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[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 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
48
49 namespace {
50
51   struct BasedUser;
52
53   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
54   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
55   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
56   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
57   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
58     SCEVHandle Offset;
59     Instruction *User;
60     Value *OperandValToReplace;
61
62     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
63     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
64     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
65     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
66     bool isUseOfPostIncrementedValue;
67     
68     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
69       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
70         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
71   };
72   
73   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
74   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
75   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
76   /// structure.
77   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
78     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
79     /// initial value and the operand that uses the IV.
80     std::vector<IVStrideUse> Users;
81     
82     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
83       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
84     }
85   };
86
87   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
88   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
89   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
90   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
91     SCEVHandle  Stride;
92     SCEVHandle  Base;
93     PHINode    *PHI;
94     Value      *IncV;
95
96     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
97            Value *incv)
98       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
99   };
100
101   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
102   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
103   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
104     std::vector<IVExpr> IVs;
105
106     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
107                Value *IncV) {
108       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
109     }
110   };
111
112   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
113     LoopInfo *LI;
114     DominatorTree *DT;
115     ScalarEvolution *SE;
116     const TargetData *TD;
117     const Type *UIntPtrTy;
118     bool Changed;
119
120     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
121     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
122     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
123
124     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
125     /// particular stride.
126     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
127
128     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
129     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
130     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
131     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
132
133     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
134     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
135     /// getCastedVersionOf.
136     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
137
138     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
139     /// we can remove them after we are done working.
140     SmallVector<Instruction*, 16> DeadInsts;
141
142     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
143     /// transformation profitability.
144     const TargetLowering *TLI;
145
146   public:
147     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
148     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
149       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
150     }
151
152     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
153
154     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
155       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
156       // many analyses if they are around.
157       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
158       AU.addPreserved<LoopInfo>();
159       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
160       AU.addPreserved<DominatorTree>();
161
162       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
163       AU.addRequired<LoopInfo>();
164       AU.addRequired<DominatorTree>();
165       AU.addRequired<TargetData>();
166       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
167       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
168     }
169     
170     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
171     ///
172     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
173 private:
174     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
175                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
176     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
177     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
178                                   IVStrideUse* &CondUse,
179                                   const SCEVHandle* &CondStride);
180     void OptimizeIndvars(Loop *L);
181
182     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
183     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
184     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
185
186     /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
187     /// if it uses an smax computation.
188     ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
189                            IVStrideUse* &CondUse);
190
191     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
192                            const SCEVHandle *&CondStride);
193     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
194     int64_t CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEVHandle&,
195                              IVExpr&, const Type*,
196                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
197     bool ValidStride(bool, int64_t,
198                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
199     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
200                               IVUsersOfOneStride &Uses,
201                               Loop *L,
202                               bool &AllUsesAreAddresses,
203                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
204                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
205     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
206                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
207                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
208     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
209   };
210 }
211
212 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
213 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
214 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
215
216 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
217   return new LoopStrengthReduce(TLI);
218 }
219
220 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
221 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
222 ///
223 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
224                                               Value *V) {
225   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
226   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
227     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
228
229   Value *&New = CastedPointers[V];
230   if (New) return New;
231   
232   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
233   DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(New));
234   return New;
235 }
236
237
238 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
239 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
240 /// their operands subsequently dead.
241 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
242   if (DeadInsts.empty()) return;
243   
244   // Sort the deadinsts list so that we can trivially eliminate duplicates as we
245   // go.  The code below never adds a non-dead instruction to the worklist, but
246   // callers may not be so careful.
247   array_pod_sort(DeadInsts.begin(), DeadInsts.end());
248
249   // Drop duplicate instructions and those with uses.
250   for (unsigned i = 0, e = DeadInsts.size()-1; i < e; ++i) {
251     Instruction *I = DeadInsts[i];
252     if (!I->use_empty()) DeadInsts[i] = 0;
253     while (i != e && DeadInsts[i+1] == I)
254       DeadInsts[++i] = 0;
255   }
256   
257   while (!DeadInsts.empty()) {
258     Instruction *I = DeadInsts.back();
259     DeadInsts.pop_back();
260     
261     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
262       continue;
263
264     SE->deleteValueFromRecords(I);
265
266     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
267       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
268         *OI = 0;
269         if (U->use_empty())
270           DeadInsts.push_back(U);
271       }
272     }
273     
274     I->eraseFromParent();
275     Changed = true;
276   }
277 }
278
279
280 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
281 /// instruction.
282 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
283   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
284   // operand.
285   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
286     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
287       return SE->getSCEV(BCI);
288     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
289     SE->setSCEV(BCI, R);
290     return R;
291   }
292
293   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
294   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
295   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
296   // SE figure it out.
297   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
298   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
299     return SE->getSCEV(Exp);
300     
301   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
302   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
303   // all operands the are not dependent on the IV.
304
305   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
306   // uintptr_t first.
307   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
308       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
309
310   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
311   
312   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
313        i != e; ++i, ++GTI) {
314     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
315     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
316     // operand.
317     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
318       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
319       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(*i)->getZExtValue();
320       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
321       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
322                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
323     } else {
324       unsigned GEPOpiBits = 
325         (*i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
326       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
327       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
328           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
329             Instruction::BitCast));
330       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, *i);
331       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
332
333       uint64_t TypeSize = TD->getABITypeSize(GTI.getIndexedType());
334       if (TypeSize != 1)
335         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
336                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
337                                                              TypeSize)));
338       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
339     }
340   }
341
342   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
343   return GEPVal;
344 }
345
346 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
347 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
348 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
349 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
350 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
351                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
352                                   ScalarEvolution *SE) {
353   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
354
355   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
356   // for a nested AddRecExpr.
357   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
358     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
359       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
360              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
361         if (AddRec->getLoop() == L)
362           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
363         else
364           return false;  // Nested IV of some sort?
365       } else {
366         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
367       }
368         
369   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
370     TheAddRec = SH;
371   } else {
372     return false;  // not analyzable.
373   }
374   
375   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
376   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
377   
378   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
379   if (!AddRec->isAffine()) return false;
380
381   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
382   
383   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
384     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
385          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
386
387   Stride = AddRec->getOperand(1);
388   return true;
389 }
390
391 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
392 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
393 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
394 ///
395 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
396 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
397 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
398 /// should use the post-inc value).
399 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
400                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
401                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
402   // If the user is in the loop, use the preinc value.
403   if (L->contains(User->getParent())) return false;
404   
405   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
406   
407   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
408   // block, use the post-inc value.
409   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
410     return true;
411
412   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
413   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
414   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
415   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
416   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
417   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
418   
419   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
420   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
421   // preincremented value.
422   unsigned NumUses = 0;
423   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
424     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
425       ++NumUses;
426       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
427         return false;
428     }
429
430   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
431   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
432   // post-incremented value.
433   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
434     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
435       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
436       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
437       // PHI.
438       e = PN->getNumIncomingValues();
439       if (--NumUses == 0) break;
440     }
441
442   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
443   DeadInsts.push_back(User);
444   
445   return true;
446 }
447
448 /// isAddress - Returns true if the specified instruction is using the
449 /// specified value as an address.
450 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
451   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
452   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
453     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
454       isAddress = true;
455   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
456     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
457     // of intrinsics.
458     switch (II->getIntrinsicID()) {
459       default: break;
460       case Intrinsic::prefetch:
461       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
462       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
463       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
464       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
465       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
466       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
467       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
468         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
469           isAddress = true;
470         break;
471     }
472   }
473   return isAddress;
474 }
475
476 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
477 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
478 /// return true.  Otherwise, return false.
479 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
480                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
481   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
482     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
483   if (!Processed.insert(I))
484     return true;    // Instruction already handled.
485   
486   // Get the symbolic expression for this instruction.
487   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
488   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
489   
490   // Get the start and stride for this expression.
491   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
492   SCEVHandle Stride = Start;
493   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE))
494     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
495
496   std::vector<Instruction *> IUsers;
497   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
498   // invalidate use_iterator.
499   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
500     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
501
502   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
503        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
504
505     Instruction *User = IUsers[iused_index];
506
507     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
508     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
509       continue;
510
511     // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
512     // don't recurse into it.
513     bool AddUserToIVUsers = false;
514     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
515       DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
516            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
517       AddUserToIVUsers = true;
518     } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
519       DOUT << "FOUND USER: " << *User
520            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
521       AddUserToIVUsers = true;
522     }
523
524     if (AddUserToIVUsers) {
525       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
526       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurrence of this stride?
527         StrideOrder.push_back(Stride);
528       
529       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
530       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
531       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
532       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
533         // The value used will be incremented by the stride more than we are
534         // expecting, so subtract this off.
535         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
536         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
537         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
538         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
539       } else {        
540         StrideUses.addUser(Start, User, I);
541       }
542     }
543   }
544   return true;
545 }
546
547 namespace {
548   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
549   /// partitioned the expression so far.
550   struct BasedUser {
551     /// SE - The current ScalarEvolution object.
552     ScalarEvolution *SE;
553
554     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
555     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
556     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
557     /// field.
558     SCEVHandle Base;
559     
560     /// Inst - The instruction using the induction variable.
561     Instruction *Inst;
562
563     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
564     /// EmittedBase.
565     Value *OperandValToReplace;
566
567     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
568     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
569     /// instruction.
570     SCEVHandle Imm;
571
572     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
573     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
574     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
575     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
576     // the loop.
577     bool isUseOfPostIncrementedValue;
578     
579     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
580       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
581         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
582         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
583         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
584
585     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
586     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
587     // to it.
588     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
589                                         Instruction *InsertPt,
590                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
591                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts);
592     
593     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
594                                        SCEVExpander &Rewriter,
595                                        Instruction *IP, Loop *L);
596     void dump() const;
597   };
598 }
599
600 void BasedUser::dump() const {
601   cerr << " Base=" << *Base;
602   cerr << " Imm=" << *Imm;
603   cerr << "   Inst: " << *Inst;
604 }
605
606 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
607                                               SCEVExpander &Rewriter,
608                                               Instruction *IP, Loop *L) {
609   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
610   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
611   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
612   // many loops as possible.
613   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
614   Instruction *BaseInsertPt = IP;
615   
616   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
617   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
618   
619   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
620   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
621   if (L->contains(IP->getParent()))
622     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
623       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
624       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
625     }
626   
627   // If there is no immediate value, skip the next part.
628   if (Imm->isZero())
629     return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
630
631   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
632
633   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
634   // adjust the IP position if insertion reused a result.
635   if (IP == BaseInsertPt)
636     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
637   
638   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
639   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
640   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
641   
642 }
643
644
645 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
646 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
647 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
648 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
649 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
650 //
651 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
652                                                Instruction *NewBasePt,
653                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
654                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
655   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
656     // By default, insert code at the user instruction.
657     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
658     
659     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
660     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
661     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
662     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
663     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
664     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
665     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
666     // In this case, we have to back off.
667     //
668     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
669     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
670     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
671     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
672       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
673         InsertPt = NewBasePt;
674         ++InsertPt;
675       } else if (Instruction *OpInst
676                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
677         InsertPt = OpInst;
678         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
679       }
680     }
681     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
682     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
683     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
684     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
685     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
686       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
687                                             NewVal,
688                                             OperandValToReplace->getType());
689     }
690     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
691     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
692     DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm;
693     DOUT << "  \tNEWBASE =" << *NewBase;
694     DOUT << "  \tInst = " << *Inst;
695     return;
696   }
697   
698   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
699   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
700   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
701   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
702   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
703   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
704   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
705   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
706     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
707       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
708       // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
709       // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
710       // be in an illegal position.
711       BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
712       if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
713           (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
714         
715         // First step, split the critical edge.
716         SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
717             
718         // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
719         // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
720         // move the block to be immediately before the PHI block, not
721         // immediately after PredTI.
722         if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
723           BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
724           NewBB->moveBefore(PN->getParent());
725         }
726         
727         // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
728         e = PN->getNumIncomingValues();
729       }
730
731       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
732       if (!Code) {
733         // Insert the code into the end of the predecessor block.
734         Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
735         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
736
737         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
738         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
739         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
740         // redundant expressions.
741         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
742           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
743                                               Code,
744                                               PN->getType());
745         }
746       }
747       
748       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
749       PN->setIncomingValue(i, Code);
750       Rewriter.clear();
751     }
752   }
753
754   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
755   DeadInsts.push_back(Inst);
756
757   DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
758 }
759
760
761 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
762 /// mode, and does not need to be put in a register first.
763 static bool fitsInAddressMode(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
764                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
765   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
766     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
767     if (TLI) {
768       TargetLowering::AddrMode AM;
769       AM.BaseOffs = VC;
770       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
771       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
772     } else {
773       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
774       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
775     }
776   }
777
778   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
779     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
780       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
781         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
782         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
783           TargetLowering::AddrMode AM;
784           AM.BaseGV = GV;
785           AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
786           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
787         }
788       }
789   return false;
790 }
791
792 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
793 /// loop varying to the Imm operand.
794 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
795                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
796   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
797   
798   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
799     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
800     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
801     
802     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
803       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
804         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
805         // field of the expression.
806         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
807       } else {
808         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
809       }
810
811     if (NewOps.empty())
812       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
813     else
814       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
815   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
816     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
817     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
818     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
819     
820     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
821     Ops[0] = Start;
822     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
823   } else {
824     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
825     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
826     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
827   }
828 }
829
830
831 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
832 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
833 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
834 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
835                                 Instruction *User,
836                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
837                                 bool isAddress, Loop *L,
838                                 ScalarEvolution *SE) {
839   const Type *UseTy = User->getType();
840   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
841     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
842
843   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
844     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
845     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
846     
847     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
848       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
849       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
850       
851       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
852         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
853         // field of the expression.
854         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
855       } else {
856         NewOps.push_back(NewOp);
857       }
858     }
859
860     if (NewOps.empty())
861       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
862     else
863       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
864     return;
865   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
866     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
867     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
868     MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L, SE);
869     
870     if (Start != SARE->getStart()) {
871       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
872       Ops[0] = Start;
873       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
874     }
875     return;
876   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
877     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
878     if (isAddress && fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), UseTy, TLI, false) &&
879         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
880
881       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
882       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
883       MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
884       
885       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
886       // simplify this!
887       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
888         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
889         // good.
890         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
891         if (fitsInAddressMode(SubImm, UseTy, TLI, false)) {
892           // Accumulate the immediate.
893           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
894           
895           // Update what is left of 'Val'.
896           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
897           return;
898         }
899       }
900     }
901   }
902
903   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
904   // expression.
905   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, UseTy, TLI, false)) ||
906       !Val->isLoopInvariant(L)) {
907     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
908     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
909     return;
910   }
911
912   // Otherwise, no immediates to move.
913 }
914
915
916 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
917 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
918 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
919 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
920                              SCEVHandle Expr,
921                              ScalarEvolution *SE) {
922   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
923     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
924       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
925   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
926     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
927     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
928       SubExprs.push_back(Expr);
929     } else {
930       // Compute the addrec with zero as its base.
931       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
932       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
933       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
934       
935
936       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
937     }
938   } else if (!Expr->isZero()) {
939     // Do not add zero.
940     SubExprs.push_back(Expr);
941   }
942 }
943
944 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
945 // to make it file scope.
946 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
947
948 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
949 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
950 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
951 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
952 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
953 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
954 /// is *removed* from the Bases and returned.
955 static SCEVHandle 
956 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
957                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
958                                     const TargetLowering *TLI) {
959   unsigned NumUses = Uses.size();
960
961   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
962   // cheaply.
963   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
964   SCEVHandle Result = Zero;
965   SCEVHandle FreeResult = Zero;
966   if (NumUses == 1) {
967     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
968     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
969     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
970     // so just use 0 as the base.
971     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
972       std::swap(Result, Uses[0].Base);
973     return Result;
974   }
975
976   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
977   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
978   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
979   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
980   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
981   std::map<SCEVHandle, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
982   
983   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
984   // order we see them.
985   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
986
987   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
988   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
989   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
990     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
991     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
992     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
993     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
994     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
995     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
996     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
997       continue;
998     NumUsesInsideLoop++;
999     
1000     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
1001     // CSEs we can find.
1002     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
1003
1004     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
1005     // mode rather than hoisting them.
1006     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
1007     // We may need the UseTy below, but only when isAddrUse, so compute it
1008     // only in that case.
1009     const Type *UseTy = 0;
1010     if (isAddrUse) {
1011       UseTy  = Uses[i].Inst->getType();
1012       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Uses[i].Inst))
1013         UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1014     }
1015
1016     // Split the expression into subexprs.
1017     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1018     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
1019     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
1020     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
1021     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
1022     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1023       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
1024         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
1025       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], UseTy, TLI, false))
1026         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
1027     }
1028     SubExprs.clear();
1029   }
1030
1031   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
1032   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
1033   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
1034     std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1035        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
1036     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
1037     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
1038       if (I->second.notAllUsesAreFree)
1039         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
1040       else 
1041         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
1042     } else
1043       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
1044       SubExpressionUseData.erase(I);
1045   }
1046
1047   if (FreeResult != Zero) {
1048     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
1049     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
1050     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
1051     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
1052     // and a Result in the same instruction (for example because it would
1053     // require too many registers).  Check this.
1054     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
1055       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1056         continue;
1057       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
1058       // are not, FreeResult would be Zero.
1059       const Type *UseTy = Uses[i].Inst->getType();
1060       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Uses[i].Inst))
1061         UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1062       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, UseTy, TLI, Result!=Zero)) {
1063         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
1064         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
1065         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
1066         FreeResult = Zero;
1067         break;
1068       }
1069     }
1070   }
1071
1072   // If we found no CSE's, return now.
1073   if (Result == Zero) return Result;
1074   
1075   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
1076   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
1077   if (FreeResult != Zero) {
1078     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
1079     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1080       std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1081          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
1082       SubExpressionUseData.erase(I);
1083     }
1084     SubExprs.clear();
1085   }
1086
1087   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
1088   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1089     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
1090     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
1091     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
1092     // subtract off the base to compensate for this.
1093     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
1094       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
1095       continue;
1096     }
1097
1098     // Split the expression into subexprs.
1099     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1100
1101     // Remove any common subexpressions.
1102     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
1103       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
1104         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
1105         --j; --e;
1106       }
1107     
1108     // Finally, add the non-shared expressions together.
1109     if (SubExprs.empty())
1110       Uses[i].Base = Zero;
1111     else
1112       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
1113     SubExprs.clear();
1114   }
1115  
1116   return Result;
1117 }
1118
1119 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
1120 /// stores in UsersToProcess.
1121 ///
1122 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
1123                                int64_t Scale, 
1124                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1125   if (!TLI)
1126     return true;
1127
1128   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1129     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1130     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1131     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1132       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
1133     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1134       AccessTy = LI->getType();
1135     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1136       continue;
1137     
1138     TargetLowering::AddrMode AM;
1139     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1140       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1141     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1142     AM.Scale = Scale;
1143
1144     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1145     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1146       return false;
1147   }
1148   return true;
1149 }
1150
1151 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty to NewTy is not
1152 /// a nop.
1153 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1154                                                 const Type *Ty2) {
1155   if (Ty1 == Ty2)
1156     return false;
1157   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1158     return false;
1159   return (!Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2) &&
1160           !(isa<PointerType>(Ty2) &&
1161             Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)) &&
1162           !(isa<PointerType>(Ty1) &&
1163             Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy)));
1164 }
1165
1166 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1167 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1168 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1169 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1170 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1171 int64_t LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1172                                 bool AllUsesAreAddresses,
1173                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1174                                 const SCEVHandle &Stride, 
1175                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1176                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1177   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1178     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1179     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1180          ++NewStride) {
1181       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1182                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1183       if (SI == IVsByStride.end()) 
1184         continue;
1185       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1186       if (SI->first != Stride &&
1187           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1188         continue;
1189       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1190       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1191       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1192       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1193       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1194       // multiplications.
1195       if (Scale == 1 ||
1196           (AllUsesAreAddresses &&
1197            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1198         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1199                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1200           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1201           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1202           if (II->Base->isZero() &&
1203               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1204             IV = *II;
1205             return Scale;
1206           }
1207     }
1208   }
1209   return 0;
1210 }
1211
1212 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1213 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1214 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1215   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1216 }
1217
1218 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1219 /// not a constant.
1220 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1221   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1222   if (!Mul) return false;
1223   
1224   // If there is a constant factor, it will be first.
1225   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1226   if (!SC) return false;
1227   
1228   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1229   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1230 }
1231
1232 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1233 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1234 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1235 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1236 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1237 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1238                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1239                                               Loop *L,
1240                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1241                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1242                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1243   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1244   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1245     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1246     
1247     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1248     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1249     // computed.
1250     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1251                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1252     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1253            "Base value is not loop invariant!");
1254   }
1255
1256   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1257   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1258   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1259   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1260   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1261   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1262   // UsersToProcess base values.
1263   SCEVHandle CommonExprs =
1264     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1265
1266   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1267   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1268   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1269   // of the remaining uses.
1270   unsigned NumPHI = 0;
1271   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1272     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1273     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1274     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1275     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1276       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1277                                              UsersToProcess[i].Base);
1278       UsersToProcess[i].Base = 
1279         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1280     } else {
1281
1282       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1283       // the store is through the expression, not of the expression though.
1284       bool isPHI = false;
1285       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1286                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1287       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1288         isPHI = true;
1289         ++NumPHI;
1290       }
1291
1292       // Not all uses are outside the loop.
1293       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1294      
1295       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1296       if (!isAddress && !isPHI)
1297         AllUsesAreAddresses = false;
1298       
1299       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1300                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1301     }
1302   }
1303
1304   // If one of the use if a PHI node and all other uses are addresses, still
1305   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1306   // for one fewer iv.
1307   if (NumPHI > 1)
1308     AllUsesAreAddresses = false;
1309
1310   return CommonExprs;
1311 }
1312
1313 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1314 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1315 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1316 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1317                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1318                                                       Loop *L,
1319                                                       bool isOnlyStride) {
1320   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1321   if (Uses.Users.empty())
1322     return;
1323
1324   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1325   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1326   // smaller-stride IV.
1327   bool AllUsesAreAddresses = true;
1328
1329   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1330   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1331   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1332   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1333
1334   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1335   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1336   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1337   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1338   // have the full access expression to rewrite the use.
1339   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1340   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1341                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1342                                           UsersToProcess);
1343
1344   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1345   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1346   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1347   // valid.
1348   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1349   
1350   // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1351   // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1352   // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1353   // that we will have a valid instruction after this substition, including the
1354   // immediate field, if any.
1355   PHINode *NewPHI = NULL;
1356   Value   *IncV   = NULL;
1357   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1358                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1359                    0, 0);
1360   int64_t RewriteFactor = 0;
1361   RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1362                                   AllUsesAreOutsideLoop,
1363                                   Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1364                                   UsersToProcess);
1365   if (RewriteFactor != 0) {
1366     DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1367          << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
1368     NewPHI = ReuseIV.PHI;
1369     IncV   = ReuseIV.IncV;
1370   }
1371
1372   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1373   
1374   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1375   //
1376   DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1377        << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << ": ";
1378
1379   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1380   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1381   
1382   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1383   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1384   Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
1385   
1386   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1387
1388
1389   // Emit the initial base value into the loop preheader.
1390   Value *CommonBaseV
1391     = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1392
1393   if (RewriteFactor == 0) {
1394     // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
1395     NewPHI = PHINode::Create(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
1396     ++NumInserted;
1397   
1398     // Add common base to the new Phi node.
1399     NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
1400
1401     // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1402     // increment.
1403     bool isNegative = isNonConstantNegative(Stride);
1404     SCEVHandle IncAmount = Stride;
1405     if (isNegative)
1406       IncAmount = SE->getNegativeSCEV(Stride);
1407     
1408     // Insert the stride into the preheader.
1409     Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(IncAmount, PreInsertPt);
1410     if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
1411
1412     // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
1413     // latch block, and add it to the Phi node.
1414     SCEVHandle IncExp = SE->getUnknown(StrideV);
1415     if (isNegative)
1416       IncExp = SE->getNegativeSCEV(IncExp);
1417     IncExp = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(NewPHI), IncExp);
1418   
1419     IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator());
1420     IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
1421     NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
1422
1423     // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1424     IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
1425     
1426     DOUT << " IV=%" << NewPHI->getNameStr() << " INC=%" << IncV->getNameStr();
1427   } else {
1428     Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1429     if (!C ||
1430         (!C->isNullValue() &&
1431          !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), ReplacedTy, 
1432                            TLI, false)))
1433       // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1434       // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1435       CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
1436                                     "commonbase", PreInsertPt);
1437   }
1438   DOUT << "\n";
1439
1440   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1441   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1442   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1443   // vector (so we handle them first).
1444   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1445                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1446   
1447   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1448   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1449   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1450   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1451   //
1452   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1453   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1454   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1455   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1456   // ==.
1457   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1458     // Get a base value.
1459     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1460     
1461     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1462     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1463       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1464         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1465         ++i;
1466       }
1467     }
1468   }
1469
1470   // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
1471   // loop handles all users of a particular base.
1472   while (!UsersToProcess.empty()) {
1473     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1474
1475     // Emit the code for Base into the preheader.
1476     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1477
1478     DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
1479     if (BaseV->hasName())
1480       DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
1481     DOUT << "\n";
1482
1483     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1484     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1485     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1486     // in this case.
1487     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1488       if (!C->isNullValue() && !fitsInAddressMode(Base, ReplacedTy, 
1489                                                  TLI, false)) {
1490         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1491         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1492         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1493                                 PreInsertPt);       
1494       }
1495     }
1496
1497     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1498     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1499     do {
1500       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1501       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1502
1503       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1504       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1505       Value *RewriteOp = NewPHI;
1506       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1507         RewriteOp = IncV;
1508
1509         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1510         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1511         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1512           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1513       }
1514       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1515         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1516         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1517             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1518           opcode = Instruction::BitCast;
1519         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1520       }
1521
1522       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1523
1524       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1525       // consider that they may not have been able to end up immediately
1526       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1527       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1528       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1529       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1530       // RewriteExpr.
1531       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1532       if (RewriteOp == NewPHI) NewBasePt = 0;
1533
1534       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1535       // to have the code emitted where we expect it.
1536       Rewriter.clear();
1537
1538       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1539       // factor take advantage of addressing mode scale component.
1540       if (RewriteFactor != 0) {
1541         RewriteExpr = SE->getMulExpr(SE->getIntegerSCEV(RewriteFactor,
1542                                                         RewriteExpr->getType()),
1543                                      RewriteExpr);
1544
1545         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
1546         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
1547         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
1548         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
1549             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
1550           RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
1551                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
1552       }
1553
1554       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
1555       // immediate and any loop-variant expressions.
1556       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
1557         // Add BaseV to the PHI value if needed.
1558         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
1559
1560       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
1561                                           Rewriter, L, this,
1562                                           DeadInsts);
1563
1564       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
1565       // if we just replaced the last use of that value.
1566       DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
1567
1568       UsersToProcess.pop_back();
1569       ++NumReduced;
1570
1571       // If there are any more users to process with the same base, process them
1572       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
1573     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
1574     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
1575   }
1576
1577   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
1578   // different starting values, into different PHIs.
1579 }
1580
1581 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1582 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1583 /// false.
1584 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
1585                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
1586   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
1587        ++Stride) {
1588     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1589     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1590     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1591     
1592     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1593          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
1594       if (UI->User == Cond) {
1595         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1596         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1597         // occurs enough in real life to handle.
1598         CondUse = &*UI;
1599         CondStride = &SI->first;
1600         return true;
1601       }
1602   }
1603   return false;
1604 }    
1605
1606 namespace {
1607   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
1608   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
1609   // e.g.
1610   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
1611   struct StrideCompare {
1612     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1613       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
1614       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
1615       if (LHSC && RHSC) {
1616         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
1617         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
1618         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
1619         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
1620         if (ALV == ARV)
1621           return LV > RV;
1622         else
1623           return ALV < ARV;
1624       }
1625       return (LHSC && !RHSC);
1626     }
1627   };
1628 }
1629
1630 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
1631 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
1632 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
1633 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
1634 ///
1635 /// loop:
1636 /// ...
1637 /// v1 = v1 + 3
1638 /// v2 = v2 + 1
1639 /// if (v2 < 10) goto loop
1640 /// =>
1641 /// loop:
1642 /// ...
1643 /// v1 = v1 + 3
1644 /// if (v1 < 30) goto loop
1645 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1646                                                 IVStrideUse* &CondUse,
1647                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
1648   if (StrideOrder.size() < 2 ||
1649       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
1650     return Cond;
1651   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
1652   if (!SC) return Cond;
1653   ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
1654   if (!C) return Cond;
1655
1656   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
1657   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1658   int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
1659   unsigned BitWidth = C->getValue().getBitWidth();
1660   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
1661   const Type *CmpTy = C->getType();
1662   const Type *NewCmpTy = NULL;
1663   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1664   unsigned NewTyBits = 0;
1665   int64_t NewCmpVal = CmpVal;
1666   SCEVHandle *NewStride = NULL;
1667   Value *NewIncV = NULL;
1668   int64_t Scale = 1;
1669
1670   // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
1671   // overflow.
1672   if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
1673     return Cond;
1674
1675   // Look for a suitable stride / iv as replacement.
1676   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
1677   for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
1678     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1679       IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
1680     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1681       continue;
1682     int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1683     if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
1684       continue;
1685
1686     Scale = SSInt / CmpSSInt;
1687     NewCmpVal = CmpVal * Scale;
1688     APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
1689     // Check for overflow.
1690     if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal) {
1691       NewCmpVal = CmpVal;
1692       continue;
1693     }
1694
1695     // Watch out for overflow.
1696     if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
1697         (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
1698       NewCmpVal = CmpVal;
1699
1700     if (NewCmpVal != CmpVal) {
1701       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
1702       NewIncV = NULL;
1703       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1704              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
1705         NewIncV = UI->OperandValToReplace;
1706         if (NewIncV->getType() == CmpTy)
1707           break;
1708       }
1709       if (!NewIncV) {
1710         NewCmpVal = CmpVal;
1711         continue;
1712       }
1713
1714       NewCmpTy = NewIncV->getType();
1715       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
1716         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
1717         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
1718       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
1719         // Check if it is possible to rewrite it using
1720         // an iv / stride of a smaller integer type.
1721         bool TruncOk = false;
1722         if (NewCmpTy->isInteger()) {
1723           unsigned Bits = NewTyBits;
1724           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
1725             --Bits;
1726           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
1727           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
1728             TruncOk = true;
1729         }
1730         if (!TruncOk) {
1731           NewCmpVal = CmpVal;
1732           continue;
1733         }
1734       }
1735
1736       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
1737       // of a different type.
1738       // FIXME: too conservative?
1739       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset)) {
1740         NewCmpVal = CmpVal;
1741         continue;
1742       }
1743
1744       bool AllUsesAreAddresses = true;
1745       bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1746       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1747       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
1748                                               AllUsesAreAddresses,
1749                                               AllUsesAreOutsideLoop,
1750                                               UsersToProcess);
1751       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
1752       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
1753       if (AllUsesAreAddresses &&
1754           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess)) {
1755         NewCmpVal = CmpVal;
1756         continue;
1757       }
1758
1759       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
1760       // for equality.
1761       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
1762         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
1763
1764       NewStride = &StrideOrder[i];
1765       break;
1766     }
1767   }
1768
1769   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
1770   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
1771   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
1772   // before the branch. See
1773   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
1774   // for an example of this situation.
1775   if (!Cond->hasOneUse()) {
1776     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
1777          I != E; ++I)
1778       if (I == NewIncV)
1779         return Cond;
1780   }
1781
1782   if (NewCmpVal != CmpVal) {
1783     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
1784     ICmpInst *OldCond = Cond;
1785     Value *RHS;
1786     if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
1787       RHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
1788     else {
1789       RHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
1790       RHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr, RHS, NewCmpTy);
1791     }
1792     // Insert new compare instruction.
1793     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewIncV, RHS,
1794                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
1795                         OldCond);
1796
1797     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
1798     DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
1799     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
1800     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
1801     OldCond->eraseFromParent();
1802
1803     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
1804     SCEVHandle NewOffset = TyBits == NewTyBits
1805       ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
1806                        SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
1807       : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
1808         cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
1809     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewIncV);
1810     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
1811     CondStride = NewStride;
1812     ++NumEliminated;
1813   }
1814
1815   return Cond;
1816 }
1817
1818 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1819 /// an smax computation.
1820 ///
1821 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1822 /// like this:
1823 ///
1824 ///   i = 0;
1825 ///   do {
1826 ///     p[i] = 0.0;
1827 ///   } while (++i < n);
1828 ///
1829 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
1830 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
1831 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
1832 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
1833 //
1834 ///   if (n > 0) {
1835 ///     i = 0;
1836 ///     do {
1837 ///       p[i] = 0.0;
1838 ///     } while (++i < n);
1839 ///   }
1840 ///
1841 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1842 /// test in such a way that indvars can't find it.
1843 ///
1844 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1845 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
1846 /// induction variable:
1847 ///
1848 ///   i = 0;
1849 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
1850 ///   do {
1851 ///     p[i] = 0.0;
1852 ///   } while (++i != smax);
1853 ///
1854 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1855 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1856 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1857 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1858 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
1859 /// the loop has a canonical induction variable.
1860 ///
1861 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1862 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1863 ///
1864 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1865 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1866 /// the instructions for the maximum computation.
1867 ///
1868 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
1869                                            IVStrideUse* &CondUse) {
1870   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1871   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1872       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1873     return Cond;
1874
1875   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1876   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1877
1878   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
1879   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
1880     return Cond;
1881   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, IterationCount->getType());
1882
1883   // Adjust for an annoying getIterationCount quirk.
1884   IterationCount = SE->getAddExpr(IterationCount, One);
1885
1886   // Check for a max calculation that matches the pattern.
1887   SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
1888   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
1889
1890   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
1891   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
1892   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
1893
1894   // Check the relevant induction variable for conformance to
1895   // the pattern.
1896   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
1897   SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1898   if (!AR || !AR->isAffine() ||
1899       AR->getStart() != One ||
1900       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
1901     return Cond;
1902
1903   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
1904   // be used in the new comparison instruction.
1905   Value *NewRHS = 0;
1906   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
1907     NewRHS = Sel->getOperand(1);
1908   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
1909     NewRHS = Sel->getOperand(2);
1910   if (!NewRHS) return Cond;
1911
1912   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
1913   // delete the max calculation.
1914   ICmpInst *NewCond =
1915     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
1916                    CmpInst::ICMP_SLT :
1917                    CmpInst::ICMP_SGE,
1918                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
1919
1920   // Delete the max calculation instructions.
1921   SE->deleteValueFromRecords(Cond);
1922   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
1923   Cond->eraseFromParent();
1924   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
1925   SE->deleteValueFromRecords(Sel);
1926   Sel->eraseFromParent();
1927   if (Cmp->use_empty()) {
1928     SE->deleteValueFromRecords(Cmp);
1929     Cmp->eraseFromParent();
1930   }
1931   CondUse->User = NewCond;
1932   return NewCond;
1933 }
1934
1935 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1936 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
1937 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
1938
1939   SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
1940   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
1941     return;
1942
1943   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
1944        ++Stride) {
1945     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
1946       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
1947     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
1948     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
1949       continue;
1950
1951     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
1952            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
1953       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
1954       ++UI;
1955       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
1956       const Type *DestTy = NULL;
1957
1958       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1959          to eliminate this cast.
1960
1961            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
1962              foo((double)i);
1963
1964          is transformed into
1965
1966            double d = 0.0;
1967            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
1968              foo(d);
1969       */
1970       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
1971         DestTy = UCast->getDestTy();
1972       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
1973         DestTy = SCast->getDestTy();
1974       if (!DestTy) continue;
1975
1976       if (TLI) {
1977         /* If target does not support DestTy natively then do not apply
1978            this transformation. */
1979         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
1980         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
1981       }
1982
1983       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1984       if (!PH) continue;
1985       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1986
1987       const Type *SrcTy = PH->getType();
1988       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1989       if (Mantissa == -1) continue; 
1990       if ((int)TD->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1991         continue;
1992
1993       unsigned Entry, Latch;
1994       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1995         Entry = 0;
1996         Latch = 1;
1997       } else {
1998         Entry = 1;
1999         Latch = 0;
2000       }
2001         
2002       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2003       if (!Init) continue;
2004       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2005
2006       BinaryOperator *Incr = 
2007         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2008       if (!Incr) continue;
2009       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2010           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2011         continue;
2012
2013       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2014       ConstantInt *C = NULL;
2015       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2016         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2017       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2018         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2019       else
2020         continue;
2021
2022       if (!C) continue;
2023
2024       /* Add new PHINode. */
2025       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2026
2027       /* create new increment. '++d' in above example. */
2028       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2029       BinaryOperator *NewIncr = 
2030         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
2031                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2032
2033       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2034       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2035
2036       /* Remove cast operation */
2037       SE->deleteValueFromRecords(ShadowUse);
2038       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2039       ShadowUse->eraseFromParent();
2040       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
2041       NumShadow++;
2042       break;
2043     }
2044   }
2045 }
2046
2047 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2048 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2049 // common indvars for the different uses.
2050 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2051   // TODO: implement optzns here.
2052
2053   OptimizeShadowIV(L);
2054
2055   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2056   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2057   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2058   // one register value.
2059   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
2060   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2061   BasicBlock *LatchBlock =
2062    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
2063   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
2064   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
2065       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2066     return;
2067   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2068
2069   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2070   IVStrideUse *CondUse = 0;
2071   const SCEVHandle *CondStride = 0;
2072
2073   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2074     return; // setcc doesn't use the IV.
2075
2076   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
2077   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2078   // comparison to use SLT instead of NE.
2079   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
2080
2081   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2082   // eliminate one stride.
2083   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2084
2085   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2086   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2087   // the latch block branch, move it.
2088   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2089     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2090       Cond->moveBefore(TermBr);
2091     } else {
2092       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2093       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2094       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2095       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2096       
2097       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2098       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
2099                                          CondUse->OperandValToReplace);
2100       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
2101     }
2102   }
2103
2104   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2105   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2106   // live ranges for the IV correctly.
2107   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
2108   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
2109   Changed = true;
2110 }
2111
2112 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2113
2114   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2115   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2116   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2117   TD = &getAnalysis<TargetData>();
2118   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
2119   Changed = false;
2120
2121   // Find all uses of induction variables in this loop, and categorize
2122   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
2123   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
2124   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
2125   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2126     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
2127
2128   if (!IVUsesByStride.empty()) {
2129     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2130     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2131     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2132     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2133     OptimizeIndvars(L);
2134
2135     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
2136     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
2137
2138     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2139     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2140     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2141     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2142     // intptr_t indvars.
2143
2144     // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some
2145     // things.
2146     bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
2147
2148 #ifndef NDEBUG
2149     DOUT << "\nLSR on ";
2150     DEBUG(L->dump());
2151 #endif
2152
2153     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2154     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2155
2156     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2157     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
2158
2159     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2160     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2161     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2162     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2163     // strides deterministic - not dependent on map order.
2164     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
2165       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2166         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2167       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2168       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
2169     }
2170   }
2171
2172   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2173   CastedPointers.clear();
2174   IVUsesByStride.clear();
2175   IVsByStride.clear();
2176   StrideOrder.clear();
2177
2178   // Clean up after ourselves
2179   if (!DeadInsts.empty()) {
2180     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2181
2182     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2183     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2184       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
2185       // It is worth checking to see if the cannonical indvar is also
2186       // dead, so that we can remove it as well.
2187       //
2188       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
2189       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
2190       // and is an instruction with no side effects.
2191       //
2192       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
2193       // compared against some value to decide loop termination.
2194       if (!PN->hasOneUse())
2195         continue;
2196       
2197       SmallPtrSet<PHINode *, 4> PHIs;
2198       for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
2199            J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
2200            J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
2201         // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
2202         if (J == PN) {
2203           // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
2204           SE->deleteValueFromRecords(PN);
2205           PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
2206           DeadInsts.push_back(PN);
2207           Changed = true;
2208           break;
2209         }
2210         // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
2211         // won't prove fruitful.
2212         if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
2213           break;
2214       }
2215     }
2216     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2217   }
2218   return Changed;
2219 }