For PR950:
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Nate Begeman and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/Type.h"
23 #include "llvm/DerivedTypes.h"
24 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
25 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
26 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
27 #include "llvm/Support/CFG.h"
28 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
29 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
30 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
31 #include "llvm/Target/TargetData.h"
32 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
33 #include "llvm/Support/Debug.h"
34 #include "llvm/Support/Compiler.h"
35 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
36 #include <algorithm>
37 #include <iostream>
38 #include <set>
39 using namespace llvm;
40
41 namespace {
42   Statistic<> NumReduced ("loop-reduce", "Number of GEPs strength reduced");
43   Statistic<> NumInserted("loop-reduce", "Number of PHIs inserted");
44   Statistic<> NumVariable("loop-reduce","Number of PHIs with variable strides");
45
46   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
47   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
48   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and 'Operand'
49   /// is the operand # of the User that is the use.
50   struct IVStrideUse {
51     SCEVHandle Offset;
52     Instruction *User;
53     Value *OperandValToReplace;
54
55     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
56     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
57     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
58     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
59     bool isUseOfPostIncrementedValue;
60     
61     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
62       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
63         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
64   };
65   
66   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
67   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
68   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
69   /// structure.
70   struct IVUsersOfOneStride {
71     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
72     /// initial value and the operand that uses the IV.
73     std::vector<IVStrideUse> Users;
74     
75     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
76       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
77     }
78   };
79
80   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
81   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
82   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
83   struct IVExpr {
84     SCEVHandle  Stride;
85     SCEVHandle  Base;
86     PHINode    *PHI;
87     Value      *IncV;
88
89     IVExpr()
90       : Stride(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Type::UIntTy)),
91         Base  (SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Type::UIntTy)) {}
92     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
93            Value *incv)
94       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
95   };
96
97   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
98   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
99   struct IVsOfOneStride {
100     std::vector<IVExpr> IVs;
101
102     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
103                Value *IncV) {
104       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
105     }
106   };
107
108   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public FunctionPass {
109     LoopInfo *LI;
110     ETForest *EF;
111     ScalarEvolution *SE;
112     const TargetData *TD;
113     const Type *UIntPtrTy;
114     bool Changed;
115
116     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
117     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
118     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
119
120     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
121     /// particular stride.
122     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
123
124     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
125     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
126     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
127     std::vector<SCEVHandle> StrideOrder;
128
129     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
130     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
131     /// getCastedVersionOf.
132     std::map<Value*, Value*> CastedPointers;
133
134     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
135     /// we can remove them after we are done working.
136     std::set<Instruction*> DeadInsts;
137
138     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
139     /// transformation profitability.
140     const TargetLowering *TLI;
141
142   public:
143     LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL)
144       : TLI(tli) {
145     }
146
147     virtual bool runOnFunction(Function &) {
148       LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
149       EF = &getAnalysis<ETForest>();
150       SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
151       TD = &getAnalysis<TargetData>();
152       UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
153       Changed = false;
154
155       for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
156         runOnLoop(*I);
157       
158       return Changed;
159     }
160
161     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
162       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
163       // many analyses if they are around.
164       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
165       AU.addPreserved<LoopInfo>();
166       AU.addPreserved<DominatorSet>();
167       AU.addPreserved<ETForest>();
168       AU.addPreserved<ImmediateDominators>();
169       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
170       AU.addPreserved<DominatorTree>();
171
172       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
173       AU.addRequired<LoopInfo>();
174       AU.addRequired<ETForest>();
175       AU.addRequired<TargetData>();
176       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
177     }
178     
179     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
180     ///
181     Value *getCastedVersionOf(Value *V);
182 private:
183     void runOnLoop(Loop *L);
184     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
185                                std::set<Instruction*> &Processed);
186     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E, Loop *L);
187
188     void OptimizeIndvars(Loop *L);
189
190     unsigned CheckForIVReuse(const SCEVHandle&, IVExpr&, const Type*);
191
192     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
193                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
194                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
195     void DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts);
196   };
197   RegisterPass<LoopStrengthReduce> X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
198 }
199
200 FunctionPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
201   return new LoopStrengthReduce(TLI);
202 }
203
204 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
205 ///
206 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Value *V) {
207   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
208   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
209     return ConstantExpr::getCast(CB, UIntPtrTy);
210
211   Value *&New = CastedPointers[V];
212   if (New) return New;
213   
214   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(V, UIntPtrTy);
215   DeadInsts.insert(cast<Instruction>(New));
216   return New;
217 }
218
219
220 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
221 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
222 /// their operands subsequently dead.
223 void LoopStrengthReduce::
224 DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts) {
225   while (!Insts.empty()) {
226     Instruction *I = *Insts.begin();
227     Insts.erase(Insts.begin());
228     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
229       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
230         if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
231           Insts.insert(U);
232       SE->deleteInstructionFromRecords(I);
233       I->eraseFromParent();
234       Changed = true;
235     }
236   }
237 }
238
239
240 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
241 /// instruction.
242 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp, Loop *L) {
243   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
244   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
245   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
246   // SE figure it out.
247   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
248   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
249     return SE->getSCEV(Exp);
250     
251   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
252   // for uses that are determined by the trip count of L.  First, skip all
253   // operands the are not dependent on the IV.
254
255   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
256   // uintptr_t first.
257   SCEVHandle GEPVal = SCEVUnknown::get(getCastedVersionOf(GEP->getOperand(0)));
258
259   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
260   
261   for (unsigned i = 1, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
262     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
263     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
264     // operand.
265     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
266       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
267       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))->getZExtValue();
268       uint64_t Offset = SL->MemberOffsets[Idx];
269       GEPVal = SCEVAddExpr::get(GEPVal,
270                                 SCEVUnknown::getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
271     } else {
272       Value *OpVal = getCastedVersionOf(GEP->getOperand(i));
273       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
274
275       uint64_t TypeSize = TD->getTypeSize(GTI.getIndexedType());
276       if (TypeSize != 1)
277         Idx = SCEVMulExpr::get(Idx,
278                                SCEVConstant::get(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
279                                                                    TypeSize)));
280       GEPVal = SCEVAddExpr::get(GEPVal, Idx);
281     }
282   }
283
284   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
285   return GEPVal;
286 }
287
288 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
289 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
290 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
291 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
292 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
293                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride) {
294   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
295
296   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
297   // for a nested AddRecExpr.
298   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
299     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
300       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
301              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
302         if (AddRec->getLoop() == L)
303           TheAddRec = SCEVAddExpr::get(AddRec, TheAddRec);
304         else
305           return false;  // Nested IV of some sort?
306       } else {
307         Start = SCEVAddExpr::get(Start, AE->getOperand(i));
308       }
309         
310   } else if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
311     TheAddRec = SH;
312   } else {
313     return false;  // not analyzable.
314   }
315   
316   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
317   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
318   
319   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
320   if (!AddRec->isAffine()) return false;
321
322   Start = SCEVAddExpr::get(Start, AddRec->getOperand(0));
323   
324   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
325     DEBUG(std::cerr << "[" << L->getHeader()->getName()
326                     << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n");
327
328   Stride = AddRec->getOperand(1);
329   // Check that all constant strides are the unsigned type, we don't want to
330   // have two IV's one of signed stride 4 and one of unsigned stride 4 to not be
331   // merged.
332   assert((!isa<SCEVConstant>(Stride) || Stride->getType()->isUnsigned()) &&
333          "Constants should be canonicalized to unsigned!");
334
335   return true;
336 }
337
338 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
339 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
340 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
341 ///
342 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
343 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
344 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
345 /// should use the post-inc value).
346 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
347                                        Loop *L, ETForest *EF, Pass *P) {
348   // If the user is in the loop, use the preinc value.
349   if (L->contains(User->getParent())) return false;
350   
351   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
352   
353   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
354   // block, use the post-inc value.
355   if (EF->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
356     return true;
357
358   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
359   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
360   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
361   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
362   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
363   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
364   
365   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
366   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
367   // preincremented value.
368   unsigned NumUses = 0;
369   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
370     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
371       ++NumUses;
372       if (!EF->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
373         return false;
374     }
375
376   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
377   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
378   // post-incremented value.
379   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
380     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
381       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P);
382       if (--NumUses == 0) break;
383     }
384   
385   return true;
386 }
387
388   
389
390 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
391 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
392 /// return true.  Otherwise, return false.
393 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
394                                             std::set<Instruction*> &Processed) {
395   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
396       return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
397   if (!Processed.insert(I).second)
398     return true;    // Instruction already handled.
399   
400   // Get the symbolic expression for this instruction.
401   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I, L);
402   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
403   
404   // Get the start and stride for this expression.
405   SCEVHandle Start = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
406   SCEVHandle Stride = Start;
407   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride))
408     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
409   
410   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;++UI){
411     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
412
413     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
414     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
415       continue;
416
417     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
418     // don't recurse into it.
419     bool AddUserToIVUsers = false;
420     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
421       DEBUG(std::cerr << "FOUND USER in other loop: " << *User
422             << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n");
423       AddUserToIVUsers = true;
424     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
425       DEBUG(std::cerr << "FOUND USER: " << *User
426             << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n");
427       AddUserToIVUsers = true;
428     }
429
430     if (AddUserToIVUsers) {
431       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
432       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
433         StrideOrder.push_back(Stride);
434       
435       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
436       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
437       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
438       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, EF, this)) {
439         // The value used will be incremented by the stride more than we are
440         // expecting, so subtract this off.
441         SCEVHandle NewStart = SCEV::getMinusSCEV(Start, Stride);
442         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
443         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
444         DEBUG(std::cerr << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n");
445       } else {        
446         StrideUses.addUser(Start, User, I);
447       }
448     }
449   }
450   return true;
451 }
452
453 namespace {
454   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
455   /// partitioned the expression so far.
456   struct BasedUser {
457     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
458     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
459     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
460     /// field.
461     SCEVHandle Base;
462     
463     /// Inst - The instruction using the induction variable.
464     Instruction *Inst;
465
466     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
467     /// EmittedBase.
468     Value *OperandValToReplace;
469
470     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
471     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
472     /// instruction.
473     SCEVHandle Imm;
474
475     /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
476     /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
477     Value *EmittedBase;
478
479     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
480     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
481     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
482     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
483     // the loop.
484     bool isUseOfPostIncrementedValue;
485     
486     BasedUser(IVStrideUse &IVSU)
487       : Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
488         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
489         Imm(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
490         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
491
492     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
493     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
494     // to it.
495     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
496                                         SCEVExpander &Rewriter, Loop *L,
497                                         Pass *P);
498     
499     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
500                                        SCEVExpander &Rewriter,
501                                        Instruction *IP, Loop *L);
502     void dump() const;
503   };
504 }
505
506 void BasedUser::dump() const {
507   std::cerr << " Base=" << *Base;
508   std::cerr << " Imm=" << *Imm;
509   if (EmittedBase)
510     std::cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
511
512   std::cerr << "   Inst: " << *Inst;
513 }
514
515 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
516                                               SCEVExpander &Rewriter,
517                                               Instruction *IP, Loop *L) {
518   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
519   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
520   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
521   // many loops as possible.
522   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
523   Instruction *BaseInsertPt = IP;
524   
525   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
526   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
527   
528   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
529   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
530   while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
531     BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
532     InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
533   }
534   
535   // If there is no immediate value, skip the next part.
536   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
537     if (SC->getValue()->isNullValue())
538       return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt,
539                                     OperandValToReplace->getType());
540
541   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
542   
543   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
544   SCEVHandle NewValSCEV = SCEVAddExpr::get(SCEVUnknown::get(Base), Imm);
545   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP,
546                                 OperandValToReplace->getType());
547 }
548
549
550 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
551 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
552 // to it.
553 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
554                                                SCEVExpander &Rewriter,
555                                                Loop *L, Pass *P) {
556   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
557     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, Inst, L);
558     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
559     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
560     DEBUG(std::cerr << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst);
561     return;
562   }
563   
564   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
565   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
566   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
567   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
568   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
569   std::map<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
570   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
571   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
572     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
573       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
574       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
575       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
576       // be in an illegal position.
577       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
578       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
579           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
580         
581         // First step, split the critical edge.
582         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P);
583             
584         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
585         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
586         // move the block to be immediately before the PHI block, not
587         // immediately after PredTI.
588         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
589           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
590           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
591         }
592       }
593
594       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
595       if (!Code) {
596         // Insert the code into the end of the predecessor block.
597         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
598         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
599       }
600       
601       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
602       PN->setIncomingValue(i, Code);
603       Rewriter.clear();
604     }
605   }
606   DEBUG(std::cerr << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst);
607 }
608
609
610 /// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
611 /// immediate field of a target instruction.
612 static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const TargetLowering *TLI) {
613   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
614     int64_t V = SC->getValue()->getSExtValue();
615     if (TLI)
616       return TLI->isLegalAddressImmediate(V);
617     else
618       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
619       return (V > -(1 << 16) && V < (1 << 16)-1);
620   }
621
622   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
623     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
624       if (CE->getOpcode() == Instruction::Cast) {
625         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
626         if (isa<GlobalValue>(Op0) &&
627             TLI &&
628             TLI->isLegalAddressImmediate(cast<GlobalValue>(Op0)))
629           return true;
630       }
631   return false;
632 }
633
634 /// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
635 /// loop varying to the Imm operand.
636 static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
637                                             Loop *L) {
638   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
639   
640   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
641     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
642     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
643     
644     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
645       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
646         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
647         // field of the expression.
648         Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, SAE->getOperand(i));
649       } else {
650         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
651       }
652
653     if (NewOps.empty())
654       Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
655     else
656       Val = SCEVAddExpr::get(NewOps);
657   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
658     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
659     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
660     MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L);
661     
662     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
663     Ops[0] = Start;
664     Val = SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop());
665   } else {
666     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
667     Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, Val);
668     Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
669   }
670 }
671
672
673 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
674 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
675 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
676 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
677                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
678                                 bool isAddress, Loop *L) {
679   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
680     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
681     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
682     
683     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
684       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
685       MoveImmediateValues(TLI, NewOp, Imm, isAddress, L);
686       
687       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
688         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
689         // field of the expression.
690         Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, NewOp);
691       } else {
692         NewOps.push_back(NewOp);
693       }
694     }
695
696     if (NewOps.empty())
697       Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
698     else
699       Val = SCEVAddExpr::get(NewOps);
700     return;
701   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
702     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
703     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
704     MoveImmediateValues(TLI, Start, Imm, isAddress, L);
705     
706     if (Start != SARE->getStart()) {
707       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
708       Ops[0] = Start;
709       Val = SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop());
710     }
711     return;
712   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
713     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
714     if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), TLI) &&
715         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
716
717       SCEVHandle SubImm = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
718       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
719       MoveImmediateValues(TLI, NewOp, SubImm, isAddress, L);
720       
721       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
722       // simplify this!
723       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
724         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
725         // good.
726         SubImm = SCEVMulExpr::get(SubImm, SME->getOperand(0));
727         if (isTargetConstant(SubImm, TLI)) {
728           // Accumulate the immediate.
729           Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, SubImm);
730           
731           // Update what is left of 'Val'.
732           Val = SCEVMulExpr::get(SME->getOperand(0), NewOp);
733           return;
734         }
735       }
736     }
737   }
738
739   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
740   // expression.
741   if ((isAddress && isTargetConstant(Val, TLI)) ||
742       !Val->isLoopInvariant(L)) {
743     Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, Val);
744     Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
745     return;
746   }
747
748   // Otherwise, no immediates to move.
749 }
750
751
752 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
753 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
754 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
755 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
756                              SCEVHandle Expr) {
757   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
758     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
759       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j));
760   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
761     SCEVHandle Zero = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
762     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
763       SubExprs.push_back(Expr);
764     } else {
765       // Compute the addrec with zero as its base.
766       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
767       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
768       SubExprs.push_back(SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop()));
769       
770
771       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0));
772     }
773   } else if (!isa<SCEVConstant>(Expr) ||
774              !cast<SCEVConstant>(Expr)->getValue()->isNullValue()) {
775     // Do not add zero.
776     SubExprs.push_back(Expr);
777   }
778 }
779
780
781 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
782 /// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
783 /// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
784 /// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
785 static SCEVHandle 
786 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses) {
787   unsigned NumUses = Uses.size();
788
789   // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
790   SCEVHandle Zero = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
791   SCEVHandle Result = Zero;
792   if (NumUses == 1) {
793     std::swap(Result, Uses[0].Base);
794     return Result;
795   }
796
797   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
798   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
799   std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
800   
801   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
802   // order we see them.
803   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
804
805   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
806   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
807     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
808     // CSEs we can find.
809     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
810
811     // Split the expression into subexprs.
812     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base);
813     // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
814     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
815       if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
816         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
817     SubExprs.clear();
818   }
819
820   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
821   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
822   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
823     std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
824        SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
825     assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
826     if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
827       Result = SCEVAddExpr::get(Result, I->first);
828     } else {
829       // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
830       SubExpressionUseCounts.erase(I);
831     }
832   }
833   
834   // If we found no CSE's, return now.
835   if (Result == Zero) return Result;
836   
837   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
838   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
839     // Split the expression into subexprs.
840     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base);
841
842     // Remove any common subexpressions.
843     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
844       if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
845         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
846         --j; --e;
847       }
848     
849     // Finally, the non-shared expressions together.
850     if (SubExprs.empty())
851       Uses[i].Base = Zero;
852     else
853       Uses[i].Base = SCEVAddExpr::get(SubExprs);
854     SubExprs.clear();
855   }
856  
857   return Result;
858 }
859
860 /// isZero - returns true if the scalar evolution expression is zero.
861 ///
862 static bool isZero(SCEVHandle &V) {
863   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
864     return SC->getValue()->getZExtValue() == 0;
865   return false;
866 }
867
868
869 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
870 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
871 /// mode scale component. This allows the users of this stride to be rewritten
872 /// as prev iv * factor. It returns 0 if no reuse is possible.
873 unsigned LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(const SCEVHandle &Stride,
874                                              IVExpr &IV, const Type *Ty) {
875   if (!TLI) return 0;
876
877   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
878     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
879     if (SInt == 1) return 0;
880
881     for (TargetLowering::legal_am_scale_iterator
882            I = TLI->legal_am_scale_begin(), E = TLI->legal_am_scale_end();
883          I != E; ++I) {
884       unsigned Scale = *I;
885       if (unsigned(abs(SInt)) < Scale || (SInt % Scale) != 0)
886         continue;
887       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI =
888         IVsByStride.find(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(SInt/Scale, Type::UIntTy));
889       if (SI == IVsByStride.end())
890         continue;
891       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
892              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
893         // FIXME: Only handle base == 0 for now.
894         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
895         if (isZero(II->Base) &&
896             II->Base->getType()->isLosslesslyConvertibleTo(Ty)) {
897           IV = *II;
898           return Scale;
899         }
900     }
901   }
902
903   return 0;
904 }
905
906 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
907 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
908 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
909   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
910 }
911
912 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
913 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
914 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
915 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
916                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
917                                                       Loop *L,
918                                                       bool isOnlyStride) {
919   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
920   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
921   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
922   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
923   // have the full access expression to rewrite the use.
924   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
925   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
926   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
927     UsersToProcess.push_back(Uses.Users[i]);
928     
929     // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
930     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
931     // computed.
932     MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
933                                     UsersToProcess.back().Imm, L);
934     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
935            "Base value is not loop invariant!");
936   }
937
938   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
939   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
940   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
941   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
942   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
943   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
944   // UsersToProcess base values.
945   SCEVHandle CommonExprs =
946     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess);
947   
948   // Check if it is possible to reuse a IV with stride that is factor of this
949   // stride. And the multiple is a number that can be encoded in the scale
950   // field of the target addressing mode.
951   PHINode *NewPHI = NULL;
952   Value   *IncV   = NULL;
953   IVExpr   ReuseIV;
954   unsigned RewriteFactor = CheckForIVReuse(Stride, ReuseIV,
955                                            CommonExprs->getType());
956   if (RewriteFactor != 0) {
957     DEBUG(std::cerr << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
958           << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n");
959     NewPHI = ReuseIV.PHI;
960     IncV   = ReuseIV.IncV;
961   }
962
963   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
964   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
965   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
966   // of the remaining uses.
967   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
968     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
969     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
970     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
971     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
972       UsersToProcess[i].Imm = SCEVAddExpr::get(UsersToProcess[i].Imm,
973                                                UsersToProcess[i].Base);
974       UsersToProcess[i].Base = 
975         SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
976     } else {
977       
978       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
979       // the store is through the expression, not of the expression though.
980       bool isAddress = isa<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst);
981       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
982         if (SI->getOperand(1) == UsersToProcess[i].OperandValToReplace)
983           isAddress = true;
984       
985       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Base, UsersToProcess[i].Imm,
986                           isAddress, L);
987     }
988   }
989
990   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
991   //
992   DEBUG(std::cerr << "INSERTING IV of STRIDE " << *Stride << " and BASE "
993         << *CommonExprs << " :\n");
994
995   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
996   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
997   
998   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
999   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1000   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1001   
1002   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1003
1004   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1005
1006   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1007   Value *CommonBaseV
1008     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt,
1009                                       ReplacedTy);
1010
1011   if (RewriteFactor == 0) {
1012     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1013     NewPHI = new PHINode(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1014     ++NumInserted;
1015   
1016     // Add common base to the new Phi node.
1017     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1018
1019     // Insert the stride into the preheader.
1020     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Stride, PreInsertPt,
1021                                                      ReplacedTy);
1022     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1023
1024     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1025     // latch block, and add it to the Phi node.
1026     SCEVHandle IncExp = SCEVAddExpr::get(SCEVUnknown::get(NewPHI),
1027                                          SCEVUnknown::get(StrideV));
1028   
1029     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator(),
1030                                   ReplacedTy);
1031     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1032     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1033
1034     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1035     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1036   } else {
1037     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1038     if (!C ||
1039         (!C->isNullValue() &&
1040          !isTargetConstant(SCEVUnknown::get(CommonBaseV), TLI)))
1041       // We want the common base emitted into the preheader!
1042       CommonBaseV = new CastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1043                                  "commonbase", PreInsertPt);
1044   }
1045
1046   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1047   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1048   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1049   // vector (so we handle them first).
1050   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1051                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1052   
1053   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1054   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1055   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1056   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1057   //
1058   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1059   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1060   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1061   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1062   // ==.
1063   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1064     // Get a base value.
1065     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1066     
1067     // Compact everything with this base to be consequetive with this one.
1068     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1069       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1070         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1071         ++i;
1072       }
1073     }
1074   }
1075
1076   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1077   // loop handles all users of a particular base.
1078   while (!UsersToProcess.empty()) {
1079     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1080
1081     DEBUG(std::cerr << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":\n");
1082    
1083     // Emit the code for Base into the preheader.
1084     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt,
1085                                                    ReplacedTy);
1086     
1087     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1088     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1089     // this by forcing a noop cast to be inserted into the preheader in this
1090     // case.
1091     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1092       if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, TLI)) {
1093         // We want this constant emitted into the preheader!
1094         BaseV = new CastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1095                              PreInsertPt);       
1096       }
1097     }
1098
1099     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1100     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1101     do {
1102       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1103       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1104
1105       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1106       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1107       Value *RewriteOp = NewPHI;
1108       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1109         RewriteOp = IncV;
1110
1111         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1112         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1113         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1114           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1115       }
1116       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy)
1117         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(RewriteOp, ReplacedTy);
1118
1119       SCEVHandle RewriteExpr = SCEVUnknown::get(RewriteOp);
1120
1121       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1122       // to have the code emitted where we expect it.
1123       Rewriter.clear();
1124
1125       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1126       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1127       if (RewriteFactor != 0) {
1128         RewriteExpr =
1129           SCEVMulExpr::get(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1130                                                        RewriteExpr->getType()),
1131                            RewriteExpr);
1132
1133         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1134         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1135         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1136         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1137             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isNullValue())
1138           RewriteExpr = SCEVAddExpr::get(RewriteExpr,
1139                                          SCEVUnknown::get(CommonBaseV));
1140       }
1141
1142       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1143       // immediate and any loop-variant expressions.
1144       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isNullValue())
1145         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1146         RewriteExpr = SCEVAddExpr::get(RewriteExpr, SCEVUnknown::get(BaseV));
1147
1148       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, Rewriter, L, this);
1149
1150       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
1151       // if we just replaced the last use of that value.
1152       DeadInsts.insert(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1153
1154       UsersToProcess.pop_back();
1155       ++NumReduced;
1156
1157       // If there are any more users to process with the same base, process them
1158       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1159     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1160     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1161   }
1162
1163   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1164   // different starting values, into different PHIs.
1165 }
1166
1167 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
1168 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
1169 // common indvars for the different uses.
1170 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
1171   // TODO: implement optzns here.
1172
1173
1174
1175
1176   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
1177   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
1178   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
1179   // one register value.
1180   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
1181   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1182   BasicBlock *LatchBlock =
1183    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
1184   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
1185   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() ||
1186       !isa<SetCondInst>(TermBr->getCondition()))
1187     return;
1188   SetCondInst *Cond = cast<SetCondInst>(TermBr->getCondition());
1189
1190   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
1191   IVStrideUse *CondUse = 0;
1192   const SCEVHandle *CondStride = 0;
1193
1194   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1195        ++Stride) {
1196     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1197       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1198     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1199     
1200     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1201            E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1202       if (UI->User == Cond) {
1203         CondUse = &*UI;
1204         CondStride = &SI->first;
1205         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1206         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1207         // occurs enough in real life to handle.
1208         break;
1209       }
1210   }
1211   if (!CondUse) return;  // setcc doesn't use the IV.
1212
1213   // setcc stride is complex, don't mess with users.
1214   // FIXME: Evaluate whether this is a good idea or not.
1215   if (!isa<SCEVConstant>(*CondStride)) return;
1216
1217   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
1218   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
1219   // the latch block branch, move it.
1220   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
1221     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
1222       Cond->moveBefore(TermBr);
1223     } else {
1224       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
1225       Cond = cast<SetCondInst>(Cond->clone());
1226       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
1227       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
1228       
1229       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
1230       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
1231                                          CondUse->OperandValToReplace);
1232       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
1233     }
1234   }
1235
1236   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
1237   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
1238   // live ranges for the IV correctly.
1239   CondUse->Offset = SCEV::getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
1240   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
1241 }
1242
1243 namespace {
1244   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1245   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1246   // e.g.
1247   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1248   struct StrideCompare {
1249     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1250       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1251       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1252       if (LHSC && RHSC) {
1253         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1254         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1255         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1256         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1257         if (ALV == ARV)
1258           return LV > RV;
1259         else
1260           return ALV < ARV;
1261       }
1262       return (LHSC && !RHSC);
1263     }
1264   };
1265 }
1266
1267 void LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L) {
1268   // First step, transform all loops nesting inside of this loop.
1269   for (LoopInfo::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
1270     runOnLoop(*I);
1271
1272   // Next, find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
1273   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
1274   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
1275   std::set<Instruction*> Processed;   // Don't reprocess instructions.
1276   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
1277     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
1278
1279   // If we have nothing to do, return.
1280   if (IVUsesByStride.empty()) return;
1281
1282   // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
1283   // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
1284   // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
1285   // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
1286   OptimizeIndvars(L);
1287
1288
1289   // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
1290   // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
1291
1292   // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
1293   // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should be
1294   // codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.  Need
1295   // to be careful that IV's are all the same type.  Only works for intptr_t
1296   // indvars.
1297
1298   // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some things.
1299   bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
1300
1301 #ifndef NDEBUG
1302   DEBUG(std::cerr << "\nLSR on ");
1303   DEBUG(L->dump());
1304 #endif
1305
1306   // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
1307   IVsByStride.clear();
1308
1309   // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
1310   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1311
1312   // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users passed
1313   // into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.  Also,
1314   // node that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using StrideOrder.
1315   // This extra layer of indirection makes the ordering of strides deterministic
1316   // - not dependent on map order.
1317   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
1318     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1319       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1320     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1321     StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
1322   }
1323
1324   // Clean up after ourselves
1325   if (!DeadInsts.empty()) {
1326     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1327
1328     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1329     PHINode *PN;
1330     while ((PN = dyn_cast<PHINode>(I))) {
1331       ++I;  // Preincrement iterator to avoid invalidating it when deleting PN.
1332       
1333       // At this point, we know that we have killed one or more GEP
1334       // instructions.  It is worth checking to see if the cann indvar is also
1335       // dead, so that we can remove it as well.  The requirements for the cann
1336       // indvar to be considered dead are:
1337       // 1. the cann indvar has one use
1338       // 2. the use is an add instruction
1339       // 3. the add has one use
1340       // 4. the add is used by the cann indvar
1341       // If all four cases above are true, then we can remove both the add and
1342       // the cann indvar.
1343       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
1344       // compared against some value to decide loop termination.
1345       if (PN->hasOneUse()) {
1346         BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(*(PN->use_begin()));
1347         if (BO && BO->hasOneUse()) {
1348           if (PN == *(BO->use_begin())) {
1349             DeadInsts.insert(BO);
1350             // Break the cycle, then delete the PHI.
1351             PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1352             SE->deleteInstructionFromRecords(PN);
1353             PN->eraseFromParent();
1354           }
1355         }
1356       }
1357     }
1358     DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
1359   }
1360
1361   CastedPointers.clear();
1362   IVUsesByStride.clear();
1363   StrideOrder.clear();
1364   return;
1365 }