
866     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
867       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
868   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
869     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
870     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
871       SubExprs.push_back(Expr);
872     } else {
873       // Compute the addrec with zero as its base.
874       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
875       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
876       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
877       
878
879       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
880     }
881   } else if (!isa<SCEVConstant>(Expr) ||
882              !cast<SCEVConstant>(Expr)->getValue()->isZero()) {
883     // Do not add zero.
884     SubExprs.push_back(Expr);
885   }
886 }
887
888
889 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
890 /// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
891 /// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
892 /// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
893 static SCEVHandle 
894 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
895                                     ScalarEvolution *SE) {
896   unsigned NumUses = Uses.size();
897
898   // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
899   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
900   SCEVHandle Result = Zero;
901   if (NumUses == 1) {
902     std::swap(Result, Uses[0].Base);
903     return Result;
904   }
905
906   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
907   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
908   std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
909   
910   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
911   // order we see them.
912   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
913
914   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
915   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
916     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
917     // CSEs we can find.
918     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
919
920     // Split the expression into subexprs.
921     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
922     // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
923     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
924       if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
925         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
926     SubExprs.clear();
927   }
928
929   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
930   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
931   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
932     std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
933        SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
934     assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
935     if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
936       Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
937     } else {
938       // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
939       SubExpressionUseCounts.erase(I);
940     }
941   }
942   
943   // If we found no CSE's, return now.
944   if (Result == Zero) return Result;
945   
946   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
947   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
948     // Split the expression into subexprs.
949     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
950
951     // Remove any common subexpressions.
952     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
953       if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
954         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
955         --j; --e;
956       }
957     
958     // Finally, the non-shared expressions together.
959     if (SubExprs.empty())
960       Uses[i].Base = Zero;
961     else
962       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
963     SubExprs.clear();
964   }
965  
966   return Result;
967 }
968
969 /// isZero - returns true if the scalar evolution expression is zero.
970 ///
971 static bool isZero(const SCEVHandle &V) {
972   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
973     return SC->getValue()->isZero();
974   return false;
975 }
976
977 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
978 /// stores in UsersToProcess.
979 ///
980 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
981                                int64_t Scale, 
982                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
983   if (!TLI)
984     return true;
985
986   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
987     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
988     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
989     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
990       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
991     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
992       AccessTy = LI->getType();
993     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
994       continue;
995     
996     TargetLowering::AddrMode AM;
997     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
998       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
999     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !isZero(UsersToProcess[i].Base);
1000     AM.Scale = Scale;
1001
1002     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1003     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1004       return false;
1005   }
1006   return true;
1007 }
1008
1009 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty to NewTy is not
1010 /// a nop.
1011 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1012                                                 const Type *Ty2) {
1013   if (Ty1 == Ty2)
1014     return false;
1015   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1016     return false;
1017   return (!Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2) &&
1018           !(isa<PointerType>(Ty2) &&
1019             Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)) &&
1020           !(isa<PointerType>(Ty1) &&
1021             Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)));
1022 }
1023
1024 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1025 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1026 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1027 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1028 /// reuse is possible.
1029 unsigned LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1030                                 bool AllUsesAreAddresses,
1031                                 const SCEVHandle &Stride, 
1032                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1033                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1034   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1035     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1036     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1037          ++NewStride) {
1038       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1039                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1040       if (SI == IVsByStride.end()) 
1041         continue;
1042       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1043       if (SI->first != Stride &&
1044           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1045         continue;
1046       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1047       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1048       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1049       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1050       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1051       // multiplications.
1052       if (Scale == 1 ||
1053           (AllUsesAreAddresses &&
1054            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1055         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1056                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1057           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1058           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1059           if (isZero(II->Base) &&
1060               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1061             IV = *II;
1062             return Scale;
1063           }
1064     }
1065   }
1066   return 0;
1067 }
1068
1069 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1070 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1071 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1072   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1073 }
1074
1075 /// isNonConstantNegative - REturn true if the specified scev is negated, but
1076 /// not a constant.
1077 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1078   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1079   if (!Mul) return false;
1080   
1081   // If there is a constant factor, it will be first.
1082   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1083   if (!SC) return false;
1084   
1085   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1086   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1087 }
1088
1089 /// isAddress - Returns true if the specified instruction is using the
1090 /// specified value as an address.
1091 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
1092   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
1093   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1094     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
1095       isAddress = true;
1096   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
1097     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
1098     // of intrinsics.
1099     switch (II->getIntrinsicID()) {
1100       default: break;
1101       case Intrinsic::prefetch:
1102       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
1103       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
1104       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
1105       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
1106       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
1107       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
1108       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
1109         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
1110           isAddress = true;
1111         break;
1112       case Intrinsic::x86_sse2_loadh_pd:
1113       case Intrinsic::x86_sse2_loadl_pd:
1114         if (II->getOperand(2) == OperandVal)
1115           isAddress = true;
1116         break;
1117     }
1118   }
1119   return isAddress;
1120 }
1121
1122 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1123 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base
1124 // of the strided accessas well as the old information from Uses. We
1125 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1126 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1127 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1128                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1129                                               Loop *L,
1130                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1131                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1132   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1133   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1134     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1135     
1136     // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
1137     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1138     // computed.
1139     MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
1140                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1141     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1142            "Base value is not loop invariant!");
1143   }
1144
1145   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1146   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1147   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1148   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1149   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1150   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1151   // UsersToProcess base values.
1152   SCEVHandle CommonExprs =
1153     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE);
1154
1155   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1156   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1157   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1158   // of the remaining uses.
1159   unsigned NumPHI = 0;
1160   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1161     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1162     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1163     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1164     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1165       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1166                                              UsersToProcess[i].Base);
1167       UsersToProcess[i].Base = 
1168         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1169     } else {
1170       
1171       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1172       // the store is through the expression, not of the expression though.
1173       bool isPHI = false;
1174       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1175                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1176       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1177         isPHI = true;
1178         ++NumPHI;
1179       }
1180
1181       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1182       if (!isAddress && !isPHI)
1183         AllUsesAreAddresses = false;
1184       
1185       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1186                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1187     }
1188   }
1189
1190   // If one of the use if a PHI node and all other uses are addresses, still
1191   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1192   // for one fewer iv.
1193   if (NumPHI > 1)
1194     AllUsesAreAddresses = false;
1195
1196   return CommonExprs;
1197 }
1198
1199 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1200 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1201 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1202 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1203                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1204                                                       Loop *L,
1205                                                       bool isOnlyStride) {
1206   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1207   if (Uses.Users.empty())
1208     return;
1209
1210   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1211   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1212   // smaller-stride IV.
1213   bool AllUsesAreAddresses = true;
1214
1215   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1216   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1217   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1218   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1219   // have the full access expression to rewrite the use.
1220   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1221   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1222                                           UsersToProcess);
1223
1224   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1225   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1226   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1227   // valid.
1228   bool HaveCommonExprs = !isZero(CommonExprs);
1229   
1230   // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1231   // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1232   // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1233   // that we will have a valid instruction after this substition, including the
1234   // immediate field, if any.
1235   PHINode *NewPHI = NULL;
1236   Value   *IncV   = NULL;
1237   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1238                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1239                    0, 0);
1240   unsigned RewriteFactor = 0;
1241   RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1242                                   Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1243                                   UsersToProcess);
1244   if (RewriteFactor != 0) {
1245     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1246          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
1247     NewPHI = ReuseIV.PHI;
1248     IncV   = ReuseIV.IncV;
1249   }
1250
1251   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1252   
1253   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1254   //
1255   DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1256        << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << ": ";
1257
1258   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1259   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1260   
1261   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1262   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1263   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1264   
1265   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1266
1267
1268   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1269   Value *CommonBaseV
1270     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1271
1272   if (RewriteFactor == 0) {
1273     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1274     NewPHI = new PHINode(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1275     ++NumInserted;
1276   
1277     // Add common base to the new Phi node.
1278     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1279
1280     // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1281     // increment.
1282     bool isNegative = isNonConstantNegative(Stride);
1283     SCEVHandle IncAmount = Stride;
1284     if (isNegative)
1285       IncAmount = SE->getNegativeSCEV(Stride);
1286     
1287     // Insert the stride into the preheader.
1288     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(IncAmount, PreInsertPt);
1289     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1290
1291     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1292     // latch block, and add it to the Phi node.
1293     SCEVHandle IncExp = SE->getUnknown(StrideV);
1294     if (isNegative)
1295       IncExp = SE->getNegativeSCEV(IncExp);
1296     IncExp = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(NewPHI), IncExp);
1297   
1298     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator());
1299     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1300     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1301
1302     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1303     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1304     
1305     DOUT << " IV=%" << NewPHI->getNameStr() << " INC=%" << IncV->getNameStr();
1306   } else {
1307     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1308     if (!C ||
1309         (!C->isNullValue() &&
1310          !isTargetConstant(SE->getUnknown(CommonBaseV), ReplacedTy, TLI)))
1311       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1312       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1313       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1314                                     "commonbase", PreInsertPt);
1315   }
1316   DOUT << "\n";
1317
1318   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1319   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1320   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1321   // vector (so we handle them first).
1322   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1323                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1324   
1325   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1326   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1327   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1328   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1329   //
1330   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1331   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1332   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1333   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1334   // ==.
1335   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1336     // Get a base value.
1337     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1338     
1339     // Compact everything with this base to be consequtive with this one.
1340     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1341       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1342         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1343         ++i;
1344       }
1345     }
1346   }
1347
1348   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1349   // loop handles all users of a particular base.
1350   while (!UsersToProcess.empty()) {
1351     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1352
1353     // Emit the code for Base into the preheader.
1354     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1355
1356     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1357     if (BaseV->hasName())
1358       DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1359     DOUT << "\n";
1360
1361     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1362     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1363     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1364     // in this case.
1365     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1366       if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, ReplacedTy, TLI)) {
1367         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1368         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1369         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1370                              PreInsertPt);       
1371       }
1372     }
1373
1374     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1375     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1376     do {
1377       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1378       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1379
1380       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1381       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1382       Value *RewriteOp = NewPHI;
1383       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1384         RewriteOp = IncV;
1385
1386         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1387         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1388         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1389           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1390       }
1391       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1392         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1393         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1394             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1395           opcode = Instruction::BitCast;
1396         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1397       }
1398
1399       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1400
1401       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1402       // to have the code emitted where we expect it.
1403       Rewriter.clear();
1404
1405       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1406       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1407       if (RewriteFactor != 0) {
1408         RewriteExpr = SE->getMulExpr(SE->getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1409                                                         RewriteExpr->getType()),
1410                                      RewriteExpr);
1411
1412         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1413         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1414         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1415         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1416             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
1417           RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1418                                       SE->getUnknown(CommonBaseV));
1419       }
1420
1421       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1422       // immediate and any loop-variant expressions.
1423       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1424         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1425         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1426
1427       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, Rewriter, L, this,
1428                                           DeadInsts);
1429
1430       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
1431       // if we just replaced the last use of that value.
1432       DeadInsts.insert(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1433
1434       UsersToProcess.pop_back();
1435       ++NumReduced;
1436
1437       // If there are any more users to process with the same base, process them
1438       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1439     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1440     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1441   }
1442
1443   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1444   // different starting values, into different PHIs.
1445 }
1446
1447 /// FindIVForUser - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1448 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1449 /// false.
1450 bool LoopStrengthReduce::FindIVForUser(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1451                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1452   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1453        ++Stride) {
1454     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1455     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1456     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1457     
1458     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1459          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1460       if (UI->User == Cond) {
1461         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1462         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1463         // occurs enough in real life to handle.
1464         CondUse = &*UI;
1465         CondStride = &SI->first;
1466         return true;
1467       }
1468   }
1469   return false;
1470 }    
1471
1472 namespace {
1473   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1474   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1475   // e.g.
1476   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1477   struct StrideCompare {
1478     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1479       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1480       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1481       if (LHSC && RHSC) {
1482         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1483         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1484         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1485         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1486         if (ALV == ARV)
1487           return LV > RV;
1488         else
1489           return ALV < ARV;
1490       }
1491       return (LHSC && !RHSC);
1492     }
1493   };
1494 }
1495
1496 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1497 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1498 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1499 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1500 ///
1501 /// loop:
1502 /// ...
1503 /// v1 = v1 + 3
1504 /// v2 = v2 + 1
1505 /// if (v2 < 10) goto loop
1506 /// =>
1507 /// loop:
1508 /// ...
1509 /// v1 = v1 + 3
1510 /// if (v1 < 30) goto loop
1511 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1512                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1513                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1514   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1515       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1516     return Cond;
1517   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1518   if (!SC) return Cond;
1519   ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
1520   if (!C) return Cond;
1521
1522   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1523   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1524   int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1525   unsigned BitWidth = C->getValue().getBitWidth();
1526   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1527   const Type *CmpTy = C->getType();
1528   const Type *NewCmpTy = NULL;
1529   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1530   unsigned NewTyBits = 0;
1531   int64_t NewCmpVal = CmpVal;
1532   SCEVHandle *NewStride = NULL;
1533   Value *NewIncV = NULL;
1534   int64_t Scale = 1;
1535
1536   // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1537   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1538   for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1539     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1540       IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
1541     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1542       continue;
1543     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1544     if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1545       continue;
1546
1547     Scale = SSInt / CmpSSInt;
1548     NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1549     APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
1550     // Check for overflow.
1551     if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal) {
1552       NewCmpVal = CmpVal;
1553       continue;
1554     }
1555
1556     // Watch out for overflow.
1557     if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1558         (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1559       NewCmpVal = CmpVal;
1560
1561     if (NewCmpVal != CmpVal) {
1562       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1563       NewIncV = NULL;
1564       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1565              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
1566         NewIncV = UI->OperandValToReplace;
1567         if (NewIncV->getType() == CmpTy)
1568           break;
1569       }
1570       if (!NewIncV) {
1571         NewCmpVal = CmpVal;
1572         continue;
1573       }
1574
1575       NewCmpTy = NewIncV->getType();
1576       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
1577         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
1578         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1579       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1580         // Check if it is possible to rewrite it using a iv / stride of a smaller
1581         // integer type.
1582         bool TruncOk = false;
1583         if (NewCmpTy->isInteger()) {
1584           unsigned Bits = NewTyBits;
1585           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1586             --Bits;
1587           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1588           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
1589             TruncOk = true;
1590         }
1591         if (!TruncOk) {
1592           NewCmpVal = CmpVal;
1593           continue;
1594         }
1595       }
1596
1597       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1598       // of a different type.
1599       // FIXME: too conservative?
1600       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset)) {
1601         NewCmpVal = CmpVal;
1602         continue;
1603       }
1604
1605       bool AllUsesAreAddresses = true;
1606       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1607       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
1608                                               AllUsesAreAddresses,
1609                                               UsersToProcess);
1610       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1611       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1612       if (AllUsesAreAddresses &&
1613           ValidStride(!isZero(CommonExprs), Scale, UsersToProcess)) {        
1614         NewCmpVal = CmpVal;
1615         continue;
1616       }
1617
1618       // If scale is negative, use inverse predicate unless it's testing
1619       // for equality.
1620       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1621         Predicate = ICmpInst::getInversePredicate(Predicate);
1622
1623       NewStride = &StrideOrder[i];
1624       break;
1625     }
1626   }
1627
1628   if (NewCmpVal != CmpVal) {
1629     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
1630     ICmpInst *OldCond = Cond;
1631     Value *RHS;
1632     if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1633       RHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1634     else {
1635       RHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
1636       RHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr, RHS, NewCmpTy);
1637     }
1638     // Insert new compare instruction.
1639     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewIncV, RHS);
1640     Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1641     OldCond->getParent()->getInstList().insert(OldCond, Cond);
1642
1643     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
1644     DeadInsts.insert(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
1645     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
1646     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
1647     OldCond->eraseFromParent();
1648
1649     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
1650     SCEVHandle NewOffset = TyBits == NewTyBits
1651       ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
1652                        SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
1653       : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
1654         cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
1655     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewIncV);
1656     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
1657     CondStride = NewStride;
1658     ++NumEliminated;
1659   }
1660
1661   return Cond;
1662 }
1663
1664 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
1665 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
1666 // common indvars for the different uses.
1667 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
1668   // TODO: implement optzns here.
1669
1670   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1671   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1672   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1673   // one register value.
1674   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
1675   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1676   BasicBlock *LatchBlock =
1677    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
1678   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
1679   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
1680       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
1681     return;
1682   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
1683
1684   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1685   IVStrideUse *CondUse = 0;
1686   const SCEVHandle *CondStride = 0;
1687
1688   if (!FindIVForUser(Cond, CondUse, CondStride))
1689     return; // setcc doesn't use the IV.
1690
1691   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
1692   // eliminate one stride.
1693   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
1694
1695   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1696   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1697   // the latch block branch, move it.
1698   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
1699     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
1700       Cond->moveBefore(TermBr);
1701     } else {
1702       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
1703       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
1704       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1705       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1706       
1707       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1708       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
1709                                          CondUse->OperandValToReplace);
1710       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
1711     }
1712   }
1713
1714   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1715   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1716   // live ranges for the IV correctly.
1717   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
1718   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
1719 }
1720
1721 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
1722
1723   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1724   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1725   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1726   TD = &getAnalysis<TargetData>();
1727   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
1728
1729   // Find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
1730   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
1731   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
1732   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
1733   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
1734     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
1735
1736   // If we have nothing to do, return.
1737   if (IVUsesByStride.empty()) return false;
1738
1739   // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
1740   // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
1741   // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
1742   // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
1743   OptimizeIndvars(L);
1744
1745
1746   // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
1747   // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
1748
1749   // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
1750   // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should be
1751   // codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.  Need
1752   // to be careful that IV's are all the same type.  Only works for intptr_t
1753   // indvars.
1754
1755   // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some things.
1756   bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
1757
1758 #ifndef NDEBUG
1759   DOUT << "\nLSR on ";
1760   DEBUG(L->dump());
1761 #endif
1762
1763   // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
1764   IVsByStride.clear();
1765
1766   // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
1767   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1768
1769   // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users passed
1770   // into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.  Also,
1771   // note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using StrideOrder.
1772   // This extra layer of indirection makes the ordering of strides deterministic
1773   // - not dependent on map order.
1774   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1775     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1776       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1777     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1778     StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
1779   }
1780
1781   // Clean up after ourselves
1782   if (!DeadInsts.empty()) {
1783     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1784
1785     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1786     PHINode *PN;
1787     while ((PN = dyn_cast<PHINode>(I))) {
1788       ++I;  // Preincrement iterator to avoid invalidating it when deleting PN.
1789
1790       // At this point, we know that we have killed one or more GEP
1791       // instructions.  It is worth checking to see if the cann indvar is also
1792       // dead, so that we can remove it as well.  The requirements for the cann
1793       // indvar to be considered dead are:
1794       // 1. the cann indvar has one use
1795       // 2. the use is an add instruction
1796       // 3. the add has one use
1797       // 4. the add is used by the cann indvar
1798       // If all four cases above are true, then we can remove both the add and
1799       // the cann indvar.
1800       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
1801       // compared against some value to decide loop termination.
1802       if (PN->hasOneUse()) {
1803         Instruction *BO = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
1804         if (BO && (isa<BinaryOperator>(BO) || isa<CmpInst>(BO))) {
1805           if (BO->hasOneUse() && PN == *(BO->use_begin())) {
1806             DeadInsts.insert(BO);
1807             // Break the cycle, then delete the PHI.
1808             PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1809             SE->deleteValueFromRecords(PN);
1810             PN->eraseFromParent();
1811           }
1812         }
1813       }
1814     }
1815     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1816   }
1817
1818   CastedPointers.clear();
1819   IVUsesByStride.clear();
1820   StrideOrder.clear();
1821   return false;
1822 }