[LSR][NFC] Remove a stale comment.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs in Loops --------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This transformation analyzes and transforms the induction variables (and
11 // computations derived from them) into forms suitable for efficient execution
12 // on the target.
13 //
14 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
15 // have as one or more of their components the loop induction variable, it
16 // rewrites expressions to take advantage of scaled-index addressing modes
17 // available on the target, and it performs a variety of other optimizations
18 // related to loop induction variables.
19 //
20 // Terminology note: this code has a lot of handling for "post-increment" or
21 // "post-inc" users. This is not talking about post-increment addressing modes;
22 // it is instead talking about code like this:
23 //
24 //   %i = phi [ 0, %entry ], [ %i.next, %latch ]
25 //   ...
26 //   %i.next = add %i, 1
27 //   %c = icmp eq %i.next, %n
28 //
29 // The SCEV for %i is {0,+,1}<%L>. The SCEV for %i.next is {1,+,1}<%L>, however
30 // it's useful to think about these as the same register, with some uses using
31 // the value of the register before the add and some using it after. In this
32 // example, the icmp is a post-increment user, since it uses %i.next, which is
33 // the value of the induction variable after the increment. The other common
34 // case of post-increment users is users outside the loop.
35 //
36 // TODO: More sophistication in the way Formulae are generated and filtered.
37 //
38 // TODO: Handle multiple loops at a time.
39 //
40 // TODO: Should the addressing mode BaseGV be changed to a ConstantExpr instead
41 //       of a GlobalValue?
42 //
43 // TODO: When truncation is free, truncate ICmp users' operands to make it a
44 //       smaller encoding (on x86 at least).
45 //
46 // TODO: When a negated register is used by an add (such as in a list of
47 //       multiple base registers, or as the increment expression in an addrec),
48 //       we may not actually need both reg and (-1 * reg) in registers; the
49 //       negation can be implemented by using a sub instead of an add. The
50 //       lack of support for taking this into consideration when making
51 //       register pressure decisions is partly worked around by the "Special"
52 //       use kind.
53 //
54 //===----------------------------------------------------------------------===//
55
56 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
57 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
58 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
59 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
60 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
61 #include "llvm/ADT/SmallBitVector.h"
62 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
63 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
64 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
65 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
66 #include "llvm/IR/Constants.h"
67 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
68 #include "llvm/IR/Dominators.h"
69 #include "llvm/IR/Instructions.h"
70 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
71 #include "llvm/IR/Module.h"
72 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
73 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
74 #include "llvm/Support/Debug.h"
75 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
76 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
77 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
78 #include <algorithm>
79 using namespace llvm;
80
81 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
82
83 /// MaxIVUsers is an arbitrary threshold that provides an early opportunitiy for
84 /// bail out. This threshold is far beyond the number of users that LSR can
85 /// conceivably solve, so it should not affect generated code, but catches the
86 /// worst cases before LSR burns too much compile time and stack space.
87 static const unsigned MaxIVUsers = 200;
88
89 // Temporary flag to cleanup congruent phis after LSR phi expansion.
90 // It's currently disabled until we can determine whether it's truly useful or
91 // not. The flag should be removed after the v3.0 release.
92 // This is now needed for ivchains.
93 static cl::opt<bool> EnablePhiElim(
94   "enable-lsr-phielim", cl::Hidden, cl::init(true),
95   cl::desc("Enable LSR phi elimination"));
96
97 #ifndef NDEBUG
98 // Stress test IV chain generation.
99 static cl::opt<bool> StressIVChain(
100   "stress-ivchain", cl::Hidden, cl::init(false),
101   cl::desc("Stress test LSR IV chains"));
102 #else
103 static bool StressIVChain = false;
104 #endif
105
106 namespace {
107
108 /// RegSortData - This class holds data which is used to order reuse candidates.
109 class RegSortData {
110 public:
111   /// UsedByIndices - This represents the set of LSRUse indices which reference
112   /// a particular register.
113   SmallBitVector UsedByIndices;
114
115   void print(raw_ostream &OS) const;
116   void dump() const;
117 };
118
119 }
120
121 void RegSortData::print(raw_ostream &OS) const {
122   OS << "[NumUses=" << UsedByIndices.count() << ']';
123 }
124
125 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
126 void RegSortData::dump() const {
127   print(errs()); errs() << '\n';
128 }
129 #endif
130
131 namespace {
132
133 /// RegUseTracker - Map register candidates to information about how they are
134 /// used.
135 class RegUseTracker {
136   typedef DenseMap<const SCEV *, RegSortData> RegUsesTy;
137
138   RegUsesTy RegUsesMap;
139   SmallVector<const SCEV *, 16> RegSequence;
140
141 public:
142   void CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
143   void DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
144   void SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx);
145
146   bool isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const;
147
148   const SmallBitVector &getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const;
149
150   void clear();
151
152   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator iterator;
153   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator const_iterator;
154   iterator begin() { return RegSequence.begin(); }
155   iterator end()   { return RegSequence.end(); }
156   const_iterator begin() const { return RegSequence.begin(); }
157   const_iterator end() const   { return RegSequence.end(); }
158 };
159
160 }
161
162 void
163 RegUseTracker::CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
164   std::pair<RegUsesTy::iterator, bool> Pair =
165     RegUsesMap.insert(std::make_pair(Reg, RegSortData()));
166   RegSortData &RSD = Pair.first->second;
167   if (Pair.second)
168     RegSequence.push_back(Reg);
169   RSD.UsedByIndices.resize(std::max(RSD.UsedByIndices.size(), LUIdx + 1));
170   RSD.UsedByIndices.set(LUIdx);
171 }
172
173 void
174 RegUseTracker::DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
175   RegUsesTy::iterator It = RegUsesMap.find(Reg);
176   assert(It != RegUsesMap.end());
177   RegSortData &RSD = It->second;
178   assert(RSD.UsedByIndices.size() > LUIdx);
179   RSD.UsedByIndices.reset(LUIdx);
180 }
181
182 void
183 RegUseTracker::SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx) {
184   assert(LUIdx <= LastLUIdx);
185
186   // Update RegUses. The data structure is not optimized for this purpose;
187   // we must iterate through it and update each of the bit vectors.
188   for (RegUsesTy::iterator I = RegUsesMap.begin(), E = RegUsesMap.end();
189        I != E; ++I) {
190     SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
191     if (LUIdx < UsedByIndices.size())
192       UsedByIndices[LUIdx] =
193         LastLUIdx < UsedByIndices.size() ? UsedByIndices[LastLUIdx] : 0;
194     UsedByIndices.resize(std::min(UsedByIndices.size(), LastLUIdx));
195   }
196 }
197
198 bool
199 RegUseTracker::isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const {
200   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
201   if (I == RegUsesMap.end())
202     return false;
203   const SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
204   int i = UsedByIndices.find_first();
205   if (i == -1) return false;
206   if ((size_t)i != LUIdx) return true;
207   return UsedByIndices.find_next(i) != -1;
208 }
209
210 const SmallBitVector &RegUseTracker::getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const {
211   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
212   assert(I != RegUsesMap.end() && "Unknown register!");
213   return I->second.UsedByIndices;
214 }
215
216 void RegUseTracker::clear() {
217   RegUsesMap.clear();
218   RegSequence.clear();
219 }
220
221 namespace {
222
223 /// Formula - This class holds information that describes a formula for
224 /// computing satisfying a use. It may include broken-out immediates and scaled
225 /// registers.
226 struct Formula {
227   /// Global base address used for complex addressing.
228   GlobalValue *BaseGV;
229
230   /// Base offset for complex addressing.
231   int64_t BaseOffset;
232
233   /// Whether any complex addressing has a base register.
234   bool HasBaseReg;
235
236   /// The scale of any complex addressing.
237   int64_t Scale;
238
239   /// BaseRegs - The list of "base" registers for this use. When this is
240   /// non-empty. The canonical representation of a formula is
241   /// 1. BaseRegs.size > 1 implies ScaledReg != NULL and
242   /// 2. ScaledReg != NULL implies Scale != 1 || !BaseRegs.empty().
243   /// #1 enforces that the scaled register is always used when at least two
244   /// registers are needed by the formula: e.g., reg1 + reg2 is reg1 + 1 * reg2.
245   /// #2 enforces that 1 * reg is reg.
246   /// This invariant can be temporarly broken while building a formula.
247   /// However, every formula inserted into the LSRInstance must be in canonical
248   /// form.
249   SmallVector<const SCEV *, 4> BaseRegs;
250
251   /// ScaledReg - The 'scaled' register for this use. This should be non-null
252   /// when Scale is not zero.
253   const SCEV *ScaledReg;
254
255   /// UnfoldedOffset - An additional constant offset which added near the
256   /// use. This requires a temporary register, but the offset itself can
257   /// live in an add immediate field rather than a register.
258   int64_t UnfoldedOffset;
259
260   Formula()
261       : BaseGV(nullptr), BaseOffset(0), HasBaseReg(false), Scale(0),
262         ScaledReg(nullptr), UnfoldedOffset(0) {}
263
264   void InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE);
265
266   bool isCanonical() const;
267
268   void Canonicalize();
269
270   bool Unscale();
271
272   size_t getNumRegs() const;
273   Type *getType() const;
274
275   void DeleteBaseReg(const SCEV *&S);
276
277   bool referencesReg(const SCEV *S) const;
278   bool hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
279                                   const RegUseTracker &RegUses) const;
280
281   void print(raw_ostream &OS) const;
282   void dump() const;
283 };
284
285 }
286
287 /// DoInitialMatch - Recursion helper for InitialMatch.
288 static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
289                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Good,
290                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Bad,
291                            ScalarEvolution &SE) {
292   // Collect expressions which properly dominate the loop header.
293   if (SE.properlyDominates(S, L->getHeader())) {
294     Good.push_back(S);
295     return;
296   }
297
298   // Look at add operands.
299   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
300     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
301          I != E; ++I)
302       DoInitialMatch(*I, L, Good, Bad, SE);
303     return;
304   }
305
306   // Look at addrec operands.
307   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
308     if (!AR->getStart()->isZero()) {
309       DoInitialMatch(AR->getStart(), L, Good, Bad, SE);
310       DoInitialMatch(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
311                                       AR->getStepRecurrence(SE),
312                                       // FIXME: AR->getNoWrapFlags()
313                                       AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap),
314                      L, Good, Bad, SE);
315       return;
316     }
317
318   // Handle a multiplication by -1 (negation) if it didn't fold.
319   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
320     if (Mul->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
321       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
322       const SCEV *NewMul = SE.getMulExpr(Ops);
323
324       SmallVector<const SCEV *, 4> MyGood;
325       SmallVector<const SCEV *, 4> MyBad;
326       DoInitialMatch(NewMul, L, MyGood, MyBad, SE);
327       const SCEV *NegOne = SE.getSCEV(ConstantInt::getAllOnesValue(
328         SE.getEffectiveSCEVType(NewMul->getType())));
329       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyGood.begin(),
330            E = MyGood.end(); I != E; ++I)
331         Good.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
332       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyBad.begin(),
333            E = MyBad.end(); I != E; ++I)
334         Bad.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
335       return;
336     }
337
338   // Ok, we can't do anything interesting. Just stuff the whole thing into a
339   // register and hope for the best.
340   Bad.push_back(S);
341 }
342
343 /// InitialMatch - Incorporate loop-variant parts of S into this Formula,
344 /// attempting to keep all loop-invariant and loop-computable values in a
345 /// single base register.
346 void Formula::InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
347   SmallVector<const SCEV *, 4> Good;
348   SmallVector<const SCEV *, 4> Bad;
349   DoInitialMatch(S, L, Good, Bad, SE);
350   if (!Good.empty()) {
351     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Good);
352     if (!Sum->isZero())
353       BaseRegs.push_back(Sum);
354     HasBaseReg = true;
355   }
356   if (!Bad.empty()) {
357     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Bad);
358     if (!Sum->isZero())
359       BaseRegs.push_back(Sum);
360     HasBaseReg = true;
361   }
362   Canonicalize();
363 }
364
365 /// \brief Check whether or not this formula statisfies the canonical
366 /// representation.
367 /// \see Formula::BaseRegs.
368 bool Formula::isCanonical() const {
369   if (ScaledReg)
370     return Scale != 1 || !BaseRegs.empty();
371   return BaseRegs.size() <= 1;
372 }
373
374 /// \brief Helper method to morph a formula into its canonical representation.
375 /// \see Formula::BaseRegs.
376 /// Every formula having more than one base register, must use the ScaledReg
377 /// field. Otherwise, we would have to do special cases everywhere in LSR
378 /// to treat reg1 + reg2 + ... the same way as reg1 + 1*reg2 + ...
379 /// On the other hand, 1*reg should be canonicalized into reg.
380 void Formula::Canonicalize() {
381   if (isCanonical())
382     return;
383   // So far we did not need this case. This is easy to implement but it is
384   // useless to maintain dead code. Beside it could hurt compile time.
385   assert(!BaseRegs.empty() && "1*reg => reg, should not be needed.");
386   // Keep the invariant sum in BaseRegs and one of the variant sum in ScaledReg.
387   ScaledReg = BaseRegs.back();
388   BaseRegs.pop_back();
389   Scale = 1;
390   size_t BaseRegsSize = BaseRegs.size();
391   size_t Try = 0;
392   // If ScaledReg is an invariant, try to find a variant expression.
393   while (Try < BaseRegsSize && !isa<SCEVAddRecExpr>(ScaledReg))
394     std::swap(ScaledReg, BaseRegs[Try++]);
395 }
396
397 /// \brief Get rid of the scale in the formula.
398 /// In other words, this method morphes reg1 + 1*reg2 into reg1 + reg2.
399 /// \return true if it was possible to get rid of the scale, false otherwise.
400 /// \note After this operation the formula may not be in the canonical form.
401 bool Formula::Unscale() {
402   if (Scale != 1)
403     return false;
404   Scale = 0;
405   BaseRegs.push_back(ScaledReg);
406   ScaledReg = nullptr;
407   return true;
408 }
409
410 /// getNumRegs - Return the total number of register operands used by this
411 /// formula. This does not include register uses implied by non-constant
412 /// addrec strides.
413 size_t Formula::getNumRegs() const {
414   return !!ScaledReg + BaseRegs.size();
415 }
416
417 /// getType - Return the type of this formula, if it has one, or null
418 /// otherwise. This type is meaningless except for the bit size.
419 Type *Formula::getType() const {
420   return !BaseRegs.empty() ? BaseRegs.front()->getType() :
421          ScaledReg ? ScaledReg->getType() :
422          BaseGV ? BaseGV->getType() :
423          nullptr;
424 }
425
426 /// DeleteBaseReg - Delete the given base reg from the BaseRegs list.
427 void Formula::DeleteBaseReg(const SCEV *&S) {
428   if (&S != &BaseRegs.back())
429     std::swap(S, BaseRegs.back());
430   BaseRegs.pop_back();
431 }
432
433 /// referencesReg - Test if this formula references the given register.
434 bool Formula::referencesReg(const SCEV *S) const {
435   return S == ScaledReg ||
436          std::find(BaseRegs.begin(), BaseRegs.end(), S) != BaseRegs.end();
437 }
438
439 /// hasRegsUsedByUsesOtherThan - Test whether this formula uses registers
440 /// which are used by uses other than the use with the given index.
441 bool Formula::hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
442                                          const RegUseTracker &RegUses) const {
443   if (ScaledReg)
444     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(ScaledReg, LUIdx))
445       return true;
446   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
447        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I)
448     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(*I, LUIdx))
449       return true;
450   return false;
451 }
452
453 void Formula::print(raw_ostream &OS) const {
454   bool First = true;
455   if (BaseGV) {
456     if (!First) OS << " + "; else First = false;
457     BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
458   }
459   if (BaseOffset != 0) {
460     if (!First) OS << " + "; else First = false;
461     OS << BaseOffset;
462   }
463   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
464        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
465     if (!First) OS << " + "; else First = false;
466     OS << "reg(" << **I << ')';
467   }
468   if (HasBaseReg && BaseRegs.empty()) {
469     if (!First) OS << " + "; else First = false;
470     OS << "**error: HasBaseReg**";
471   } else if (!HasBaseReg && !BaseRegs.empty()) {
472     if (!First) OS << " + "; else First = false;
473     OS << "**error: !HasBaseReg**";
474   }
475   if (Scale != 0) {
476     if (!First) OS << " + "; else First = false;
477     OS << Scale << "*reg(";
478     if (ScaledReg)
479       OS << *ScaledReg;
480     else
481       OS << "<unknown>";
482     OS << ')';
483   }
484   if (UnfoldedOffset != 0) {
485     if (!First) OS << " + ";
486     OS << "imm(" << UnfoldedOffset << ')';
487   }
488 }
489
490 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
491 void Formula::dump() const {
492   print(errs()); errs() << '\n';
493 }
494 #endif
495
496 /// isAddRecSExtable - Return true if the given addrec can be sign-extended
497 /// without changing its value.
498 static bool isAddRecSExtable(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
499   Type *WideTy =
500     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(AR->getType()) + 1);
501   return isa<SCEVAddRecExpr>(SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
502 }
503
504 /// isAddSExtable - Return true if the given add can be sign-extended
505 /// without changing its value.
506 static bool isAddSExtable(const SCEVAddExpr *A, ScalarEvolution &SE) {
507   Type *WideTy =
508     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) + 1);
509   return isa<SCEVAddExpr>(SE.getSignExtendExpr(A, WideTy));
510 }
511
512 /// isMulSExtable - Return true if the given mul can be sign-extended
513 /// without changing its value.
514 static bool isMulSExtable(const SCEVMulExpr *M, ScalarEvolution &SE) {
515   Type *WideTy =
516     IntegerType::get(SE.getContext(),
517                      SE.getTypeSizeInBits(M->getType()) * M->getNumOperands());
518   return isa<SCEVMulExpr>(SE.getSignExtendExpr(M, WideTy));
519 }
520
521 /// getExactSDiv - Return an expression for LHS /s RHS, if it can be determined
522 /// and if the remainder is known to be zero,  or null otherwise. If
523 /// IgnoreSignificantBits is true, expressions like (X * Y) /s Y are simplified
524 /// to Y, ignoring that the multiplication may overflow, which is useful when
525 /// the result will be used in a context where the most significant bits are
526 /// ignored.
527 static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
528                                 ScalarEvolution &SE,
529                                 bool IgnoreSignificantBits = false) {
530   // Handle the trivial case, which works for any SCEV type.
531   if (LHS == RHS)
532     return SE.getConstant(LHS->getType(), 1);
533
534   // Handle a few RHS special cases.
535   const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
536   if (RC) {
537     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
538     // Handle x /s -1 as x * -1, to give ScalarEvolution a chance to do
539     // some folding.
540     if (RA.isAllOnesValue())
541       return SE.getMulExpr(LHS, RC);
542     // Handle x /s 1 as x.
543     if (RA == 1)
544       return LHS;
545   }
546
547   // Check for a division of a constant by a constant.
548   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
549     if (!RC)
550       return nullptr;
551     const APInt &LA = C->getValue()->getValue();
552     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
553     if (LA.srem(RA) != 0)
554       return nullptr;
555     return SE.getConstant(LA.sdiv(RA));
556   }
557
558   // Distribute the sdiv over addrec operands, if the addrec doesn't overflow.
559   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
560     if (IgnoreSignificantBits || isAddRecSExtable(AR, SE)) {
561       const SCEV *Step = getExactSDiv(AR->getStepRecurrence(SE), RHS, SE,
562                                       IgnoreSignificantBits);
563       if (!Step) return nullptr;
564       const SCEV *Start = getExactSDiv(AR->getStart(), RHS, SE,
565                                        IgnoreSignificantBits);
566       if (!Start) return nullptr;
567       // FlagNW is independent of the start value, step direction, and is
568       // preserved with smaller magnitude steps.
569       // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
570       return SE.getAddRecExpr(Start, Step, AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
571     }
572     return nullptr;
573   }
574
575   // Distribute the sdiv over add operands, if the add doesn't overflow.
576   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
577     if (IgnoreSignificantBits || isAddSExtable(Add, SE)) {
578       SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
579       for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
580            I != E; ++I) {
581         const SCEV *Op = getExactSDiv(*I, RHS, SE,
582                                       IgnoreSignificantBits);
583         if (!Op) return nullptr;
584         Ops.push_back(Op);
585       }
586       return SE.getAddExpr(Ops);
587     }
588     return nullptr;
589   }
590
591   // Check for a multiply operand that we can pull RHS out of.
592   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
593     if (IgnoreSignificantBits || isMulSExtable(Mul, SE)) {
594       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
595       bool Found = false;
596       for (SCEVMulExpr::op_iterator I = Mul->op_begin(), E = Mul->op_end();
597            I != E; ++I) {
598         const SCEV *S = *I;
599         if (!Found)
600           if (const SCEV *Q = getExactSDiv(S, RHS, SE,
601                                            IgnoreSignificantBits)) {
602             S = Q;
603             Found = true;
604           }
605         Ops.push_back(S);
606       }
607       return Found ? SE.getMulExpr(Ops) : nullptr;
608     }
609     return nullptr;
610   }
611
612   // Otherwise we don't know.
613   return nullptr;
614 }
615
616 /// ExtractImmediate - If S involves the addition of a constant integer value,
617 /// return that integer value, and mutate S to point to a new SCEV with that
618 /// value excluded.
619 static int64_t ExtractImmediate(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
620   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
621     if (C->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64) {
622       S = SE.getConstant(C->getType(), 0);
623       return C->getValue()->getSExtValue();
624     }
625   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
626     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
627     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
628     if (Result != 0)
629       S = SE.getAddExpr(NewOps);
630     return Result;
631   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
632     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
633     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
634     if (Result != 0)
635       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
636                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
637                            SCEV::FlagAnyWrap);
638     return Result;
639   }
640   return 0;
641 }
642
643 /// ExtractSymbol - If S involves the addition of a GlobalValue address,
644 /// return that symbol, and mutate S to point to a new SCEV with that
645 /// value excluded.
646 static GlobalValue *ExtractSymbol(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
647   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
648     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue())) {
649       S = SE.getConstant(GV->getType(), 0);
650       return GV;
651     }
652   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
653     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
654     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.back(), SE);
655     if (Result)
656       S = SE.getAddExpr(NewOps);
657     return Result;
658   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
659     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
660     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.front(), SE);
661     if (Result)
662       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
663                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
664                            SCEV::FlagAnyWrap);
665     return Result;
666   }
667   return nullptr;
668 }
669
670 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
671 /// specified value as an address.
672 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
673   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
674   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
675     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
676       isAddress = true;
677   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
678     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
679     // of intrinsics.
680     switch (II->getIntrinsicID()) {
681       default: break;
682       case Intrinsic::prefetch:
683       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
684       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
685       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
686       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
687         if (II->getArgOperand(0) == OperandVal)
688           isAddress = true;
689         break;
690     }
691   }
692   return isAddress;
693 }
694
695 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
696 static Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
697   Type *AccessTy = Inst->getType();
698   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
699     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
700   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
701     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
702     // of intrinsics.
703     switch (II->getIntrinsicID()) {
704     default: break;
705     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
706     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
707     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
708     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
709       AccessTy = II->getArgOperand(0)->getType();
710       break;
711     }
712   }
713
714   // All pointers have the same requirements, so canonicalize them to an
715   // arbitrary pointer type to minimize variation.
716   if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(AccessTy))
717     AccessTy = PointerType::get(IntegerType::get(PTy->getContext(), 1),
718                                 PTy->getAddressSpace());
719
720   return AccessTy;
721 }
722
723 /// isExistingPhi - Return true if this AddRec is already a phi in its loop.
724 static bool isExistingPhi(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
725   for (BasicBlock::iterator I = AR->getLoop()->getHeader()->begin();
726        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
727     if (SE.isSCEVable(PN->getType()) &&
728         (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) ==
729          SE.getEffectiveSCEVType(AR->getType())) &&
730         SE.getSCEV(PN) == AR)
731       return true;
732   }
733   return false;
734 }
735
736 /// Check if expanding this expression is likely to incur significant cost. This
737 /// is tricky because SCEV doesn't track which expressions are actually computed
738 /// by the current IR.
739 ///
740 /// We currently allow expansion of IV increments that involve adds,
741 /// multiplication by constants, and AddRecs from existing phis.
742 ///
743 /// TODO: Allow UDivExpr if we can find an existing IV increment that is an
744 /// obvious multiple of the UDivExpr.
745 static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S,
746                                 SmallPtrSetImpl<const SCEV*> &Processed,
747                                 ScalarEvolution &SE) {
748   // Zero/One operand expressions
749   switch (S->getSCEVType()) {
750   case scUnknown:
751   case scConstant:
752     return false;
753   case scTruncate:
754     return isHighCostExpansion(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand(),
755                                Processed, SE);
756   case scZeroExtend:
757     return isHighCostExpansion(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand(),
758                                Processed, SE);
759   case scSignExtend:
760     return isHighCostExpansion(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand(),
761                                Processed, SE);
762   }
763
764   if (!Processed.insert(S).second)
765     return false;
766
767   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
768     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
769          I != E; ++I) {
770       if (isHighCostExpansion(*I, Processed, SE))
771         return true;
772     }
773     return false;
774   }
775
776   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
777     if (Mul->getNumOperands() == 2) {
778       // Multiplication by a constant is ok
779       if (isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0)))
780         return isHighCostExpansion(Mul->getOperand(1), Processed, SE);
781
782       // If we have the value of one operand, check if an existing
783       // multiplication already generates this expression.
784       if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Mul->getOperand(1))) {
785         Value *UVal = U->getValue();
786         for (User *UR : UVal->users()) {
787           // If U is a constant, it may be used by a ConstantExpr.
788           Instruction *UI = dyn_cast<Instruction>(UR);
789           if (UI && UI->getOpcode() == Instruction::Mul &&
790               SE.isSCEVable(UI->getType())) {
791             return SE.getSCEV(UI) == Mul;
792           }
793         }
794       }
795     }
796   }
797
798   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
799     if (isExistingPhi(AR, SE))
800       return false;
801   }
802
803   // Fow now, consider any other type of expression (div/mul/min/max) high cost.
804   return true;
805 }
806
807 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
808 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
809 /// their operands subsequently dead.
810 static bool
811 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
812   bool Changed = false;
813
814   while (!DeadInsts.empty()) {
815     Value *V = DeadInsts.pop_back_val();
816     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(V);
817
818     if (!I || !isInstructionTriviallyDead(I))
819       continue;
820
821     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
822       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
823         *OI = nullptr;
824         if (U->use_empty())
825           DeadInsts.push_back(U);
826       }
827
828     I->eraseFromParent();
829     Changed = true;
830   }
831
832   return Changed;
833 }
834
835 namespace {
836 class LSRUse;
837 }
838
839 /// \brief Check if the addressing mode defined by \p F is completely
840 /// folded in \p LU at isel time.
841 /// This includes address-mode folding and special icmp tricks.
842 /// This function returns true if \p LU can accommodate what \p F
843 /// defines and up to 1 base + 1 scaled + offset.
844 /// In other words, if \p F has several base registers, this function may
845 /// still return true. Therefore, users still need to account for
846 /// additional base registers and/or unfolded offsets to derive an
847 /// accurate cost model.
848 static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
849                                  const LSRUse &LU, const Formula &F);
850 // Get the cost of the scaling factor used in F for LU.
851 static unsigned getScalingFactorCost(const TargetTransformInfo &TTI,
852                                      const LSRUse &LU, const Formula &F);
853
854 namespace {
855
856 /// Cost - This class is used to measure and compare candidate formulae.
857 class Cost {
858   /// TODO: Some of these could be merged. Also, a lexical ordering
859   /// isn't always optimal.
860   unsigned NumRegs;
861   unsigned AddRecCost;
862   unsigned NumIVMuls;
863   unsigned NumBaseAdds;
864   unsigned ImmCost;
865   unsigned SetupCost;
866   unsigned ScaleCost;
867
868 public:
869   Cost()
870     : NumRegs(0), AddRecCost(0), NumIVMuls(0), NumBaseAdds(0), ImmCost(0),
871       SetupCost(0), ScaleCost(0) {}
872
873   bool operator<(const Cost &Other) const;
874
875   void Lose();
876
877 #ifndef NDEBUG
878   // Once any of the metrics loses, they must all remain losers.
879   bool isValid() {
880     return ((NumRegs | AddRecCost | NumIVMuls | NumBaseAdds
881              | ImmCost | SetupCost | ScaleCost) != ~0u)
882       || ((NumRegs & AddRecCost & NumIVMuls & NumBaseAdds
883            & ImmCost & SetupCost & ScaleCost) == ~0u);
884   }
885 #endif
886
887   bool isLoser() {
888     assert(isValid() && "invalid cost");
889     return NumRegs == ~0u;
890   }
891
892   void RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
893                    const Formula &F,
894                    SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
895                    const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
896                    const Loop *L,
897                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
898                    ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
899                    const LSRUse &LU,
900                    SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs = nullptr);
901
902   void print(raw_ostream &OS) const;
903   void dump() const;
904
905 private:
906   void RateRegister(const SCEV *Reg,
907                     SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
908                     const Loop *L,
909                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
910   void RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
911                            SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
912                            const Loop *L,
913                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
914                            SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs);
915 };
916
917 }
918
919 /// RateRegister - Tally up interesting quantities from the given register.
920 void Cost::RateRegister(const SCEV *Reg,
921                         SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
922                         const Loop *L,
923                         ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
924   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)) {
925     // If this is an addrec for another loop, don't second-guess its addrec phi
926     // nodes. LSR isn't currently smart enough to reason about more than one
927     // loop at a time. LSR has already run on inner loops, will not run on outer
928     // loops, and cannot be expected to change sibling loops.
929     if (AR->getLoop() != L) {
930       // If the AddRec exists, consider it's register free and leave it alone.
931       if (isExistingPhi(AR, SE))
932         return;
933
934       // Otherwise, do not consider this formula at all.
935       Lose();
936       return;
937     }
938     AddRecCost += 1; /// TODO: This should be a function of the stride.
939
940     // Add the step value register, if it needs one.
941     // TODO: The non-affine case isn't precisely modeled here.
942     if (!AR->isAffine() || !isa<SCEVConstant>(AR->getOperand(1))) {
943       if (!Regs.count(AR->getOperand(1))) {
944         RateRegister(AR->getOperand(1), Regs, L, SE, DT);
945         if (isLoser())
946           return;
947       }
948     }
949   }
950   ++NumRegs;
951
952   // Rough heuristic; favor registers which don't require extra setup
953   // instructions in the preheader.
954   if (!isa<SCEVUnknown>(Reg) &&
955       !isa<SCEVConstant>(Reg) &&
956       !(isa<SCEVAddRecExpr>(Reg) &&
957         (isa<SCEVUnknown>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()) ||
958          isa<SCEVConstant>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()))))
959     ++SetupCost;
960
961     NumIVMuls += isa<SCEVMulExpr>(Reg) &&
962                  SE.hasComputableLoopEvolution(Reg, L);
963 }
964
965 /// RatePrimaryRegister - Record this register in the set. If we haven't seen it
966 /// before, rate it. Optional LoserRegs provides a way to declare any formula
967 /// that refers to one of those regs an instant loser.
968 void Cost::RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
969                                SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
970                                const Loop *L,
971                                ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
972                                SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs) {
973   if (LoserRegs && LoserRegs->count(Reg)) {
974     Lose();
975     return;
976   }
977   if (Regs.insert(Reg).second) {
978     RateRegister(Reg, Regs, L, SE, DT);
979     if (LoserRegs && isLoser())
980       LoserRegs->insert(Reg);
981   }
982 }
983
984 void Cost::RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
985                        const Formula &F,
986                        SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
987                        const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
988                        const Loop *L,
989                        const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
990                        ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
991                        const LSRUse &LU,
992                        SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs) {
993   assert(F.isCanonical() && "Cost is accurate only for canonical formula");
994   // Tally up the registers.
995   if (const SCEV *ScaledReg = F.ScaledReg) {
996     if (VisitedRegs.count(ScaledReg)) {
997       Lose();
998       return;
999     }
1000     RatePrimaryRegister(ScaledReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
1001     if (isLoser())
1002       return;
1003   }
1004   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
1005        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
1006     const SCEV *BaseReg = *I;
1007     if (VisitedRegs.count(BaseReg)) {
1008       Lose();
1009       return;
1010     }
1011     RatePrimaryRegister(BaseReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
1012     if (isLoser())
1013       return;
1014   }
1015
1016   // Determine how many (unfolded) adds we'll need inside the loop.
1017   size_t NumBaseParts = F.getNumRegs();
1018   if (NumBaseParts > 1)
1019     // Do not count the base and a possible second register if the target
1020     // allows to fold 2 registers.
1021     NumBaseAdds +=
1022         NumBaseParts - (1 + (F.Scale && isAMCompletelyFolded(TTI, LU, F)));
1023   NumBaseAdds += (F.UnfoldedOffset != 0);
1024
1025   // Accumulate non-free scaling amounts.
1026   ScaleCost += getScalingFactorCost(TTI, LU, F);
1027
1028   // Tally up the non-zero immediates.
1029   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
1030        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
1031     int64_t Offset = (uint64_t)*I + F.BaseOffset;
1032     if (F.BaseGV)
1033       ImmCost += 64; // Handle symbolic values conservatively.
1034                      // TODO: This should probably be the pointer size.
1035     else if (Offset != 0)
1036       ImmCost += APInt(64, Offset, true).getMinSignedBits();
1037   }
1038   assert(isValid() && "invalid cost");
1039 }
1040
1041 /// Lose - Set this cost to a losing value.
1042 void Cost::Lose() {
1043   NumRegs = ~0u;
1044   AddRecCost = ~0u;
1045   NumIVMuls = ~0u;
1046   NumBaseAdds = ~0u;
1047   ImmCost = ~0u;
1048   SetupCost = ~0u;
1049   ScaleCost = ~0u;
1050 }
1051
1052 /// operator< - Choose the lower cost.
1053 bool Cost::operator<(const Cost &Other) const {
1054   return std::tie(NumRegs, AddRecCost, NumIVMuls, NumBaseAdds, ScaleCost,
1055                   ImmCost, SetupCost) <
1056          std::tie(Other.NumRegs, Other.AddRecCost, Other.NumIVMuls,
1057                   Other.NumBaseAdds, Other.ScaleCost, Other.ImmCost,
1058                   Other.SetupCost);
1059 }
1060
1061 void Cost::print(raw_ostream &OS) const {
1062   OS << NumRegs << " reg" << (NumRegs == 1 ? "" : "s");
1063   if (AddRecCost != 0)
1064     OS << ", with addrec cost " << AddRecCost;
1065   if (NumIVMuls != 0)
1066     OS << ", plus " << NumIVMuls << " IV mul" << (NumIVMuls == 1 ? "" : "s");
1067   if (NumBaseAdds != 0)
1068     OS << ", plus " << NumBaseAdds << " base add"
1069        << (NumBaseAdds == 1 ? "" : "s");
1070   if (ScaleCost != 0)
1071     OS << ", plus " << ScaleCost << " scale cost";
1072   if (ImmCost != 0)
1073     OS << ", plus " << ImmCost << " imm cost";
1074   if (SetupCost != 0)
1075     OS << ", plus " << SetupCost << " setup cost";
1076 }
1077
1078 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1079 void Cost::dump() const {
1080   print(errs()); errs() << '\n';
1081 }
1082 #endif
1083
1084 namespace {
1085
1086 /// LSRFixup - An operand value in an instruction which is to be replaced
1087 /// with some equivalent, possibly strength-reduced, replacement.
1088 struct LSRFixup {
1089   /// UserInst - The instruction which will be updated.
1090   Instruction *UserInst;
1091
1092   /// OperandValToReplace - The operand of the instruction which will
1093   /// be replaced. The operand may be used more than once; every instance
1094   /// will be replaced.
1095   Value *OperandValToReplace;
1096
1097   /// PostIncLoops - If this user is to use the post-incremented value of an
1098   /// induction variable, this variable is non-null and holds the loop
1099   /// associated with the induction variable.
1100   PostIncLoopSet PostIncLoops;
1101
1102   /// LUIdx - The index of the LSRUse describing the expression which
1103   /// this fixup needs, minus an offset (below).
1104   size_t LUIdx;
1105
1106   /// Offset - A constant offset to be added to the LSRUse expression.
1107   /// This allows multiple fixups to share the same LSRUse with different
1108   /// offsets, for example in an unrolled loop.
1109   int64_t Offset;
1110
1111   bool isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const;
1112
1113   LSRFixup();
1114
1115   void print(raw_ostream &OS) const;
1116   void dump() const;
1117 };
1118
1119 }
1120
1121 LSRFixup::LSRFixup()
1122   : UserInst(nullptr), OperandValToReplace(nullptr), LUIdx(~size_t(0)),
1123     Offset(0) {}
1124
1125 /// isUseFullyOutsideLoop - Test whether this fixup always uses its
1126 /// value outside of the given loop.
1127 bool LSRFixup::isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const {
1128   // PHI nodes use their value in their incoming blocks.
1129   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
1130     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1131       if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace &&
1132           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
1133         return false;
1134     return true;
1135   }
1136
1137   return !L->contains(UserInst);
1138 }
1139
1140 void LSRFixup::print(raw_ostream &OS) const {
1141   OS << "UserInst=";
1142   // Store is common and interesting enough to be worth special-casing.
1143   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(UserInst)) {
1144     OS << "store ";
1145     Store->getOperand(0)->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1146   } else if (UserInst->getType()->isVoidTy())
1147     OS << UserInst->getOpcodeName();
1148   else
1149     UserInst->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1150
1151   OS << ", OperandValToReplace=";
1152   OperandValToReplace->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1153
1154   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = PostIncLoops.begin(),
1155        E = PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
1156     OS << ", PostIncLoop=";
1157     (*I)->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1158   }
1159
1160   if (LUIdx != ~size_t(0))
1161     OS << ", LUIdx=" << LUIdx;
1162
1163   if (Offset != 0)
1164     OS << ", Offset=" << Offset;
1165 }
1166
1167 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1168 void LSRFixup::dump() const {
1169   print(errs()); errs() << '\n';
1170 }
1171 #endif
1172
1173 namespace {
1174
1175 /// UniquifierDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
1176 /// DenseMaps and DenseSets of sorted SmallVectors of const SCEV*.
1177 struct UniquifierDenseMapInfo {
1178   static SmallVector<const SCEV *, 4> getEmptyKey() {
1179     SmallVector<const SCEV *, 4>  V;
1180     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1));
1181     return V;
1182   }
1183
1184   static SmallVector<const SCEV *, 4> getTombstoneKey() {
1185     SmallVector<const SCEV *, 4> V;
1186     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2));
1187     return V;
1188   }
1189
1190   static unsigned getHashValue(const SmallVector<const SCEV *, 4> &V) {
1191     return static_cast<unsigned>(hash_combine_range(V.begin(), V.end()));
1192   }
1193
1194   static bool isEqual(const SmallVector<const SCEV *, 4> &LHS,
1195                       const SmallVector<const SCEV *, 4> &RHS) {
1196     return LHS == RHS;
1197   }
1198 };
1199
1200 /// LSRUse - This class holds the state that LSR keeps for each use in
1201 /// IVUsers, as well as uses invented by LSR itself. It includes information
1202 /// about what kinds of things can be folded into the user, information about
1203 /// the user itself, and information about how the use may be satisfied.
1204 /// TODO: Represent multiple users of the same expression in common?
1205 class LSRUse {
1206   DenseSet<SmallVector<const SCEV *, 4>, UniquifierDenseMapInfo> Uniquifier;
1207
1208 public:
1209   /// KindType - An enum for a kind of use, indicating what types of
1210   /// scaled and immediate operands it might support.
1211   enum KindType {
1212     Basic,   ///< A normal use, with no folding.
1213     Special, ///< A special case of basic, allowing -1 scales.
1214     Address, ///< An address use; folding according to TargetLowering
1215     ICmpZero ///< An equality icmp with both operands folded into one.
1216     // TODO: Add a generic icmp too?
1217   };
1218
1219   typedef PointerIntPair<const SCEV *, 2, KindType> SCEVUseKindPair;
1220
1221   KindType Kind;
1222   Type *AccessTy;
1223
1224   SmallVector<int64_t, 8> Offsets;
1225   int64_t MinOffset;
1226   int64_t MaxOffset;
1227
1228   /// AllFixupsOutsideLoop - This records whether all of the fixups using this
1229   /// LSRUse are outside of the loop, in which case some special-case heuristics
1230   /// may be used.
1231   bool AllFixupsOutsideLoop;
1232
1233   /// RigidFormula is set to true to guarantee that this use will be associated
1234   /// with a single formula--the one that initially matched. Some SCEV
1235   /// expressions cannot be expanded. This allows LSR to consider the registers
1236   /// used by those expressions without the need to expand them later after
1237   /// changing the formula.
1238   bool RigidFormula;
1239
1240   /// WidestFixupType - This records the widest use type for any fixup using
1241   /// this LSRUse. FindUseWithSimilarFormula can't consider uses with different
1242   /// max fixup widths to be equivalent, because the narrower one may be relying
1243   /// on the implicit truncation to truncate away bogus bits.
1244   Type *WidestFixupType;
1245
1246   /// Formulae - A list of ways to build a value that can satisfy this user.
1247   /// After the list is populated, one of these is selected heuristically and
1248   /// used to formulate a replacement for OperandValToReplace in UserInst.
1249   SmallVector<Formula, 12> Formulae;
1250
1251   /// Regs - The set of register candidates used by all formulae in this LSRUse.
1252   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Regs;
1253
1254   LSRUse(KindType K, Type *T) : Kind(K), AccessTy(T),
1255                                       MinOffset(INT64_MAX),
1256                                       MaxOffset(INT64_MIN),
1257                                       AllFixupsOutsideLoop(true),
1258                                       RigidFormula(false),
1259                                       WidestFixupType(nullptr) {}
1260
1261   bool HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const;
1262   bool InsertFormula(const Formula &F);
1263   void DeleteFormula(Formula &F);
1264   void RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &Reguses);
1265
1266   void print(raw_ostream &OS) const;
1267   void dump() const;
1268 };
1269
1270 }
1271
1272 /// HasFormula - Test whether this use as a formula which has the same
1273 /// registers as the given formula.
1274 bool LSRUse::HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const {
1275   SmallVector<const SCEV *, 4> Key = F.BaseRegs;
1276   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1277   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1278   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1279   return Uniquifier.count(Key);
1280 }
1281
1282 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
1283 /// the list, and return true. Return false otherwise.
1284 /// The formula must be in canonical form.
1285 bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F) {
1286   assert(F.isCanonical() && "Invalid canonical representation");
1287
1288   if (!Formulae.empty() && RigidFormula)
1289     return false;
1290
1291   SmallVector<const SCEV *, 4> Key = F.BaseRegs;
1292   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1293   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1294   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1295
1296   if (!Uniquifier.insert(Key).second)
1297     return false;
1298
1299   // Using a register to hold the value of 0 is not profitable.
1300   assert((!F.ScaledReg || !F.ScaledReg->isZero()) &&
1301          "Zero allocated in a scaled register!");
1302 #ifndef NDEBUG
1303   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I =
1304        F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
1305     assert(!(*I)->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
1306 #endif
1307
1308   // Add the formula to the list.
1309   Formulae.push_back(F);
1310
1311   // Record registers now being used by this use.
1312   Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1313   if (F.ScaledReg)
1314     Regs.insert(F.ScaledReg);
1315
1316   return true;
1317 }
1318
1319 /// DeleteFormula - Remove the given formula from this use's list.
1320 void LSRUse::DeleteFormula(Formula &F) {
1321   if (&F != &Formulae.back())
1322     std::swap(F, Formulae.back());
1323   Formulae.pop_back();
1324 }
1325
1326 /// RecomputeRegs - Recompute the Regs field, and update RegUses.
1327 void LSRUse::RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &RegUses) {
1328   // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
1329   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> OldRegs = std::move(Regs);
1330   Regs.clear();
1331   for (const Formula &F : Formulae) {
1332     if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1333     Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1334   }
1335
1336   // Update the RegTracker.
1337   for (const SCEV *S : OldRegs)
1338     if (!Regs.count(S))
1339       RegUses.DropRegister(S, LUIdx);
1340 }
1341
1342 void LSRUse::print(raw_ostream &OS) const {
1343   OS << "LSR Use: Kind=";
1344   switch (Kind) {
1345   case Basic:    OS << "Basic"; break;
1346   case Special:  OS << "Special"; break;
1347   case ICmpZero: OS << "ICmpZero"; break;
1348   case Address:
1349     OS << "Address of ";
1350     if (AccessTy->isPointerTy())
1351       OS << "pointer"; // the full pointer type could be really verbose
1352     else
1353       OS << *AccessTy;
1354   }
1355
1356   OS << ", Offsets={";
1357   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
1358        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
1359     OS << *I;
1360     if (std::next(I) != E)
1361       OS << ',';
1362   }
1363   OS << '}';
1364
1365   if (AllFixupsOutsideLoop)
1366     OS << ", all-fixups-outside-loop";
1367
1368   if (WidestFixupType)
1369     OS << ", widest fixup type: " << *WidestFixupType;
1370 }
1371
1372 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1373 void LSRUse::dump() const {
1374   print(errs()); errs() << '\n';
1375 }
1376 #endif
1377
1378 static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
1379                                  LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1380                                  GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
1381                                  bool HasBaseReg, int64_t Scale) {
1382   switch (Kind) {
1383   case LSRUse::Address:
1384     return TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, BaseGV, BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
1385
1386   case LSRUse::ICmpZero:
1387     // There's not even a target hook for querying whether it would be legal to
1388     // fold a GV into an ICmp.
1389     if (BaseGV)
1390       return false;
1391
1392     // ICmp only has two operands; don't allow more than two non-trivial parts.
1393     if (Scale != 0 && HasBaseReg && BaseOffset != 0)
1394       return false;
1395
1396     // ICmp only supports no scale or a -1 scale, as we can "fold" a -1 scale by
1397     // putting the scaled register in the other operand of the icmp.
1398     if (Scale != 0 && Scale != -1)
1399       return false;
1400
1401     // If we have low-level target information, ask the target if it can fold an
1402     // integer immediate on an icmp.
1403     if (BaseOffset != 0) {
1404       // We have one of:
1405       // ICmpZero     BaseReg + BaseOffset => ICmp BaseReg, -BaseOffset
1406       // ICmpZero -1*ScaleReg + BaseOffset => ICmp ScaleReg, BaseOffset
1407       // Offs is the ICmp immediate.
1408       if (Scale == 0)
1409         // The cast does the right thing with INT64_MIN.
1410         BaseOffset = -(uint64_t)BaseOffset;
1411       return TTI.isLegalICmpImmediate(BaseOffset);
1412     }
1413
1414     // ICmpZero BaseReg + -1*ScaleReg => ICmp BaseReg, ScaleReg
1415     return true;
1416
1417   case LSRUse::Basic:
1418     // Only handle single-register values.
1419     return !BaseGV && Scale == 0 && BaseOffset == 0;
1420
1421   case LSRUse::Special:
1422     // Special case Basic to handle -1 scales.
1423     return !BaseGV && (Scale == 0 || Scale == -1) && BaseOffset == 0;
1424   }
1425
1426   llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
1427 }
1428
1429 static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
1430                                  int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1431                                  LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1432                                  GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
1433                                  bool HasBaseReg, int64_t Scale) {
1434   // Check for overflow.
1435   if (((int64_t)((uint64_t)BaseOffset + MinOffset) > BaseOffset) !=
1436       (MinOffset > 0))
1437     return false;
1438   MinOffset = (uint64_t)BaseOffset + MinOffset;
1439   if (((int64_t)((uint64_t)BaseOffset + MaxOffset) > BaseOffset) !=
1440       (MaxOffset > 0))
1441     return false;
1442   MaxOffset = (uint64_t)BaseOffset + MaxOffset;
1443
1444   return isAMCompletelyFolded(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MinOffset,
1445                               HasBaseReg, Scale) &&
1446          isAMCompletelyFolded(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MaxOffset,
1447                               HasBaseReg, Scale);
1448 }
1449
1450 static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
1451                                  int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1452                                  LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1453                                  const Formula &F) {
1454   // For the purpose of isAMCompletelyFolded either having a canonical formula
1455   // or a scale not equal to zero is correct.
1456   // Problems may arise from non canonical formulae having a scale == 0.
1457   // Strictly speaking it would best to just rely on canonical formulae.
1458   // However, when we generate the scaled formulae, we first check that the
1459   // scaling factor is profitable before computing the actual ScaledReg for
1460   // compile time sake.
1461   assert((F.isCanonical() || F.Scale != 0));
1462   return isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy,
1463                               F.BaseGV, F.BaseOffset, F.HasBaseReg, F.Scale);
1464 }
1465
1466 /// isLegalUse - Test whether we know how to expand the current formula.
1467 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
1468                        int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1469                        GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset, bool HasBaseReg,
1470                        int64_t Scale) {
1471   // We know how to expand completely foldable formulae.
1472   return isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, BaseGV,
1473                               BaseOffset, HasBaseReg, Scale) ||
1474          // Or formulae that use a base register produced by a sum of base
1475          // registers.
1476          (Scale == 1 &&
1477           isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy,
1478                                BaseGV, BaseOffset, true, 0));
1479 }
1480
1481 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
1482                        int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1483                        const Formula &F) {
1484   return isLegalUse(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, F.BaseGV,
1485                     F.BaseOffset, F.HasBaseReg, F.Scale);
1486 }
1487
1488 static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
1489                                  const LSRUse &LU, const Formula &F) {
1490   return isAMCompletelyFolded(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
1491                               LU.AccessTy, F.BaseGV, F.BaseOffset, F.HasBaseReg,
1492                               F.Scale);
1493 }
1494
1495 static unsigned getScalingFactorCost(const TargetTransformInfo &TTI,
1496                                      const LSRUse &LU, const Formula &F) {
1497   if (!F.Scale)
1498     return 0;
1499
1500   // If the use is not completely folded in that instruction, we will have to
1501   // pay an extra cost only for scale != 1.
1502   if (!isAMCompletelyFolded(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
1503                             LU.AccessTy, F))
1504     return F.Scale != 1;
1505
1506   switch (LU.Kind) {
1507   case LSRUse::Address: {
1508     // Check the scaling factor cost with both the min and max offsets.
1509     int ScaleCostMinOffset =
1510       TTI.getScalingFactorCost(LU.AccessTy, F.BaseGV,
1511                                F.BaseOffset + LU.MinOffset,
1512                                F.HasBaseReg, F.Scale);
1513     int ScaleCostMaxOffset =
1514       TTI.getScalingFactorCost(LU.AccessTy, F.BaseGV,
1515                                F.BaseOffset + LU.MaxOffset,
1516                                F.HasBaseReg, F.Scale);
1517
1518     assert(ScaleCostMinOffset >= 0 && ScaleCostMaxOffset >= 0 &&
1519            "Legal addressing mode has an illegal cost!");
1520     return std::max(ScaleCostMinOffset, ScaleCostMaxOffset);
1521   }
1522   case LSRUse::ICmpZero:
1523   case LSRUse::Basic:
1524   case LSRUse::Special:
1525     // The use is completely folded, i.e., everything is folded into the
1526     // instruction.
1527     return 0;
1528   }
1529
1530   llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
1531 }
1532
1533 static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
1534                              LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1535                              GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
1536                              bool HasBaseReg) {
1537   // Fast-path: zero is always foldable.
1538   if (BaseOffset == 0 && !BaseGV) return true;
1539
1540   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1541   // base and a scale.
1542   int64_t Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1543
1544   // Canonicalize a scale of 1 to a base register if the formula doesn't
1545   // already have a base register.
1546   if (!HasBaseReg && Scale == 1) {
1547     Scale = 0;
1548     HasBaseReg = true;
1549   }
1550
1551   return isAMCompletelyFolded(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, BaseOffset,
1552                               HasBaseReg, Scale);
1553 }
1554
1555 static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
1556                              ScalarEvolution &SE, int64_t MinOffset,
1557                              int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind,
1558                              Type *AccessTy, const SCEV *S, bool HasBaseReg) {
1559   // Fast-path: zero is always foldable.
1560   if (S->isZero()) return true;
1561
1562   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1563   // base and a scale.
1564   int64_t BaseOffset = ExtractImmediate(S, SE);
1565   GlobalValue *BaseGV = ExtractSymbol(S, SE);
1566
1567   // If there's anything else involved, it's not foldable.
1568   if (!S->isZero()) return false;
1569
1570   // Fast-path: zero is always foldable.
1571   if (BaseOffset == 0 && !BaseGV) return true;
1572
1573   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1574   // base and a scale.
1575   int64_t Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1576
1577   return isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, BaseGV,
1578                               BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
1579 }
1580
1581 namespace {
1582
1583 /// IVInc - An individual increment in a Chain of IV increments.
1584 /// Relate an IV user to an expression that computes the IV it uses from the IV
1585 /// used by the previous link in the Chain.
1586 ///
1587 /// For the head of a chain, IncExpr holds the absolute SCEV expression for the
1588 /// original IVOperand. The head of the chain's IVOperand is only valid during
1589 /// chain collection, before LSR replaces IV users. During chain generation,
1590 /// IncExpr can be used to find the new IVOperand that computes the same
1591 /// expression.
1592 struct IVInc {
1593   Instruction *UserInst;
1594   Value* IVOperand;
1595   const SCEV *IncExpr;
1596
1597   IVInc(Instruction *U, Value *O, const SCEV *E):
1598     UserInst(U), IVOperand(O), IncExpr(E) {}
1599 };
1600
1601 // IVChain - The list of IV increments in program order.
1602 // We typically add the head of a chain without finding subsequent links.
1603 struct IVChain {
1604   SmallVector<IVInc,1> Incs;
1605   const SCEV *ExprBase;
1606
1607   IVChain() : ExprBase(nullptr) {}
1608
1609   IVChain(const IVInc &Head, const SCEV *Base)
1610     : Incs(1, Head), ExprBase(Base) {}
1611
1612   typedef SmallVectorImpl<IVInc>::const_iterator const_iterator;
1613
1614   // begin - return the first increment in the chain.
1615   const_iterator begin() const {
1616     assert(!Incs.empty());
1617     return std::next(Incs.begin());
1618   }
1619   const_iterator end() const {
1620     return Incs.end();
1621   }
1622
1623   // hasIncs - Returns true if this chain contains any increments.
1624   bool hasIncs() const { return Incs.size() >= 2; }
1625
1626   // add - Add an IVInc to the end of this chain.
1627   void add(const IVInc &X) { Incs.push_back(X); }
1628
1629   // tailUserInst - Returns the last UserInst in the chain.
1630   Instruction *tailUserInst() const { return Incs.back().UserInst; }
1631
1632   // isProfitableIncrement - Returns true if IncExpr can be profitably added to
1633   // this chain.
1634   bool isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
1635                              const SCEV *IncExpr,
1636                              ScalarEvolution&);
1637 };
1638
1639 /// ChainUsers - Helper for CollectChains to track multiple IV increment uses.
1640 /// Distinguish between FarUsers that definitely cross IV increments and
1641 /// NearUsers that may be used between IV increments.
1642 struct ChainUsers {
1643   SmallPtrSet<Instruction*, 4> FarUsers;
1644   SmallPtrSet<Instruction*, 4> NearUsers;
1645 };
1646
1647 /// LSRInstance - This class holds state for the main loop strength reduction
1648 /// logic.
1649 class LSRInstance {
1650   IVUsers &IU;
1651   ScalarEvolution &SE;
1652   DominatorTree &DT;
1653   LoopInfo &LI;
1654   const TargetTransformInfo &TTI;
1655   Loop *const L;
1656   bool Changed;
1657
1658   /// IVIncInsertPos - This is the insert position that the current loop's
1659   /// induction variable increment should be placed. In simple loops, this is
1660   /// the latch block's terminator. But in more complicated cases, this is a
1661   /// position which will dominate all the in-loop post-increment users.
1662   Instruction *IVIncInsertPos;
1663
1664   /// Factors - Interesting factors between use strides.
1665   SmallSetVector<int64_t, 8> Factors;
1666
1667   /// Types - Interesting use types, to facilitate truncation reuse.
1668   SmallSetVector<Type *, 4> Types;
1669
1670   /// Fixups - The list of operands which are to be replaced.
1671   SmallVector<LSRFixup, 16> Fixups;
1672
1673   /// Uses - The list of interesting uses.
1674   SmallVector<LSRUse, 16> Uses;
1675
1676   /// RegUses - Track which uses use which register candidates.
1677   RegUseTracker RegUses;
1678
1679   // Limit the number of chains to avoid quadratic behavior. We don't expect to
1680   // have more than a few IV increment chains in a loop. Missing a Chain falls
1681   // back to normal LSR behavior for those uses.
1682   static const unsigned MaxChains = 8;
1683
1684   /// IVChainVec - IV users can form a chain of IV increments.
1685   SmallVector<IVChain, MaxChains> IVChainVec;
1686
1687   /// IVIncSet - IV users that belong to profitable IVChains.
1688   SmallPtrSet<Use*, MaxChains> IVIncSet;
1689
1690   void OptimizeShadowIV();
1691   bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse);
1692   ICmpInst *OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse);
1693   void OptimizeLoopTermCond();
1694
1695   void ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
1696                         SmallVectorImpl<ChainUsers> &ChainUsersVec);
1697   void FinalizeChain(IVChain &Chain);
1698   void CollectChains();
1699   void GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
1700                        SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts);
1701
1702   void CollectInterestingTypesAndFactors();
1703   void CollectFixupsAndInitialFormulae();
1704
1705   LSRFixup &getNewFixup() {
1706     Fixups.push_back(LSRFixup());
1707     return Fixups.back();
1708   }
1709
1710   // Support for sharing of LSRUses between LSRFixups.
1711   typedef DenseMap<LSRUse::SCEVUseKindPair, size_t> UseMapTy;
1712   UseMapTy UseMap;
1713
1714   bool reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
1715                           LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy);
1716
1717   std::pair<size_t, int64_t> getUse(const SCEV *&Expr,
1718                                     LSRUse::KindType Kind,
1719                                     Type *AccessTy);
1720
1721   void DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1722
1723   LSRUse *FindUseWithSimilarFormula(const Formula &F, const LSRUse &OrigLU);
1724
1725   void InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1726   void InsertSupplementalFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1727   void CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx);
1728   bool InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F);
1729
1730   void CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
1731
1732   void GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base,
1733                               unsigned Depth = 0);
1734
1735   void GenerateReassociationsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
1736                                   const Formula &Base, unsigned Depth,
1737                                   size_t Idx, bool IsScaledReg = false);
1738   void GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1739   void GenerateSymbolicOffsetsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
1740                                    const Formula &Base, size_t Idx,
1741                                    bool IsScaledReg = false);
1742   void GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1743   void GenerateConstantOffsetsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
1744                                    const Formula &Base,
1745                                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Worklist,
1746                                    size_t Idx, bool IsScaledReg = false);
1747   void GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1748   void GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1749   void GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1750   void GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1751   void GenerateCrossUseConstantOffsets();
1752   void GenerateAllReuseFormulae();
1753
1754   void FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
1755
1756   size_t EstimateSearchSpaceComplexity() const;
1757   void NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
1758   void NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
1759   void NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
1760   void NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
1761   void NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
1762
1763   void SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1764                     Cost &SolutionCost,
1765                     SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
1766                     const Cost &CurCost,
1767                     const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
1768                     DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const;
1769   void Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const;
1770
1771   BasicBlock::iterator
1772     HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
1773                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs) const;
1774   BasicBlock::iterator
1775     AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
1776                                   const LSRFixup &LF,
1777                                   const LSRUse &LU,
1778                                   SCEVExpander &Rewriter) const;
1779
1780   Value *Expand(const LSRFixup &LF,
1781                 const Formula &F,
1782                 BasicBlock::iterator IP,
1783                 SCEVExpander &Rewriter,
1784                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const;
1785   void RewriteForPHI(PHINode *PN, const LSRFixup &LF,
1786                      const Formula &F,
1787                      SCEVExpander &Rewriter,
1788                      SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1789                      Pass *P) const;
1790   void Rewrite(const LSRFixup &LF,
1791                const Formula &F,
1792                SCEVExpander &Rewriter,
1793                SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1794                Pass *P) const;
1795   void ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1796                          Pass *P);
1797
1798 public:
1799   LSRInstance(Loop *L, Pass *P);
1800
1801   bool getChanged() const { return Changed; }
1802
1803   void print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const;
1804   void print_fixups(raw_ostream &OS) const;
1805   void print_uses(raw_ostream &OS) const;
1806   void print(raw_ostream &OS) const;
1807   void dump() const;
1808 };
1809
1810 }
1811
1812 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1813 /// inside the loop then try to eliminate the cast operation.
1814 void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
1815   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1816   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1817     return;
1818
1819   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end();
1820        UI != E; /* empty */) {
1821     IVUsers::const_iterator CandidateUI = UI;
1822     ++UI;
1823     Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
1824     Type *DestTy = nullptr;
1825     bool IsSigned = false;
1826
1827     /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1828        to eliminate this cast.
1829
1830          for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
1831            foo((double)i);
1832
1833        is transformed into
1834
1835          double d = 0.0;
1836          for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
1837            foo(d);
1838     */
1839     if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1840       IsSigned = false;
1841       DestTy = UCast->getDestTy();
1842     }
1843     else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1844       IsSigned = true;
1845       DestTy = SCast->getDestTy();
1846     }
1847     if (!DestTy) continue;
1848
1849     // If target does not support DestTy natively then do not apply
1850     // this transformation.
1851     if (!TTI.isTypeLegal(DestTy)) continue;
1852
1853     PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1854     if (!PH) continue;
1855     if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1856
1857     Type *SrcTy = PH->getType();
1858     int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1859     if (Mantissa == -1) continue;
1860     if ((int)SE.getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1861       continue;
1862
1863     unsigned Entry, Latch;
1864     if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1865       Entry = 0;
1866       Latch = 1;
1867     } else {
1868       Entry = 1;
1869       Latch = 0;
1870     }
1871
1872     ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1873     if (!Init) continue;
1874     Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, IsSigned ?
1875                                         (double)Init->getSExtValue() :
1876                                         (double)Init->getZExtValue());
1877
1878     BinaryOperator *Incr =
1879       dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1880     if (!Incr) continue;
1881     if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1882         && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1883       continue;
1884
1885     /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1886     ConstantInt *C = nullptr;
1887     if (Incr->getOperand(0) == PH)
1888       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1889     else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1890       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1891     else
1892       continue;
1893
1894     if (!C) continue;
1895
1896     // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
1897     // correctly. TODO: Remove this restriction.
1898     if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
1899
1900     /* Add new PHINode. */
1901     PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, 2, "IV.S.", PH);
1902
1903     /* create new increment. '++d' in above example. */
1904     Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1905     BinaryOperator *NewIncr =
1906       BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
1907                                Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
1908                              NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1909
1910     NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1911     NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1912
1913     /* Remove cast operation */
1914     ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1915     ShadowUse->eraseFromParent();
1916     Changed = true;
1917     break;
1918   }
1919 }
1920
1921 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1922 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1923 /// false.
1924 bool LSRInstance::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse) {
1925   for (IVUsers::iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1926     if (UI->getUser() == Cond) {
1927       // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1928       // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1929       // occurs enough in real life to handle.
1930       CondUse = UI;
1931       return true;
1932     }
1933   return false;
1934 }
1935
1936 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1937 /// a max computation.
1938 ///
1939 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1940 /// like this:
1941 ///
1942 ///   i = 0;
1943 ///   do {
1944 ///     p[i] = 0.0;
1945 ///   } while (++i < n);
1946 ///
1947 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
1948 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
1949 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
1950 /// will commonly be lowered like this:
1951 //
1952 ///   if (n > 0) {
1953 ///     i = 0;
1954 ///     do {
1955 ///       p[i] = 0.0;
1956 ///     } while (++i < n);
1957 ///   }
1958 ///
1959 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1960 /// test in such a way that indvars can't find it.
1961 ///
1962 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1963 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
1964 /// induction variable:
1965 ///
1966 ///   i = 0;
1967 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
1968 ///   do {
1969 ///     p[i] = 0.0;
1970 ///   } while (++i != max);
1971 ///
1972 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1973 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1974 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1975 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1976 /// needed, and it does this using a simple analysis that only succeeds if
1977 /// the loop has a canonical induction variable.
1978 ///
1979 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1980 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1981 ///
1982 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1983 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1984 /// the instructions for the maximum computation.
1985 ///
1986 ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
1987   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1988   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1989       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1990     return Cond;
1991
1992   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1993   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1994
1995   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1996   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1997     return Cond;
1998   const SCEV *One = SE.getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 1);
1999
2000   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2001   const SCEV *IterationCount = SE.getAddExpr(One, BackedgeTakenCount);
2002   if (IterationCount != SE.getSCEV(Sel)) return Cond;
2003
2004   // Check for a max calculation that matches the pattern. There's no check
2005   // for ICMP_ULE here because the comparison would be with zero, which
2006   // isn't interesting.
2007   CmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
2008   const SCEVNAryExpr *Max = nullptr;
2009   if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(BackedgeTakenCount)) {
2010     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
2011     Max = S;
2012   } else if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount)) {
2013     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
2014     Max = S;
2015   } else if (const SCEVUMaxExpr *U = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(IterationCount)) {
2016     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
2017     Max = U;
2018   } else {
2019     // No match; bail.
2020     return Cond;
2021   }
2022
2023   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
2024   // require additional checking and setup.
2025   if (Max->getNumOperands() != 2)
2026     return Cond;
2027
2028   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
2029   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
2030
2031   // ScalarEvolution canonicalizes constants to the left. For < and >, look
2032   // for a comparison with 1. For <= and >=, a comparison with zero.
2033   if (!MaxLHS ||
2034       (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) ? !MaxLHS->isZero() : (MaxLHS != One)))
2035     return Cond;
2036
2037   // Check the relevant induction variable for conformance to
2038   // the pattern.
2039   const SCEV *IV = SE.getSCEV(Cond->getOperand(0));
2040   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2041   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2042       AR->getStart() != One ||
2043       AR->getStepRecurrence(SE) != One)
2044     return Cond;
2045
2046   assert(AR->getLoop() == L &&
2047          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2048
2049   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2050   // be used in the new comparison instruction.
2051   Value *NewRHS = nullptr;
2052   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred)) {
2053     // Look for n+1, and grab n.
2054     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(1)))
2055       if (ConstantInt *BO1 = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
2056          if (BO1->isOne() && SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
2057            NewRHS = BO->getOperand(0);
2058     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(2)))
2059       if (ConstantInt *BO1 = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
2060         if (BO1->isOne() && SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
2061           NewRHS = BO->getOperand(0);
2062     if (!NewRHS)
2063       return Cond;
2064   } else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
2065     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2066   else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
2067     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2068   else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(MaxRHS))
2069     NewRHS = SU->getValue();
2070   else
2071     // Max doesn't match expected pattern.
2072     return Cond;
2073
2074   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
2075   // and the original comparison may be either equality or inequality.
2076   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
2077     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
2078
2079   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2080   // delete the max calculation.
2081   ICmpInst *NewCond =
2082     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
2083
2084   // Delete the max calculation instructions.
2085   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2086   CondUse->setUser(NewCond);
2087   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2088   Cond->eraseFromParent();
2089   Sel->eraseFromParent();
2090   if (Cmp->use_empty())
2091     Cmp->eraseFromParent();
2092   return NewCond;
2093 }
2094
2095 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
2096 /// postinc iv when possible.
2097 void
2098 LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
2099   SmallPtrSet<Instruction *, 4> PostIncs;
2100
2101   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2102   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
2103   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2104
2105   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
2106     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
2107
2108     // Get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2109     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2110     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2111     // one register value.
2112
2113     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2114     if (!TermBr)
2115       continue;
2116     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
2117     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2118       continue;
2119
2120     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2121     IVStrideUse *CondUse = nullptr;
2122     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2123     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse))
2124       continue;
2125
2126     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
2127     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2128     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
2129     // One consequence of doing this now is that it disrupts the count-down
2130     // optimization. That's not always a bad thing though, because in such
2131     // cases it may still be worthwhile to avoid a max.
2132     Cond = OptimizeMax(Cond, CondUse);
2133
2134     // If this exiting block dominates the latch block, it may also use
2135     // the post-inc value if it won't be shared with other uses.
2136     // Check for dominance.
2137     if (!DT.dominates(ExitingBlock, LatchBlock))
2138       continue;
2139
2140     // Conservatively avoid trying to use the post-inc value in non-latch
2141     // exits if there may be pre-inc users in intervening blocks.
2142     if (LatchBlock != ExitingBlock)
2143       for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
2144         // Test if the use is reachable from the exiting block. This dominator
2145         // query is a conservative approximation of reachability.
2146         if (&*UI != CondUse &&
2147             !DT.properlyDominates(UI->getUser()->getParent(), ExitingBlock)) {
2148           // Conservatively assume there may be reuse if the quotient of their
2149           // strides could be a legal scale.
2150           const SCEV *A = IU.getStride(*CondUse, L);
2151           const SCEV *B = IU.getStride(*UI, L);
2152           if (!A || !B) continue;
2153           if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) !=
2154               SE.getTypeSizeInBits(B->getType())) {
2155             if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) >
2156                 SE.getTypeSizeInBits(B->getType()))
2157               B = SE.getSignExtendExpr(B, A->getType());
2158             else
2159               A = SE.getSignExtendExpr(A, B->getType());
2160           }
2161           if (const SCEVConstant *D =
2162                 dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(B, A, SE))) {
2163             const ConstantInt *C = D->getValue();
2164             // Stride of one or negative one can have reuse with non-addresses.
2165             if (C->isOne() || C->isAllOnesValue())
2166               goto decline_post_inc;
2167             // Avoid weird situations.
2168             if (C->getValue().getMinSignedBits() >= 64 ||
2169                 C->getValue().isMinSignedValue())
2170               goto decline_post_inc;
2171             // Check for possible scaled-address reuse.
2172             Type *AccessTy = getAccessType(UI->getUser());
2173             int64_t Scale = C->getSExtValue();
2174             if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, /*BaseGV=*/ nullptr,
2175                                           /*BaseOffset=*/ 0,
2176                                           /*HasBaseReg=*/ false, Scale))
2177               goto decline_post_inc;
2178             Scale = -Scale;
2179             if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, /*BaseGV=*/ nullptr,
2180                                           /*BaseOffset=*/ 0,
2181                                           /*HasBaseReg=*/ false, Scale))
2182               goto decline_post_inc;
2183           }
2184         }
2185
2186     DEBUG(dbgs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
2187                  << *Cond << '\n');
2188
2189     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2190     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2191     // the exiting block branch, move it.
2192     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != TermBr) {
2193       if (Cond->hasOneUse()) {
2194         Cond->moveBefore(TermBr);
2195       } else {
2196         // Clone the terminating condition and insert into the loopend.
2197         ICmpInst *OldCond = Cond;
2198         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2199         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2200         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2201
2202         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2203         CondUse = &IU.AddUser(Cond, CondUse->getOperandValToReplace());
2204         TermBr->replaceUsesOfWith(OldCond, Cond);
2205       }
2206     }
2207
2208     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2209     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2210     // live ranges for the IV correctly.
2211     CondUse->transformToPostInc(L);
2212     Changed = true;
2213
2214     PostIncs.insert(Cond);
2215   decline_post_inc:;
2216   }
2217
2218   // Determine an insertion point for the loop induction variable increment. It
2219   // must dominate all the post-inc comparisons we just set up, and it must
2220   // dominate the loop latch edge.
2221   IVIncInsertPos = L->getLoopLatch()->getTerminator();
2222   for (Instruction *Inst : PostIncs) {
2223     BasicBlock *BB =
2224       DT.findNearestCommonDominator(IVIncInsertPos->getParent(),
2225                                     Inst->getParent());
2226     if (BB == Inst->getParent())
2227       IVIncInsertPos = Inst;
2228     else if (BB != IVIncInsertPos->getParent())
2229       IVIncInsertPos = BB->getTerminator();
2230   }
2231 }
2232
2233 /// reconcileNewOffset - Determine if the given use can accommodate a fixup
2234 /// at the given offset and other details. If so, update the use and
2235 /// return true.
2236 bool
2237 LSRInstance::reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
2238                                 LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
2239   int64_t NewMinOffset = LU.MinOffset;
2240   int64_t NewMaxOffset = LU.MaxOffset;
2241   Type *NewAccessTy = AccessTy;
2242
2243   // Check for a mismatched kind. It's tempting to collapse mismatched kinds to
2244   // something conservative, however this can pessimize in the case that one of
2245   // the uses will have all its uses outside the loop, for example.
2246   if (LU.Kind != Kind)
2247     return false;
2248
2249   // Check for a mismatched access type, and fall back conservatively as needed.
2250   // TODO: Be less conservative when the type is similar and can use the same
2251   // addressing modes.
2252   if (Kind == LSRUse::Address && AccessTy != LU.AccessTy)
2253     NewAccessTy = Type::getVoidTy(AccessTy->getContext());
2254
2255   // Conservatively assume HasBaseReg is true for now.
2256   if (NewOffset < LU.MinOffset) {
2257     if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, NewAccessTy, /*BaseGV=*/nullptr,
2258                           LU.MaxOffset - NewOffset, HasBaseReg))
2259       return false;
2260     NewMinOffset = NewOffset;
2261   } else if (NewOffset > LU.MaxOffset) {
2262     if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, NewAccessTy, /*BaseGV=*/nullptr,
2263                           NewOffset - LU.MinOffset, HasBaseReg))
2264       return false;
2265     NewMaxOffset = NewOffset;
2266   }
2267
2268   // Update the use.
2269   LU.MinOffset = NewMinOffset;
2270   LU.MaxOffset = NewMaxOffset;
2271   LU.AccessTy = NewAccessTy;
2272   if (NewOffset != LU.Offsets.back())
2273     LU.Offsets.push_back(NewOffset);
2274   return true;
2275 }
2276
2277 /// getUse - Return an LSRUse index and an offset value for a fixup which
2278 /// needs the given expression, with the given kind and optional access type.
2279 /// Either reuse an existing use or create a new one, as needed.
2280 std::pair<size_t, int64_t>
2281 LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
2282                     LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
2283   const SCEV *Copy = Expr;
2284   int64_t Offset = ExtractImmediate(Expr, SE);
2285
2286   // Basic uses can't accept any offset, for example.
2287   if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ nullptr,
2288                         Offset, /*HasBaseReg=*/ true)) {
2289     Expr = Copy;
2290     Offset = 0;
2291   }
2292
2293   std::pair<UseMapTy::iterator, bool> P =
2294     UseMap.insert(std::make_pair(LSRUse::SCEVUseKindPair(Expr, Kind), 0));
2295   if (!P.second) {
2296     // A use already existed with this base.
2297     size_t LUIdx = P.first->second;
2298     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2299     if (reconcileNewOffset(LU, Offset, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy))
2300       // Reuse this use.
2301       return std::make_pair(LUIdx, Offset);
2302   }
2303
2304   // Create a new use.
2305   size_t LUIdx = Uses.size();
2306   P.first->second = LUIdx;
2307   Uses.push_back(LSRUse(Kind, AccessTy));
2308   LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2309
2310   // We don't need to track redundant offsets, but we don't need to go out
2311   // of our way here to avoid them.
2312   if (LU.Offsets.empty() || Offset != LU.Offsets.back())
2313     LU.Offsets.push_back(Offset);
2314
2315   LU.MinOffset = Offset;
2316   LU.MaxOffset = Offset;
2317   return std::make_pair(LUIdx, Offset);
2318 }
2319
2320 /// DeleteUse - Delete the given use from the Uses list.
2321 void LSRInstance::DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2322   if (&LU != &Uses.back())
2323     std::swap(LU, Uses.back());
2324   Uses.pop_back();
2325
2326   // Update RegUses.
2327   RegUses.SwapAndDropUse(LUIdx, Uses.size());
2328 }
2329
2330 /// FindUseWithFormula - Look for a use distinct from OrigLU which is has
2331 /// a formula that has the same registers as the given formula.
2332 LSRUse *
2333 LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
2334                                        const LSRUse &OrigLU) {
2335   // Search all uses for the formula. This could be more clever.
2336   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2337     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2338     // Check whether this use is close enough to OrigLU, to see whether it's
2339     // worthwhile looking through its formulae.
2340     // Ignore ICmpZero uses because they may contain formulae generated by
2341     // GenerateICmpZeroScales, in which case adding fixup offsets may
2342     // be invalid.
2343     if (&LU != &OrigLU &&
2344         LU.Kind != LSRUse::ICmpZero &&
2345         LU.Kind == OrigLU.Kind && OrigLU.AccessTy == LU.AccessTy &&
2346         LU.WidestFixupType == OrigLU.WidestFixupType &&
2347         LU.HasFormulaWithSameRegs(OrigF)) {
2348       // Scan through this use's formulae.
2349       for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
2350            E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
2351         const Formula &F = *I;
2352         // Check to see if this formula has the same registers and symbols
2353         // as OrigF.
2354         if (F.BaseRegs == OrigF.BaseRegs &&
2355             F.ScaledReg == OrigF.ScaledReg &&
2356             F.BaseGV == OrigF.BaseGV &&
2357             F.Scale == OrigF.Scale &&
2358             F.UnfoldedOffset == OrigF.UnfoldedOffset) {
2359           if (F.BaseOffset == 0)
2360             return &LU;
2361           // This is the formula where all the registers and symbols matched;
2362           // there aren't going to be any others. Since we declined it, we
2363           // can skip the rest of the formulae and proceed to the next LSRUse.
2364           break;
2365         }
2366       }
2367     }
2368   }
2369
2370   // Nothing looked good.
2371   return nullptr;
2372 }
2373
2374 void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
2375   SmallSetVector<const SCEV *, 4> Strides;
2376
2377   // Collect interesting types and strides.
2378   SmallVector<const SCEV *, 4> Worklist;
2379   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2380     const SCEV *Expr = IU.getExpr(*UI);
2381
2382     // Collect interesting types.
2383     Types.insert(SE.getEffectiveSCEVType(Expr->getType()));
2384
2385     // Add strides for mentioned loops.
2386     Worklist.push_back(Expr);
2387     do {
2388       const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
2389       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2390         if (AR->getLoop() == L)
2391           Strides.insert(AR->getStepRecurrence(SE));
2392         Worklist.push_back(AR->getStart());
2393       } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2394         Worklist.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
2395       }
2396     } while (!Worklist.empty());
2397   }
2398
2399   // Compute interesting factors from the set of interesting strides.
2400   for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator
2401        I = Strides.begin(), E = Strides.end(); I != E; ++I)
2402     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator NewStrideIter =
2403          std::next(I); NewStrideIter != E; ++NewStrideIter) {
2404       const SCEV *OldStride = *I;
2405       const SCEV *NewStride = *NewStrideIter;
2406
2407       if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) !=
2408           SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType())) {
2409         if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) >
2410             SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType()))
2411           NewStride = SE.getSignExtendExpr(NewStride, OldStride->getType());
2412         else
2413           OldStride = SE.getSignExtendExpr(OldStride, NewStride->getType());
2414       }
2415       if (const SCEVConstant *Factor =
2416             dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(NewStride, OldStride,
2417                                                         SE, true))) {
2418         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2419           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2420       } else if (const SCEVConstant *Factor =
2421                    dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(OldStride,
2422                                                                NewStride,
2423                                                                SE, true))) {
2424         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2425           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2426       }
2427     }
2428
2429   // If all uses use the same type, don't bother looking for truncation-based
2430   // reuse.
2431   if (Types.size() == 1)
2432     Types.clear();
2433
2434   DEBUG(print_factors_and_types(dbgs()));
2435 }
2436
2437 /// findIVOperand - Helper for CollectChains that finds an IV operand (computed
2438 /// by an AddRec in this loop) within [OI,OE) or returns OE. If IVUsers mapped
2439 /// Instructions to IVStrideUses, we could partially skip this.
2440 static User::op_iterator
2441 findIVOperand(User::op_iterator OI, User::op_iterator OE,
2442               Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
2443   for(; OI != OE; ++OI) {
2444     if (Instruction *Oper = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
2445       if (!SE.isSCEVable(Oper->getType()))
2446         continue;
2447
2448       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
2449           dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(Oper))) {
2450         if (AR->getLoop() == L)
2451           break;
2452       }
2453     }
2454   }
2455   return OI;
2456 }
2457
2458 /// getWideOperand - IVChain logic must consistenctly peek base TruncInst
2459 /// operands, so wrap it in a convenient helper.
2460 static Value *getWideOperand(Value *Oper) {
2461   if (TruncInst *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(Oper))
2462     return Trunc->getOperand(0);
2463   return Oper;
2464 }
2465
2466 /// isCompatibleIVType - Return true if we allow an IV chain to include both
2467 /// types.
2468 static bool isCompatibleIVType(Value *LVal, Value *RVal) {
2469   Type *LType = LVal->getType();
2470   Type *RType = RVal->getType();
2471   return (LType == RType) || (LType->isPointerTy() && RType->isPointerTy());
2472 }
2473
2474 /// getExprBase - Return an approximation of this SCEV expression's "base", or
2475 /// NULL for any constant. Returning the expression itself is
2476 /// conservative. Returning a deeper subexpression is more precise and valid as
2477 /// long as it isn't less complex than another subexpression. For expressions
2478 /// involving multiple unscaled values, we need to return the pointer-type
2479 /// SCEVUnknown. This avoids forming chains across objects, such as:
2480 /// PrevOper==a[i], IVOper==b[i], IVInc==b-a.
2481 ///
2482 /// Since SCEVUnknown is the rightmost type, and pointers are the rightmost
2483 /// SCEVUnknown, we simply return the rightmost SCEV operand.
2484 static const SCEV *getExprBase(const SCEV *S) {
2485   switch (S->getSCEVType()) {
2486   default: // uncluding scUnknown.
2487     return S;
2488   case scConstant:
2489     return nullptr;
2490   case scTruncate:
2491     return getExprBase(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand());
2492   case scZeroExtend:
2493     return getExprBase(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand());
2494   case scSignExtend:
2495     return getExprBase(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand());
2496   case scAddExpr: {
2497     // Skip over scaled operands (scMulExpr) to follow add operands as long as
2498     // there's nothing more complex.
2499     // FIXME: not sure if we want to recognize negation.
2500     const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(S);
2501     for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(Add->op_end()),
2502            E(Add->op_begin()); I != E; ++I) {
2503       const SCEV *SubExpr = *I;
2504       if (SubExpr->getSCEVType() == scAddExpr)
2505         return getExprBase(SubExpr);
2506
2507       if (SubExpr->getSCEVType() != scMulExpr)
2508         return SubExpr;
2509     }
2510     return S; // all operands are scaled, be conservative.
2511   }
2512   case scAddRecExpr:
2513     return getExprBase(cast<SCEVAddRecExpr>(S)->getStart());
2514   }
2515 }
2516
2517 /// Return true if the chain increment is profitable to expand into a loop
2518 /// invariant value, which may require its own register. A profitable chain
2519 /// increment will be an offset relative to the same base. We allow such offsets
2520 /// to potentially be used as chain increment as long as it's not obviously
2521 /// expensive to expand using real instructions.
2522 bool IVChain::isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
2523                                     const SCEV *IncExpr,
2524                                     ScalarEvolution &SE) {
2525   // Aggressively form chains when -stress-ivchain.
2526   if (StressIVChain)
2527     return true;
2528
2529   // Do not replace a constant offset from IV head with a nonconstant IV
2530   // increment.
2531   if (!isa<SCEVConstant>(IncExpr)) {
2532     const SCEV *HeadExpr = SE.getSCEV(getWideOperand(Incs[0].IVOperand));
2533     if (isa<SCEVConstant>(SE.getMinusSCEV(OperExpr, HeadExpr)))
2534       return 0;
2535   }
2536
2537   SmallPtrSet<const SCEV*, 8> Processed;
2538   return !isHighCostExpansion(IncExpr, Processed, SE);
2539 }
2540
2541 /// Return true if the number of registers needed for the chain is estimated to
2542 /// be less than the number required for the individual IV users. First prohibit
2543 /// any IV users that keep the IV live across increments (the Users set should
2544 /// be empty). Next count the number and type of increments in the chain.
2545 ///
2546 /// Chaining IVs can lead to considerable code bloat if ISEL doesn't
2547 /// effectively use postinc addressing modes. Only consider it profitable it the
2548 /// increments can be computed in fewer registers when chained.
2549 ///
2550 /// TODO: Consider IVInc free if it's already used in another chains.
2551 static bool
2552 isProfitableChain(IVChain &Chain, SmallPtrSetImpl<Instruction*> &Users,
2553                   ScalarEvolution &SE, const TargetTransformInfo &TTI) {
2554   if (StressIVChain)
2555     return true;
2556
2557   if (!Chain.hasIncs())
2558     return false;
2559
2560   if (!Users.empty()) {
2561     DEBUG(dbgs() << "Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << " users:\n";
2562           for (Instruction *Inst : Users) {
2563             dbgs() << "  " << *Inst << "\n";
2564           });
2565     return false;
2566   }
2567   assert(!Chain.Incs.empty() && "empty IV chains are not allowed");
2568
2569   // The chain itself may require a register, so intialize cost to 1.
2570   int cost = 1;
2571
2572   // A complete chain likely eliminates the need for keeping the original IV in
2573   // a register. LSR does not currently know how to form a complete chain unless
2574   // the header phi already exists.
2575   if (isa<PHINode>(Chain.tailUserInst())
2576       && SE.getSCEV(Chain.tailUserInst()) == Chain.Incs[0].IncExpr) {
2577     --cost;
2578   }
2579   const SCEV *LastIncExpr = nullptr;
2580   unsigned NumConstIncrements = 0;
2581   unsigned NumVarIncrements = 0;
2582   unsigned NumReusedIncrements = 0;
2583   for (IVChain::const_iterator I = Chain.begin(), E = Chain.end();
2584        I != E; ++I) {
2585
2586     if (I->IncExpr->isZero())
2587       continue;
2588
2589     // Incrementing by zero or some constant is neutral. We assume constants can
2590     // be folded into an addressing mode or an add's immediate operand.
2591     if (isa<SCEVConstant>(I->IncExpr)) {
2592       ++NumConstIncrements;
2593       continue;
2594     }
2595
2596     if (I->IncExpr == LastIncExpr)
2597       ++NumReusedIncrements;
2598     else
2599       ++NumVarIncrements;
2600
2601     LastIncExpr = I->IncExpr;
2602   }
2603   // An IV chain with a single increment is handled by LSR's postinc
2604   // uses. However, a chain with multiple increments requires keeping the IV's
2605   // value live longer than it needs to be if chained.
2606   if (NumConstIncrements > 1)
2607     --cost;
2608
2609   // Materializing increment expressions in the preheader that didn't exist in
2610   // the original code may cost a register. For example, sign-extended array
2611   // indices can produce ridiculous increments like this:
2612   // IV + ((sext i32 (2 * %s) to i64) + (-1 * (sext i32 %s to i64)))
2613   cost += NumVarIncrements;
2614
2615   // Reusing variable increments likely saves a register to hold the multiple of
2616   // the stride.
2617   cost -= NumReusedIncrements;
2618
2619   DEBUG(dbgs() << "Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << " Cost: " << cost
2620                << "\n");
2621
2622   return cost < 0;
2623 }
2624
2625 /// ChainInstruction - Add this IV user to an existing chain or make it the head
2626 /// of a new chain.
2627 void LSRInstance::ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
2628                                    SmallVectorImpl<ChainUsers> &ChainUsersVec) {
2629   // When IVs are used as types of varying widths, they are generally converted
2630   // to a wider type with some uses remaining narrow under a (free) trunc.
2631   Value *const NextIV = getWideOperand(IVOper);
2632   const SCEV *const OperExpr = SE.getSCEV(NextIV);
2633   const SCEV *const OperExprBase = getExprBase(OperExpr);
2634
2635   // Visit all existing chains. Check if its IVOper can be computed as a
2636   // profitable loop invariant increment from the last link in the Chain.
2637   unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2638   const SCEV *LastIncExpr = nullptr;
2639   for (; ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
2640     IVChain &Chain = IVChainVec[ChainIdx];
2641
2642     // Prune the solution space aggressively by checking that both IV operands
2643     // are expressions that operate on the same unscaled SCEVUnknown. This
2644     // "base" will be canceled by the subsequent getMinusSCEV call. Checking
2645     // first avoids creating extra SCEV expressions.
2646     if (!StressIVChain && Chain.ExprBase != OperExprBase)
2647       continue;
2648
2649     Value *PrevIV = getWideOperand(Chain.Incs.back().IVOperand);
2650     if (!isCompatibleIVType(PrevIV, NextIV))
2651       continue;
2652
2653     // A phi node terminates a chain.
2654     if (isa<PHINode>(UserInst) && isa<PHINode>(Chain.tailUserInst()))
2655       continue;
2656
2657     // The increment must be loop-invariant so it can be kept in a register.
2658     const SCEV *PrevExpr = SE.getSCEV(PrevIV);
2659     const SCEV *IncExpr = SE.getMinusSCEV(OperExpr, PrevExpr);
2660     if (!SE.isLoopInvariant(IncExpr, L))
2661       continue;
2662
2663     if (Chain.isProfitableIncrement(OperExpr, IncExpr, SE)) {
2664       LastIncExpr = IncExpr;
2665       break;
2666     }
2667   }
2668   // If we haven't found a chain, create a new one, unless we hit the max. Don't
2669   // bother for phi nodes, because they must be last in the chain.
2670   if (ChainIdx == NChains) {
2671     if (isa<PHINode>(UserInst))
2672       return;
2673     if (NChains >= MaxChains && !StressIVChain) {
2674       DEBUG(dbgs() << "IV Chain Limit\n");
2675       return;
2676     }
2677     LastIncExpr = OperExpr;
2678     // IVUsers may have skipped over sign/zero extensions. We don't currently
2679     // attempt to form chains involving extensions unless they can be hoisted
2680     // into this loop's AddRec.
2681     if (!isa<SCEVAddRecExpr>(LastIncExpr))
2682       return;
2683     ++NChains;
2684     IVChainVec.push_back(IVChain(IVInc(UserInst, IVOper, LastIncExpr),
2685                                  OperExprBase));
2686     ChainUsersVec.resize(NChains);
2687     DEBUG(dbgs() << "IV Chain#" << ChainIdx << " Head: (" << *UserInst
2688                  << ") IV=" << *LastIncExpr << "\n");
2689   } else {
2690     DEBUG(dbgs() << "IV Chain#" << ChainIdx << "  Inc: (" << *UserInst
2691                  << ") IV+" << *LastIncExpr << "\n");
2692     // Add this IV user to the end of the chain.
2693     IVChainVec[ChainIdx].add(IVInc(UserInst, IVOper, LastIncExpr));
2694   }
2695   IVChain &Chain = IVChainVec[ChainIdx];
2696
2697   SmallPtrSet<Instruction*,4> &NearUsers = ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers;
2698   // This chain's NearUsers become FarUsers.
2699   if (!LastIncExpr->isZero()) {
2700     ChainUsersVec[ChainIdx].FarUsers.insert(NearUsers.begin(),
2701                                             NearUsers.end());
2702     NearUsers.clear();
2703   }
2704
2705   // All other uses of IVOperand become near uses of the chain.
2706   // We currently ignore intermediate values within SCEV expressions, assuming
2707   // they will eventually be used be the current chain, or can be computed
2708   // from one of the chain increments. To be more precise we could
2709   // transitively follow its user and only add leaf IV users to the set.
2710   for (User *U : IVOper->users()) {
2711     Instruction *OtherUse = dyn_cast<Instruction>(U);
2712     if (!OtherUse)
2713       continue;
2714     // Uses in the chain will no longer be uses if the chain is formed.
2715     // Include the head of the chain in this iteration (not Chain.begin()).
2716     IVChain::const_iterator IncIter = Chain.Incs.begin();
2717     IVChain::const_iterator IncEnd = Chain.Incs.end();
2718     for( ; IncIter != IncEnd; ++IncIter) {
2719       if (IncIter->UserInst == OtherUse)
2720         break;
2721     }
2722     if (IncIter != IncEnd)
2723       continue;
2724
2725     if (SE.isSCEVable(OtherUse->getType())
2726         && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(OtherUse))
2727         && IU.isIVUserOrOperand(OtherUse)) {
2728       continue;
2729     }
2730     NearUsers.insert(OtherUse);
2731   }
2732
2733   // Since this user is part of the chain, it's no longer considered a use
2734   // of the chain.
2735   ChainUsersVec[ChainIdx].FarUsers.erase(UserInst);
2736 }
2737
2738 /// CollectChains - Populate the vector of Chains.
2739 ///
2740 /// This decreases ILP at the architecture level. Targets with ample registers,
2741 /// multiple memory ports, and no register renaming probably don't want
2742 /// this. However, such targets should probably disable LSR altogether.
2743 ///
2744 /// The job of LSR is to make a reasonable choice of induction variables across
2745 /// the loop. Subsequent passes can easily "unchain" computation exposing more
2746 /// ILP *within the loop* if the target wants it.
2747 ///
2748 /// Finding the best IV chain is potentially a scheduling problem. Since LSR
2749 /// will not reorder memory operations, it will recognize this as a chain, but
2750 /// will generate redundant IV increments. Ideally this would be corrected later
2751 /// by a smart scheduler:
2752 ///        = A[i]
2753 ///        = A[i+x]
2754 /// A[i]   =
2755 /// A[i+x] =
2756 ///
2757 /// TODO: Walk the entire domtree within this loop, not just the path to the
2758 /// loop latch. This will discover chains on side paths, but requires
2759 /// maintaining multiple copies of the Chains state.
2760 void LSRInstance::CollectChains() {
2761   DEBUG(dbgs() << "Collecting IV Chains.\n");
2762   SmallVector<ChainUsers, 8> ChainUsersVec;
2763
2764   SmallVector<BasicBlock *,8> LatchPath;
2765   BasicBlock *LoopHeader = L->getHeader();
2766   for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(L->getLoopLatch());
2767        Rung->getBlock() != LoopHeader; Rung = Rung->getIDom()) {
2768     LatchPath.push_back(Rung->getBlock());
2769   }
2770   LatchPath.push_back(LoopHeader);
2771
2772   // Walk the instruction stream from the loop header to the loop latch.
2773   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::reverse_iterator
2774          BBIter = LatchPath.rbegin(), BBEnd = LatchPath.rend();
2775        BBIter != BBEnd; ++BBIter) {
2776     for (BasicBlock::iterator I = (*BBIter)->begin(), E = (*BBIter)->end();
2777          I != E; ++I) {
2778       // Skip instructions that weren't seen by IVUsers analysis.
2779       if (isa<PHINode>(I) || !IU.isIVUserOrOperand(I))
2780         continue;
2781
2782       // Ignore users that are part of a SCEV expression. This way we only
2783       // consider leaf IV Users. This effectively rediscovers a portion of
2784       // IVUsers analysis but in program order this time.
2785       if (SE.isSCEVable(I->getType()) && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(I)))
2786         continue;
2787
2788       // Remove this instruction from any NearUsers set it may be in.
2789       for (unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2790            ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
2791         ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers.erase(I);
2792       }
2793       // Search for operands that can be chained.
2794       SmallPtrSet<Instruction*, 4> UniqueOperands;
2795       User::op_iterator IVOpEnd = I->op_end();
2796       User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(I->op_begin(), IVOpEnd, L, SE);
2797       while (IVOpIter != IVOpEnd) {
2798         Instruction *IVOpInst = cast<Instruction>(*IVOpIter);
2799         if (UniqueOperands.insert(IVOpInst).second)
2800           ChainInstruction(I, IVOpInst, ChainUsersVec);
2801         IVOpIter = findIVOperand(std::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
2802       }
2803     } // Continue walking down the instructions.
2804   } // Continue walking down the domtree.
2805   // Visit phi backedges to determine if the chain can generate the IV postinc.
2806   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2807        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2808     if (!SE.isSCEVable(PN->getType()))
2809       continue;
2810
2811     Instruction *IncV =
2812       dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch()));
2813     if (IncV)
2814       ChainInstruction(PN, IncV, ChainUsersVec);
2815   }
2816   // Remove any unprofitable chains.
2817   unsigned ChainIdx = 0;
2818   for (unsigned UsersIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2819        UsersIdx < NChains; ++UsersIdx) {
2820     if (!isProfitableChain(IVChainVec[UsersIdx],
2821                            ChainUsersVec[UsersIdx].FarUsers, SE, TTI))
2822       continue;
2823     // Preserve the chain at UsesIdx.
2824     if (ChainIdx != UsersIdx)
2825       IVChainVec[ChainIdx] = IVChainVec[UsersIdx];
2826     FinalizeChain(IVChainVec[ChainIdx]);
2827     ++ChainIdx;
2828   }
2829   IVChainVec.resize(ChainIdx);
2830 }
2831
2832 void LSRInstance::FinalizeChain(IVChain &Chain) {
2833   assert(!Chain.Incs.empty() && "empty IV chains are not allowed");
2834   DEBUG(dbgs() << "Final Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << "\n");
2835
2836   for (IVChain::const_iterator I = Chain.begin(), E = Chain.end();
2837        I != E; ++I) {
2838     DEBUG(dbgs() << "        Inc: " << *I->UserInst << "\n");
2839     User::op_iterator UseI =
2840       std::find(I->UserInst->op_begin(), I->UserInst->op_end(), I->IVOperand);
2841     assert(UseI != I->UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
2842     IVIncSet.insert(UseI);
2843   }
2844 }
2845
2846 /// Return true if the IVInc can be folded into an addressing mode.
2847 static bool canFoldIVIncExpr(const SCEV *IncExpr, Instruction *UserInst,
2848                              Value *Operand, const TargetTransformInfo &TTI) {
2849   const SCEVConstant *IncConst = dyn_cast<SCEVConstant>(IncExpr);
2850   if (!IncConst || !isAddressUse(UserInst, Operand))
2851     return false;
2852
2853   if (IncConst->getValue()->getValue().getMinSignedBits() > 64)
2854     return false;
2855
2856   int64_t IncOffset = IncConst->getValue()->getSExtValue();
2857   if (!isAlwaysFoldable(TTI, LSRUse::Address,
2858                         getAccessType(UserInst), /*BaseGV=*/ nullptr,
2859                         IncOffset, /*HaseBaseReg=*/ false))
2860     return false;
2861
2862   return true;
2863 }
2864
2865 /// GenerateIVChains - Generate an add or subtract for each IVInc in a chain to
2866 /// materialize the IV user's operand from the previous IV user's operand.
2867 void LSRInstance::GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
2868                                   SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
2869   // Find the new IVOperand for the head of the chain. It may have been replaced
2870   // by LSR.
2871   const IVInc &Head = Chain.Incs[0];
2872   User::op_iterator IVOpEnd = Head.UserInst->op_end();
2873   // findIVOperand returns IVOpEnd if it can no longer find a valid IV user.
2874   User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(Head.UserInst->op_begin(),
2875                                              IVOpEnd, L, SE);
2876   Value *IVSrc = nullptr;
2877   while (IVOpIter != IVOpEnd) {
2878     IVSrc = getWideOperand(*IVOpIter);
2879
2880     // If this operand computes the expression that the chain needs, we may use
2881     // it. (Check this after setting IVSrc which is used below.)
2882     //
2883     // Note that if Head.IncExpr is wider than IVSrc, then this phi is too
2884     // narrow for the chain, so we can no longer use it. We do allow using a
2885     // wider phi, assuming the LSR checked for free truncation. In that case we
2886     // should already have a truncate on this operand such that
2887     // getSCEV(IVSrc) == IncExpr.
2888     if (SE.getSCEV(*IVOpIter) == Head.IncExpr
2889         || SE.getSCEV(IVSrc) == Head.IncExpr) {
2890       break;
2891     }
2892     IVOpIter = findIVOperand(std::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
2893   }
2894   if (IVOpIter == IVOpEnd) {
2895     // Gracefully give up on this chain.
2896     DEBUG(dbgs() << "Concealed chain head: " << *Head.UserInst << "\n");
2897     return;
2898   }
2899
2900   DEBUG(dbgs() << "Generate chain at: " << *IVSrc << "\n");
2901   Type *IVTy = IVSrc->getType();
2902   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(IVTy);
2903   const SCEV *LeftOverExpr = nullptr;
2904   for (IVChain::const_iterator IncI = Chain.begin(),
2905          IncE = Chain.end(); IncI != IncE; ++IncI) {
2906
2907     Instruction *InsertPt = IncI->UserInst;
2908     if (isa<PHINode>(InsertPt))
2909       InsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
2910
2911     // IVOper will replace the current IV User's operand. IVSrc is the IV
2912     // value currently held in a register.
2913     Value *IVOper = IVSrc;
2914     if (!IncI->IncExpr->isZero()) {
2915       // IncExpr was the result of subtraction of two narrow values, so must
2916       // be signed.
2917       const SCEV *IncExpr = SE.getNoopOrSignExtend(IncI->IncExpr, IntTy);
2918       LeftOverExpr = LeftOverExpr ?
2919         SE.getAddExpr(LeftOverExpr, IncExpr) : IncExpr;
2920     }
2921     if (LeftOverExpr && !LeftOverExpr->isZero()) {
2922       // Expand the IV increment.
2923       Rewriter.clearPostInc();
2924       Value *IncV = Rewriter.expandCodeFor(LeftOverExpr, IntTy, InsertPt);
2925       const SCEV *IVOperExpr = SE.getAddExpr(SE.getUnknown(IVSrc),
2926                                              SE.getUnknown(IncV));
2927       IVOper = Rewriter.expandCodeFor(IVOperExpr, IVTy, InsertPt);
2928
2929       // If an IV increment can't be folded, use it as the next IV value.
2930       if (!canFoldIVIncExpr(LeftOverExpr, IncI->UserInst, IncI->IVOperand,
2931                             TTI)) {
2932         assert(IVTy == IVOper->getType() && "inconsistent IV increment type");
2933         IVSrc = IVOper;
2934         LeftOverExpr = nullptr;
2935       }
2936     }
2937     Type *OperTy = IncI->IVOperand->getType();
2938     if (IVTy != OperTy) {
2939       assert(SE.getTypeSizeInBits(IVTy) >= SE.getTypeSizeInBits(OperTy) &&
2940              "cannot extend a chained IV");
2941       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
2942       IVOper = Builder.CreateTruncOrBitCast(IVOper, OperTy, "lsr.chain");
2943     }
2944     IncI->UserInst->replaceUsesOfWith(IncI->IVOperand, IVOper);
2945     DeadInsts.push_back(IncI->IVOperand);
2946   }
2947   // If LSR created a new, wider phi, we may also replace its postinc. We only
2948   // do this if we also found a wide value for the head of the chain.
2949   if (isa<PHINode>(Chain.tailUserInst())) {
2950     for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2951          PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2952       if (!isCompatibleIVType(Phi, IVSrc))
2953         continue;
2954       Instruction *PostIncV = dyn_cast<Instruction>(
2955         Phi->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch()));
2956       if (!PostIncV || (SE.getSCEV(PostIncV) != SE.getSCEV(IVSrc)))
2957         continue;
2958       Value *IVOper = IVSrc;
2959       Type *PostIncTy = PostIncV->getType();
2960       if (IVTy != PostIncTy) {
2961         assert(PostIncTy->isPointerTy() && "mixing int/ptr IV types");
2962         IRBuilder<> Builder(L->getLoopLatch()->getTerminator());
2963         Builder.SetCurrentDebugLocation(PostIncV->getDebugLoc());
2964         IVOper = Builder.CreatePointerCast(IVSrc, PostIncTy, "lsr.chain");
2965       }
2966       Phi->replaceUsesOfWith(PostIncV, IVOper);
2967       DeadInsts.push_back(PostIncV);
2968     }
2969   }
2970 }
2971
2972 void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
2973   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2974     Instruction *UserInst = UI->getUser();
2975     // Skip IV users that are part of profitable IV Chains.
2976     User::op_iterator UseI = std::find(UserInst->op_begin(), UserInst->op_end(),
2977                                        UI->getOperandValToReplace());
2978     assert(UseI != UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
2979     if (IVIncSet.count(UseI))
2980       continue;
2981
2982     // Record the uses.
2983     LSRFixup &LF = getNewFixup();
2984     LF.UserInst = UserInst;
2985     LF.OperandValToReplace = UI->getOperandValToReplace();
2986     LF.PostIncLoops = UI->getPostIncLoops();
2987
2988     LSRUse::KindType Kind = LSRUse::Basic;
2989     Type *AccessTy = nullptr;
2990     if (isAddressUse(LF.UserInst, LF.OperandValToReplace)) {
2991       Kind = LSRUse::Address;
2992       AccessTy = getAccessType(LF.UserInst);
2993     }
2994
2995     const SCEV *S = IU.getExpr(*UI);
2996
2997     // Equality (== and !=) ICmps are special. We can rewrite (i == N) as
2998     // (N - i == 0), and this allows (N - i) to be the expression that we work
2999     // with rather than just N or i, so we can consider the register
3000     // requirements for both N and i at the same time. Limiting this code to
3001     // equality icmps is not a problem because all interesting loops use
3002     // equality icmps, thanks to IndVarSimplify.
3003     if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(LF.UserInst))
3004       if (CI->isEquality()) {
3005         // Swap the operands if needed to put the OperandValToReplace on the
3006         // left, for consistency.
3007         Value *NV = CI->getOperand(1);
3008         if (NV == LF.OperandValToReplace) {
3009           CI->setOperand(1, CI->getOperand(0));
3010           CI->setOperand(0, NV);
3011           NV = CI->getOperand(1);
3012           Changed = true;
3013         }
3014
3015         // x == y  -->  x - y == 0
3016         const SCEV *N = SE.getSCEV(NV);
3017         if (SE.isLoopInvariant(N, L) && isSafeToExpand(N, SE)) {
3018           // S is normalized, so normalize N before folding it into S
3019           // to keep the result normalized.
3020           N = TransformForPostIncUse(Normalize, N, CI, nullptr,
3021                                      LF.PostIncLoops, SE, DT);
3022           Kind = LSRUse::ICmpZero;
3023           S = SE.getMinusSCEV(N, S);
3024         }
3025
3026         // -1 and the negations of all interesting strides (except the negation
3027         // of -1) are now also interesting.
3028         for (size_t i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i)
3029           if (Factors[i] != -1)
3030             Factors.insert(-(uint64_t)Factors[i]);
3031         Factors.insert(-1);
3032       }
3033
3034     // Set up the initial formula for this use.
3035     std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, Kind, AccessTy);
3036     LF.LUIdx = P.first;
3037     LF.Offset = P.second;
3038     LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
3039     LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
3040     if (!LU.WidestFixupType ||
3041         SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
3042         SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
3043       LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
3044
3045     // If this is the first use of this LSRUse, give it a formula.
3046     if (LU.Formulae.empty()) {
3047       InsertInitialFormula(S, LU, LF.LUIdx);
3048       CountRegisters(LU.Formulae.back(), LF.LUIdx);
3049     }
3050   }
3051
3052   DEBUG(print_fixups(dbgs()));
3053 }
3054
3055 /// InsertInitialFormula - Insert a formula for the given expression into
3056 /// the given use, separating out loop-variant portions from loop-invariant
3057 /// and loop-computable portions.
3058 void
3059 LSRInstance::InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
3060   // Mark uses whose expressions cannot be expanded.
3061   if (!isSafeToExpand(S, SE))
3062     LU.RigidFormula = true;
3063
3064   Formula F;
3065   F.InitialMatch(S, L, SE);
3066   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3067   assert(Inserted && "Initial formula already exists!"); (void)Inserted;
3068 }
3069
3070 /// InsertSupplementalFormula - Insert a simple single-register formula for
3071 /// the given expression into the given use.
3072 void
3073 LSRInstance::InsertSupplementalFormula(const SCEV *S,
3074                                        LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
3075   Formula F;
3076   F.BaseRegs.push_back(S);
3077   F.HasBaseReg = true;
3078   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3079   assert(Inserted && "Supplemental formula already exists!"); (void)Inserted;
3080 }
3081
3082 /// CountRegisters - Note which registers are used by the given formula,
3083 /// updating RegUses.
3084 void LSRInstance::CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx) {
3085   if (F.ScaledReg)
3086     RegUses.CountRegister(F.ScaledReg, LUIdx);
3087   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
3088        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
3089     RegUses.CountRegister(*I, LUIdx);
3090 }
3091
3092 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
3093 /// the list, and return true. Return false otherwise.
3094 bool LSRInstance::InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F) {
3095   // Do not insert formula that we will not be able to expand.
3096   assert(isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F) &&
3097          "Formula is illegal");
3098   if (!LU.InsertFormula(F))
3099     return false;
3100
3101   CountRegisters(F, LUIdx);
3102   return true;
3103 }
3104
3105 /// CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae - Check for other uses of
3106 /// loop-invariant values which we're tracking. These other uses will pin these
3107 /// values in registers, making them less profitable for elimination.
3108 /// TODO: This currently misses non-constant addrec step registers.
3109 /// TODO: Should this give more weight to users inside the loop?
3110 void
3111 LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
3112   SmallVector<const SCEV *, 8> Worklist(RegUses.begin(), RegUses.end());
3113   SmallPtrSet<const SCEV *, 32> Visited;
3114
3115   while (!Worklist.empty()) {
3116     const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
3117
3118     // Don't process the same SCEV twice
3119     if (!Visited.insert(S).second)
3120       continue;
3121
3122     if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S))
3123       Worklist.append(N->op_begin(), N->op_end());
3124     else if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
3125       Worklist.push_back(C->getOperand());
3126     else if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3127       Worklist.push_back(D->getLHS());
3128       Worklist.push_back(D->getRHS());
3129     } else if (const SCEVUnknown *US = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3130       const Value *V = US->getValue();
3131       if (const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3132         // Look for instructions defined outside the loop.
3133         if (L->contains(Inst)) continue;
3134       } else if (isa<UndefValue>(V))
3135         // Undef doesn't have a live range, so it doesn't matter.
3136         continue;
3137       for (const Use &U : V->uses()) {
3138         const Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(U.getUser());
3139         // Ignore non-instructions.
3140         if (!UserInst)
3141           continue;
3142         // Ignore instructions in other functions (as can happen with
3143         // Constants).
3144         if (UserInst->getParent()->getParent() != L->getHeader()->getParent())
3145           continue;
3146         // Ignore instructions not dominated by the loop.
3147         const BasicBlock *UseBB = !isa<PHINode>(UserInst) ?
3148           UserInst->getParent() :
3149           cast<PHINode>(UserInst)->getIncomingBlock(
3150             PHINode::getIncomingValueNumForOperand(U.getOperandNo()));
3151         if (!DT.dominates(L->getHeader(), UseBB))
3152           continue;
3153         // Ignore uses which are part of other SCEV expressions, to avoid
3154         // analyzing them multiple times.
3155         if (SE.isSCEVable(UserInst->getType())) {
3156           const SCEV *UserS = SE.getSCEV(const_cast<Instruction *>(UserInst));
3157           // If the user is a no-op, look through to its uses.
3158           if (!isa<SCEVUnknown>(UserS))
3159             continue;
3160           if (UserS == US) {
3161             Worklist.push_back(
3162               SE.getUnknown(const_cast<Instruction *>(UserInst)));
3163             continue;
3164           }
3165         }
3166         // Ignore icmp instructions which are already being analyzed.
3167         if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UserInst)) {
3168           unsigned OtherIdx = !U.getOperandNo();
3169           Value *OtherOp = const_cast<Value *>(ICI->getOperand(OtherIdx));
3170           if (SE.hasComputableLoopEvolution(SE.getSCEV(OtherOp), L))
3171             continue;
3172         }
3173
3174         LSRFixup &LF = getNewFixup();
3175         LF.UserInst = const_cast<Instruction *>(UserInst);
3176         LF.OperandValToReplace = U;
3177         std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, LSRUse::Basic, nullptr);
3178         LF.LUIdx = P.first;
3179         LF.Offset = P.second;
3180         LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
3181         LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
3182         if (!LU.WidestFixupType ||
3183             SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
3184             SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
3185           LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
3186         InsertSupplementalFormula(US, LU, LF.LUIdx);
3187         CountRegisters(LU.Formulae.back(), Uses.size() - 1);
3188         break;
3189       }
3190     }
3191   }
3192 }
3193
3194 /// CollectSubexprs - Split S into subexpressions which can be pulled out into
3195 /// separate registers. If C is non-null, multiply each subexpression by C.
3196 ///
3197 /// Return remainder expression after factoring the subexpressions captured by
3198 /// Ops. If Ops is complete, return NULL.
3199 static const SCEV *CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
3200                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
3201                                    const Loop *L,
3202                                    ScalarEvolution &SE,
3203                                    unsigned Depth = 0) {
3204   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
3205   if (Depth >= 3)
3206     return S;
3207
3208   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3209     // Break out add operands.
3210     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
3211          I != E; ++I) {
3212       const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(*I, C, Ops, L, SE, Depth+1);
3213       if (Remainder)
3214         Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
3215     }
3216     return nullptr;
3217   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3218     // Split a non-zero base out of an addrec.
3219     if (AR->getStart()->isZero())
3220       return S;
3221
3222     const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(AR->getStart(),
3223                                             C, Ops, L, SE, Depth+1);
3224     // Split the non-zero AddRec unless it is part of a nested recurrence that
3225     // does not pertain to this loop.
3226     if (Remainder && (AR->getLoop() == L || !isa<SCEVAddRecExpr>(Remainder))) {
3227       Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
3228       Remainder = nullptr;
3229     }
3230     if (Remainder != AR->getStart()) {
3231       if (!Remainder)
3232         Remainder = SE.getConstant(AR->getType(), 0);
3233       return SE.getAddRecExpr(Remainder,
3234                               AR->getStepRecurrence(SE),
3235                               AR->getLoop(),
3236                               //FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
3237                               SCEV::FlagAnyWrap);
3238     }
3239   } else if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3240     // Break (C * (a + b + c)) into C*a + C*b + C*c.
3241     if (Mul->getNumOperands() != 2)
3242       return S;
3243     if (const SCEVConstant *Op0 =
3244         dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
3245       C = C ? cast<SCEVConstant>(SE.getMulExpr(C, Op0)) : Op0;
3246       const SCEV *Remainder =
3247         CollectSubexprs(Mul->getOperand(1), C, Ops, L, SE, Depth+1);
3248       if (Remainder)
3249         Ops.push_back(SE.getMulExpr(C, Remainder));
3250       return nullptr;
3251     }
3252   }
3253   return S;
3254 }
3255
3256 /// \brief Helper function for LSRInstance::GenerateReassociations.
3257 void LSRInstance::GenerateReassociationsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3258                                              const Formula &Base,
3259                                              unsigned Depth, size_t Idx,
3260                                              bool IsScaledReg) {
3261   const SCEV *BaseReg = IsScaledReg ? Base.ScaledReg : Base.BaseRegs[Idx];
3262   SmallVector<const SCEV *, 8> AddOps;
3263   const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(BaseReg, nullptr, AddOps, L, SE);
3264   if (Remainder)
3265     AddOps.push_back(Remainder);
3266
3267   if (AddOps.size() == 1)
3268     return;
3269
3270   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = AddOps.begin(),
3271                                                      JE = AddOps.end();
3272        J != JE; ++J) {
3273
3274     // Loop-variant "unknown" values are uninteresting; we won't be able to
3275     // do anything meaningful with them.
3276     if (isa<SCEVUnknown>(*J) && !SE.isLoopInvariant(*J, L))
3277       continue;
3278
3279     // Don't pull a constant into a register if the constant could be folded
3280     // into an immediate field.
3281     if (isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
3282                          LU.AccessTy, *J, Base.getNumRegs() > 1))
3283       continue;
3284
3285     // Collect all operands except *J.
3286     SmallVector<const SCEV *, 8> InnerAddOps(
3287         ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).begin(), J);
3288     InnerAddOps.append(std::next(J),
3289                        ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).end());
3290
3291     // Don't leave just a constant behind in a register if the constant could
3292     // be folded into an immediate field.
3293     if (InnerAddOps.size() == 1 &&
3294         isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
3295                          LU.AccessTy, InnerAddOps[0], Base.getNumRegs() > 1))
3296       continue;
3297
3298     const SCEV *InnerSum = SE.getAddExpr(InnerAddOps);
3299     if (InnerSum->isZero())
3300       continue;
3301     Formula F = Base;
3302
3303     // Add the remaining pieces of the add back into the new formula.
3304     const SCEVConstant *InnerSumSC = dyn_cast<SCEVConstant>(InnerSum);
3305     if (InnerSumSC && SE.getTypeSizeInBits(InnerSumSC->getType()) <= 64 &&
3306         TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3307                                 InnerSumSC->getValue()->getZExtValue())) {
3308       F.UnfoldedOffset =
3309           (uint64_t)F.UnfoldedOffset + InnerSumSC->getValue()->getZExtValue();
3310       if (IsScaledReg)
3311         F.ScaledReg = nullptr;
3312       else
3313         F.BaseRegs.erase(F.BaseRegs.begin() + Idx);
3314     } else if (IsScaledReg)
3315       F.ScaledReg = InnerSum;
3316     else
3317       F.BaseRegs[Idx] = InnerSum;
3318
3319     // Add J as its own register, or an unfolded immediate.
3320     const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*J);
3321     if (SC && SE.getTypeSizeInBits(SC->getType()) <= 64 &&
3322         TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3323                                 SC->getValue()->getZExtValue()))
3324       F.UnfoldedOffset =
3325           (uint64_t)F.UnfoldedOffset + SC->getValue()->getZExtValue();
3326     else
3327       F.BaseRegs.push_back(*J);
3328     // We may have changed the number of register in base regs, adjust the
3329     // formula accordingly.
3330     F.Canonicalize();
3331
3332     if (InsertFormula(LU, LUIdx, F))
3333       // If that formula hadn't been seen before, recurse to find more like
3334       // it.
3335       GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae.back(), Depth + 1);
3336   }
3337 }
3338
3339 /// GenerateReassociations - Split out subexpressions from adds and the bases of
3340 /// addrecs.
3341 void LSRInstance::GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3342                                          Formula Base, unsigned Depth) {
3343   assert(Base.isCanonical() && "Input must be in the canonical form");
3344   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
3345   if (Depth >= 3)
3346     return;
3347
3348   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
3349     GenerateReassociationsImpl(LU, LUIdx, Base, Depth, i);
3350
3351   if (Base.Scale == 1)
3352     GenerateReassociationsImpl(LU, LUIdx, Base, Depth,
3353                                /* Idx */ -1, /* IsScaledReg */ true);
3354 }
3355
3356 /// GenerateCombinations - Generate a formula consisting of all of the
3357 /// loop-dominating registers added into a single register.
3358 void LSRInstance::GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3359                                        Formula Base) {
3360   // This method is only interesting on a plurality of registers.
3361   if (Base.BaseRegs.size() + (Base.Scale == 1) <= 1)
3362     return;
3363
3364   // Flatten the representation, i.e., reg1 + 1*reg2 => reg1 + reg2, before
3365   // processing the formula.
3366   Base.Unscale();
3367   Formula F = Base;
3368   F.BaseRegs.clear();
3369   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
3370   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3371        I = Base.BaseRegs.begin(), E = Base.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3372     const SCEV *BaseReg = *I;
3373     if (SE.properlyDominates(BaseReg, L->getHeader()) &&
3374         !SE.hasComputableLoopEvolution(BaseReg, L))
3375       Ops.push_back(BaseReg);
3376     else
3377       F.BaseRegs.push_back(BaseReg);
3378   }
3379   if (Ops.size() > 1) {
3380     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Ops);
3381     // TODO: If Sum is zero, it probably means ScalarEvolution missed an
3382     // opportunity to fold something. For now, just ignore such cases
3383     // rather than proceed with zero in a register.
3384     if (!Sum->isZero()) {
3385       F.BaseRegs.push_back(Sum);
3386       F.Canonicalize();
3387       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3388     }
3389   }
3390 }
3391
3392 /// \brief Helper function for LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets.
3393 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsetsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3394                                               const Formula &Base, size_t Idx,
3395                                               bool IsScaledReg) {
3396   const SCEV *G = IsScaledReg ? Base.ScaledReg : Base.BaseRegs[Idx];
3397   GlobalValue *GV = ExtractSymbol(G, SE);
3398   if (G->isZero() || !GV)
3399     return;
3400   Formula F = Base;
3401   F.BaseGV = GV;
3402   if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3403     return;
3404   if (IsScaledReg)
3405     F.ScaledReg = G;
3406   else
3407     F.BaseRegs[Idx] = G;
3408   (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3409 }
3410
3411 /// GenerateSymbolicOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
3412 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3413                                           Formula Base) {
3414   // We can't add a symbolic offset if the address already contains one.
3415   if (Base.BaseGV) return;
3416
3417   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
3418     GenerateSymbolicOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, i);
3419   if (Base.Scale == 1)
3420     GenerateSymbolicOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, /* Idx */ -1,
3421                                 /* IsScaledReg */ true);
3422 }
3423
3424 /// \brief Helper function for LSRInstance::GenerateConstantOffsets.
3425 void LSRInstance::GenerateConstantOffsetsImpl(
3426     LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &Base,
3427     const SmallVectorImpl<int64_t> &Worklist, size_t Idx, bool IsScaledReg) {
3428   const SCEV *G = IsScaledReg ? Base.ScaledReg : Base.BaseRegs[Idx];
3429   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Worklist.begin(),
3430                                                 E = Worklist.end();
3431        I != E; ++I) {
3432     Formula F = Base;
3433     F.BaseOffset = (uint64_t)Base.BaseOffset - *I;
3434     if (isLegalUse(TTI, LU.MinOffset - *I, LU.MaxOffset - *I, LU.Kind,
3435                    LU.AccessTy, F)) {
3436       // Add the offset to the base register.
3437       const SCEV *NewG = SE.getAddExpr(SE.getConstant(G->getType(), *I), G);
3438       // If it cancelled out, drop the base register, otherwise update it.
3439       if (NewG->isZero()) {
3440         if (IsScaledReg) {
3441           F.Scale = 0;
3442           F.ScaledReg = nullptr;
3443         } else
3444           F.DeleteBaseReg(F.BaseRegs[Idx]);
3445         F.Canonicalize();
3446       } else if (IsScaledReg)
3447         F.ScaledReg = NewG;
3448       else
3449         F.BaseRegs[Idx] = NewG;
3450
3451       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3452     }
3453   }
3454
3455   int64_t Imm = ExtractImmediate(G, SE);
3456   if (G->isZero() || Imm == 0)
3457     return;
3458   Formula F = Base;
3459   F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm;
3460   if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3461     return;
3462   if (IsScaledReg)
3463     F.ScaledReg = G;
3464   else
3465     F.BaseRegs[Idx] = G;
3466   (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3467 }
3468
3469 /// GenerateConstantOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
3470 void LSRInstance::GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3471                                           Formula Base) {
3472   // TODO: For now, just add the min and max offset, because it usually isn't
3473   // worthwhile looking at everything inbetween.
3474   SmallVector<int64_t, 2> Worklist;
3475   Worklist.push_back(LU.MinOffset);
3476   if (LU.MaxOffset != LU.MinOffset)
3477     Worklist.push_back(LU.MaxOffset);
3478
3479   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
3480     GenerateConstantOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, Worklist, i);
3481   if (Base.Scale == 1)
3482     GenerateConstantOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, Worklist, /* Idx */ -1,
3483                                 /* IsScaledReg */ true);
3484 }
3485
3486 /// GenerateICmpZeroScales - For ICmpZero, check to see if we can scale up
3487 /// the comparison. For example, x == y -> x*c == y*c.
3488 void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3489                                          Formula Base) {
3490   if (LU.Kind != LSRUse::ICmpZero) return;
3491
3492   // Determine the integer type for the base formula.
3493   Type *IntTy = Base.getType();
3494   if (!IntTy) return;
3495   if (SE.getTypeSizeInBits(IntTy) > 64) return;
3496
3497   // Don't do this if there is more than one offset.
3498   if (LU.MinOffset != LU.MaxOffset) return;
3499
3500   assert(!Base.BaseGV && "ICmpZero use is not legal!");
3501
3502   // Check each interesting stride.
3503   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3504        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3505     int64_t Factor = *I;
3506
3507     // Check that the multiplication doesn't overflow.
3508     if (Base.BaseOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
3509       continue;
3510     int64_t NewBaseOffset = (uint64_t)Base.BaseOffset * Factor;
3511     if (NewBaseOffset / Factor != Base.BaseOffset)
3512       continue;
3513     // If the offset will be truncated at this use, check that it is in bounds.
3514     if (!IntTy->isPointerTy() &&
3515         !ConstantInt::isValueValidForType(IntTy, NewBaseOffset))
3516       continue;
3517
3518     // Check that multiplying with the use offset doesn't overflow.
3519     int64_t Offset = LU.MinOffset;
3520     if (Offset == INT64_MIN && Factor == -1)
3521       continue;
3522     Offset = (uint64_t)Offset * Factor;
3523     if (Offset / Factor != LU.MinOffset)
3524       continue;
3525     // If the offset will be truncated at this use, check that it is in bounds.
3526     if (!IntTy->isPointerTy() &&
3527         !ConstantInt::isValueValidForType(IntTy, Offset))
3528       continue;
3529
3530     Formula F = Base;
3531     F.BaseOffset = NewBaseOffset;
3532
3533     // Check that this scale is legal.
3534     if (!isLegalUse(TTI, Offset, Offset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3535       continue;
3536
3537     // Compensate for the use having MinOffset built into it.
3538     F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Offset - LU.MinOffset;
3539
3540     const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
3541
3542     // Check that multiplying with each base register doesn't overflow.
3543     for (size_t i = 0, e = F.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3544       F.BaseRegs[i] = SE.getMulExpr(F.BaseRegs[i], FactorS);
3545       if (getExactSDiv(F.BaseRegs[i], FactorS, SE) != Base.BaseRegs[i])
3546         goto next;
3547     }
3548
3549     // Check that multiplying with the scaled register doesn't overflow.
3550     if (F.ScaledReg) {
3551       F.ScaledReg = SE.getMulExpr(F.ScaledReg, FactorS);
3552       if (getExactSDiv(F.ScaledReg, FactorS, SE) != Base.ScaledReg)
3553         continue;
3554     }
3555
3556     // Check that multiplying with the unfolded offset doesn't overflow.
3557     if (F.UnfoldedOffset != 0) {
3558       if (F.UnfoldedOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
3559         continue;
3560       F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset * Factor;
3561       if (F.UnfoldedOffset / Factor != Base.UnfoldedOffset)
3562         continue;
3563       // If the offset will be truncated, check that it is in bounds.
3564       if (!IntTy->isPointerTy() &&
3565           !ConstantInt::isValueValidForType(IntTy, F.UnfoldedOffset))
3566         continue;
3567     }
3568
3569     // If we make it here and it's legal, add it.
3570     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3571   next:;
3572   }
3573 }
3574
3575 /// GenerateScales - Generate stride factor reuse formulae by making use of
3576 /// scaled-offset address modes, for example.
3577 void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
3578   // Determine the integer type for the base formula.
3579   Type *IntTy = Base.getType();
3580   if (!IntTy) return;
3581
3582   // If this Formula already has a scaled register, we can't add another one.
3583   // Try to unscale the formula to generate a better scale.
3584   if (Base.Scale != 0 && !Base.Unscale())
3585     return;
3586
3587   assert(Base.Scale == 0 && "Unscale did not did its job!");
3588
3589   // Check each interesting stride.
3590   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3591        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3592     int64_t Factor = *I;
3593
3594     Base.Scale = Factor;
3595     Base.HasBaseReg = Base.BaseRegs.size() > 1;
3596     // Check whether this scale is going to be legal.
3597     if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
3598                     Base)) {
3599       // As a special-case, handle special out-of-loop Basic users specially.
3600       // TODO: Reconsider this special case.
3601       if (LU.Kind == LSRUse::Basic &&
3602           isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LSRUse::Special,
3603                      LU.AccessTy, Base) &&
3604           LU.AllFixupsOutsideLoop)
3605         LU.Kind = LSRUse::Special;
3606       else
3607         continue;
3608     }
3609     // For an ICmpZero, negating a solitary base register won't lead to
3610     // new solutions.
3611     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero &&
3612         !Base.HasBaseReg && Base.BaseOffset == 0 && !Base.BaseGV)
3613       continue;
3614     // For each addrec base reg, apply the scale, if possible.
3615     for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
3616       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
3617             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base.BaseRegs[i])) {
3618         const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
3619         if (FactorS->isZero())
3620           continue;
3621         // Divide out the factor, ignoring high bits, since we'll be
3622         // scaling the value back up in the end.
3623         if (const SCEV *Quotient = getExactSDiv(AR, FactorS, SE, true)) {
3624           // TODO: This could be optimized to avoid all the copying.
3625           Formula F = Base;
3626           F.ScaledReg = Quotient;
3627           F.DeleteBaseReg(F.BaseRegs[i]);
3628           // The canonical representation of 1*reg is reg, which is already in
3629           // Base. In that case, do not try to insert the formula, it will be
3630           // rejected anyway.
3631           if (F.Scale == 1 && F.BaseRegs.empty())
3632             continue;
3633           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3634         }
3635       }
3636   }
3637 }
3638
3639 /// GenerateTruncates - Generate reuse formulae from different IV types.
3640 void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
3641   // Don't bother truncating symbolic values.
3642   if (Base.BaseGV) return;
3643
3644   // Determine the integer type for the base formula.
3645   Type *DstTy = Base.getType();
3646   if (!DstTy) return;
3647   DstTy = SE.getEffectiveSCEVType(DstTy);
3648
3649   for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
3650        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
3651     Type *SrcTy = *I;
3652     if (SrcTy != DstTy && TTI.isTruncateFree(SrcTy, DstTy)) {
3653       Formula F = Base;
3654
3655       if (F.ScaledReg) F.ScaledReg = SE.getAnyExtendExpr(F.ScaledReg, *I);
3656       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator J = F.BaseRegs.begin(),
3657            JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J)
3658         *J = SE.getAnyExtendExpr(*J, SrcTy);
3659
3660       // TODO: This assumes we've done basic processing on all uses and
3661       // have an idea what the register usage is.
3662       if (!F.hasRegsUsedByUsesOtherThan(LUIdx, RegUses))
3663         continue;
3664
3665       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3666     }
3667   }
3668 }
3669
3670 namespace {
3671
3672 /// WorkItem - Helper class for GenerateCrossUseConstantOffsets. It's used to
3673 /// defer modifications so that the search phase doesn't have to worry about
3674 /// the data structures moving underneath it.
3675 struct WorkItem {
3676   size_t LUIdx;
3677   int64_t Imm;
3678   const SCEV *OrigReg;
3679
3680   WorkItem(size_t LI, int64_t I, const SCEV *R)
3681     : LUIdx(LI), Imm(I), OrigReg(R) {}
3682
3683   void print(raw_ostream &OS) const;
3684   void dump() const;
3685 };
3686
3687 }
3688
3689 void WorkItem::print(raw_ostream &OS) const {
3690   OS << "in formulae referencing " << *OrigReg << " in use " << LUIdx
3691      << " , add offset " << Imm;
3692 }
3693
3694 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
3695 void WorkItem::dump() const {
3696   print(errs()); errs() << '\n';
3697 }
3698 #endif
3699
3700 /// GenerateCrossUseConstantOffsets - Look for registers which are a constant
3701 /// distance apart and try to form reuse opportunities between them.
3702 void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
3703   // Group the registers by their value without any added constant offset.
3704   typedef std::map<int64_t, const SCEV *> ImmMapTy;
3705   typedef DenseMap<const SCEV *, ImmMapTy> RegMapTy;
3706   RegMapTy Map;
3707   DenseMap<const SCEV *, SmallBitVector> UsedByIndicesMap;
3708   SmallVector<const SCEV *, 8> Sequence;
3709   for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
3710        I != E; ++I) {
3711     const SCEV *Reg = *I;
3712     int64_t Imm = ExtractImmediate(Reg, SE);
3713     std::pair<RegMapTy::iterator, bool> Pair =
3714       Map.insert(std::make_pair(Reg, ImmMapTy()));
3715     if (Pair.second)
3716       Sequence.push_back(Reg);
3717     Pair.first->second.insert(std::make_pair(Imm, *I));
3718     UsedByIndicesMap[Reg] |= RegUses.getUsedByIndices(*I);
3719   }
3720
3721   // Now examine each set of registers with the same base value. Build up
3722   // a list of work to do and do the work in a separate step so that we're
3723   // not adding formulae and register counts while we're searching.
3724   SmallVector<WorkItem, 32> WorkItems;
3725   SmallSet<std::pair<size_t, int64_t>, 32> UniqueItems;
3726   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Sequence.begin(),
3727        E = Sequence.end(); I != E; ++I) {
3728     const SCEV *Reg = *I;
3729     const ImmMapTy &Imms = Map.find(Reg)->second;
3730
3731     // It's not worthwhile looking for reuse if there's only one offset.
3732     if (Imms.size() == 1)
3733       continue;
3734
3735     DEBUG(dbgs() << "Generating cross-use offsets for " << *Reg << ':';
3736           for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
3737                J != JE; ++J)
3738             dbgs() << ' ' << J->first;
3739           dbgs() << '\n');
3740
3741     // Examine each offset.
3742     for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
3743          J != JE; ++J) {
3744       const SCEV *OrigReg = J->second;
3745
3746       int64_t JImm = J->first;
3747       const SmallBitVector &UsedByIndices = RegUses.getUsedByIndices(OrigReg);
3748
3749       if (!isa<SCEVConstant>(OrigReg) &&
3750           UsedByIndicesMap[Reg].count() == 1) {
3751         DEBUG(dbgs() << "Skipping cross-use reuse for " << *OrigReg << '\n');
3752         continue;
3753       }
3754
3755       // Conservatively examine offsets between this orig reg a few selected
3756       // other orig regs.
3757       ImmMapTy::const_iterator OtherImms[] = {
3758         Imms.begin(), std::prev(Imms.end()),
3759         Imms.lower_bound((Imms.begin()->first + std::prev(Imms.end())->first) /
3760                          2)
3761       };
3762       for (size_t i = 0, e = array_lengthof(OtherImms); i != e; ++i) {
3763         ImmMapTy::const_iterator M = OtherImms[i];
3764         if (M == J || M == JE) continue;
3765
3766         // Compute the difference between the two.
3767         int64_t Imm = (uint64_t)JImm - M->first;
3768         for (int LUIdx = UsedByIndices.find_first(); LUIdx != -1;
3769              LUIdx = UsedByIndices.find_next(LUIdx))
3770           // Make a memo of this use, offset, and register tuple.
3771           if (UniqueItems.insert(std::make_pair(LUIdx, Imm)).second)
3772             WorkItems.push_back(WorkItem(LUIdx, Imm, OrigReg));
3773       }
3774     }
3775   }
3776
3777   Map.clear();
3778   Sequence.clear();
3779   UsedByIndicesMap.clear();
3780   UniqueItems.clear();
3781
3782   // Now iterate through the worklist and add new formulae.
3783   for (SmallVectorImpl<WorkItem>::const_iterator I = WorkItems.begin(),
3784        E = WorkItems.end(); I != E; ++I) {
3785     const WorkItem &WI = *I;
3786     size_t LUIdx = WI.LUIdx;
3787     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3788     int64_t Imm = WI.Imm;
3789     const SCEV *OrigReg = WI.OrigReg;
3790
3791     Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(OrigReg->getType());
3792     const SCEV *NegImmS = SE.getSCEV(ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Imm));
3793     unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(IntTy);
3794
3795     // TODO: Use a more targeted data structure.
3796     for (size_t L = 0, LE = LU.Formulae.size(); L != LE; ++L) {
3797       Formula F = LU.Formulae[L];
3798       // FIXME: The code for the scaled and unscaled registers looks
3799       // very similar but slightly different. Investigate if they
3800       // could be merged. That way, we would not have to unscale the
3801       // Formula.
3802       F.Unscale();
3803       // Use the immediate in the scaled register.
3804       if (F.ScaledReg == OrigReg) {
3805         int64_t Offset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm * (uint64_t)F.Scale;
3806         // Don't create 50 + reg(-50).
3807         if (F.referencesReg(SE.getSCEV(
3808                    ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offset))))
3809           continue;
3810         Formula NewF = F;
3811         NewF.BaseOffset = Offset;
3812         if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
3813                         NewF))
3814           continue;
3815         NewF.ScaledReg = SE.getAddExpr(NegImmS, NewF.ScaledReg);
3816
3817         // If the new scale is a constant in a register, and adding the constant
3818         // value to the immediate would produce a value closer to zero than the
3819         // immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
3820         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(NewF.ScaledReg))
3821           if (C->getValue()->isNegative() !=
3822                 (NewF.BaseOffset < 0) &&
3823               (C->getValue()->getValue().abs() * APInt(BitWidth, F.Scale))
3824                 .ule(std::abs(NewF.BaseOffset)))
3825             continue;
3826
3827         // OK, looks good.
3828         NewF.Canonicalize();
3829         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
3830       } else {
3831         // Use the immediate in a base register.
3832         for (size_t N = 0, NE = F.BaseRegs.size(); N != NE; ++N) {
3833           const SCEV *BaseReg = F.BaseRegs[N];
3834           if (BaseReg != OrigReg)
3835             continue;
3836           Formula NewF = F;
3837           NewF.BaseOffset = (uint64_t)NewF.BaseOffset + Imm;
3838           if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3839                           LU.Kind, LU.AccessTy, NewF)) {
3840             if (!TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm))
3841               continue;
3842             NewF = F;
3843             NewF.UnfoldedOffset = (uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm;
3844           }
3845           NewF.BaseRegs[N] = SE.getAddExpr(NegImmS, BaseReg);
3846
3847           // If the new formula has a constant in a register, and adding the
3848           // constant value to the immediate would produce a value closer to
3849           // zero than the immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
3850           for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3851                J = NewF.BaseRegs.begin(), JE = NewF.BaseRegs.end();
3852                J != JE; ++J)
3853             if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*J))
3854               if ((C->getValue()->getValue() + NewF.BaseOffset).abs().slt(
3855                    std::abs(NewF.BaseOffset)) &&
3856                   (C->getValue()->getValue() +
3857                    NewF.BaseOffset).countTrailingZeros() >=
3858                    countTrailingZeros<uint64_t>(NewF.BaseOffset))
3859                 goto skip_formula;
3860
3861           // Ok, looks good.
3862           NewF.Canonicalize();
3863           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
3864           break;
3865         skip_formula:;
3866         }
3867       }
3868     }
3869   }
3870 }
3871
3872 /// GenerateAllReuseFormulae - Generate formulae for each use.
3873 void
3874 LSRInstance::GenerateAllReuseFormulae() {
3875   // This is split into multiple loops so that hasRegsUsedByUsesOtherThan
3876   // queries are more precise.
3877   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3878     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3879     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3880       GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3881     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3882       GenerateCombinations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3883   }
3884   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3885     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3886     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3887       GenerateSymbolicOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3888     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3889       GenerateConstantOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3890     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3891       GenerateICmpZeroScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3892     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3893       GenerateScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3894   }
3895   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3896     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3897     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3898       GenerateTruncates(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3899   }
3900
3901   GenerateCrossUseConstantOffsets();
3902
3903   DEBUG(dbgs() << "\n"
3904                   "After generating reuse formulae:\n";
3905         print_uses(dbgs()));
3906 }
3907
3908 /// If there are multiple formulae with the same set of registers used
3909 /// by other uses, pick the best one and delete the others.
3910 void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
3911   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
3912   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> Regs;
3913   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> LoserRegs;
3914 #ifndef NDEBUG
3915   bool ChangedFormulae = false;
3916 #endif
3917
3918   // Collect the best formula for each unique set of shared registers. This
3919   // is reset for each use.
3920   typedef DenseMap<SmallVector<const SCEV *, 4>, size_t, UniquifierDenseMapInfo>
3921     BestFormulaeTy;
3922   BestFormulaeTy BestFormulae;
3923
3924   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3925     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3926     DEBUG(dbgs() << "Filtering for use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3927
3928     bool Any = false;
3929     for (size_t FIdx = 0, NumForms = LU.Formulae.size();
3930          FIdx != NumForms; ++FIdx) {
3931       Formula &F = LU.Formulae[FIdx];
3932
3933       // Some formulas are instant losers. For example, they may depend on
3934       // nonexistent AddRecs from other loops. These need to be filtered
3935       // immediately, otherwise heuristics could choose them over others leading
3936       // to an unsatisfactory solution. Passing LoserRegs into RateFormula here
3937       // avoids the need to recompute this information across formulae using the
3938       // same bad AddRec. Passing LoserRegs is also essential unless we remove
3939       // the corresponding bad register from the Regs set.
3940       Cost CostF;
3941       Regs.clear();
3942       CostF.RateFormula(TTI, F, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT, LU,
3943                         &LoserRegs);
3944       if (CostF.isLoser()) {
3945         // During initial formula generation, undesirable formulae are generated
3946         // by uses within other loops that have some non-trivial address mode or
3947         // use the postinc form of the IV. LSR needs to provide these formulae
3948         // as the basis of rediscovering the desired formula that uses an AddRec
3949         // corresponding to the existing phi. Once all formulae have been
3950         // generated, these initial losers may be pruned.
3951         DEBUG(dbgs() << "  Filtering loser "; F.print(dbgs());
3952               dbgs() << "\n");
3953       }
3954       else {
3955         SmallVector<const SCEV *, 4> Key;
3956         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = F.BaseRegs.begin(),
3957                JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J) {
3958           const SCEV *Reg = *J;
3959           if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(Reg, LUIdx))
3960             Key.push_back(Reg);
3961         }
3962         if (F.ScaledReg &&
3963             RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(F.ScaledReg, LUIdx))
3964           Key.push_back(F.ScaledReg);
3965         // Unstable sort by host order ok, because this is only used for
3966         // uniquifying.
3967         std::sort(Key.begin(), Key.end());
3968
3969         std::pair<BestFormulaeTy::const_iterator, bool> P =
3970           BestFormulae.insert(std::make_pair(Key, FIdx));
3971         if (P.second)
3972           continue;
3973
3974         Formula &Best = LU.Formulae[P.first->second];
3975
3976         Cost CostBest;
3977         Regs.clear();
3978         CostBest.RateFormula(TTI, Best, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE,
3979                              DT, LU);
3980         if (CostF < CostBest)
3981           std::swap(F, Best);
3982         DEBUG(dbgs() << "  Filtering out formula "; F.print(dbgs());
3983               dbgs() << "\n"
3984                         "    in favor of formula "; Best.print(dbgs());
3985               dbgs() << '\n');
3986       }
3987 #ifndef NDEBUG
3988       ChangedFormulae = true;
3989 #endif
3990       LU.DeleteFormula(F);
3991       --FIdx;
3992       --NumForms;
3993       Any = true;
3994     }
3995
3996     // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
3997     if (Any)
3998       LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3999
4000     // Reset this to prepare for the next use.
4001     BestFormulae.clear();
4002   }
4003
4004   DEBUG(if (ChangedFormulae) {
4005           dbgs() << "\n"
4006                     "After filtering out undesirable candidates:\n";
4007           print_uses(dbgs());
4008         });
4009 }
4010
4011 // This is a rough guess that seems to work fairly well.
4012 static const size_t ComplexityLimit = UINT16_MAX;
4013
4014 /// EstimateSearchSpaceComplexity - Estimate the worst-case number of
4015 /// solutions the solver might have to consider. It almost never considers
4016 /// this many solutions because it prune the search space, but the pruning
4017 /// isn't always sufficient.
4018 size_t LSRInstance::EstimateSearchSpaceComplexity() const {
4019   size_t Power = 1;
4020   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
4021        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
4022     size_t FSize = I->Formulae.size();
4023     if (FSize >= ComplexityLimit) {
4024       Power = ComplexityLimit;
4025       break;
4026     }
4027     Power *= FSize;
4028     if (Power >= ComplexityLimit)
4029       break;
4030   }
4031   return Power;
4032 }
4033
4034 /// NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets - When one formula uses a superset
4035 /// of the registers of another formula, it won't help reduce register
4036 /// pressure (though it may not necessarily hurt register pressure); remove
4037 /// it to simplify the system.
4038 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets() {
4039   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
4040     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4041
4042     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by eliminating formulae "
4043                     "which use a superset of registers used by other "
4044                     "formulae.\n");
4045
4046     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4047       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4048       bool Any = false;
4049       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
4050         Formula &F = LU.Formulae[i];
4051         // Look for a formula with a constant or GV in a register. If the use
4052         // also has a formula with that same value in an immediate field,
4053         // delete the one that uses a register.
4054         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
4055              I = F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
4056           if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*I)) {
4057             Formula NewF = F;
4058             NewF.BaseOffset += C->getValue()->getSExtValue();
4059             NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
4060                                 (I - F.BaseRegs.begin()));
4061             if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
4062               DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4063               LU.DeleteFormula(F);
4064               --i;
4065               --e;
4066               Any = true;
4067               break;
4068             }
4069           } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(*I)) {
4070             if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue()))
4071               if (!F.BaseGV) {
4072                 Formula NewF = F;
4073                 NewF.BaseGV = GV;
4074                 NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
4075                                     (I - F.BaseRegs.begin()));
4076                 if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
4077                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
4078                         dbgs() << '\n');
4079                   LU.DeleteFormula(F);
4080                   --i;
4081                   --e;
4082                   Any = true;
4083                   break;
4084                 }
4085               }
4086           }
4087         }
4088       }
4089       if (Any)
4090         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
4091     }
4092
4093     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4094           print_uses(dbgs()));
4095   }
4096 }
4097
4098 /// NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode - When there are many registers
4099 /// for expressions like A, A+1, A+2, etc., allocate a single register for
4100 /// them.
4101 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode() {
4102   if (EstimateSearchSpaceComplexity() < ComplexityLimit)
4103     return;
4104
4105   DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n"
4106                   "Narrowing the search space by assuming that uses separated "
4107                   "by a constant offset will use the same registers.\n");
4108
4109   // This is especially useful for unrolled loops.
4110
4111   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4112     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4113     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
4114          E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
4115       const Formula &F = *I;
4116       if (F.BaseOffset == 0 || (F.Scale != 0 && F.Scale != 1))
4117         continue;
4118
4119       LSRUse *LUThatHas = FindUseWithSimilarFormula(F, LU);
4120       if (!LUThatHas)
4121         continue;
4122
4123       if (!reconcileNewOffset(*LUThatHas, F.BaseOffset, /*HasBaseReg=*/ false,
4124                               LU.Kind, LU.AccessTy))
4125         continue;
4126
4127       DEBUG(dbgs() << "  Deleting use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4128
4129       LUThatHas->AllFixupsOutsideLoop &= LU.AllFixupsOutsideLoop;
4130
4131       // Update the relocs to reference the new use.
4132       for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::iterator I = Fixups.begin(),
4133            E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
4134         LSRFixup &Fixup = *I;
4135         if (Fixup.LUIdx == LUIdx) {
4136           Fixup.LUIdx = LUThatHas - &Uses.front();
4137           Fixup.Offset += F.BaseOffset;
4138           // Add the new offset to LUThatHas' offset list.
4139           if (LUThatHas->Offsets.back() != Fixup.Offset) {
4140             LUThatHas->Offsets.push_back(Fixup.Offset);
4141             if (Fixup.Offset > LUThatHas->MaxOffset)
4142               LUThatHas->MaxOffset = Fixup.Offset;
4143             if (Fixup.Offset < LUThatHas->MinOffset)
4144               LUThatHas->MinOffset = Fixup.Offset;
4145           }
4146           DEBUG(dbgs() << "New fixup has offset " << Fixup.Offset << '\n');
4147         }
4148         if (Fixup.LUIdx == NumUses-1)
4149           Fixup.LUIdx = LUIdx;
4150       }
4151
4152       // Delete formulae from the new use which are no longer legal.
4153       bool Any = false;
4154       for (size_t i = 0, e = LUThatHas->Formulae.size(); i != e; ++i) {
4155         Formula &F = LUThatHas->Formulae[i];
4156         if (!isLegalUse(TTI, LUThatHas->MinOffset, LUThatHas->MaxOffset,
4157                         LUThatHas->Kind, LUThatHas->AccessTy, F)) {
4158           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
4159                 dbgs() << '\n');
4160           LUThatHas->DeleteFormula(F);
4161           --i;
4162           --e;
4163           Any = true;
4164         }
4165       }
4166
4167       if (Any)
4168         LUThatHas->RecomputeRegs(LUThatHas - &Uses.front(), RegUses);
4169
4170       // Delete the old use.
4171       DeleteUse(LU, LUIdx);
4172       --LUIdx;
4173       --NumUses;
4174       break;
4175     }
4176   }
4177
4178   DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n"; print_uses(dbgs()));
4179 }
4180
4181 /// NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters - Call
4182 /// FilterOutUndesirableDedicatedRegisters again, if necessary, now that
4183 /// we've done more filtering, as it may be able to find more formulae to
4184 /// eliminate.
4185 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters(){
4186   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
4187     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4188
4189     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by re-filtering out "
4190                     "undesirable dedicated registers.\n");
4191
4192     FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
4193
4194     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4195           print_uses(dbgs()));
4196   }
4197 }
4198
4199 /// NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs - Pick a register which seems likely
4200 /// to be profitable, and then in any use which has any reference to that
4201 /// register, delete all formulae which do not reference that register.
4202 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs() {
4203   // With all other options exhausted, loop until the system is simple
4204   // enough to handle.
4205   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Taken;
4206   while (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
4207     // Ok, we have too many of formulae on our hands to conveniently handle.
4208     // Use a rough heuristic to thin out the list.
4209     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4210
4211     // Pick the register which is used by the most LSRUses, which is likely
4212     // to be a good reuse register candidate.
4213     const SCEV *Best = nullptr;
4214     unsigned BestNum = 0;
4215     for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
4216          I != E; ++I) {
4217       const SCEV *Reg = *I;
4218       if (Taken.count(Reg))
4219         continue;
4220       if (!Best)
4221         Best = Reg;
4222       else {
4223         unsigned Count = RegUses.getUsedByIndices(Reg).count();
4224         if (Count > BestNum) {
4225           Best = Reg;
4226           BestNum = Count;
4227         }
4228       }
4229     }
4230
4231     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming " << *Best
4232                  << " will yield profitable reuse.\n");
4233     Taken.insert(Best);
4234
4235     // In any use with formulae which references this register, delete formulae
4236     // which don't reference it.
4237     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4238       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4239       if (!LU.Regs.count(Best)) continue;
4240
4241       bool Any = false;
4242       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
4243         Formula &F = LU.Formulae[i];
4244         if (!F.referencesReg(Best)) {
4245           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4246           LU.DeleteFormula(F);
4247           --e;
4248           --i;
4249           Any = true;
4250           assert(e != 0 && "Use has no formulae left! Is Regs inconsistent?");
4251           continue;
4252         }
4253       }
4254
4255       if (Any)
4256         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
4257     }
4258
4259     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4260           print_uses(dbgs()));
4261   }
4262 }
4263
4264 /// NarrowSearchSpaceUsingHeuristics - If there are an extraordinary number of
4265 /// formulae to choose from, use some rough heuristics to prune down the number
4266 /// of formulae. This keeps the main solver from taking an extraordinary amount
4267 /// of time in some worst-case scenarios.
4268 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceUsingHeuristics() {
4269   NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
4270   NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
4271   NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
4272   NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
4273 }
4274
4275 /// SolveRecurse - This is the recursive solver.
4276 void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
4277                                Cost &SolutionCost,
4278                                SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
4279                                const Cost &CurCost,
4280                                const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
4281                                DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const {
4282   // Some ideas:
4283   //  - prune more:
4284   //    - use more aggressive filtering
4285   //    - sort the formula so that the most profitable solutions are found first
4286   //    - sort the uses too
4287   //  - search faster:
4288   //    - don't compute a cost, and then compare. compare while computing a cost
4289   //      and bail early.
4290   //    - track register sets with SmallBitVector
4291
4292   const LSRUse &LU = Uses[Workspace.size()];
4293
4294   // If this use references any register that's already a part of the
4295   // in-progress solution, consider it a requirement that a formula must
4296   // reference that register in order to be considered. This prunes out
4297   // unprofitable searching.
4298   SmallSetVector<const SCEV *, 4> ReqRegs;
4299   for (const SCEV *S : CurRegs)
4300     if (LU.Regs.count(S))
4301       ReqRegs.insert(S);
4302
4303   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> NewRegs;
4304   Cost NewCost;
4305   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
4306        E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
4307     const Formula &F = *I;
4308
4309     // Ignore formulae which may not be ideal in terms of register reuse of
4310     // ReqRegs.  The formula should use all required registers before
4311     // introducing new ones.
4312     int NumReqRegsToFind = std::min(F.getNumRegs(), ReqRegs.size());
4313     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator J = ReqRegs.begin(),
4314          JE = ReqRegs.end(); J != JE; ++J) {
4315       const SCEV *Reg = *J;
4316       if ((F.ScaledReg && F.ScaledReg == Reg) ||
4317           std::find(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end(), Reg) !=
4318           F.BaseRegs.end()) {
4319         --NumReqRegsToFind;
4320         if (NumReqRegsToFind == 0)
4321           break;
4322       }
4323     }
4324     if (NumReqRegsToFind != 0) {
4325       // If none of the formulae satisfied the required registers, then we could
4326       // clear ReqRegs and try again. Currently, we simply give up in this case.
4327       continue;
4328     }
4329
4330     // Evaluate the cost of the current formula. If it's already worse than
4331     // the current best, prune the search at that point.
4332     NewCost = CurCost;
4333     NewRegs = CurRegs;
4334     NewCost.RateFormula(TTI, F, NewRegs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT,
4335                         LU);
4336     if (NewCost < SolutionCost) {
4337       Workspace.push_back(&F);
4338       if (Workspace.size() != Uses.size()) {
4339         SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, NewCost,
4340                      NewRegs, VisitedRegs);
4341         if (F.getNumRegs() == 1 && Workspace.size() == 1)
4342           VisitedRegs.insert(F.ScaledReg ? F.ScaledReg : F.BaseRegs[0]);
4343       } else {
4344         DEBUG(dbgs() << "New best at "; NewCost.print(dbgs());
4345               dbgs() << ".\n Regs:";
4346               for (const SCEV *S : NewRegs)
4347                 dbgs() << ' ' << *S;
4348               dbgs() << '\n');
4349
4350         SolutionCost = NewCost;
4351         Solution = Workspace;
4352       }
4353       Workspace.pop_back();
4354     }
4355   }
4356 }
4357
4358 /// Solve - Choose one formula from each use. Return the results in the given
4359 /// Solution vector.
4360 void LSRInstance::Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const {
4361   SmallVector<const Formula *, 8> Workspace;
4362   Cost SolutionCost;
4363   SolutionCost.Lose();
4364   Cost CurCost;
4365   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> CurRegs;
4366   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
4367   Workspace.reserve(Uses.size());
4368
4369   // SolveRecurse does all the work.
4370   SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, CurCost,
4371                CurRegs, VisitedRegs);
4372   if (Solution.empty()) {
4373     DEBUG(dbgs() << "\nNo Satisfactory Solution\n");
4374     return;
4375   }
4376
4377   // Ok, we've now made all our decisions.
4378   DEBUG(dbgs() << "\n"
4379                   "The chosen solution requires "; SolutionCost.print(dbgs());
4380         dbgs() << ":\n";
4381         for (size_t i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
4382           dbgs() << "  ";
4383           Uses[i].print(dbgs());
4384           dbgs() << "\n"
4385                     "    ";
4386           Solution[i]->print(dbgs());
4387           dbgs() << '\n';
4388         });
4389
4390   assert(Solution.size() == Uses.size() && "Malformed solution!");
4391 }
4392
4393 /// HoistInsertPosition - Helper for AdjustInsertPositionForExpand. Climb up
4394 /// the dominator tree far as we can go while still being dominated by the
4395 /// input positions. This helps canonicalize the insert position, which
4396 /// encourages sharing.
4397 BasicBlock::iterator
4398 LSRInstance::HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
4399                                  const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs)
4400                                                                          const {
4401   for (;;) {
4402     const Loop *IPLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
4403     unsigned IPLoopDepth = IPLoop ? IPLoop->getLoopDepth() : 0;
4404
4405     BasicBlock *IDom;
4406     for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(IP->getParent()); ; ) {
4407       if (!Rung) return IP;
4408       Rung = Rung->getIDom();
4409       if (!Rung) return IP;
4410       IDom = Rung->getBlock();
4411
4412       // Don't climb into a loop though.
4413       const Loop *IDomLoop = LI.getLoopFor(IDom);
4414       unsigned IDomDepth = IDomLoop ? IDomLoop->getLoopDepth() : 0;
4415       if (IDomDepth <= IPLoopDepth &&
4416           (IDomDepth != IPLoopDepth || IDomLoop == IPLoop))
4417         break;
4418     }
4419
4420     bool AllDominate = true;
4421     Instruction *BetterPos = nullptr;
4422     Instruction *Tentative = IDom->getTerminator();
4423     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator I = Inputs.begin(),
4424          E = Inputs.end(); I != E; ++I) {
4425       Instruction *Inst = *I;
4426       if (Inst == Tentative || !DT.dominates(Inst, Tentative)) {
4427         AllDominate = false;
4428         break;
4429       }
4430       // Attempt to find an insert position in the middle of the block,
4431       // instead of at the end, so that it can be used for other expansions.
4432       if (IDom == Inst->getParent() &&
4433           (!BetterPos || !DT.dominates(Inst, BetterPos)))
4434         BetterPos = std::next(BasicBlock::iterator(Inst));
4435     }
4436     if (!AllDominate)
4437       break;
4438     if (BetterPos)
4439       IP = BetterPos;
4440     else
4441       IP = Tentative;
4442   }
4443
4444   return IP;
4445 }
4446
4447 /// AdjustInsertPositionForExpand - Determine an input position which will be
4448 /// dominated by the operands and which will dominate the result.
4449 BasicBlock::iterator
4450 LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator LowestIP,
4451                                            const LSRFixup &LF,
4452                                            const LSRUse &LU,
4453                                            SCEVExpander &Rewriter) const {
4454   // Collect some instructions which must be dominated by the
4455   // expanding replacement. These must be dominated by any operands that
4456   // will be required in the expansion.
4457   SmallVector<Instruction *, 4> Inputs;
4458   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(LF.OperandValToReplace))
4459     Inputs.push_back(I);
4460   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero)
4461     if (Instruction *I =
4462           dyn_cast<Instruction>(cast<ICmpInst>(LF.UserInst)->getOperand(1)))
4463       Inputs.push_back(I);
4464   if (LF.PostIncLoops.count(L)) {
4465     if (LF.isUseFullyOutsideLoop(L))
4466       Inputs.push_back(L->getLoopLatch()->getTerminator());
4467     else
4468       Inputs.push_back(IVIncInsertPos);
4469   }
4470   // The expansion must also be dominated by the increment positions of any
4471   // loops it for which it is using post-inc mode.
4472   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = LF.PostIncLoops.begin(),
4473        E = LF.PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
4474     const Loop *PIL = *I;
4475     if (PIL == L) continue;
4476
4477     // Be dominated by the loop exit.
4478     SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
4479     PIL->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
4480     if (!ExitingBlocks.empty()) {
4481       BasicBlock *BB = ExitingBlocks[0];
4482       for (unsigned i = 1, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
4483         BB = DT.findNearestCommonDominator(BB, ExitingBlocks[i]);
4484       Inputs.push_back(BB->getTerminator());
4485     }
4486   }
4487
4488   assert(!isa<PHINode>(LowestIP) && !isa<LandingPadInst>(LowestIP)
4489          && !isa<DbgInfoIntrinsic>(LowestIP) &&
4490          "Insertion point must be a normal instruction");
4491
4492   // Then, climb up the immediate dominator tree as far as we can go while
4493   // still being dominated by the input positions.
4494   BasicBlock::iterator IP = HoistInsertPosition(LowestIP, Inputs);
4495
4496   // Don't insert instructions before PHI nodes.
4497   while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
4498
4499   // Ignore landingpad instructions.
4500   while (isa<LandingPadInst>(IP)) ++IP;
4501
4502   // Ignore debug intrinsics.
4503   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP)) ++IP;
4504
4505   // Set IP below instructions recently inserted by SCEVExpander. This keeps the
4506   // IP consistent across expansions and allows the previously inserted
4507   // instructions to be reused by subsequent expansion.
4508   while (Rewriter.isInsertedInstruction(IP) && IP != LowestIP) ++IP;
4509
4510   return IP;
4511 }
4512
4513 /// Expand - Emit instructions for the leading candidate expression for this
4514 /// LSRUse (this is called "expanding").
4515 Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
4516                            const Formula &F,
4517                            BasicBlock::iterator IP,
4518                            SCEVExpander &Rewriter,
4519                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const {
4520   const LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
4521   if (LU.RigidFormula)
4522     return LF.OperandValToReplace;
4523
4524   // Determine an input position which will be dominated by the operands and
4525   // which will dominate the result.
4526   IP = AdjustInsertPositionForExpand(IP, LF, LU, Rewriter);
4527
4528   // Inform the Rewriter if we have a post-increment use, so that it can
4529   // perform an advantageous expansion.
4530   Rewriter.setPostInc(LF.PostIncLoops);
4531
4532   // This is the type that the user actually needs.
4533   Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4534   // This will be the type that we'll initially expand to.
4535   Type *Ty = F.getType();
4536   if (!Ty)
4537     // No type known; just expand directly to the ultimate type.
4538     Ty = OpTy;
4539   else if (SE.getEffectiveSCEVType(Ty) == SE.getEffectiveSCEVType(OpTy))
4540     // Expand directly to the ultimate type if it's the right size.
4541     Ty = OpTy;
4542   // This is the type to do integer arithmetic in.
4543   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
4544
4545   // Build up a list of operands to add together to form the full base.
4546   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
4547
4548   // Expand the BaseRegs portion.
4549   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
4550        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
4551     const SCEV *Reg = *I;
4552     assert(!Reg->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
4553
4554     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
4555     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
4556     Reg = TransformForPostIncUse(Denormalize, Reg,
4557                                  LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
4558                                  Loops, SE, DT);
4559
4560     Ops.push_back(SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(Reg, nullptr, IP)));
4561   }
4562
4563   // Expand the ScaledReg portion.
4564   Value *ICmpScaledV = nullptr;
4565   if (F.Scale != 0) {
4566     const SCEV *ScaledS = F.ScaledReg;
4567
4568     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
4569     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
4570     ScaledS = TransformForPostIncUse(Denormalize, ScaledS,
4571                                      LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
4572                                      Loops, SE, DT);
4573
4574     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4575       // Expand ScaleReg as if it was part of the base regs.
4576       if (F.Scale == 1)
4577         Ops.push_back(
4578             SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, nullptr, IP)));
4579       else {
4580         // An interesting way of "folding" with an icmp is to use a negated
4581         // scale, which we'll implement by inserting it into the other operand
4582         // of the icmp.
4583         assert(F.Scale == -1 &&
4584                "The only scale supported by ICmpZero uses is -1!");
4585         ICmpScaledV = Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, nullptr, IP);
4586       }
4587     } else {
4588       // Otherwise just expand the scaled register and an explicit scale,
4589       // which is expected to be matched as part of the address.
4590
4591       // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting address modes.
4592       // Unless the addressing mode will not be folded.
4593       if (!Ops.empty() && LU.Kind == LSRUse::Address &&
4594           isAMCompletelyFolded(TTI, LU, F)) {
4595         Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4596         Ops.clear();
4597         Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4598       }
4599       ScaledS = SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, nullptr, IP));
4600       if (F.Scale != 1)
4601         ScaledS =
4602             SE.getMulExpr(ScaledS, SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.Scale));
4603       Ops.push_back(ScaledS);
4604     }
4605   }
4606
4607   // Expand the GV portion.
4608   if (F.BaseGV) {
4609     // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
4610     if (!Ops.empty()) {
4611       Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4612       Ops.clear();
4613       Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4614     }
4615     Ops.push_back(SE.getUnknown(F.BaseGV));
4616   }
4617
4618   // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting of both folded and
4619   // unfolded offsets. LSR assumes they both live next to their uses.
4620   if (!Ops.empty()) {
4621     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4622     Ops.clear();
4623     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4624   }
4625
4626   // Expand the immediate portion.
4627   int64_t Offset = (uint64_t)F.BaseOffset + LF.Offset;
4628   if (Offset != 0) {
4629     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4630       // The other interesting way of "folding" with an ICmpZero is to use a
4631       // negated immediate.
4632       if (!ICmpScaledV)
4633         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offset);
4634       else {
4635         Ops.push_back(SE.getUnknown(ICmpScaledV));
4636         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, Offset);
4637       }
4638     } else {
4639       // Just add the immediate values. These again are expected to be matched
4640       // as part of the address.
4641       Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy, Offset)));
4642     }
4643   }
4644
4645   // Expand the unfolded offset portion.
4646   int64_t UnfoldedOffset = F.UnfoldedOffset;
4647   if (UnfoldedOffset != 0) {
4648     // Just add the immediate values.
4649     Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy,
4650                                                        UnfoldedOffset)));
4651   }
4652
4653   // Emit instructions summing all the operands.
4654   const SCEV *FullS = Ops.empty() ?
4655                       SE.getConstant(IntTy, 0) :
4656                       SE.getAddExpr(Ops);
4657   Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(FullS, Ty, IP);
4658
4659   // We're done expanding now, so reset the rewriter.
4660   Rewriter.clearPostInc();
4661
4662   // An ICmpZero Formula represents an ICmp which we're handling as a
4663   // comparison against zero. Now that we've expanded an expression for that
4664   // form, update the ICmp's other operand.
4665   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4666     ICmpInst *CI = cast<ICmpInst>(LF.UserInst);
4667     DeadInsts.push_back(CI->getOperand(1));
4668     assert(!F.BaseGV && "ICmp does not support folding a global value and "
4669                            "a scale at the same time!");
4670     if (F.Scale == -1) {
4671       if (ICmpScaledV->getType() != OpTy) {
4672         Instruction *Cast =
4673           CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(ICmpScaledV, false,
4674                                                    OpTy, false),
4675                            ICmpScaledV, OpTy, "tmp", CI);
4676         ICmpScaledV = Cast;
4677       }
4678       CI->setOperand(1, ICmpScaledV);
4679     } else {
4680       // A scale of 1 means that the scale has been expanded as part of the
4681       // base regs.
4682       assert((F.Scale == 0 || F.Scale == 1) &&
4683              "ICmp does not support folding a global value and "
4684              "a scale at the same time!");
4685       Constant *C = ConstantInt::getSigned(SE.getEffectiveSCEVType(OpTy),
4686                                            -(uint64_t)Offset);
4687       if (C->getType() != OpTy)
4688         C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4689                                                           OpTy, false),
4690                                   C, OpTy);
4691
4692       CI->setOperand(1, C);
4693     }
4694   }
4695
4696   return FullV;
4697 }
4698
4699 /// RewriteForPHI - Helper for Rewrite. PHI nodes are special because the use
4700 /// of their operands effectively happens in their predecessor blocks, so the
4701 /// expression may need to be expanded in multiple places.
4702 void LSRInstance::RewriteForPHI(PHINode *PN,
4703                                 const LSRFixup &LF,
4704                                 const Formula &F,
4705                                 SCEVExpander &Rewriter,
4706                                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
4707                                 Pass *P) const {
4708   DenseMap<BasicBlock *, Value *> Inserted;
4709   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4710     if (PN->getIncomingValue(i) == LF.OperandValToReplace) {
4711       BasicBlock *BB = PN->getIncomingBlock(i);
4712
4713       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
4714       // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
4715       // is the canonical backedge for this loop, which complicates post-inc
4716       // users.
4717       if (e != 1 && BB->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
4718           !isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4719         BasicBlock *Parent = PN->getParent();
4720         Loop *PNLoop = LI.getLoopFor(Parent);
4721         if (!PNLoop || Parent != PNLoop->getHeader()) {
4722           // Split the critical edge.
4723           BasicBlock *NewBB = nullptr;
4724           if (!Parent->isLandingPad()) {
4725             NewBB = SplitCriticalEdge(BB, Parent,
4726                                       CriticalEdgeSplittingOptions(&DT, &LI)
4727                                           .setMergeIdenticalEdges()
4728                                           .setDontDeleteUselessPHIs());
4729           } else {
4730             SmallVector<BasicBlock*, 2> NewBBs;
4731             SplitLandingPadPredecessors(Parent, BB, "", "", NewBBs,
4732                                         /*AliasAnalysis*/ nullptr, &DT, &LI);
4733             NewBB = NewBBs[0];
4734           }
4735           // If NewBB==NULL, then SplitCriticalEdge refused to split because all
4736           // phi predecessors are identical. The simple thing to do is skip
4737           // splitting in this case rather than complicate the API.
4738           if (NewBB) {
4739             // If PN is outside of the loop and BB is in the loop, we want to
4740             // move the block to be immediately before the PHI block, not
4741             // immediately after BB.
4742             if (L->contains(BB) && !L->contains(PN))
4743               NewBB->moveBefore(PN->getParent());
4744
4745             // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
4746             e = PN->getNumIncomingValues();
4747             BB = NewBB;
4748             i = PN->getBasicBlockIndex(BB);
4749           }
4750         }
4751       }
4752
4753       std::pair<DenseMap<BasicBlock *, Value *>::iterator, bool> Pair =
4754         Inserted.insert(std::make_pair(BB, static_cast<Value *>(nullptr)));
4755       if (!Pair.second)
4756         PN->setIncomingValue(i, Pair.first->second);
4757       else {
4758         Value *FullV = Expand(LF, F, BB->getTerminator(), Rewriter, DeadInsts);
4759
4760         // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
4761         Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4762         if (FullV->getType() != OpTy)
4763           FullV =
4764             CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false,
4765                                                      OpTy, false),
4766                              FullV, LF.OperandValToReplace->getType(),
4767                              "tmp", BB->getTerminator());
4768
4769         PN->setIncomingValue(i, FullV);
4770         Pair.first->second = FullV;
4771       }
4772     }
4773 }
4774
4775 /// Rewrite - Emit instructions for the leading candidate expression for this
4776 /// LSRUse (this is called "expanding"), and update the UserInst to reference
4777 /// the newly expanded value.
4778 void LSRInstance::Rewrite(const LSRFixup &LF,
4779                           const Formula &F,
4780                           SCEVExpander &Rewriter,
4781                           SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
4782                           Pass *P) const {
4783   // First, find an insertion point that dominates UserInst. For PHI nodes,
4784   // find the nearest block which dominates all the relevant uses.
4785   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(LF.UserInst)) {
4786     RewriteForPHI(PN, LF, F, Rewriter, DeadInsts, P);
4787   } else {
4788     Value *FullV = Expand(LF, F, LF.UserInst, Rewriter, DeadInsts);
4789
4790     // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
4791     Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4792     if (FullV->getType() != OpTy) {
4793       Instruction *Cast =
4794         CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false, OpTy, false),
4795                          FullV, OpTy, "tmp", LF.UserInst);
4796       FullV = Cast;
4797     }
4798
4799     // Update the user. ICmpZero is handled specially here (for now) because
4800     // Expand may have updated one of the operands of the icmp already, and
4801     // its new value may happen to be equal to LF.OperandValToReplace, in
4802     // which case doing replaceUsesOfWith leads to replacing both operands
4803     // with the same value. TODO: Reorganize this.
4804     if (Uses[LF.LUIdx].Kind == LSRUse::ICmpZero)
4805       LF.UserInst->setOperand(0, FullV);
4806     else
4807       LF.UserInst->replaceUsesOfWith(LF.OperandValToReplace, FullV);
4808   }
4809
4810   DeadInsts.push_back(LF.OperandValToReplace);
4811 }
4812
4813 /// ImplementSolution - Rewrite all the fixup locations with new values,
4814 /// following the chosen solution.
4815 void
4816 LSRInstance::ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
4817                                Pass *P) {
4818   // Keep track of instructions we may have made dead, so that
4819   // we can remove them after we are done working.
4820   SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
4821
4822   SCEVExpander Rewriter(SE, L->getHeader()->getModule()->getDataLayout(),
4823                         "lsr");
4824 #ifndef NDEBUG
4825   Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
4826 #endif
4827   Rewriter.disableCanonicalMode();
4828   Rewriter.enableLSRMode();
4829   Rewriter.setIVIncInsertPos(L, IVIncInsertPos);
4830
4831   // Mark phi nodes that terminate chains so the expander tries to reuse them.
4832   for (SmallVectorImpl<IVChain>::const_iterator ChainI = IVChainVec.begin(),
4833          ChainE = IVChainVec.end(); ChainI != ChainE; ++ChainI) {
4834     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(ChainI->tailUserInst()))
4835       Rewriter.setChainedPhi(PN);
4836   }
4837
4838   // Expand the new value definitions and update the users.
4839   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
4840        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
4841     const LSRFixup &Fixup = *I;
4842
4843     Rewrite(Fixup, *Solution[Fixup.LUIdx], Rewriter, DeadInsts, P);
4844
4845     Changed = true;
4846   }
4847
4848   for (SmallVectorImpl<IVChain>::const_iterator ChainI = IVChainVec.begin(),
4849          ChainE = IVChainVec.end(); ChainI != ChainE; ++ChainI) {
4850     GenerateIVChain(*ChainI, Rewriter, DeadInsts);
4851     Changed = true;
4852   }
4853   // Clean up after ourselves. This must be done before deleting any
4854   // instructions.
4855   Rewriter.clear();
4856
4857   Changed |= DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
4858 }
4859
4860 LSRInstance::LSRInstance(Loop *L, Pass *P)
4861     : IU(P->getAnalysis<IVUsers>()), SE(P->getAnalysis<ScalarEvolution>()),
4862       DT(P->getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree()),
4863       LI(P->getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo()),
4864       TTI(P->getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(
4865           *L->getHeader()->getParent())),
4866       L(L), Changed(false), IVIncInsertPos(nullptr) {
4867   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
4868   if (!L->isLoopSimplifyForm())
4869     return;
4870
4871   // If there's no interesting work to be done, bail early.
4872   if (IU.empty()) return;
4873
4874   // If there's too much analysis to be done, bail early. We won't be able to
4875   // model the problem anyway.
4876   unsigned NumUsers = 0;
4877   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
4878     if (++NumUsers > MaxIVUsers) {
4879       DEBUG(dbgs() << "LSR skipping loop, too many IV Users in " << *L
4880             << "\n");
4881       return;
4882     }
4883   }
4884
4885 #ifndef NDEBUG
4886   // All dominating loops must have preheaders, or SCEVExpander may not be able
4887   // to materialize an AddRecExpr whose Start is an outer AddRecExpr.
4888   //
4889   // IVUsers analysis should only create users that are dominated by simple loop
4890   // headers. Since this loop should dominate all of its users, its user list
4891   // should be empty if this loop itself is not within a simple loop nest.
4892   for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(L->getLoopPreheader());
4893        Rung; Rung = Rung->getIDom()) {
4894     BasicBlock *BB = Rung->getBlock();
4895     const Loop *DomLoop = LI.getLoopFor(BB);
4896     if (DomLoop && DomLoop->getHeader() == BB) {
4897       assert(DomLoop->getLoopPreheader() && "LSR needs a simplified loop nest");
4898     }
4899   }
4900 #endif // DEBUG
4901
4902   DEBUG(dbgs() << "\nLSR on loop ";
4903         L->getHeader()->printAsOperand(dbgs(), /*PrintType=*/false);
4904         dbgs() << ":\n");
4905
4906   // First, perform some low-level loop optimizations.
4907   OptimizeShadowIV();
4908   OptimizeLoopTermCond();
4909
4910   // If loop preparation eliminates all interesting IV users, bail.
4911   if (IU.empty()) return;
4912
4913   // Skip nested loops until we can model them better with formulae.
4914   if (!L->empty()) {
4915     DEBUG(dbgs() << "LSR skipping outer loop " << *L << "\n");
4916     return;
4917   }
4918
4919   // Start collecting data and preparing for the solver.
4920   CollectChains();
4921   CollectInterestingTypesAndFactors();
4922   CollectFixupsAndInitialFormulae();
4923   CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
4924
4925   assert(!Uses.empty() && "IVUsers reported at least one use");
4926   DEBUG(dbgs() << "LSR found " << Uses.size() << " uses:\n";
4927         print_uses(dbgs()));
4928
4929   // Now use the reuse data to generate a bunch of interesting ways
4930   // to formulate the values needed for the uses.
4931   GenerateAllReuseFormulae();
4932
4933   FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
4934   NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
4935
4936   SmallVector<const Formula *, 8> Solution;
4937   Solve(Solution);
4938
4939   // Release memory that is no longer needed.
4940   Factors.clear();
4941   Types.clear();
4942   RegUses.clear();
4943
4944   if (Solution.empty())
4945     return;
4946
4947 #ifndef NDEBUG
4948   // Formulae should be legal.
4949   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(), E = Uses.end();
4950        I != E; ++I) {
4951     const LSRUse &LU = *I;
4952     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
4953                                                   JE = LU.Formulae.end();
4954          J != JE; ++J)
4955       assert(isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
4956                         *J) && "Illegal formula generated!");
4957   };
4958 #endif
4959
4960   // Now that we've decided what we want, make it so.
4961   ImplementSolution(Solution, P);
4962 }
4963
4964 void LSRInstance::print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const {
4965   if (Factors.empty() && Types.empty()) return;
4966
4967   OS << "LSR has identified the following interesting factors and types: ";
4968   bool First = true;
4969
4970   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
4971        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
4972     if (!First) OS << ", ";
4973     First = false;
4974     OS << '*' << *I;
4975   }
4976
4977   for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
4978        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
4979     if (!First) OS << ", ";
4980     First = false;
4981     OS << '(' << **I << ')';
4982   }
4983   OS << '\n';
4984 }
4985
4986 void LSRInstance::print_fixups(raw_ostream &OS) const {
4987   OS << "LSR is examining the following fixup sites:\n";
4988   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
4989        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
4990     dbgs() << "  ";
4991     I->print(OS);
4992     OS << '\n';
4993   }
4994 }
4995
4996 void LSRInstance::print_uses(raw_ostream &OS) const {
4997   OS << "LSR is examining the following uses:\n";
4998   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
4999        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
5000     const LSRUse &LU = *I;
5001     dbgs() << "  ";
5002     LU.print(OS);
5003     OS << '\n';
5004     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
5005          JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J) {
5006       OS << "    ";
5007       J->print(OS);
5008       OS << '\n';
5009     }
5010   }
5011 }
5012
5013 void LSRInstance::print(raw_ostream &OS) const {
5014   print_factors_and_types(OS);
5015   print_fixups(OS);
5016   print_uses(OS);
5017 }
5018
5019 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
5020 void LSRInstance::dump() const {
5021   print(errs()); errs() << '\n';
5022 }
5023 #endif
5024
5025 namespace {
5026
5027 class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
5028 public:
5029   static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
5030   LoopStrengthReduce();
5031
5032 private:
5033   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) override;
5034   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
5035 };
5036
5037 }
5038
5039 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
5040 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
5041                 "Loop Strength Reduction", false, false)
5042 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
5043 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
5044 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
5045 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(IVUsers)
5046 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
5047 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
5048 INITIALIZE_PASS_END(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
5049                 "Loop Strength Reduction", false, false)
5050
5051
5052 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass() {
5053   return new LoopStrengthReduce();
5054 }
5055
5056 LoopStrengthReduce::LoopStrengthReduce() : LoopPass(ID) {
5057   initializeLoopStrengthReducePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
5058 }
5059
5060 void LoopStrengthReduce::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
5061   // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
5062   // many analyses if they are around.
5063   AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
5064
5065   AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
5066   AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
5067   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
5068   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
5069   AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
5070   AU.addRequired<ScalarEvolution>();
5071   AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
5072   // Requiring LoopSimplify a second time here prevents IVUsers from running
5073   // twice, since LoopSimplify was invalidated by running ScalarEvolution.
5074   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
5075   AU.addRequired<IVUsers>();
5076   AU.addPreserved<IVUsers>();
5077   AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
5078 }
5079
5080 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
5081   if (skipOptnoneFunction(L))
5082     return false;
5083
5084   bool Changed = false;
5085
5086   // Run the main LSR transformation.
5087   Changed |= LSRInstance(L, this).getChanged();
5088
5089   // Remove any extra phis created by processing inner loops.
5090   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
5091   if (EnablePhiElim && L->isLoopSimplifyForm()) {
5092     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
5093     const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
5094     SCEVExpander Rewriter(getAnalysis<ScalarEvolution>(), DL, "lsr");
5095 #ifndef NDEBUG
5096     Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
5097 #endif
5098     unsigned numFolded = Rewriter.replaceCongruentIVs(
5099         L, &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree(), DeadInsts,
5100         &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(
5101             *L->getHeader()->getParent()));
5102     if (numFolded) {
5103       Changed = true;
5104       DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
5105       DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
5106     }
5107   }
5108   return Changed;
5109 }