LSR: Fix the parameters used to compute the scaling factor cost.
[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 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
57 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
58 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
59 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
60 #include "llvm/ADT/SmallBitVector.h"
61 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
62 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
63 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
64 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
65 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
66 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
67 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
68 #include "llvm/IR/Constants.h"
69 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
70 #include "llvm/IR/Instructions.h"
71 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
72 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
73 #include "llvm/Support/Debug.h"
74 #include "llvm/Support/ValueHandle.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 /// MaxIVUsers is an arbitrary threshold that provides an early opportunitiy for
82 /// bail out. This threshold is far beyond the number of users that LSR can
83 /// conceivably solve, so it should not affect generated code, but catches the
84 /// worst cases before LSR burns too much compile time and stack space.
85 static const unsigned MaxIVUsers = 200;
86
87 // Temporary flag to cleanup congruent phis after LSR phi expansion.
88 // It's currently disabled until we can determine whether it's truly useful or
89 // not. The flag should be removed after the v3.0 release.
90 // This is now needed for ivchains.
91 static cl::opt<bool> EnablePhiElim(
92   "enable-lsr-phielim", cl::Hidden, cl::init(true),
93   cl::desc("Enable LSR phi elimination"));
94
95 #ifndef NDEBUG
96 // Stress test IV chain generation.
97 static cl::opt<bool> StressIVChain(
98   "stress-ivchain", cl::Hidden, cl::init(false),
99   cl::desc("Stress test LSR IV chains"));
100 #else
101 static bool StressIVChain = false;
102 #endif
103
104 namespace {
105
106 /// RegSortData - This class holds data which is used to order reuse candidates.
107 class RegSortData {
108 public:
109   /// UsedByIndices - This represents the set of LSRUse indices which reference
110   /// a particular register.
111   SmallBitVector UsedByIndices;
112
113   RegSortData() {}
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,
241   SmallVector<const SCEV *, 4> BaseRegs;
242
243   /// ScaledReg - The 'scaled' register for this use. This should be non-null
244   /// when Scale is not zero.
245   const SCEV *ScaledReg;
246
247   /// UnfoldedOffset - An additional constant offset which added near the
248   /// use. This requires a temporary register, but the offset itself can
249   /// live in an add immediate field rather than a register.
250   int64_t UnfoldedOffset;
251
252   Formula()
253       : BaseGV(0), BaseOffset(0), HasBaseReg(false), Scale(0), ScaledReg(0),
254         UnfoldedOffset(0) {}
255
256   void InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE);
257
258   unsigned getNumRegs() const;
259   Type *getType() const;
260
261   void DeleteBaseReg(const SCEV *&S);
262
263   bool referencesReg(const SCEV *S) const;
264   bool hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
265                                   const RegUseTracker &RegUses) const;
266
267   void print(raw_ostream &OS) const;
268   void dump() const;
269 };
270
271 }
272
273 /// DoInitialMatch - Recursion helper for InitialMatch.
274 static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
275                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Good,
276                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Bad,
277                            ScalarEvolution &SE) {
278   // Collect expressions which properly dominate the loop header.
279   if (SE.properlyDominates(S, L->getHeader())) {
280     Good.push_back(S);
281     return;
282   }
283
284   // Look at add operands.
285   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
286     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
287          I != E; ++I)
288       DoInitialMatch(*I, L, Good, Bad, SE);
289     return;
290   }
291
292   // Look at addrec operands.
293   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
294     if (!AR->getStart()->isZero()) {
295       DoInitialMatch(AR->getStart(), L, Good, Bad, SE);
296       DoInitialMatch(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
297                                       AR->getStepRecurrence(SE),
298                                       // FIXME: AR->getNoWrapFlags()
299                                       AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap),
300                      L, Good, Bad, SE);
301       return;
302     }
303
304   // Handle a multiplication by -1 (negation) if it didn't fold.
305   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
306     if (Mul->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
307       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
308       const SCEV *NewMul = SE.getMulExpr(Ops);
309
310       SmallVector<const SCEV *, 4> MyGood;
311       SmallVector<const SCEV *, 4> MyBad;
312       DoInitialMatch(NewMul, L, MyGood, MyBad, SE);
313       const SCEV *NegOne = SE.getSCEV(ConstantInt::getAllOnesValue(
314         SE.getEffectiveSCEVType(NewMul->getType())));
315       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyGood.begin(),
316            E = MyGood.end(); I != E; ++I)
317         Good.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
318       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyBad.begin(),
319            E = MyBad.end(); I != E; ++I)
320         Bad.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
321       return;
322     }
323
324   // Ok, we can't do anything interesting. Just stuff the whole thing into a
325   // register and hope for the best.
326   Bad.push_back(S);
327 }
328
329 /// InitialMatch - Incorporate loop-variant parts of S into this Formula,
330 /// attempting to keep all loop-invariant and loop-computable values in a
331 /// single base register.
332 void Formula::InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
333   SmallVector<const SCEV *, 4> Good;
334   SmallVector<const SCEV *, 4> Bad;
335   DoInitialMatch(S, L, Good, Bad, SE);
336   if (!Good.empty()) {
337     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Good);
338     if (!Sum->isZero())
339       BaseRegs.push_back(Sum);
340     HasBaseReg = true;
341   }
342   if (!Bad.empty()) {
343     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Bad);
344     if (!Sum->isZero())
345       BaseRegs.push_back(Sum);
346     HasBaseReg = true;
347   }
348 }
349
350 /// getNumRegs - Return the total number of register operands used by this
351 /// formula. This does not include register uses implied by non-constant
352 /// addrec strides.
353 unsigned Formula::getNumRegs() const {
354   return !!ScaledReg + BaseRegs.size();
355 }
356
357 /// getType - Return the type of this formula, if it has one, or null
358 /// otherwise. This type is meaningless except for the bit size.
359 Type *Formula::getType() const {
360   return !BaseRegs.empty() ? BaseRegs.front()->getType() :
361          ScaledReg ? ScaledReg->getType() :
362          BaseGV ? BaseGV->getType() :
363          0;
364 }
365
366 /// DeleteBaseReg - Delete the given base reg from the BaseRegs list.
367 void Formula::DeleteBaseReg(const SCEV *&S) {
368   if (&S != &BaseRegs.back())
369     std::swap(S, BaseRegs.back());
370   BaseRegs.pop_back();
371 }
372
373 /// referencesReg - Test if this formula references the given register.
374 bool Formula::referencesReg(const SCEV *S) const {
375   return S == ScaledReg ||
376          std::find(BaseRegs.begin(), BaseRegs.end(), S) != BaseRegs.end();
377 }
378
379 /// hasRegsUsedByUsesOtherThan - Test whether this formula uses registers
380 /// which are used by uses other than the use with the given index.
381 bool Formula::hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
382                                          const RegUseTracker &RegUses) const {
383   if (ScaledReg)
384     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(ScaledReg, LUIdx))
385       return true;
386   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
387        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I)
388     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(*I, LUIdx))
389       return true;
390   return false;
391 }
392
393 void Formula::print(raw_ostream &OS) const {
394   bool First = true;
395   if (BaseGV) {
396     if (!First) OS << " + "; else First = false;
397     WriteAsOperand(OS, BaseGV, /*PrintType=*/false);
398   }
399   if (BaseOffset != 0) {
400     if (!First) OS << " + "; else First = false;
401     OS << BaseOffset;
402   }
403   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
404        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
405     if (!First) OS << " + "; else First = false;
406     OS << "reg(" << **I << ')';
407   }
408   if (HasBaseReg && BaseRegs.empty()) {
409     if (!First) OS << " + "; else First = false;
410     OS << "**error: HasBaseReg**";
411   } else if (!HasBaseReg && !BaseRegs.empty()) {
412     if (!First) OS << " + "; else First = false;
413     OS << "**error: !HasBaseReg**";
414   }
415   if (Scale != 0) {
416     if (!First) OS << " + "; else First = false;
417     OS << Scale << "*reg(";
418     if (ScaledReg)
419       OS << *ScaledReg;
420     else
421       OS << "<unknown>";
422     OS << ')';
423   }
424   if (UnfoldedOffset != 0) {
425     if (!First) OS << " + "; else First = false;
426     OS << "imm(" << UnfoldedOffset << ')';
427   }
428 }
429
430 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
431 void Formula::dump() const {
432   print(errs()); errs() << '\n';
433 }
434 #endif
435
436 /// isAddRecSExtable - Return true if the given addrec can be sign-extended
437 /// without changing its value.
438 static bool isAddRecSExtable(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
439   Type *WideTy =
440     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(AR->getType()) + 1);
441   return isa<SCEVAddRecExpr>(SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
442 }
443
444 /// isAddSExtable - Return true if the given add can be sign-extended
445 /// without changing its value.
446 static bool isAddSExtable(const SCEVAddExpr *A, ScalarEvolution &SE) {
447   Type *WideTy =
448     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) + 1);
449   return isa<SCEVAddExpr>(SE.getSignExtendExpr(A, WideTy));
450 }
451
452 /// isMulSExtable - Return true if the given mul can be sign-extended
453 /// without changing its value.
454 static bool isMulSExtable(const SCEVMulExpr *M, ScalarEvolution &SE) {
455   Type *WideTy =
456     IntegerType::get(SE.getContext(),
457                      SE.getTypeSizeInBits(M->getType()) * M->getNumOperands());
458   return isa<SCEVMulExpr>(SE.getSignExtendExpr(M, WideTy));
459 }
460
461 /// getExactSDiv - Return an expression for LHS /s RHS, if it can be determined
462 /// and if the remainder is known to be zero,  or null otherwise. If
463 /// IgnoreSignificantBits is true, expressions like (X * Y) /s Y are simplified
464 /// to Y, ignoring that the multiplication may overflow, which is useful when
465 /// the result will be used in a context where the most significant bits are
466 /// ignored.
467 static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
468                                 ScalarEvolution &SE,
469                                 bool IgnoreSignificantBits = false) {
470   // Handle the trivial case, which works for any SCEV type.
471   if (LHS == RHS)
472     return SE.getConstant(LHS->getType(), 1);
473
474   // Handle a few RHS special cases.
475   const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
476   if (RC) {
477     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
478     // Handle x /s -1 as x * -1, to give ScalarEvolution a chance to do
479     // some folding.
480     if (RA.isAllOnesValue())
481       return SE.getMulExpr(LHS, RC);
482     // Handle x /s 1 as x.
483     if (RA == 1)
484       return LHS;
485   }
486
487   // Check for a division of a constant by a constant.
488   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
489     if (!RC)
490       return 0;
491     const APInt &LA = C->getValue()->getValue();
492     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
493     if (LA.srem(RA) != 0)
494       return 0;
495     return SE.getConstant(LA.sdiv(RA));
496   }
497
498   // Distribute the sdiv over addrec operands, if the addrec doesn't overflow.
499   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
500     if (IgnoreSignificantBits || isAddRecSExtable(AR, SE)) {
501       const SCEV *Step = getExactSDiv(AR->getStepRecurrence(SE), RHS, SE,
502                                       IgnoreSignificantBits);
503       if (!Step) return 0;
504       const SCEV *Start = getExactSDiv(AR->getStart(), RHS, SE,
505                                        IgnoreSignificantBits);
506       if (!Start) return 0;
507       // FlagNW is independent of the start value, step direction, and is
508       // preserved with smaller magnitude steps.
509       // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
510       return SE.getAddRecExpr(Start, Step, AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
511     }
512     return 0;
513   }
514
515   // Distribute the sdiv over add operands, if the add doesn't overflow.
516   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
517     if (IgnoreSignificantBits || isAddSExtable(Add, SE)) {
518       SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
519       for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
520            I != E; ++I) {
521         const SCEV *Op = getExactSDiv(*I, RHS, SE,
522                                       IgnoreSignificantBits);
523         if (!Op) return 0;
524         Ops.push_back(Op);
525       }
526       return SE.getAddExpr(Ops);
527     }
528     return 0;
529   }
530
531   // Check for a multiply operand that we can pull RHS out of.
532   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
533     if (IgnoreSignificantBits || isMulSExtable(Mul, SE)) {
534       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
535       bool Found = false;
536       for (SCEVMulExpr::op_iterator I = Mul->op_begin(), E = Mul->op_end();
537            I != E; ++I) {
538         const SCEV *S = *I;
539         if (!Found)
540           if (const SCEV *Q = getExactSDiv(S, RHS, SE,
541                                            IgnoreSignificantBits)) {
542             S = Q;
543             Found = true;
544           }
545         Ops.push_back(S);
546       }
547       return Found ? SE.getMulExpr(Ops) : 0;
548     }
549     return 0;
550   }
551
552   // Otherwise we don't know.
553   return 0;
554 }
555
556 /// ExtractImmediate - If S involves the addition of a constant integer value,
557 /// return that integer value, and mutate S to point to a new SCEV with that
558 /// value excluded.
559 static int64_t ExtractImmediate(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
560   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
561     if (C->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64) {
562       S = SE.getConstant(C->getType(), 0);
563       return C->getValue()->getSExtValue();
564     }
565   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
566     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
567     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
568     if (Result != 0)
569       S = SE.getAddExpr(NewOps);
570     return Result;
571   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
572     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
573     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
574     if (Result != 0)
575       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
576                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
577                            SCEV::FlagAnyWrap);
578     return Result;
579   }
580   return 0;
581 }
582
583 /// ExtractSymbol - If S involves the addition of a GlobalValue address,
584 /// return that symbol, and mutate S to point to a new SCEV with that
585 /// value excluded.
586 static GlobalValue *ExtractSymbol(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
587   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
588     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue())) {
589       S = SE.getConstant(GV->getType(), 0);
590       return GV;
591     }
592   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
593     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
594     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.back(), SE);
595     if (Result)
596       S = SE.getAddExpr(NewOps);
597     return Result;
598   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
599     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
600     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.front(), SE);
601     if (Result)
602       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
603                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
604                            SCEV::FlagAnyWrap);
605     return Result;
606   }
607   return 0;
608 }
609
610 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
611 /// specified value as an address.
612 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
613   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
614   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
615     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
616       isAddress = true;
617   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
618     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
619     // of intrinsics.
620     switch (II->getIntrinsicID()) {
621       default: break;
622       case Intrinsic::prefetch:
623       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
624       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
625       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
626       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
627         if (II->getArgOperand(0) == OperandVal)
628           isAddress = true;
629         break;
630     }
631   }
632   return isAddress;
633 }
634
635 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
636 static Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
637   Type *AccessTy = Inst->getType();
638   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
639     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
640   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
641     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
642     // of intrinsics.
643     switch (II->getIntrinsicID()) {
644     default: break;
645     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
646     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
647     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
648     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
649       AccessTy = II->getArgOperand(0)->getType();
650       break;
651     }
652   }
653
654   // All pointers have the same requirements, so canonicalize them to an
655   // arbitrary pointer type to minimize variation.
656   if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(AccessTy))
657     AccessTy = PointerType::get(IntegerType::get(PTy->getContext(), 1),
658                                 PTy->getAddressSpace());
659
660   return AccessTy;
661 }
662
663 /// isExistingPhi - Return true if this AddRec is already a phi in its loop.
664 static bool isExistingPhi(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
665   for (BasicBlock::iterator I = AR->getLoop()->getHeader()->begin();
666        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
667     if (SE.isSCEVable(PN->getType()) &&
668         (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) ==
669          SE.getEffectiveSCEVType(AR->getType())) &&
670         SE.getSCEV(PN) == AR)
671       return true;
672   }
673   return false;
674 }
675
676 /// Check if expanding this expression is likely to incur significant cost. This
677 /// is tricky because SCEV doesn't track which expressions are actually computed
678 /// by the current IR.
679 ///
680 /// We currently allow expansion of IV increments that involve adds,
681 /// multiplication by constants, and AddRecs from existing phis.
682 ///
683 /// TODO: Allow UDivExpr if we can find an existing IV increment that is an
684 /// obvious multiple of the UDivExpr.
685 static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S,
686                                 SmallPtrSet<const SCEV*, 8> &Processed,
687                                 ScalarEvolution &SE) {
688   // Zero/One operand expressions
689   switch (S->getSCEVType()) {
690   case scUnknown:
691   case scConstant:
692     return false;
693   case scTruncate:
694     return isHighCostExpansion(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand(),
695                                Processed, SE);
696   case scZeroExtend:
697     return isHighCostExpansion(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand(),
698                                Processed, SE);
699   case scSignExtend:
700     return isHighCostExpansion(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand(),
701                                Processed, SE);
702   }
703
704   if (!Processed.insert(S))
705     return false;
706
707   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
708     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
709          I != E; ++I) {
710       if (isHighCostExpansion(*I, Processed, SE))
711         return true;
712     }
713     return false;
714   }
715
716   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
717     if (Mul->getNumOperands() == 2) {
718       // Multiplication by a constant is ok
719       if (isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0)))
720         return isHighCostExpansion(Mul->getOperand(1), Processed, SE);
721
722       // If we have the value of one operand, check if an existing
723       // multiplication already generates this expression.
724       if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Mul->getOperand(1))) {
725         Value *UVal = U->getValue();
726         for (Value::use_iterator UI = UVal->use_begin(), UE = UVal->use_end();
727              UI != UE; ++UI) {
728           // If U is a constant, it may be used by a ConstantExpr.
729           Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(*UI);
730           if (User && User->getOpcode() == Instruction::Mul
731               && SE.isSCEVable(User->getType())) {
732             return SE.getSCEV(User) == Mul;
733           }
734         }
735       }
736     }
737   }
738
739   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
740     if (isExistingPhi(AR, SE))
741       return false;
742   }
743
744   // Fow now, consider any other type of expression (div/mul/min/max) high cost.
745   return true;
746 }
747
748 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
749 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
750 /// their operands subsequently dead.
751 static bool
752 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
753   bool Changed = false;
754
755   while (!DeadInsts.empty()) {
756     Value *V = DeadInsts.pop_back_val();
757     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(V);
758
759     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
760       continue;
761
762     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
763       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
764         *OI = 0;
765         if (U->use_empty())
766           DeadInsts.push_back(U);
767       }
768
769     I->eraseFromParent();
770     Changed = true;
771   }
772
773   return Changed;
774 }
775
776 namespace {
777 class LSRUse;
778 }
779 // Check if it is legal to fold 2 base registers.
780 static bool isLegal2RegAMUse(const TargetTransformInfo &TTI, const LSRUse &LU,
781                              const Formula &F);
782 // Get the cost of the scaling factor used in F for LU.
783 static unsigned getScalingFactorCost(const TargetTransformInfo &TTI,
784                                      const LSRUse &LU, const Formula &F);
785
786 namespace {
787
788 /// Cost - This class is used to measure and compare candidate formulae.
789 class Cost {
790   /// TODO: Some of these could be merged. Also, a lexical ordering
791   /// isn't always optimal.
792   unsigned NumRegs;
793   unsigned AddRecCost;
794   unsigned NumIVMuls;
795   unsigned NumBaseAdds;
796   unsigned ImmCost;
797   unsigned SetupCost;
798   unsigned ScaleCost;
799
800 public:
801   Cost()
802     : NumRegs(0), AddRecCost(0), NumIVMuls(0), NumBaseAdds(0), ImmCost(0),
803       SetupCost(0), ScaleCost(0) {}
804
805   bool operator<(const Cost &Other) const;
806
807   void Loose();
808
809 #ifndef NDEBUG
810   // Once any of the metrics loses, they must all remain losers.
811   bool isValid() {
812     return ((NumRegs | AddRecCost | NumIVMuls | NumBaseAdds
813              | ImmCost | SetupCost | ScaleCost) != ~0u)
814       || ((NumRegs & AddRecCost & NumIVMuls & NumBaseAdds
815            & ImmCost & SetupCost & ScaleCost) == ~0u);
816   }
817 #endif
818
819   bool isLoser() {
820     assert(isValid() && "invalid cost");
821     return NumRegs == ~0u;
822   }
823
824   void RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
825                    const Formula &F,
826                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
827                    const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
828                    const Loop *L,
829                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
830                    ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
831                    const LSRUse &LU,
832                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs = 0);
833
834   void print(raw_ostream &OS) const;
835   void dump() const;
836
837 private:
838   void RateRegister(const SCEV *Reg,
839                     SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
840                     const Loop *L,
841                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
842   void RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
843                            SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
844                            const Loop *L,
845                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
846                            SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs);
847 };
848
849 }
850
851 /// RateRegister - Tally up interesting quantities from the given register.
852 void Cost::RateRegister(const SCEV *Reg,
853                         SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
854                         const Loop *L,
855                         ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
856   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)) {
857     // If this is an addrec for another loop, don't second-guess its addrec phi
858     // nodes. LSR isn't currently smart enough to reason about more than one
859     // loop at a time. LSR has already run on inner loops, will not run on outer
860     // loops, and cannot be expected to change sibling loops.
861     if (AR->getLoop() != L) {
862       // If the AddRec exists, consider it's register free and leave it alone.
863       if (isExistingPhi(AR, SE))
864         return;
865
866       // Otherwise, do not consider this formula at all.
867       Loose();
868       return;
869     }
870     AddRecCost += 1; /// TODO: This should be a function of the stride.
871
872     // Add the step value register, if it needs one.
873     // TODO: The non-affine case isn't precisely modeled here.
874     if (!AR->isAffine() || !isa<SCEVConstant>(AR->getOperand(1))) {
875       if (!Regs.count(AR->getOperand(1))) {
876         RateRegister(AR->getOperand(1), Regs, L, SE, DT);
877         if (isLoser())
878           return;
879       }
880     }
881   }
882   ++NumRegs;
883
884   // Rough heuristic; favor registers which don't require extra setup
885   // instructions in the preheader.
886   if (!isa<SCEVUnknown>(Reg) &&
887       !isa<SCEVConstant>(Reg) &&
888       !(isa<SCEVAddRecExpr>(Reg) &&
889         (isa<SCEVUnknown>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()) ||
890          isa<SCEVConstant>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()))))
891     ++SetupCost;
892
893     NumIVMuls += isa<SCEVMulExpr>(Reg) &&
894                  SE.hasComputableLoopEvolution(Reg, L);
895 }
896
897 /// RatePrimaryRegister - Record this register in the set. If we haven't seen it
898 /// before, rate it. Optional LoserRegs provides a way to declare any formula
899 /// that refers to one of those regs an instant loser.
900 void Cost::RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
901                                SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
902                                const Loop *L,
903                                ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
904                                SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs) {
905   if (LoserRegs && LoserRegs->count(Reg)) {
906     Loose();
907     return;
908   }
909   if (Regs.insert(Reg)) {
910     RateRegister(Reg, Regs, L, SE, DT);
911     if (LoserRegs && isLoser())
912       LoserRegs->insert(Reg);
913   }
914 }
915
916 void Cost::RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
917                        const Formula &F,
918                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
919                        const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
920                        const Loop *L,
921                        const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
922                        ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
923                        const LSRUse &LU,
924                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs) {
925   // Tally up the registers.
926   if (const SCEV *ScaledReg = F.ScaledReg) {
927     if (VisitedRegs.count(ScaledReg)) {
928       Loose();
929       return;
930     }
931     RatePrimaryRegister(ScaledReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
932     if (isLoser())
933       return;
934   }
935   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
936        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
937     const SCEV *BaseReg = *I;
938     if (VisitedRegs.count(BaseReg)) {
939       Loose();
940       return;
941     }
942     RatePrimaryRegister(BaseReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
943     if (isLoser())
944       return;
945   }
946
947   // Determine how many (unfolded) adds we'll need inside the loop.
948   size_t NumBaseParts = F.BaseRegs.size() + (F.UnfoldedOffset != 0);
949   if (NumBaseParts > 1)
950     // Do not count the base and a possible second register if the target
951     // allows to fold 2 registers.
952     NumBaseAdds += NumBaseParts - (1 + isLegal2RegAMUse(TTI, LU, F));
953
954   // Accumulate non-free scaling amounts.
955   ScaleCost += getScalingFactorCost(TTI, LU, F);
956
957   // Tally up the non-zero immediates.
958   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
959        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
960     int64_t Offset = (uint64_t)*I + F.BaseOffset;
961     if (F.BaseGV)
962       ImmCost += 64; // Handle symbolic values conservatively.
963                      // TODO: This should probably be the pointer size.
964     else if (Offset != 0)
965       ImmCost += APInt(64, Offset, true).getMinSignedBits();
966   }
967   assert(isValid() && "invalid cost");
968 }
969
970 /// Loose - Set this cost to a losing value.
971 void Cost::Loose() {
972   NumRegs = ~0u;
973   AddRecCost = ~0u;
974   NumIVMuls = ~0u;
975   NumBaseAdds = ~0u;
976   ImmCost = ~0u;
977   SetupCost = ~0u;
978   ScaleCost = ~0u;
979 }
980
981 /// operator< - Choose the lower cost.
982 bool Cost::operator<(const Cost &Other) const {
983   if (NumRegs != Other.NumRegs)
984     return NumRegs < Other.NumRegs;
985   if (AddRecCost != Other.AddRecCost)
986     return AddRecCost < Other.AddRecCost;
987   if (NumIVMuls != Other.NumIVMuls)
988     return NumIVMuls < Other.NumIVMuls;
989   if (NumBaseAdds != Other.NumBaseAdds)
990     return NumBaseAdds < Other.NumBaseAdds;
991   if (ScaleCost != Other.ScaleCost)
992     return ScaleCost < Other.ScaleCost;
993   if (ImmCost != Other.ImmCost)
994     return ImmCost < Other.ImmCost;
995   if (SetupCost != Other.SetupCost)
996     return SetupCost < Other.SetupCost;
997   return false;
998 }
999
1000 void Cost::print(raw_ostream &OS) const {
1001   OS << NumRegs << " reg" << (NumRegs == 1 ? "" : "s");
1002   if (AddRecCost != 0)
1003     OS << ", with addrec cost " << AddRecCost;
1004   if (NumIVMuls != 0)
1005     OS << ", plus " << NumIVMuls << " IV mul" << (NumIVMuls == 1 ? "" : "s");
1006   if (NumBaseAdds != 0)
1007     OS << ", plus " << NumBaseAdds << " base add"
1008        << (NumBaseAdds == 1 ? "" : "s");
1009   if (ScaleCost != 0)
1010     OS << ", plus " << ScaleCost << " scale cost";
1011   if (ImmCost != 0)
1012     OS << ", plus " << ImmCost << " imm cost";
1013   if (SetupCost != 0)
1014     OS << ", plus " << SetupCost << " setup cost";
1015 }
1016
1017 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1018 void Cost::dump() const {
1019   print(errs()); errs() << '\n';
1020 }
1021 #endif
1022
1023 namespace {
1024
1025 /// LSRFixup - An operand value in an instruction which is to be replaced
1026 /// with some equivalent, possibly strength-reduced, replacement.
1027 struct LSRFixup {
1028   /// UserInst - The instruction which will be updated.
1029   Instruction *UserInst;
1030
1031   /// OperandValToReplace - The operand of the instruction which will
1032   /// be replaced. The operand may be used more than once; every instance
1033   /// will be replaced.
1034   Value *OperandValToReplace;
1035
1036   /// PostIncLoops - If this user is to use the post-incremented value of an
1037   /// induction variable, this variable is non-null and holds the loop
1038   /// associated with the induction variable.
1039   PostIncLoopSet PostIncLoops;
1040
1041   /// LUIdx - The index of the LSRUse describing the expression which
1042   /// this fixup needs, minus an offset (below).
1043   size_t LUIdx;
1044
1045   /// Offset - A constant offset to be added to the LSRUse expression.
1046   /// This allows multiple fixups to share the same LSRUse with different
1047   /// offsets, for example in an unrolled loop.
1048   int64_t Offset;
1049
1050   bool isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const;
1051
1052   LSRFixup();
1053
1054   void print(raw_ostream &OS) const;
1055   void dump() const;
1056 };
1057
1058 }
1059
1060 LSRFixup::LSRFixup()
1061   : UserInst(0), OperandValToReplace(0), LUIdx(~size_t(0)), Offset(0) {}
1062
1063 /// isUseFullyOutsideLoop - Test whether this fixup always uses its
1064 /// value outside of the given loop.
1065 bool LSRFixup::isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const {
1066   // PHI nodes use their value in their incoming blocks.
1067   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
1068     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1069       if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace &&
1070           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
1071         return false;
1072     return true;
1073   }
1074
1075   return !L->contains(UserInst);
1076 }
1077
1078 void LSRFixup::print(raw_ostream &OS) const {
1079   OS << "UserInst=";
1080   // Store is common and interesting enough to be worth special-casing.
1081   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(UserInst)) {
1082     OS << "store ";
1083     WriteAsOperand(OS, Store->getOperand(0), /*PrintType=*/false);
1084   } else if (UserInst->getType()->isVoidTy())
1085     OS << UserInst->getOpcodeName();
1086   else
1087     WriteAsOperand(OS, UserInst, /*PrintType=*/false);
1088
1089   OS << ", OperandValToReplace=";
1090   WriteAsOperand(OS, OperandValToReplace, /*PrintType=*/false);
1091
1092   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = PostIncLoops.begin(),
1093        E = PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
1094     OS << ", PostIncLoop=";
1095     WriteAsOperand(OS, (*I)->getHeader(), /*PrintType=*/false);
1096   }
1097
1098   if (LUIdx != ~size_t(0))
1099     OS << ", LUIdx=" << LUIdx;
1100
1101   if (Offset != 0)
1102     OS << ", Offset=" << Offset;
1103 }
1104
1105 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1106 void LSRFixup::dump() const {
1107   print(errs()); errs() << '\n';
1108 }
1109 #endif
1110
1111 namespace {
1112
1113 /// UniquifierDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
1114 /// DenseMaps and DenseSets of sorted SmallVectors of const SCEV*.
1115 struct UniquifierDenseMapInfo {
1116   static SmallVector<const SCEV *, 4> getEmptyKey() {
1117     SmallVector<const SCEV *, 4>  V;
1118     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1));
1119     return V;
1120   }
1121
1122   static SmallVector<const SCEV *, 4> getTombstoneKey() {
1123     SmallVector<const SCEV *, 4> V;
1124     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2));
1125     return V;
1126   }
1127
1128   static unsigned getHashValue(const SmallVector<const SCEV *, 4> &V) {
1129     unsigned Result = 0;
1130     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = V.begin(),
1131          E = V.end(); I != E; ++I)
1132       Result ^= DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(*I);
1133     return Result;
1134   }
1135
1136   static bool isEqual(const SmallVector<const SCEV *, 4> &LHS,
1137                       const SmallVector<const SCEV *, 4> &RHS) {
1138     return LHS == RHS;
1139   }
1140 };
1141
1142 /// LSRUse - This class holds the state that LSR keeps for each use in
1143 /// IVUsers, as well as uses invented by LSR itself. It includes information
1144 /// about what kinds of things can be folded into the user, information about
1145 /// the user itself, and information about how the use may be satisfied.
1146 /// TODO: Represent multiple users of the same expression in common?
1147 class LSRUse {
1148   DenseSet<SmallVector<const SCEV *, 4>, UniquifierDenseMapInfo> Uniquifier;
1149
1150 public:
1151   /// KindType - An enum for a kind of use, indicating what types of
1152   /// scaled and immediate operands it might support.
1153   enum KindType {
1154     Basic,   ///< A normal use, with no folding.
1155     Special, ///< A special case of basic, allowing -1 scales.
1156     Address, ///< An address use; folding according to TargetLowering
1157     ICmpZero ///< An equality icmp with both operands folded into one.
1158     // TODO: Add a generic icmp too?
1159   };
1160
1161   KindType Kind;
1162   Type *AccessTy;
1163
1164   SmallVector<int64_t, 8> Offsets;
1165   int64_t MinOffset;
1166   int64_t MaxOffset;
1167
1168   /// AllFixupsOutsideLoop - This records whether all of the fixups using this
1169   /// LSRUse are outside of the loop, in which case some special-case heuristics
1170   /// may be used.
1171   bool AllFixupsOutsideLoop;
1172
1173   /// WidestFixupType - This records the widest use type for any fixup using
1174   /// this LSRUse. FindUseWithSimilarFormula can't consider uses with different
1175   /// max fixup widths to be equivalent, because the narrower one may be relying
1176   /// on the implicit truncation to truncate away bogus bits.
1177   Type *WidestFixupType;
1178
1179   /// Formulae - A list of ways to build a value that can satisfy this user.
1180   /// After the list is populated, one of these is selected heuristically and
1181   /// used to formulate a replacement for OperandValToReplace in UserInst.
1182   SmallVector<Formula, 12> Formulae;
1183
1184   /// Regs - The set of register candidates used by all formulae in this LSRUse.
1185   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Regs;
1186
1187   LSRUse(KindType K, Type *T) : Kind(K), AccessTy(T),
1188                                       MinOffset(INT64_MAX),
1189                                       MaxOffset(INT64_MIN),
1190                                       AllFixupsOutsideLoop(true),
1191                                       WidestFixupType(0) {}
1192
1193   bool HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const;
1194   bool InsertFormula(const Formula &F);
1195   void DeleteFormula(Formula &F);
1196   void RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &Reguses);
1197
1198   void print(raw_ostream &OS) const;
1199   void dump() const;
1200 };
1201
1202 }
1203
1204 /// HasFormula - Test whether this use as a formula which has the same
1205 /// registers as the given formula.
1206 bool LSRUse::HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const {
1207   SmallVector<const SCEV *, 4> Key = F.BaseRegs;
1208   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1209   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1210   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1211   return Uniquifier.count(Key);
1212 }
1213
1214 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
1215 /// the list, and return true. Return false otherwise.
1216 bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F) {
1217   SmallVector<const SCEV *, 4> Key = F.BaseRegs;
1218   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1219   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1220   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1221
1222   if (!Uniquifier.insert(Key).second)
1223     return false;
1224
1225   // Using a register to hold the value of 0 is not profitable.
1226   assert((!F.ScaledReg || !F.ScaledReg->isZero()) &&
1227          "Zero allocated in a scaled register!");
1228 #ifndef NDEBUG
1229   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I =
1230        F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
1231     assert(!(*I)->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
1232 #endif
1233
1234   // Add the formula to the list.
1235   Formulae.push_back(F);
1236
1237   // Record registers now being used by this use.
1238   Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1239
1240   return true;
1241 }
1242
1243 /// DeleteFormula - Remove the given formula from this use's list.
1244 void LSRUse::DeleteFormula(Formula &F) {
1245   if (&F != &Formulae.back())
1246     std::swap(F, Formulae.back());
1247   Formulae.pop_back();
1248 }
1249
1250 /// RecomputeRegs - Recompute the Regs field, and update RegUses.
1251 void LSRUse::RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &RegUses) {
1252   // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
1253   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> OldRegs = Regs;
1254   Regs.clear();
1255   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = Formulae.begin(),
1256        E = Formulae.end(); I != E; ++I) {
1257     const Formula &F = *I;
1258     if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1259     Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1260   }
1261
1262   // Update the RegTracker.
1263   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 4>::iterator I = OldRegs.begin(),
1264        E = OldRegs.end(); I != E; ++I)
1265     if (!Regs.count(*I))
1266       RegUses.DropRegister(*I, LUIdx);
1267 }
1268
1269 void LSRUse::print(raw_ostream &OS) const {
1270   OS << "LSR Use: Kind=";
1271   switch (Kind) {
1272   case Basic:    OS << "Basic"; break;
1273   case Special:  OS << "Special"; break;
1274   case ICmpZero: OS << "ICmpZero"; break;
1275   case Address:
1276     OS << "Address of ";
1277     if (AccessTy->isPointerTy())
1278       OS << "pointer"; // the full pointer type could be really verbose
1279     else
1280       OS << *AccessTy;
1281   }
1282
1283   OS << ", Offsets={";
1284   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
1285        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
1286     OS << *I;
1287     if (llvm::next(I) != E)
1288       OS << ',';
1289   }
1290   OS << '}';
1291
1292   if (AllFixupsOutsideLoop)
1293     OS << ", all-fixups-outside-loop";
1294
1295   if (WidestFixupType)
1296     OS << ", widest fixup type: " << *WidestFixupType;
1297 }
1298
1299 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1300 void LSRUse::dump() const {
1301   print(errs()); errs() << '\n';
1302 }
1303 #endif
1304
1305 /// isLegalUse - Test whether the use described by AM is "legal", meaning it can
1306 /// be completely folded into the user instruction at isel time. This includes
1307 /// address-mode folding and special icmp tricks.
1308 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, LSRUse::KindType Kind,
1309                        Type *AccessTy, GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
1310                        bool HasBaseReg, int64_t Scale) {
1311   switch (Kind) {
1312   case LSRUse::Address:
1313     return TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, BaseGV, BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
1314
1315     // Otherwise, just guess that reg+reg addressing is legal.
1316     //return ;
1317
1318   case LSRUse::ICmpZero:
1319     // There's not even a target hook for querying whether it would be legal to
1320     // fold a GV into an ICmp.
1321     if (BaseGV)
1322       return false;
1323
1324     // ICmp only has two operands; don't allow more than two non-trivial parts.
1325     if (Scale != 0 && HasBaseReg && BaseOffset != 0)
1326       return false;
1327
1328     // ICmp only supports no scale or a -1 scale, as we can "fold" a -1 scale by
1329     // putting the scaled register in the other operand of the icmp.
1330     if (Scale != 0 && Scale != -1)
1331       return false;
1332
1333     // If we have low-level target information, ask the target if it can fold an
1334     // integer immediate on an icmp.
1335     if (BaseOffset != 0) {
1336       // We have one of:
1337       // ICmpZero     BaseReg + BaseOffset => ICmp BaseReg, -BaseOffset
1338       // ICmpZero -1*ScaleReg + BaseOffset => ICmp ScaleReg, BaseOffset
1339       // Offs is the ICmp immediate.
1340       if (Scale == 0)
1341         // The cast does the right thing with INT64_MIN.
1342         BaseOffset = -(uint64_t)BaseOffset;
1343       return TTI.isLegalICmpImmediate(BaseOffset);
1344     }
1345
1346     // ICmpZero BaseReg + -1*ScaleReg => ICmp BaseReg, ScaleReg
1347     return true;
1348
1349   case LSRUse::Basic:
1350     // Only handle single-register values.
1351     return !BaseGV && Scale == 0 && BaseOffset == 0;
1352
1353   case LSRUse::Special:
1354     // Special case Basic to handle -1 scales.
1355     return !BaseGV && (Scale == 0 || Scale == -1) && BaseOffset == 0;
1356   }
1357
1358   llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
1359 }
1360
1361 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
1362                        int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1363                        GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset, bool HasBaseReg,
1364                        int64_t Scale) {
1365   // Check for overflow.
1366   if (((int64_t)((uint64_t)BaseOffset + MinOffset) > BaseOffset) !=
1367       (MinOffset > 0))
1368     return false;
1369   MinOffset = (uint64_t)BaseOffset + MinOffset;
1370   if (((int64_t)((uint64_t)BaseOffset + MaxOffset) > BaseOffset) !=
1371       (MaxOffset > 0))
1372     return false;
1373   MaxOffset = (uint64_t)BaseOffset + MaxOffset;
1374
1375   return isLegalUse(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MinOffset, HasBaseReg,
1376                     Scale) &&
1377          isLegalUse(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MaxOffset, HasBaseReg, Scale);
1378 }
1379
1380 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
1381                        int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1382                        const Formula &F) {
1383   return isLegalUse(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, F.BaseGV,
1384                     F.BaseOffset, F.HasBaseReg, F.Scale);
1385 }
1386
1387 static bool isLegal2RegAMUse(const TargetTransformInfo &TTI, const LSRUse &LU,
1388                              const Formula &F) {
1389   // If F is used as an Addressing Mode, it may fold one Base plus one
1390   // scaled register. If the scaled register is nil, do as if another
1391   // element of the base regs is a 1-scaled register.
1392   // This is possible if BaseRegs has at least 2 registers.
1393
1394   // If this is not an address calculation, this is not an addressing mode
1395   // use.
1396   if (LU.Kind !=  LSRUse::Address)
1397     return false;
1398
1399   // F is already scaled.
1400   if (F.Scale != 0)
1401     return false;
1402
1403   // We need to keep one register for the base and one to scale.
1404   if (F.BaseRegs.size() < 2)
1405     return false;
1406
1407   return isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
1408                     F.BaseGV, F.BaseOffset, F.HasBaseReg, 1);
1409  }
1410
1411 static unsigned getScalingFactorCost(const TargetTransformInfo &TTI,
1412                                      const LSRUse &LU, const Formula &F) {
1413   if (!F.Scale)
1414     return 0;
1415   assert(isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
1416                     LU.AccessTy, F) && "Illegal formula in use.");
1417
1418   switch (LU.Kind) {
1419   case LSRUse::Address: {
1420     // Check the scaling factor cost with both the min and max offsets.
1421     int ScaleCostMinOffset =
1422       TTI.getScalingFactorCost(LU.AccessTy, F.BaseGV,
1423                                F.BaseOffset + LU.MinOffset,
1424                                F.HasBaseReg, F.Scale);
1425     int ScaleCostMaxOffset =
1426       TTI.getScalingFactorCost(LU.AccessTy, F.BaseGV,
1427                                F.BaseOffset + LU.MaxOffset,
1428                                F.HasBaseReg, F.Scale);
1429
1430     assert(ScaleCostMinOffset >= 0 && ScaleCostMaxOffset >= 0 &&
1431            "Legal addressing mode has an illegal cost!");
1432     return std::max(ScaleCostMinOffset, ScaleCostMaxOffset);
1433   }
1434   case LSRUse::ICmpZero:
1435     // ICmpZero BaseReg + -1*ScaleReg => ICmp BaseReg, ScaleReg.
1436     // Therefore, return 0 in case F.Scale == -1. 
1437     return F.Scale != -1;
1438
1439   case LSRUse::Basic:
1440   case LSRUse::Special:
1441     return 0;
1442   }
1443
1444   llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
1445 }
1446
1447 static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
1448                              LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1449                              GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
1450                              bool HasBaseReg) {
1451   // Fast-path: zero is always foldable.
1452   if (BaseOffset == 0 && !BaseGV) return true;
1453
1454   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1455   // base and a scale.
1456   int64_t Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1457
1458   // Canonicalize a scale of 1 to a base register if the formula doesn't
1459   // already have a base register.
1460   if (!HasBaseReg && Scale == 1) {
1461     Scale = 0;
1462     HasBaseReg = true;
1463   }
1464
1465   return isLegalUse(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
1466 }
1467
1468 static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
1469                              ScalarEvolution &SE, int64_t MinOffset,
1470                              int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind,
1471                              Type *AccessTy, const SCEV *S, bool HasBaseReg) {
1472   // Fast-path: zero is always foldable.
1473   if (S->isZero()) return true;
1474
1475   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1476   // base and a scale.
1477   int64_t BaseOffset = ExtractImmediate(S, SE);
1478   GlobalValue *BaseGV = ExtractSymbol(S, SE);
1479
1480   // If there's anything else involved, it's not foldable.
1481   if (!S->isZero()) return false;
1482
1483   // Fast-path: zero is always foldable.
1484   if (BaseOffset == 0 && !BaseGV) return true;
1485
1486   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1487   // base and a scale.
1488   int64_t Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1489
1490   return isLegalUse(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, BaseGV,
1491                     BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
1492 }
1493
1494 namespace {
1495
1496 /// UseMapDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
1497 /// DenseMaps and DenseSets of pairs of const SCEV* and LSRUse::Kind.
1498 struct UseMapDenseMapInfo {
1499   static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getEmptyKey() {
1500     return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1), LSRUse::Basic);
1501   }
1502
1503   static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getTombstoneKey() {
1504     return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2), LSRUse::Basic);
1505   }
1506
1507   static unsigned
1508   getHashValue(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &V) {
1509     unsigned Result = DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(V.first);
1510     Result ^= DenseMapInfo<unsigned>::getHashValue(unsigned(V.second));
1511     return Result;
1512   }
1513
1514   static bool isEqual(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &LHS,
1515                       const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &RHS) {
1516     return LHS == RHS;
1517   }
1518 };
1519
1520 /// IVInc - An individual increment in a Chain of IV increments.
1521 /// Relate an IV user to an expression that computes the IV it uses from the IV
1522 /// used by the previous link in the Chain.
1523 ///
1524 /// For the head of a chain, IncExpr holds the absolute SCEV expression for the
1525 /// original IVOperand. The head of the chain's IVOperand is only valid during
1526 /// chain collection, before LSR replaces IV users. During chain generation,
1527 /// IncExpr can be used to find the new IVOperand that computes the same
1528 /// expression.
1529 struct IVInc {
1530   Instruction *UserInst;
1531   Value* IVOperand;
1532   const SCEV *IncExpr;
1533
1534   IVInc(Instruction *U, Value *O, const SCEV *E):
1535     UserInst(U), IVOperand(O), IncExpr(E) {}
1536 };
1537
1538 // IVChain - The list of IV increments in program order.
1539 // We typically add the head of a chain without finding subsequent links.
1540 struct IVChain {
1541   SmallVector<IVInc,1> Incs;
1542   const SCEV *ExprBase;
1543
1544   IVChain() : ExprBase(0) {}
1545
1546   IVChain(const IVInc &Head, const SCEV *Base)
1547     : Incs(1, Head), ExprBase(Base) {}
1548
1549   typedef SmallVectorImpl<IVInc>::const_iterator const_iterator;
1550
1551   // begin - return the first increment in the chain.
1552   const_iterator begin() const {
1553     assert(!Incs.empty());
1554     return llvm::next(Incs.begin());
1555   }
1556   const_iterator end() const {
1557     return Incs.end();
1558   }
1559
1560   // hasIncs - Returns true if this chain contains any increments.
1561   bool hasIncs() const { return Incs.size() >= 2; }
1562
1563   // add - Add an IVInc to the end of this chain.
1564   void add(const IVInc &X) { Incs.push_back(X); }
1565
1566   // tailUserInst - Returns the last UserInst in the chain.
1567   Instruction *tailUserInst() const { return Incs.back().UserInst; }
1568
1569   // isProfitableIncrement - Returns true if IncExpr can be profitably added to
1570   // this chain.
1571   bool isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
1572                              const SCEV *IncExpr,
1573                              ScalarEvolution&);
1574 };
1575
1576 /// ChainUsers - Helper for CollectChains to track multiple IV increment uses.
1577 /// Distinguish between FarUsers that definitely cross IV increments and
1578 /// NearUsers that may be used between IV increments.
1579 struct ChainUsers {
1580   SmallPtrSet<Instruction*, 4> FarUsers;
1581   SmallPtrSet<Instruction*, 4> NearUsers;
1582 };
1583
1584 /// LSRInstance - This class holds state for the main loop strength reduction
1585 /// logic.
1586 class LSRInstance {
1587   IVUsers &IU;
1588   ScalarEvolution &SE;
1589   DominatorTree &DT;
1590   LoopInfo &LI;
1591   const TargetTransformInfo &TTI;
1592   Loop *const L;
1593   bool Changed;
1594
1595   /// IVIncInsertPos - This is the insert position that the current loop's
1596   /// induction variable increment should be placed. In simple loops, this is
1597   /// the latch block's terminator. But in more complicated cases, this is a
1598   /// position which will dominate all the in-loop post-increment users.
1599   Instruction *IVIncInsertPos;
1600
1601   /// Factors - Interesting factors between use strides.
1602   SmallSetVector<int64_t, 8> Factors;
1603
1604   /// Types - Interesting use types, to facilitate truncation reuse.
1605   SmallSetVector<Type *, 4> Types;
1606
1607   /// Fixups - The list of operands which are to be replaced.
1608   SmallVector<LSRFixup, 16> Fixups;
1609
1610   /// Uses - The list of interesting uses.
1611   SmallVector<LSRUse, 16> Uses;
1612
1613   /// RegUses - Track which uses use which register candidates.
1614   RegUseTracker RegUses;
1615
1616   // Limit the number of chains to avoid quadratic behavior. We don't expect to
1617   // have more than a few IV increment chains in a loop. Missing a Chain falls
1618   // back to normal LSR behavior for those uses.
1619   static const unsigned MaxChains = 8;
1620
1621   /// IVChainVec - IV users can form a chain of IV increments.
1622   SmallVector<IVChain, MaxChains> IVChainVec;
1623
1624   /// IVIncSet - IV users that belong to profitable IVChains.
1625   SmallPtrSet<Use*, MaxChains> IVIncSet;
1626
1627   void OptimizeShadowIV();
1628   bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse);
1629   ICmpInst *OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse);
1630   void OptimizeLoopTermCond();
1631
1632   void ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
1633                         SmallVectorImpl<ChainUsers> &ChainUsersVec);
1634   void FinalizeChain(IVChain &Chain);
1635   void CollectChains();
1636   void GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
1637                        SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts);
1638
1639   void CollectInterestingTypesAndFactors();
1640   void CollectFixupsAndInitialFormulae();
1641
1642   LSRFixup &getNewFixup() {
1643     Fixups.push_back(LSRFixup());
1644     return Fixups.back();
1645   }
1646
1647   // Support for sharing of LSRUses between LSRFixups.
1648   typedef DenseMap<std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType>,
1649                    size_t,
1650                    UseMapDenseMapInfo> UseMapTy;
1651   UseMapTy UseMap;
1652
1653   bool reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
1654                           LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy);
1655
1656   std::pair<size_t, int64_t> getUse(const SCEV *&Expr,
1657                                     LSRUse::KindType Kind,
1658                                     Type *AccessTy);
1659
1660   void DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1661
1662   LSRUse *FindUseWithSimilarFormula(const Formula &F, const LSRUse &OrigLU);
1663
1664   void InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1665   void InsertSupplementalFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1666   void CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx);
1667   bool InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F);
1668
1669   void CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
1670
1671   void GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base,
1672                               unsigned Depth = 0);
1673   void GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1674   void GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1675   void GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1676   void GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1677   void GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1678   void GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1679   void GenerateCrossUseConstantOffsets();
1680   void GenerateAllReuseFormulae();
1681
1682   void FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
1683
1684   size_t EstimateSearchSpaceComplexity() const;
1685   void NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
1686   void NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
1687   void NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
1688   void NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
1689   void NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
1690
1691   void SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1692                     Cost &SolutionCost,
1693                     SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
1694                     const Cost &CurCost,
1695                     const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
1696                     DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const;
1697   void Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const;
1698
1699   BasicBlock::iterator
1700     HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
1701                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs) const;
1702   BasicBlock::iterator
1703     AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
1704                                   const LSRFixup &LF,
1705                                   const LSRUse &LU,
1706                                   SCEVExpander &Rewriter) const;
1707
1708   Value *Expand(const LSRFixup &LF,
1709                 const Formula &F,
1710                 BasicBlock::iterator IP,
1711                 SCEVExpander &Rewriter,
1712                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const;
1713   void RewriteForPHI(PHINode *PN, const LSRFixup &LF,
1714                      const Formula &F,
1715                      SCEVExpander &Rewriter,
1716                      SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1717                      Pass *P) const;
1718   void Rewrite(const LSRFixup &LF,
1719                const Formula &F,
1720                SCEVExpander &Rewriter,
1721                SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1722                Pass *P) const;
1723   void ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1724                          Pass *P);
1725
1726 public:
1727   LSRInstance(Loop *L, Pass *P);
1728
1729   bool getChanged() const { return Changed; }
1730
1731   void print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const;
1732   void print_fixups(raw_ostream &OS) const;
1733   void print_uses(raw_ostream &OS) const;
1734   void print(raw_ostream &OS) const;
1735   void dump() const;
1736 };
1737
1738 }
1739
1740 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1741 /// inside the loop then try to eliminate the cast operation.
1742 void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
1743   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1744   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1745     return;
1746
1747   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end();
1748        UI != E; /* empty */) {
1749     IVUsers::const_iterator CandidateUI = UI;
1750     ++UI;
1751     Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
1752     Type *DestTy = 0;
1753     bool IsSigned = false;
1754
1755     /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1756        to eliminate this cast.
1757
1758          for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
1759            foo((double)i);
1760
1761        is transformed into
1762
1763          double d = 0.0;
1764          for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
1765            foo(d);
1766     */
1767     if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1768       IsSigned = false;
1769       DestTy = UCast->getDestTy();
1770     }
1771     else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1772       IsSigned = true;
1773       DestTy = SCast->getDestTy();
1774     }
1775     if (!DestTy) continue;
1776
1777     // If target does not support DestTy natively then do not apply
1778     // this transformation.
1779     if (!TTI.isTypeLegal(DestTy)) continue;
1780
1781     PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1782     if (!PH) continue;
1783     if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1784
1785     Type *SrcTy = PH->getType();
1786     int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1787     if (Mantissa == -1) continue;
1788     if ((int)SE.getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1789       continue;
1790
1791     unsigned Entry, Latch;
1792     if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1793       Entry = 0;
1794       Latch = 1;
1795     } else {
1796       Entry = 1;
1797       Latch = 0;
1798     }
1799
1800     ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1801     if (!Init) continue;
1802     Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, IsSigned ?
1803                                         (double)Init->getSExtValue() :
1804                                         (double)Init->getZExtValue());
1805
1806     BinaryOperator *Incr =
1807       dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1808     if (!Incr) continue;
1809     if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1810         && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1811       continue;
1812
1813     /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1814     ConstantInt *C = 0;
1815     if (Incr->getOperand(0) == PH)
1816       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1817     else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1818       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1819     else
1820       continue;
1821
1822     if (!C) continue;
1823
1824     // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
1825     // correctly. TODO: Remove this restriction.
1826     if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
1827
1828     /* Add new PHINode. */
1829     PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, 2, "IV.S.", PH);
1830
1831     /* create new increment. '++d' in above example. */
1832     Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1833     BinaryOperator *NewIncr =
1834       BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
1835                                Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
1836                              NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1837
1838     NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1839     NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1840
1841     /* Remove cast operation */
1842     ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1843     ShadowUse->eraseFromParent();
1844     Changed = true;
1845     break;
1846   }
1847 }
1848
1849 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1850 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1851 /// false.
1852 bool LSRInstance::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse) {
1853   for (IVUsers::iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1854     if (UI->getUser() == Cond) {
1855       // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1856       // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1857       // occurs enough in real life to handle.
1858       CondUse = UI;
1859       return true;
1860     }
1861   return false;
1862 }
1863
1864 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1865 /// a max computation.
1866 ///
1867 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1868 /// like this:
1869 ///
1870 ///   i = 0;
1871 ///   do {
1872 ///     p[i] = 0.0;
1873 ///   } while (++i < n);
1874 ///
1875 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
1876 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
1877 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
1878 /// will commonly be lowered like this:
1879 //
1880 ///   if (n > 0) {
1881 ///     i = 0;
1882 ///     do {
1883 ///       p[i] = 0.0;
1884 ///     } while (++i < n);
1885 ///   }
1886 ///
1887 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1888 /// test in such a way that indvars can't find it.
1889 ///
1890 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1891 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
1892 /// induction variable:
1893 ///
1894 ///   i = 0;
1895 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
1896 ///   do {
1897 ///     p[i] = 0.0;
1898 ///   } while (++i != max);
1899 ///
1900 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1901 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1902 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1903 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1904 /// needed, and it does this using a simple analysis that only succeeds if
1905 /// the loop has a canonical induction variable.
1906 ///
1907 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1908 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1909 ///
1910 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1911 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1912 /// the instructions for the maximum computation.
1913 ///
1914 ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
1915   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1916   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1917       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1918     return Cond;
1919
1920   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1921   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1922
1923   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1924   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1925     return Cond;
1926   const SCEV *One = SE.getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 1);
1927
1928   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
1929   const SCEV *IterationCount = SE.getAddExpr(One, BackedgeTakenCount);
1930   if (IterationCount != SE.getSCEV(Sel)) return Cond;
1931
1932   // Check for a max calculation that matches the pattern. There's no check
1933   // for ICMP_ULE here because the comparison would be with zero, which
1934   // isn't interesting.
1935   CmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
1936   const SCEVNAryExpr *Max = 0;
1937   if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(BackedgeTakenCount)) {
1938     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
1939     Max = S;
1940   } else if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount)) {
1941     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1942     Max = S;
1943   } else if (const SCEVUMaxExpr *U = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(IterationCount)) {
1944     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
1945     Max = U;
1946   } else {
1947     // No match; bail.
1948     return Cond;
1949   }
1950
1951   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
1952   // require additional checking and setup.
1953   if (Max->getNumOperands() != 2)
1954     return Cond;
1955
1956   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
1957   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
1958
1959   // ScalarEvolution canonicalizes constants to the left. For < and >, look
1960   // for a comparison with 1. For <= and >=, a comparison with zero.
1961   if (!MaxLHS ||
1962       (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) ? !MaxLHS->isZero() : (MaxLHS != One)))
1963     return Cond;
1964
1965   // Check the relevant induction variable for conformance to
1966   // the pattern.
1967   const SCEV *IV = SE.getSCEV(Cond->getOperand(0));
1968   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1969   if (!AR || !AR->isAffine() ||
1970       AR->getStart() != One ||
1971       AR->getStepRecurrence(SE) != One)
1972     return Cond;
1973
1974   assert(AR->getLoop() == L &&
1975          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
1976
1977   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
1978   // be used in the new comparison instruction.
1979   Value *NewRHS = 0;
1980   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred)) {
1981     // Look for n+1, and grab n.
1982     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(1)))
1983       if (ConstantInt *BO1 = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1984          if (BO1->isOne() && SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1985            NewRHS = BO->getOperand(0);
1986     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(2)))
1987       if (ConstantInt *BO1 = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1988         if (BO1->isOne() && SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1989           NewRHS = BO->getOperand(0);
1990     if (!NewRHS)
1991       return Cond;
1992   } else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
1993     NewRHS = Sel->getOperand(1);
1994   else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
1995     NewRHS = Sel->getOperand(2);
1996   else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(MaxRHS))
1997     NewRHS = SU->getValue();
1998   else
1999     // Max doesn't match expected pattern.
2000     return Cond;
2001
2002   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
2003   // and the original comparison may be either equality or inequality.
2004   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
2005     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
2006
2007   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2008   // delete the max calculation.
2009   ICmpInst *NewCond =
2010     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
2011
2012   // Delete the max calculation instructions.
2013   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2014   CondUse->setUser(NewCond);
2015   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2016   Cond->eraseFromParent();
2017   Sel->eraseFromParent();
2018   if (Cmp->use_empty())
2019     Cmp->eraseFromParent();
2020   return NewCond;
2021 }
2022
2023 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
2024 /// postinc iv when possible.
2025 void
2026 LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
2027   SmallPtrSet<Instruction *, 4> PostIncs;
2028
2029   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2030   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
2031   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2032
2033   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
2034     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
2035
2036     // Get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2037     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2038     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2039     // one register value.
2040
2041     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2042     if (!TermBr)
2043       continue;
2044     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
2045     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2046       continue;
2047
2048     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2049     IVStrideUse *CondUse = 0;
2050     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2051     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse))
2052       continue;
2053
2054     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
2055     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2056     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
2057     // One consequence of doing this now is that it disrupts the count-down
2058     // optimization. That's not always a bad thing though, because in such
2059     // cases it may still be worthwhile to avoid a max.
2060     Cond = OptimizeMax(Cond, CondUse);
2061
2062     // If this exiting block dominates the latch block, it may also use
2063     // the post-inc value if it won't be shared with other uses.
2064     // Check for dominance.
2065     if (!DT.dominates(ExitingBlock, LatchBlock))
2066       continue;
2067
2068     // Conservatively avoid trying to use the post-inc value in non-latch
2069     // exits if there may be pre-inc users in intervening blocks.
2070     if (LatchBlock != ExitingBlock)
2071       for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
2072         // Test if the use is reachable from the exiting block. This dominator
2073         // query is a conservative approximation of reachability.
2074         if (&*UI != CondUse &&
2075             !DT.properlyDominates(UI->getUser()->getParent(), ExitingBlock)) {
2076           // Conservatively assume there may be reuse if the quotient of their
2077           // strides could be a legal scale.
2078           const SCEV *A = IU.getStride(*CondUse, L);
2079           const SCEV *B = IU.getStride(*UI, L);
2080           if (!A || !B) continue;
2081           if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) !=
2082               SE.getTypeSizeInBits(B->getType())) {
2083             if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) >
2084                 SE.getTypeSizeInBits(B->getType()))
2085               B = SE.getSignExtendExpr(B, A->getType());
2086             else
2087               A = SE.getSignExtendExpr(A, B->getType());
2088           }
2089           if (const SCEVConstant *D =
2090                 dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(B, A, SE))) {
2091             const ConstantInt *C = D->getValue();
2092             // Stride of one or negative one can have reuse with non-addresses.
2093             if (C->isOne() || C->isAllOnesValue())
2094               goto decline_post_inc;
2095             // Avoid weird situations.
2096             if (C->getValue().getMinSignedBits() >= 64 ||
2097                 C->getValue().isMinSignedValue())
2098               goto decline_post_inc;
2099             // Check for possible scaled-address reuse.
2100             Type *AccessTy = getAccessType(UI->getUser());
2101             int64_t Scale = C->getSExtValue();
2102             if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, /*BaseGV=*/ 0,
2103                                           /*BaseOffset=*/ 0,
2104                                           /*HasBaseReg=*/ false, Scale))
2105               goto decline_post_inc;
2106             Scale = -Scale;
2107             if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, /*BaseGV=*/ 0,
2108                                           /*BaseOffset=*/ 0,
2109                                           /*HasBaseReg=*/ false, Scale))
2110               goto decline_post_inc;
2111           }
2112         }
2113
2114     DEBUG(dbgs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
2115                  << *Cond << '\n');
2116
2117     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2118     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2119     // the exiting block branch, move it.
2120     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != TermBr) {
2121       if (Cond->hasOneUse()) {
2122         Cond->moveBefore(TermBr);
2123       } else {
2124         // Clone the terminating condition and insert into the loopend.
2125         ICmpInst *OldCond = Cond;
2126         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2127         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2128         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2129
2130         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2131         CondUse = &IU.AddUser(Cond, CondUse->getOperandValToReplace());
2132         TermBr->replaceUsesOfWith(OldCond, Cond);
2133       }
2134     }
2135
2136     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2137     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2138     // live ranges for the IV correctly.
2139     CondUse->transformToPostInc(L);
2140     Changed = true;
2141
2142     PostIncs.insert(Cond);
2143   decline_post_inc:;
2144   }
2145
2146   // Determine an insertion point for the loop induction variable increment. It
2147   // must dominate all the post-inc comparisons we just set up, and it must
2148   // dominate the loop latch edge.
2149   IVIncInsertPos = L->getLoopLatch()->getTerminator();
2150   for (SmallPtrSet<Instruction *, 4>::const_iterator I = PostIncs.begin(),
2151        E = PostIncs.end(); I != E; ++I) {
2152     BasicBlock *BB =
2153       DT.findNearestCommonDominator(IVIncInsertPos->getParent(),
2154                                     (*I)->getParent());
2155     if (BB == (*I)->getParent())
2156       IVIncInsertPos = *I;
2157     else if (BB != IVIncInsertPos->getParent())
2158       IVIncInsertPos = BB->getTerminator();
2159   }
2160 }
2161
2162 /// reconcileNewOffset - Determine if the given use can accommodate a fixup
2163 /// at the given offset and other details. If so, update the use and
2164 /// return true.
2165 bool
2166 LSRInstance::reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
2167                                 LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
2168   int64_t NewMinOffset = LU.MinOffset;
2169   int64_t NewMaxOffset = LU.MaxOffset;
2170   Type *NewAccessTy = AccessTy;
2171
2172   // Check for a mismatched kind. It's tempting to collapse mismatched kinds to
2173   // something conservative, however this can pessimize in the case that one of
2174   // the uses will have all its uses outside the loop, for example.
2175   if (LU.Kind != Kind)
2176     return false;
2177   // Conservatively assume HasBaseReg is true for now.
2178   if (NewOffset < LU.MinOffset) {
2179     if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ 0,
2180                           LU.MaxOffset - NewOffset, HasBaseReg))
2181       return false;
2182     NewMinOffset = NewOffset;
2183   } else if (NewOffset > LU.MaxOffset) {
2184     if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ 0,
2185                           NewOffset - LU.MinOffset, HasBaseReg))
2186       return false;
2187     NewMaxOffset = NewOffset;
2188   }
2189   // Check for a mismatched access type, and fall back conservatively as needed.
2190   // TODO: Be less conservative when the type is similar and can use the same
2191   // addressing modes.
2192   if (Kind == LSRUse::Address && AccessTy != LU.AccessTy)
2193     NewAccessTy = Type::getVoidTy(AccessTy->getContext());
2194
2195   // Update the use.
2196   LU.MinOffset = NewMinOffset;
2197   LU.MaxOffset = NewMaxOffset;
2198   LU.AccessTy = NewAccessTy;
2199   if (NewOffset != LU.Offsets.back())
2200     LU.Offsets.push_back(NewOffset);
2201   return true;
2202 }
2203
2204 /// getUse - Return an LSRUse index and an offset value for a fixup which
2205 /// needs the given expression, with the given kind and optional access type.
2206 /// Either reuse an existing use or create a new one, as needed.
2207 std::pair<size_t, int64_t>
2208 LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
2209                     LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
2210   const SCEV *Copy = Expr;
2211   int64_t Offset = ExtractImmediate(Expr, SE);
2212
2213   // Basic uses can't accept any offset, for example.
2214   if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ 0,
2215                         Offset, /*HasBaseReg=*/ true)) {
2216     Expr = Copy;
2217     Offset = 0;
2218   }
2219
2220   std::pair<UseMapTy::iterator, bool> P =
2221     UseMap.insert(std::make_pair(std::make_pair(Expr, Kind), 0));
2222   if (!P.second) {
2223     // A use already existed with this base.
2224     size_t LUIdx = P.first->second;
2225     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2226     if (reconcileNewOffset(LU, Offset, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy))
2227       // Reuse this use.
2228       return std::make_pair(LUIdx, Offset);
2229   }
2230
2231   // Create a new use.
2232   size_t LUIdx = Uses.size();
2233   P.first->second = LUIdx;
2234   Uses.push_back(LSRUse(Kind, AccessTy));
2235   LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2236
2237   // We don't need to track redundant offsets, but we don't need to go out
2238   // of our way here to avoid them.
2239   if (LU.Offsets.empty() || Offset != LU.Offsets.back())
2240     LU.Offsets.push_back(Offset);
2241
2242   LU.MinOffset = Offset;
2243   LU.MaxOffset = Offset;
2244   return std::make_pair(LUIdx, Offset);
2245 }
2246
2247 /// DeleteUse - Delete the given use from the Uses list.
2248 void LSRInstance::DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2249   if (&LU != &Uses.back())
2250     std::swap(LU, Uses.back());
2251   Uses.pop_back();
2252
2253   // Update RegUses.
2254   RegUses.SwapAndDropUse(LUIdx, Uses.size());
2255 }
2256
2257 /// FindUseWithFormula - Look for a use distinct from OrigLU which is has
2258 /// a formula that has the same registers as the given formula.
2259 LSRUse *
2260 LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
2261                                        const LSRUse &OrigLU) {
2262   // Search all uses for the formula. This could be more clever.
2263   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2264     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2265     // Check whether this use is close enough to OrigLU, to see whether it's
2266     // worthwhile looking through its formulae.
2267     // Ignore ICmpZero uses because they may contain formulae generated by
2268     // GenerateICmpZeroScales, in which case adding fixup offsets may
2269     // be invalid.
2270     if (&LU != &OrigLU &&
2271         LU.Kind != LSRUse::ICmpZero &&
2272         LU.Kind == OrigLU.Kind && OrigLU.AccessTy == LU.AccessTy &&
2273         LU.WidestFixupType == OrigLU.WidestFixupType &&
2274         LU.HasFormulaWithSameRegs(OrigF)) {
2275       // Scan through this use's formulae.
2276       for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
2277            E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
2278         const Formula &F = *I;
2279         // Check to see if this formula has the same registers and symbols
2280         // as OrigF.
2281         if (F.BaseRegs == OrigF.BaseRegs &&
2282             F.ScaledReg == OrigF.ScaledReg &&
2283             F.BaseGV == OrigF.BaseGV &&
2284             F.Scale == OrigF.Scale &&
2285             F.UnfoldedOffset == OrigF.UnfoldedOffset) {
2286           if (F.BaseOffset == 0)
2287             return &LU;
2288           // This is the formula where all the registers and symbols matched;
2289           // there aren't going to be any others. Since we declined it, we
2290           // can skip the rest of the formulae and proceed to the next LSRUse.
2291           break;
2292         }
2293       }
2294     }
2295   }
2296
2297   // Nothing looked good.
2298   return 0;
2299 }
2300
2301 void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
2302   SmallSetVector<const SCEV *, 4> Strides;
2303
2304   // Collect interesting types and strides.
2305   SmallVector<const SCEV *, 4> Worklist;
2306   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2307     const SCEV *Expr = IU.getExpr(*UI);
2308
2309     // Collect interesting types.
2310     Types.insert(SE.getEffectiveSCEVType(Expr->getType()));
2311
2312     // Add strides for mentioned loops.
2313     Worklist.push_back(Expr);
2314     do {
2315       const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
2316       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2317         if (AR->getLoop() == L)
2318           Strides.insert(AR->getStepRecurrence(SE));
2319         Worklist.push_back(AR->getStart());
2320       } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2321         Worklist.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
2322       }
2323     } while (!Worklist.empty());
2324   }
2325
2326   // Compute interesting factors from the set of interesting strides.
2327   for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator
2328        I = Strides.begin(), E = Strides.end(); I != E; ++I)
2329     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator NewStrideIter =
2330          llvm::next(I); NewStrideIter != E; ++NewStrideIter) {
2331       const SCEV *OldStride = *I;
2332       const SCEV *NewStride = *NewStrideIter;
2333
2334       if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) !=
2335           SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType())) {
2336         if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) >
2337             SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType()))
2338           NewStride = SE.getSignExtendExpr(NewStride, OldStride->getType());
2339         else
2340           OldStride = SE.getSignExtendExpr(OldStride, NewStride->getType());
2341       }
2342       if (const SCEVConstant *Factor =
2343             dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(NewStride, OldStride,
2344                                                         SE, true))) {
2345         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2346           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2347       } else if (const SCEVConstant *Factor =
2348                    dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(OldStride,
2349                                                                NewStride,
2350                                                                SE, true))) {
2351         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2352           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2353       }
2354     }
2355
2356   // If all uses use the same type, don't bother looking for truncation-based
2357   // reuse.
2358   if (Types.size() == 1)
2359     Types.clear();
2360
2361   DEBUG(print_factors_and_types(dbgs()));
2362 }
2363
2364 /// findIVOperand - Helper for CollectChains that finds an IV operand (computed
2365 /// by an AddRec in this loop) within [OI,OE) or returns OE. If IVUsers mapped
2366 /// Instructions to IVStrideUses, we could partially skip this.
2367 static User::op_iterator
2368 findIVOperand(User::op_iterator OI, User::op_iterator OE,
2369               Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
2370   for(; OI != OE; ++OI) {
2371     if (Instruction *Oper = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
2372       if (!SE.isSCEVable(Oper->getType()))
2373         continue;
2374
2375       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
2376           dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(Oper))) {
2377         if (AR->getLoop() == L)
2378           break;
2379       }
2380     }
2381   }
2382   return OI;
2383 }
2384
2385 /// getWideOperand - IVChain logic must consistenctly peek base TruncInst
2386 /// operands, so wrap it in a convenient helper.
2387 static Value *getWideOperand(Value *Oper) {
2388   if (TruncInst *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(Oper))
2389     return Trunc->getOperand(0);
2390   return Oper;
2391 }
2392
2393 /// isCompatibleIVType - Return true if we allow an IV chain to include both
2394 /// types.
2395 static bool isCompatibleIVType(Value *LVal, Value *RVal) {
2396   Type *LType = LVal->getType();
2397   Type *RType = RVal->getType();
2398   return (LType == RType) || (LType->isPointerTy() && RType->isPointerTy());
2399 }
2400
2401 /// getExprBase - Return an approximation of this SCEV expression's "base", or
2402 /// NULL for any constant. Returning the expression itself is
2403 /// conservative. Returning a deeper subexpression is more precise and valid as
2404 /// long as it isn't less complex than another subexpression. For expressions
2405 /// involving multiple unscaled values, we need to return the pointer-type
2406 /// SCEVUnknown. This avoids forming chains across objects, such as:
2407 /// PrevOper==a[i], IVOper==b[i], IVInc==b-a.
2408 ///
2409 /// Since SCEVUnknown is the rightmost type, and pointers are the rightmost
2410 /// SCEVUnknown, we simply return the rightmost SCEV operand.
2411 static const SCEV *getExprBase(const SCEV *S) {
2412   switch (S->getSCEVType()) {
2413   default: // uncluding scUnknown.
2414     return S;
2415   case scConstant:
2416     return 0;
2417   case scTruncate:
2418     return getExprBase(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand());
2419   case scZeroExtend:
2420     return getExprBase(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand());
2421   case scSignExtend:
2422     return getExprBase(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand());
2423   case scAddExpr: {
2424     // Skip over scaled operands (scMulExpr) to follow add operands as long as
2425     // there's nothing more complex.
2426     // FIXME: not sure if we want to recognize negation.
2427     const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(S);
2428     for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(Add->op_end()),
2429            E(Add->op_begin()); I != E; ++I) {
2430       const SCEV *SubExpr = *I;
2431       if (SubExpr->getSCEVType() == scAddExpr)
2432         return getExprBase(SubExpr);
2433
2434       if (SubExpr->getSCEVType() != scMulExpr)
2435         return SubExpr;
2436     }
2437     return S; // all operands are scaled, be conservative.
2438   }
2439   case scAddRecExpr:
2440     return getExprBase(cast<SCEVAddRecExpr>(S)->getStart());
2441   }
2442 }
2443
2444 /// Return true if the chain increment is profitable to expand into a loop
2445 /// invariant value, which may require its own register. A profitable chain
2446 /// increment will be an offset relative to the same base. We allow such offsets
2447 /// to potentially be used as chain increment as long as it's not obviously
2448 /// expensive to expand using real instructions.
2449 bool IVChain::isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
2450                                     const SCEV *IncExpr,
2451                                     ScalarEvolution &SE) {
2452   // Aggressively form chains when -stress-ivchain.
2453   if (StressIVChain)
2454     return true;
2455
2456   // Do not replace a constant offset from IV head with a nonconstant IV
2457   // increment.
2458   if (!isa<SCEVConstant>(IncExpr)) {
2459     const SCEV *HeadExpr = SE.getSCEV(getWideOperand(Incs[0].IVOperand));
2460     if (isa<SCEVConstant>(SE.getMinusSCEV(OperExpr, HeadExpr)))
2461       return 0;
2462   }
2463
2464   SmallPtrSet<const SCEV*, 8> Processed;
2465   return !isHighCostExpansion(IncExpr, Processed, SE);
2466 }
2467
2468 /// Return true if the number of registers needed for the chain is estimated to
2469 /// be less than the number required for the individual IV users. First prohibit
2470 /// any IV users that keep the IV live across increments (the Users set should
2471 /// be empty). Next count the number and type of increments in the chain.
2472 ///
2473 /// Chaining IVs can lead to considerable code bloat if ISEL doesn't
2474 /// effectively use postinc addressing modes. Only consider it profitable it the
2475 /// increments can be computed in fewer registers when chained.
2476 ///
2477 /// TODO: Consider IVInc free if it's already used in another chains.
2478 static bool
2479 isProfitableChain(IVChain &Chain, SmallPtrSet<Instruction*, 4> &Users,
2480                   ScalarEvolution &SE, const TargetTransformInfo &TTI) {
2481   if (StressIVChain)
2482     return true;
2483
2484   if (!Chain.hasIncs())
2485     return false;
2486
2487   if (!Users.empty()) {
2488     DEBUG(dbgs() << "Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << " users:\n";
2489           for (SmallPtrSet<Instruction*, 4>::const_iterator I = Users.begin(),
2490                  E = Users.end(); I != E; ++I) {
2491             dbgs() << "  " << **I << "\n";
2492           });
2493     return false;
2494   }
2495   assert(!Chain.Incs.empty() && "empty IV chains are not allowed");
2496
2497   // The chain itself may require a register, so intialize cost to 1.
2498   int cost = 1;
2499
2500   // A complete chain likely eliminates the need for keeping the original IV in
2501   // a register. LSR does not currently know how to form a complete chain unless
2502   // the header phi already exists.
2503   if (isa<PHINode>(Chain.tailUserInst())
2504       && SE.getSCEV(Chain.tailUserInst()) == Chain.Incs[0].IncExpr) {
2505     --cost;
2506   }
2507   const SCEV *LastIncExpr = 0;
2508   unsigned NumConstIncrements = 0;
2509   unsigned NumVarIncrements = 0;
2510   unsigned NumReusedIncrements = 0;
2511   for (IVChain::const_iterator I = Chain.begin(), E = Chain.end();
2512        I != E; ++I) {
2513
2514     if (I->IncExpr->isZero())
2515       continue;
2516
2517     // Incrementing by zero or some constant is neutral. We assume constants can
2518     // be folded into an addressing mode or an add's immediate operand.
2519     if (isa<SCEVConstant>(I->IncExpr)) {
2520       ++NumConstIncrements;
2521       continue;
2522     }
2523
2524     if (I->IncExpr == LastIncExpr)
2525       ++NumReusedIncrements;
2526     else
2527       ++NumVarIncrements;
2528
2529     LastIncExpr = I->IncExpr;
2530   }
2531   // An IV chain with a single increment is handled by LSR's postinc
2532   // uses. However, a chain with multiple increments requires keeping the IV's
2533   // value live longer than it needs to be if chained.
2534   if (NumConstIncrements > 1)
2535     --cost;
2536
2537   // Materializing increment expressions in the preheader that didn't exist in
2538   // the original code may cost a register. For example, sign-extended array
2539   // indices can produce ridiculous increments like this:
2540   // IV + ((sext i32 (2 * %s) to i64) + (-1 * (sext i32 %s to i64)))
2541   cost += NumVarIncrements;
2542
2543   // Reusing variable increments likely saves a register to hold the multiple of
2544   // the stride.
2545   cost -= NumReusedIncrements;
2546
2547   DEBUG(dbgs() << "Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << " Cost: " << cost
2548                << "\n");
2549
2550   return cost < 0;
2551 }
2552
2553 /// ChainInstruction - Add this IV user to an existing chain or make it the head
2554 /// of a new chain.
2555 void LSRInstance::ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
2556                                    SmallVectorImpl<ChainUsers> &ChainUsersVec) {
2557   // When IVs are used as types of varying widths, they are generally converted
2558   // to a wider type with some uses remaining narrow under a (free) trunc.
2559   Value *const NextIV = getWideOperand(IVOper);
2560   const SCEV *const OperExpr = SE.getSCEV(NextIV);
2561   const SCEV *const OperExprBase = getExprBase(OperExpr);
2562
2563   // Visit all existing chains. Check if its IVOper can be computed as a
2564   // profitable loop invariant increment from the last link in the Chain.
2565   unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2566   const SCEV *LastIncExpr = 0;
2567   for (; ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
2568     IVChain &Chain = IVChainVec[ChainIdx];
2569
2570     // Prune the solution space aggressively by checking that both IV operands
2571     // are expressions that operate on the same unscaled SCEVUnknown. This
2572     // "base" will be canceled by the subsequent getMinusSCEV call. Checking
2573     // first avoids creating extra SCEV expressions.
2574     if (!StressIVChain && Chain.ExprBase != OperExprBase)
2575       continue;
2576
2577     Value *PrevIV = getWideOperand(Chain.Incs.back().IVOperand);
2578     if (!isCompatibleIVType(PrevIV, NextIV))
2579       continue;
2580
2581     // A phi node terminates a chain.
2582     if (isa<PHINode>(UserInst) && isa<PHINode>(Chain.tailUserInst()))
2583       continue;
2584
2585     // The increment must be loop-invariant so it can be kept in a register.
2586     const SCEV *PrevExpr = SE.getSCEV(PrevIV);
2587     const SCEV *IncExpr = SE.getMinusSCEV(OperExpr, PrevExpr);
2588     if (!SE.isLoopInvariant(IncExpr, L))
2589       continue;
2590
2591     if (Chain.isProfitableIncrement(OperExpr, IncExpr, SE)) {
2592       LastIncExpr = IncExpr;
2593       break;
2594     }
2595   }
2596   // If we haven't found a chain, create a new one, unless we hit the max. Don't
2597   // bother for phi nodes, because they must be last in the chain.
2598   if (ChainIdx == NChains) {
2599     if (isa<PHINode>(UserInst))
2600       return;
2601     if (NChains >= MaxChains && !StressIVChain) {
2602       DEBUG(dbgs() << "IV Chain Limit\n");
2603       return;
2604     }
2605     LastIncExpr = OperExpr;
2606     // IVUsers may have skipped over sign/zero extensions. We don't currently
2607     // attempt to form chains involving extensions unless they can be hoisted
2608     // into this loop's AddRec.
2609     if (!isa<SCEVAddRecExpr>(LastIncExpr))
2610       return;
2611     ++NChains;
2612     IVChainVec.push_back(IVChain(IVInc(UserInst, IVOper, LastIncExpr),
2613                                  OperExprBase));
2614     ChainUsersVec.resize(NChains);
2615     DEBUG(dbgs() << "IV Chain#" << ChainIdx << " Head: (" << *UserInst
2616                  << ") IV=" << *LastIncExpr << "\n");
2617   } else {
2618     DEBUG(dbgs() << "IV Chain#" << ChainIdx << "  Inc: (" << *UserInst
2619                  << ") IV+" << *LastIncExpr << "\n");
2620     // Add this IV user to the end of the chain.
2621     IVChainVec[ChainIdx].add(IVInc(UserInst, IVOper, LastIncExpr));
2622   }
2623   IVChain &Chain = IVChainVec[ChainIdx];
2624
2625   SmallPtrSet<Instruction*,4> &NearUsers = ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers;
2626   // This chain's NearUsers become FarUsers.
2627   if (!LastIncExpr->isZero()) {
2628     ChainUsersVec[ChainIdx].FarUsers.insert(NearUsers.begin(),
2629                                             NearUsers.end());
2630     NearUsers.clear();
2631   }
2632
2633   // All other uses of IVOperand become near uses of the chain.
2634   // We currently ignore intermediate values within SCEV expressions, assuming
2635   // they will eventually be used be the current chain, or can be computed
2636   // from one of the chain increments. To be more precise we could
2637   // transitively follow its user and only add leaf IV users to the set.
2638   for (Value::use_iterator UseIter = IVOper->use_begin(),
2639          UseEnd = IVOper->use_end(); UseIter != UseEnd; ++UseIter) {
2640     Instruction *OtherUse = dyn_cast<Instruction>(*UseIter);
2641     if (!OtherUse)
2642       continue;
2643     // Uses in the chain will no longer be uses if the chain is formed.
2644     // Include the head of the chain in this iteration (not Chain.begin()).
2645     IVChain::const_iterator IncIter = Chain.Incs.begin();
2646     IVChain::const_iterator IncEnd = Chain.Incs.end();
2647     for( ; IncIter != IncEnd; ++IncIter) {
2648       if (IncIter->UserInst == OtherUse)
2649         break;
2650     }
2651     if (IncIter != IncEnd)
2652       continue;
2653
2654     if (SE.isSCEVable(OtherUse->getType())
2655         && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(OtherUse))
2656         && IU.isIVUserOrOperand(OtherUse)) {
2657       continue;
2658     }
2659     NearUsers.insert(OtherUse);
2660   }
2661
2662   // Since this user is part of the chain, it's no longer considered a use
2663   // of the chain.
2664   ChainUsersVec[ChainIdx].FarUsers.erase(UserInst);
2665 }
2666
2667 /// CollectChains - Populate the vector of Chains.
2668 ///
2669 /// This decreases ILP at the architecture level. Targets with ample registers,
2670 /// multiple memory ports, and no register renaming probably don't want
2671 /// this. However, such targets should probably disable LSR altogether.
2672 ///
2673 /// The job of LSR is to make a reasonable choice of induction variables across
2674 /// the loop. Subsequent passes can easily "unchain" computation exposing more
2675 /// ILP *within the loop* if the target wants it.
2676 ///
2677 /// Finding the best IV chain is potentially a scheduling problem. Since LSR
2678 /// will not reorder memory operations, it will recognize this as a chain, but
2679 /// will generate redundant IV increments. Ideally this would be corrected later
2680 /// by a smart scheduler:
2681 ///        = A[i]
2682 ///        = A[i+x]
2683 /// A[i]   =
2684 /// A[i+x] =
2685 ///
2686 /// TODO: Walk the entire domtree within this loop, not just the path to the
2687 /// loop latch. This will discover chains on side paths, but requires
2688 /// maintaining multiple copies of the Chains state.
2689 void LSRInstance::CollectChains() {
2690   DEBUG(dbgs() << "Collecting IV Chains.\n");
2691   SmallVector<ChainUsers, 8> ChainUsersVec;
2692
2693   SmallVector<BasicBlock *,8> LatchPath;
2694   BasicBlock *LoopHeader = L->getHeader();
2695   for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(L->getLoopLatch());
2696        Rung->getBlock() != LoopHeader; Rung = Rung->getIDom()) {
2697     LatchPath.push_back(Rung->getBlock());
2698   }
2699   LatchPath.push_back(LoopHeader);
2700
2701   // Walk the instruction stream from the loop header to the loop latch.
2702   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::reverse_iterator
2703          BBIter = LatchPath.rbegin(), BBEnd = LatchPath.rend();
2704        BBIter != BBEnd; ++BBIter) {
2705     for (BasicBlock::iterator I = (*BBIter)->begin(), E = (*BBIter)->end();
2706          I != E; ++I) {
2707       // Skip instructions that weren't seen by IVUsers analysis.
2708       if (isa<PHINode>(I) || !IU.isIVUserOrOperand(I))
2709         continue;
2710
2711       // Ignore users that are part of a SCEV expression. This way we only
2712       // consider leaf IV Users. This effectively rediscovers a portion of
2713       // IVUsers analysis but in program order this time.
2714       if (SE.isSCEVable(I->getType()) && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(I)))
2715         continue;
2716
2717       // Remove this instruction from any NearUsers set it may be in.
2718       for (unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2719            ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
2720         ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers.erase(I);
2721       }
2722       // Search for operands that can be chained.
2723       SmallPtrSet<Instruction*, 4> UniqueOperands;
2724       User::op_iterator IVOpEnd = I->op_end();
2725       User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(I->op_begin(), IVOpEnd, L, SE);
2726       while (IVOpIter != IVOpEnd) {
2727         Instruction *IVOpInst = cast<Instruction>(*IVOpIter);
2728         if (UniqueOperands.insert(IVOpInst))
2729           ChainInstruction(I, IVOpInst, ChainUsersVec);
2730         IVOpIter = findIVOperand(llvm::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
2731       }
2732     } // Continue walking down the instructions.
2733   } // Continue walking down the domtree.
2734   // Visit phi backedges to determine if the chain can generate the IV postinc.
2735   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2736        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2737     if (!SE.isSCEVable(PN->getType()))
2738       continue;
2739
2740     Instruction *IncV =
2741       dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch()));
2742     if (IncV)
2743       ChainInstruction(PN, IncV, ChainUsersVec);
2744   }
2745   // Remove any unprofitable chains.
2746   unsigned ChainIdx = 0;
2747   for (unsigned UsersIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2748        UsersIdx < NChains; ++UsersIdx) {
2749     if (!isProfitableChain(IVChainVec[UsersIdx],
2750                            ChainUsersVec[UsersIdx].FarUsers, SE, TTI))
2751       continue;
2752     // Preserve the chain at UsesIdx.
2753     if (ChainIdx != UsersIdx)
2754       IVChainVec[ChainIdx] = IVChainVec[UsersIdx];
2755     FinalizeChain(IVChainVec[ChainIdx]);
2756     ++ChainIdx;
2757   }
2758   IVChainVec.resize(ChainIdx);
2759 }
2760
2761 void LSRInstance::FinalizeChain(IVChain &Chain) {
2762   assert(!Chain.Incs.empty() && "empty IV chains are not allowed");
2763   DEBUG(dbgs() << "Final Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << "\n");
2764
2765   for (IVChain::const_iterator I = Chain.begin(), E = Chain.end();
2766        I != E; ++I) {
2767     DEBUG(dbgs() << "        Inc: " << *I->UserInst << "\n");
2768     User::op_iterator UseI =
2769       std::find(I->UserInst->op_begin(), I->UserInst->op_end(), I->IVOperand);
2770     assert(UseI != I->UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
2771     IVIncSet.insert(UseI);
2772   }
2773 }
2774
2775 /// Return true if the IVInc can be folded into an addressing mode.
2776 static bool canFoldIVIncExpr(const SCEV *IncExpr, Instruction *UserInst,
2777                              Value *Operand, const TargetTransformInfo &TTI) {
2778   const SCEVConstant *IncConst = dyn_cast<SCEVConstant>(IncExpr);
2779   if (!IncConst || !isAddressUse(UserInst, Operand))
2780     return false;
2781
2782   if (IncConst->getValue()->getValue().getMinSignedBits() > 64)
2783     return false;
2784
2785   int64_t IncOffset = IncConst->getValue()->getSExtValue();
2786   if (!isAlwaysFoldable(TTI, LSRUse::Address,
2787                         getAccessType(UserInst), /*BaseGV=*/ 0,
2788                         IncOffset, /*HaseBaseReg=*/ false))
2789     return false;
2790
2791   return true;
2792 }
2793
2794 /// GenerateIVChains - Generate an add or subtract for each IVInc in a chain to
2795 /// materialize the IV user's operand from the previous IV user's operand.
2796 void LSRInstance::GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
2797                                   SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
2798   // Find the new IVOperand for the head of the chain. It may have been replaced
2799   // by LSR.
2800   const IVInc &Head = Chain.Incs[0];
2801   User::op_iterator IVOpEnd = Head.UserInst->op_end();
2802   // findIVOperand returns IVOpEnd if it can no longer find a valid IV user.
2803   User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(Head.UserInst->op_begin(),
2804                                              IVOpEnd, L, SE);
2805   Value *IVSrc = 0;
2806   while (IVOpIter != IVOpEnd) {
2807     IVSrc = getWideOperand(*IVOpIter);
2808
2809     // If this operand computes the expression that the chain needs, we may use
2810     // it. (Check this after setting IVSrc which is used below.)
2811     //
2812     // Note that if Head.IncExpr is wider than IVSrc, then this phi is too
2813     // narrow for the chain, so we can no longer use it. We do allow using a
2814     // wider phi, assuming the LSR checked for free truncation. In that case we
2815     // should already have a truncate on this operand such that
2816     // getSCEV(IVSrc) == IncExpr.
2817     if (SE.getSCEV(*IVOpIter) == Head.IncExpr
2818         || SE.getSCEV(IVSrc) == Head.IncExpr) {
2819       break;
2820     }
2821     IVOpIter = findIVOperand(llvm::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
2822   }
2823   if (IVOpIter == IVOpEnd) {
2824     // Gracefully give up on this chain.
2825     DEBUG(dbgs() << "Concealed chain head: " << *Head.UserInst << "\n");
2826     return;
2827   }
2828
2829   DEBUG(dbgs() << "Generate chain at: " << *IVSrc << "\n");
2830   Type *IVTy = IVSrc->getType();
2831   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(IVTy);
2832   const SCEV *LeftOverExpr = 0;
2833   for (IVChain::const_iterator IncI = Chain.begin(),
2834          IncE = Chain.end(); IncI != IncE; ++IncI) {
2835
2836     Instruction *InsertPt = IncI->UserInst;
2837     if (isa<PHINode>(InsertPt))
2838       InsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
2839
2840     // IVOper will replace the current IV User's operand. IVSrc is the IV
2841     // value currently held in a register.
2842     Value *IVOper = IVSrc;
2843     if (!IncI->IncExpr->isZero()) {
2844       // IncExpr was the result of subtraction of two narrow values, so must
2845       // be signed.
2846       const SCEV *IncExpr = SE.getNoopOrSignExtend(IncI->IncExpr, IntTy);
2847       LeftOverExpr = LeftOverExpr ?
2848         SE.getAddExpr(LeftOverExpr, IncExpr) : IncExpr;
2849     }
2850     if (LeftOverExpr && !LeftOverExpr->isZero()) {
2851       // Expand the IV increment.
2852       Rewriter.clearPostInc();
2853       Value *IncV = Rewriter.expandCodeFor(LeftOverExpr, IntTy, InsertPt);
2854       const SCEV *IVOperExpr = SE.getAddExpr(SE.getUnknown(IVSrc),
2855                                              SE.getUnknown(IncV));
2856       IVOper = Rewriter.expandCodeFor(IVOperExpr, IVTy, InsertPt);
2857
2858       // If an IV increment can't be folded, use it as the next IV value.
2859       if (!canFoldIVIncExpr(LeftOverExpr, IncI->UserInst, IncI->IVOperand,
2860                             TTI)) {
2861         assert(IVTy == IVOper->getType() && "inconsistent IV increment type");
2862         IVSrc = IVOper;
2863         LeftOverExpr = 0;
2864       }
2865     }
2866     Type *OperTy = IncI->IVOperand->getType();
2867     if (IVTy != OperTy) {
2868       assert(SE.getTypeSizeInBits(IVTy) >= SE.getTypeSizeInBits(OperTy) &&
2869              "cannot extend a chained IV");
2870       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
2871       IVOper = Builder.CreateTruncOrBitCast(IVOper, OperTy, "lsr.chain");
2872     }
2873     IncI->UserInst->replaceUsesOfWith(IncI->IVOperand, IVOper);
2874     DeadInsts.push_back(IncI->IVOperand);
2875   }
2876   // If LSR created a new, wider phi, we may also replace its postinc. We only
2877   // do this if we also found a wide value for the head of the chain.
2878   if (isa<PHINode>(Chain.tailUserInst())) {
2879     for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2880          PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2881       if (!isCompatibleIVType(Phi, IVSrc))
2882         continue;
2883       Instruction *PostIncV = dyn_cast<Instruction>(
2884         Phi->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch()));
2885       if (!PostIncV || (SE.getSCEV(PostIncV) != SE.getSCEV(IVSrc)))
2886         continue;
2887       Value *IVOper = IVSrc;
2888       Type *PostIncTy = PostIncV->getType();
2889       if (IVTy != PostIncTy) {
2890         assert(PostIncTy->isPointerTy() && "mixing int/ptr IV types");
2891         IRBuilder<> Builder(L->getLoopLatch()->getTerminator());
2892         Builder.SetCurrentDebugLocation(PostIncV->getDebugLoc());
2893         IVOper = Builder.CreatePointerCast(IVSrc, PostIncTy, "lsr.chain");
2894       }
2895       Phi->replaceUsesOfWith(PostIncV, IVOper);
2896       DeadInsts.push_back(PostIncV);
2897     }
2898   }
2899 }
2900
2901 void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
2902   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2903     Instruction *UserInst = UI->getUser();
2904     // Skip IV users that are part of profitable IV Chains.
2905     User::op_iterator UseI = std::find(UserInst->op_begin(), UserInst->op_end(),
2906                                        UI->getOperandValToReplace());
2907     assert(UseI != UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
2908     if (IVIncSet.count(UseI))
2909       continue;
2910
2911     // Record the uses.
2912     LSRFixup &LF = getNewFixup();
2913     LF.UserInst = UserInst;
2914     LF.OperandValToReplace = UI->getOperandValToReplace();
2915     LF.PostIncLoops = UI->getPostIncLoops();
2916
2917     LSRUse::KindType Kind = LSRUse::Basic;
2918     Type *AccessTy = 0;
2919     if (isAddressUse(LF.UserInst, LF.OperandValToReplace)) {
2920       Kind = LSRUse::Address;
2921       AccessTy = getAccessType(LF.UserInst);
2922     }
2923
2924     const SCEV *S = IU.getExpr(*UI);
2925
2926     // Equality (== and !=) ICmps are special. We can rewrite (i == N) as
2927     // (N - i == 0), and this allows (N - i) to be the expression that we work
2928     // with rather than just N or i, so we can consider the register
2929     // requirements for both N and i at the same time. Limiting this code to
2930     // equality icmps is not a problem because all interesting loops use
2931     // equality icmps, thanks to IndVarSimplify.
2932     if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(LF.UserInst))
2933       if (CI->isEquality()) {
2934         // Swap the operands if needed to put the OperandValToReplace on the
2935         // left, for consistency.
2936         Value *NV = CI->getOperand(1);
2937         if (NV == LF.OperandValToReplace) {
2938           CI->setOperand(1, CI->getOperand(0));
2939           CI->setOperand(0, NV);
2940           NV = CI->getOperand(1);
2941           Changed = true;
2942         }
2943
2944         // x == y  -->  x - y == 0
2945         const SCEV *N = SE.getSCEV(NV);
2946         if (SE.isLoopInvariant(N, L) && isSafeToExpand(N)) {
2947           // S is normalized, so normalize N before folding it into S
2948           // to keep the result normalized.
2949           N = TransformForPostIncUse(Normalize, N, CI, 0,
2950                                      LF.PostIncLoops, SE, DT);
2951           Kind = LSRUse::ICmpZero;
2952           S = SE.getMinusSCEV(N, S);
2953         }
2954
2955         // -1 and the negations of all interesting strides (except the negation
2956         // of -1) are now also interesting.
2957         for (size_t i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i)
2958           if (Factors[i] != -1)
2959             Factors.insert(-(uint64_t)Factors[i]);
2960         Factors.insert(-1);
2961       }
2962
2963     // Set up the initial formula for this use.
2964     std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, Kind, AccessTy);
2965     LF.LUIdx = P.first;
2966     LF.Offset = P.second;
2967     LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
2968     LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
2969     if (!LU.WidestFixupType ||
2970         SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
2971         SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
2972       LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
2973
2974     // If this is the first use of this LSRUse, give it a formula.
2975     if (LU.Formulae.empty()) {
2976       InsertInitialFormula(S, LU, LF.LUIdx);
2977       CountRegisters(LU.Formulae.back(), LF.LUIdx);
2978     }
2979   }
2980
2981   DEBUG(print_fixups(dbgs()));
2982 }
2983
2984 /// InsertInitialFormula - Insert a formula for the given expression into
2985 /// the given use, separating out loop-variant portions from loop-invariant
2986 /// and loop-computable portions.
2987 void
2988 LSRInstance::InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2989   Formula F;
2990   F.InitialMatch(S, L, SE);
2991   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2992   assert(Inserted && "Initial formula already exists!"); (void)Inserted;
2993 }
2994
2995 /// InsertSupplementalFormula - Insert a simple single-register formula for
2996 /// the given expression into the given use.
2997 void
2998 LSRInstance::InsertSupplementalFormula(const SCEV *S,
2999                                        LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
3000   Formula F;
3001   F.BaseRegs.push_back(S);
3002   F.HasBaseReg = true;
3003   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3004   assert(Inserted && "Supplemental formula already exists!"); (void)Inserted;
3005 }
3006
3007 /// CountRegisters - Note which registers are used by the given formula,
3008 /// updating RegUses.
3009 void LSRInstance::CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx) {
3010   if (F.ScaledReg)
3011     RegUses.CountRegister(F.ScaledReg, LUIdx);
3012   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
3013        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
3014     RegUses.CountRegister(*I, LUIdx);
3015 }
3016
3017 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
3018 /// the list, and return true. Return false otherwise.
3019 bool LSRInstance::InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F) {
3020   if (!LU.InsertFormula(F))
3021     return false;
3022
3023   CountRegisters(F, LUIdx);
3024   return true;
3025 }
3026
3027 /// CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae - Check for other uses of
3028 /// loop-invariant values which we're tracking. These other uses will pin these
3029 /// values in registers, making them less profitable for elimination.
3030 /// TODO: This currently misses non-constant addrec step registers.
3031 /// TODO: Should this give more weight to users inside the loop?
3032 void
3033 LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
3034   SmallVector<const SCEV *, 8> Worklist(RegUses.begin(), RegUses.end());
3035   SmallPtrSet<const SCEV *, 8> Inserted;
3036
3037   while (!Worklist.empty()) {
3038     const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
3039
3040     if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S))
3041       Worklist.append(N->op_begin(), N->op_end());
3042     else if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
3043       Worklist.push_back(C->getOperand());
3044     else if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3045       Worklist.push_back(D->getLHS());
3046       Worklist.push_back(D->getRHS());
3047     } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3048       if (!Inserted.insert(U)) continue;
3049       const Value *V = U->getValue();
3050       if (const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3051         // Look for instructions defined outside the loop.
3052         if (L->contains(Inst)) continue;
3053       } else if (isa<UndefValue>(V))
3054         // Undef doesn't have a live range, so it doesn't matter.
3055         continue;
3056       for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
3057            UI != UE; ++UI) {
3058         const Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(*UI);
3059         // Ignore non-instructions.
3060         if (!UserInst)
3061           continue;
3062         // Ignore instructions in other functions (as can happen with
3063         // Constants).
3064         if (UserInst->getParent()->getParent() != L->getHeader()->getParent())
3065           continue;
3066         // Ignore instructions not dominated by the loop.
3067         const BasicBlock *UseBB = !isa<PHINode>(UserInst) ?
3068           UserInst->getParent() :
3069           cast<PHINode>(UserInst)->getIncomingBlock(
3070             PHINode::getIncomingValueNumForOperand(UI.getOperandNo()));
3071         if (!DT.dominates(L->getHeader(), UseBB))
3072           continue;
3073         // Ignore uses which are part of other SCEV expressions, to avoid
3074         // analyzing them multiple times.
3075         if (SE.isSCEVable(UserInst->getType())) {
3076           const SCEV *UserS = SE.getSCEV(const_cast<Instruction *>(UserInst));
3077           // If the user is a no-op, look through to its uses.
3078           if (!isa<SCEVUnknown>(UserS))
3079             continue;
3080           if (UserS == U) {
3081             Worklist.push_back(
3082               SE.getUnknown(const_cast<Instruction *>(UserInst)));
3083             continue;
3084           }
3085         }
3086         // Ignore icmp instructions which are already being analyzed.
3087         if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UserInst)) {
3088           unsigned OtherIdx = !UI.getOperandNo();
3089           Value *OtherOp = const_cast<Value *>(ICI->getOperand(OtherIdx));
3090           if (SE.hasComputableLoopEvolution(SE.getSCEV(OtherOp), L))
3091             continue;
3092         }
3093
3094         LSRFixup &LF = getNewFixup();
3095         LF.UserInst = const_cast<Instruction *>(UserInst);
3096         LF.OperandValToReplace = UI.getUse();
3097         std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, LSRUse::Basic, 0);
3098         LF.LUIdx = P.first;
3099         LF.Offset = P.second;
3100         LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
3101         LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
3102         if (!LU.WidestFixupType ||
3103             SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
3104             SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
3105           LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
3106         InsertSupplementalFormula(U, LU, LF.LUIdx);
3107         CountRegisters(LU.Formulae.back(), Uses.size() - 1);
3108         break;
3109       }
3110     }
3111   }
3112 }
3113
3114 /// CollectSubexprs - Split S into subexpressions which can be pulled out into
3115 /// separate registers. If C is non-null, multiply each subexpression by C.
3116 ///
3117 /// Return remainder expression after factoring the subexpressions captured by
3118 /// Ops. If Ops is complete, return NULL.
3119 static const SCEV *CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
3120                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
3121                                    const Loop *L,
3122                                    ScalarEvolution &SE,
3123                                    unsigned Depth = 0) {
3124   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
3125   if (Depth >= 3)
3126     return S;
3127
3128   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3129     // Break out add operands.
3130     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
3131          I != E; ++I) {
3132       const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(*I, C, Ops, L, SE, Depth+1);
3133       if (Remainder)
3134         Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
3135     }
3136     return 0;
3137   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3138     // Split a non-zero base out of an addrec.
3139     if (AR->getStart()->isZero())
3140       return S;
3141
3142     const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(AR->getStart(),
3143                                             C, Ops, L, SE, Depth+1);
3144     // Split the non-zero AddRec unless it is part of a nested recurrence that
3145     // does not pertain to this loop.
3146     if (Remainder && (AR->getLoop() == L || !isa<SCEVAddRecExpr>(Remainder))) {
3147       Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
3148       Remainder = 0;
3149     }
3150     if (Remainder != AR->getStart()) {
3151       if (!Remainder)
3152         Remainder = SE.getConstant(AR->getType(), 0);
3153       return SE.getAddRecExpr(Remainder,
3154                               AR->getStepRecurrence(SE),
3155                               AR->getLoop(),
3156                               //FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
3157                               SCEV::FlagAnyWrap);
3158     }
3159   } else if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3160     // Break (C * (a + b + c)) into C*a + C*b + C*c.
3161     if (Mul->getNumOperands() != 2)
3162       return S;
3163     if (const SCEVConstant *Op0 =
3164         dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
3165       C = C ? cast<SCEVConstant>(SE.getMulExpr(C, Op0)) : Op0;
3166       const SCEV *Remainder =
3167         CollectSubexprs(Mul->getOperand(1), C, Ops, L, SE, Depth+1);
3168       if (Remainder)
3169         Ops.push_back(SE.getMulExpr(C, Remainder));
3170       return 0;
3171     }
3172   }
3173   return S;
3174 }
3175
3176 /// GenerateReassociations - Split out subexpressions from adds and the bases of
3177 /// addrecs.
3178 void LSRInstance::GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3179                                          Formula Base,
3180                                          unsigned Depth) {
3181   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
3182   if (Depth >= 3) return;
3183
3184   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3185     const SCEV *BaseReg = Base.BaseRegs[i];
3186
3187     SmallVector<const SCEV *, 8> AddOps;
3188     const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(BaseReg, 0, AddOps, L, SE);
3189     if (Remainder)
3190       AddOps.push_back(Remainder);
3191
3192     if (AddOps.size() == 1) continue;
3193
3194     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = AddOps.begin(),
3195          JE = AddOps.end(); J != JE; ++J) {
3196
3197       // Loop-variant "unknown" values are uninteresting; we won't be able to
3198       // do anything meaningful with them.
3199       if (isa<SCEVUnknown>(*J) && !SE.isLoopInvariant(*J, L))
3200         continue;
3201
3202       // Don't pull a constant into a register if the constant could be folded
3203       // into an immediate field.
3204       if (isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
3205                            LU.AccessTy, *J, Base.getNumRegs() > 1))
3206         continue;
3207
3208       // Collect all operands except *J.
3209       SmallVector<const SCEV *, 8> InnerAddOps
3210         (((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).begin(), J);
3211       InnerAddOps.append
3212         (llvm::next(J), ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).end());
3213
3214       // Don't leave just a constant behind in a register if the constant could
3215       // be folded into an immediate field.
3216       if (InnerAddOps.size() == 1 &&
3217           isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
3218                            LU.AccessTy, InnerAddOps[0], Base.getNumRegs() > 1))
3219         continue;
3220
3221       const SCEV *InnerSum = SE.getAddExpr(InnerAddOps);
3222       if (InnerSum->isZero())
3223         continue;
3224       Formula F = Base;
3225
3226       // Add the remaining pieces of the add back into the new formula.
3227       const SCEVConstant *InnerSumSC = dyn_cast<SCEVConstant>(InnerSum);
3228       if (InnerSumSC &&
3229           SE.getTypeSizeInBits(InnerSumSC->getType()) <= 64 &&
3230           TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3231                                   InnerSumSC->getValue()->getZExtValue())) {
3232         F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3233                            InnerSumSC->getValue()->getZExtValue();
3234         F.BaseRegs.erase(F.BaseRegs.begin() + i);
3235       } else
3236         F.BaseRegs[i] = InnerSum;
3237
3238       // Add J as its own register, or an unfolded immediate.
3239       const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*J);
3240       if (SC && SE.getTypeSizeInBits(SC->getType()) <= 64 &&
3241           TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3242                                   SC->getValue()->getZExtValue()))
3243         F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3244                            SC->getValue()->getZExtValue();
3245       else
3246         F.BaseRegs.push_back(*J);
3247
3248       if (InsertFormula(LU, LUIdx, F))
3249         // If that formula hadn't been seen before, recurse to find more like
3250         // it.
3251         GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae.back(), Depth+1);
3252     }
3253   }
3254 }
3255
3256 /// GenerateCombinations - Generate a formula consisting of all of the
3257 /// loop-dominating registers added into a single register.
3258 void LSRInstance::GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3259                                        Formula Base) {
3260   // This method is only interesting on a plurality of registers.
3261   if (Base.BaseRegs.size() <= 1) return;
3262
3263   Formula F = Base;
3264   F.BaseRegs.clear();
3265   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
3266   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3267        I = Base.BaseRegs.begin(), E = Base.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3268     const SCEV *BaseReg = *I;
3269     if (SE.properlyDominates(BaseReg, L->getHeader()) &&
3270         !SE.hasComputableLoopEvolution(BaseReg, L))
3271       Ops.push_back(BaseReg);
3272     else
3273       F.BaseRegs.push_back(BaseReg);
3274   }
3275   if (Ops.size() > 1) {
3276     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Ops);
3277     // TODO: If Sum is zero, it probably means ScalarEvolution missed an
3278     // opportunity to fold something. For now, just ignore such cases
3279     // rather than proceed with zero in a register.
3280     if (!Sum->isZero()) {
3281       F.BaseRegs.push_back(Sum);
3282       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3283     }
3284   }
3285 }
3286
3287 /// GenerateSymbolicOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
3288 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3289                                           Formula Base) {
3290   // We can't add a symbolic offset if the address already contains one.
3291   if (Base.BaseGV) return;
3292
3293   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3294     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
3295     GlobalValue *GV = ExtractSymbol(G, SE);
3296     if (G->isZero() || !GV)
3297       continue;
3298     Formula F = Base;
3299     F.BaseGV = GV;
3300     if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3301       continue;
3302     F.BaseRegs[i] = G;
3303     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3304   }
3305 }
3306
3307 /// GenerateConstantOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
3308 void LSRInstance::GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3309                                           Formula Base) {
3310   // TODO: For now, just add the min and max offset, because it usually isn't
3311   // worthwhile looking at everything inbetween.
3312   SmallVector<int64_t, 2> Worklist;
3313   Worklist.push_back(LU.MinOffset);
3314   if (LU.MaxOffset != LU.MinOffset)
3315     Worklist.push_back(LU.MaxOffset);
3316
3317   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3318     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
3319
3320     for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Worklist.begin(),
3321          E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
3322       Formula F = Base;
3323       F.BaseOffset = (uint64_t)Base.BaseOffset - *I;
3324       if (isLegalUse(TTI, LU.MinOffset - *I, LU.MaxOffset - *I, LU.Kind,
3325                      LU.AccessTy, F)) {
3326         // Add the offset to the base register.
3327         const SCEV *NewG = SE.getAddExpr(SE.getConstant(G->getType(), *I), G);
3328         // If it cancelled out, drop the base register, otherwise update it.
3329         if (NewG->isZero()) {
3330           std::swap(F.BaseRegs[i], F.BaseRegs.back());
3331           F.BaseRegs.pop_back();
3332         } else
3333           F.BaseRegs[i] = NewG;
3334
3335         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3336       }
3337     }
3338
3339     int64_t Imm = ExtractImmediate(G, SE);
3340     if (G->isZero() || Imm == 0)
3341       continue;
3342     Formula F = Base;
3343     F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm;
3344     if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3345       continue;
3346     F.BaseRegs[i] = G;
3347     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3348   }
3349 }
3350
3351 /// GenerateICmpZeroScales - For ICmpZero, check to see if we can scale up
3352 /// the comparison. For example, x == y -> x*c == y*c.
3353 void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3354                                          Formula Base) {
3355   if (LU.Kind != LSRUse::ICmpZero) return;
3356
3357   // Determine the integer type for the base formula.
3358   Type *IntTy = Base.getType();
3359   if (!IntTy) return;
3360   if (SE.getTypeSizeInBits(IntTy) > 64) return;
3361
3362   // Don't do this if there is more than one offset.
3363   if (LU.MinOffset != LU.MaxOffset) return;
3364
3365   assert(!Base.BaseGV && "ICmpZero use is not legal!");
3366
3367   // Check each interesting stride.
3368   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3369        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3370     int64_t Factor = *I;
3371
3372     // Check that the multiplication doesn't overflow.
3373     if (Base.BaseOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
3374       continue;
3375     int64_t NewBaseOffset = (uint64_t)Base.BaseOffset * Factor;
3376     if (NewBaseOffset / Factor != Base.BaseOffset)
3377       continue;
3378
3379     // Check that multiplying with the use offset doesn't overflow.
3380     int64_t Offset = LU.MinOffset;
3381     if (Offset == INT64_MIN && Factor == -1)
3382       continue;
3383     Offset = (uint64_t)Offset * Factor;
3384     if (Offset / Factor != LU.MinOffset)
3385       continue;
3386
3387     Formula F = Base;
3388     F.BaseOffset = NewBaseOffset;
3389
3390     // Check that this scale is legal.
3391     if (!isLegalUse(TTI, Offset, Offset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3392       continue;
3393
3394     // Compensate for the use having MinOffset built into it.
3395     F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Offset - LU.MinOffset;
3396
3397     const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
3398
3399     // Check that multiplying with each base register doesn't overflow.
3400     for (size_t i = 0, e = F.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3401       F.BaseRegs[i] = SE.getMulExpr(F.BaseRegs[i], FactorS);
3402       if (getExactSDiv(F.BaseRegs[i], FactorS, SE) != Base.BaseRegs[i])
3403         goto next;
3404     }
3405
3406     // Check that multiplying with the scaled register doesn't overflow.
3407     if (F.ScaledReg) {
3408       F.ScaledReg = SE.getMulExpr(F.ScaledReg, FactorS);
3409       if (getExactSDiv(F.ScaledReg, FactorS, SE) != Base.ScaledReg)
3410         continue;
3411     }
3412
3413     // Check that multiplying with the unfolded offset doesn't overflow.
3414     if (F.UnfoldedOffset != 0) {
3415       if (F.UnfoldedOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
3416         continue;
3417       F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset * Factor;
3418       if (F.UnfoldedOffset / Factor != Base.UnfoldedOffset)
3419         continue;
3420     }
3421
3422     // If we make it here and it's legal, add it.
3423     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3424   next:;
3425   }
3426 }
3427
3428 /// GenerateScales - Generate stride factor reuse formulae by making use of
3429 /// scaled-offset address modes, for example.
3430 void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
3431   // Determine the integer type for the base formula.
3432   Type *IntTy = Base.getType();
3433   if (!IntTy) return;
3434
3435   // If this Formula already has a scaled register, we can't add another one.
3436   if (Base.Scale != 0) return;
3437
3438   // Check each interesting stride.
3439   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3440        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3441     int64_t Factor = *I;
3442
3443     Base.Scale = Factor;
3444     Base.HasBaseReg = Base.BaseRegs.size() > 1;
3445     // Check whether this scale is going to be legal.
3446     if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
3447                     Base)) {
3448       // As a special-case, handle special out-of-loop Basic users specially.
3449       // TODO: Reconsider this special case.
3450       if (LU.Kind == LSRUse::Basic &&
3451           isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LSRUse::Special,
3452                      LU.AccessTy, Base) &&
3453           LU.AllFixupsOutsideLoop)
3454         LU.Kind = LSRUse::Special;
3455       else
3456         continue;
3457     }
3458     // For an ICmpZero, negating a solitary base register won't lead to
3459     // new solutions.
3460     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero &&
3461         !Base.HasBaseReg && Base.BaseOffset == 0 && !Base.BaseGV)
3462       continue;
3463     // For each addrec base reg, apply the scale, if possible.
3464     for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
3465       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
3466             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base.BaseRegs[i])) {
3467         const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
3468         if (FactorS->isZero())
3469           continue;
3470         // Divide out the factor, ignoring high bits, since we'll be
3471         // scaling the value back up in the end.
3472         if (const SCEV *Quotient = getExactSDiv(AR, FactorS, SE, true)) {
3473           // TODO: This could be optimized to avoid all the copying.
3474           Formula F = Base;
3475           F.ScaledReg = Quotient;
3476           F.DeleteBaseReg(F.BaseRegs[i]);
3477           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3478         }
3479       }
3480   }
3481 }
3482
3483 /// GenerateTruncates - Generate reuse formulae from different IV types.
3484 void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
3485   // Don't bother truncating symbolic values.
3486   if (Base.BaseGV) return;
3487
3488   // Determine the integer type for the base formula.
3489   Type *DstTy = Base.getType();
3490   if (!DstTy) return;
3491   DstTy = SE.getEffectiveSCEVType(DstTy);
3492
3493   for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
3494        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
3495     Type *SrcTy = *I;
3496     if (SrcTy != DstTy && TTI.isTruncateFree(SrcTy, DstTy)) {
3497       Formula F = Base;
3498
3499       if (F.ScaledReg) F.ScaledReg = SE.getAnyExtendExpr(F.ScaledReg, *I);
3500       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator J = F.BaseRegs.begin(),
3501            JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J)
3502         *J = SE.getAnyExtendExpr(*J, SrcTy);
3503
3504       // TODO: This assumes we've done basic processing on all uses and
3505       // have an idea what the register usage is.
3506       if (!F.hasRegsUsedByUsesOtherThan(LUIdx, RegUses))
3507         continue;
3508
3509       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3510     }
3511   }
3512 }
3513
3514 namespace {
3515
3516 /// WorkItem - Helper class for GenerateCrossUseConstantOffsets. It's used to
3517 /// defer modifications so that the search phase doesn't have to worry about
3518 /// the data structures moving underneath it.
3519 struct WorkItem {
3520   size_t LUIdx;
3521   int64_t Imm;
3522   const SCEV *OrigReg;
3523
3524   WorkItem(size_t LI, int64_t I, const SCEV *R)
3525     : LUIdx(LI), Imm(I), OrigReg(R) {}
3526
3527   void print(raw_ostream &OS) const;
3528   void dump() const;
3529 };
3530
3531 }
3532
3533 void WorkItem::print(raw_ostream &OS) const {
3534   OS << "in formulae referencing " << *OrigReg << " in use " << LUIdx
3535      << " , add offset " << Imm;
3536 }
3537
3538 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
3539 void WorkItem::dump() const {
3540   print(errs()); errs() << '\n';
3541 }
3542 #endif
3543
3544 /// GenerateCrossUseConstantOffsets - Look for registers which are a constant
3545 /// distance apart and try to form reuse opportunities between them.
3546 void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
3547   // Group the registers by their value without any added constant offset.
3548   typedef std::map<int64_t, const SCEV *> ImmMapTy;
3549   typedef DenseMap<const SCEV *, ImmMapTy> RegMapTy;
3550   RegMapTy Map;
3551   DenseMap<const SCEV *, SmallBitVector> UsedByIndicesMap;
3552   SmallVector<const SCEV *, 8> Sequence;
3553   for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
3554        I != E; ++I) {
3555     const SCEV *Reg = *I;
3556     int64_t Imm = ExtractImmediate(Reg, SE);
3557     std::pair<RegMapTy::iterator, bool> Pair =
3558       Map.insert(std::make_pair(Reg, ImmMapTy()));
3559     if (Pair.second)
3560       Sequence.push_back(Reg);
3561     Pair.first->second.insert(std::make_pair(Imm, *I));
3562     UsedByIndicesMap[Reg] |= RegUses.getUsedByIndices(*I);
3563   }
3564
3565   // Now examine each set of registers with the same base value. Build up
3566   // a list of work to do and do the work in a separate step so that we're
3567   // not adding formulae and register counts while we're searching.
3568   SmallVector<WorkItem, 32> WorkItems;
3569   SmallSet<std::pair<size_t, int64_t>, 32> UniqueItems;
3570   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Sequence.begin(),
3571        E = Sequence.end(); I != E; ++I) {
3572     const SCEV *Reg = *I;
3573     const ImmMapTy &Imms = Map.find(Reg)->second;
3574
3575     // It's not worthwhile looking for reuse if there's only one offset.
3576     if (Imms.size() == 1)
3577       continue;
3578
3579     DEBUG(dbgs() << "Generating cross-use offsets for " << *Reg << ':';
3580           for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
3581                J != JE; ++J)
3582             dbgs() << ' ' << J->first;
3583           dbgs() << '\n');
3584
3585     // Examine each offset.
3586     for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
3587          J != JE; ++J) {
3588       const SCEV *OrigReg = J->second;
3589
3590       int64_t JImm = J->first;
3591       const SmallBitVector &UsedByIndices = RegUses.getUsedByIndices(OrigReg);
3592
3593       if (!isa<SCEVConstant>(OrigReg) &&
3594           UsedByIndicesMap[Reg].count() == 1) {
3595         DEBUG(dbgs() << "Skipping cross-use reuse for " << *OrigReg << '\n');
3596         continue;
3597       }
3598
3599       // Conservatively examine offsets between this orig reg a few selected
3600       // other orig regs.
3601       ImmMapTy::const_iterator OtherImms[] = {
3602         Imms.begin(), prior(Imms.end()),
3603         Imms.lower_bound((Imms.begin()->first + prior(Imms.end())->first) / 2)
3604       };
3605       for (size_t i = 0, e = array_lengthof(OtherImms); i != e; ++i) {
3606         ImmMapTy::const_iterator M = OtherImms[i];
3607         if (M == J || M == JE) continue;
3608
3609         // Compute the difference between the two.
3610         int64_t Imm = (uint64_t)JImm - M->first;
3611         for (int LUIdx = UsedByIndices.find_first(); LUIdx != -1;
3612              LUIdx = UsedByIndices.find_next(LUIdx))
3613           // Make a memo of this use, offset, and register tuple.
3614           if (UniqueItems.insert(std::make_pair(LUIdx, Imm)))
3615             WorkItems.push_back(WorkItem(LUIdx, Imm, OrigReg));
3616       }
3617     }
3618   }
3619
3620   Map.clear();
3621   Sequence.clear();
3622   UsedByIndicesMap.clear();
3623   UniqueItems.clear();
3624
3625   // Now iterate through the worklist and add new formulae.
3626   for (SmallVectorImpl<WorkItem>::const_iterator I = WorkItems.begin(),
3627        E = WorkItems.end(); I != E; ++I) {
3628     const WorkItem &WI = *I;
3629     size_t LUIdx = WI.LUIdx;
3630     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3631     int64_t Imm = WI.Imm;
3632     const SCEV *OrigReg = WI.OrigReg;
3633
3634     Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(OrigReg->getType());
3635     const SCEV *NegImmS = SE.getSCEV(ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Imm));
3636     unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(IntTy);
3637
3638     // TODO: Use a more targeted data structure.
3639     for (size_t L = 0, LE = LU.Formulae.size(); L != LE; ++L) {
3640       const Formula &F = LU.Formulae[L];
3641       // Use the immediate in the scaled register.
3642       if (F.ScaledReg == OrigReg) {
3643         int64_t Offset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm * (uint64_t)F.Scale;
3644         // Don't create 50 + reg(-50).
3645         if (F.referencesReg(SE.getSCEV(
3646                    ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offset))))
3647           continue;
3648         Formula NewF = F;
3649         NewF.BaseOffset = Offset;
3650         if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
3651                         NewF))
3652           continue;
3653         NewF.ScaledReg = SE.getAddExpr(NegImmS, NewF.ScaledReg);
3654
3655         // If the new scale is a constant in a register, and adding the constant
3656         // value to the immediate would produce a value closer to zero than the
3657         // immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
3658         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(NewF.ScaledReg))
3659           if (C->getValue()->isNegative() !=
3660                 (NewF.BaseOffset < 0) &&
3661               (C->getValue()->getValue().abs() * APInt(BitWidth, F.Scale))
3662                 .ule(abs64(NewF.BaseOffset)))
3663             continue;
3664
3665         // OK, looks good.
3666         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
3667       } else {
3668         // Use the immediate in a base register.
3669         for (size_t N = 0, NE = F.BaseRegs.size(); N != NE; ++N) {
3670           const SCEV *BaseReg = F.BaseRegs[N];
3671           if (BaseReg != OrigReg)
3672             continue;
3673           Formula NewF = F;
3674           NewF.BaseOffset = (uint64_t)NewF.BaseOffset + Imm;
3675           if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3676                           LU.Kind, LU.AccessTy, NewF)) {
3677             if (!TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm))
3678               continue;
3679             NewF = F;
3680             NewF.UnfoldedOffset = (uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm;
3681           }
3682           NewF.BaseRegs[N] = SE.getAddExpr(NegImmS, BaseReg);
3683
3684           // If the new formula has a constant in a register, and adding the
3685           // constant value to the immediate would produce a value closer to
3686           // zero than the immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
3687           for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3688                J = NewF.BaseRegs.begin(), JE = NewF.BaseRegs.end();
3689                J != JE; ++J)
3690             if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*J))
3691               if ((C->getValue()->getValue() + NewF.BaseOffset).abs().slt(
3692                    abs64(NewF.BaseOffset)) &&
3693                   (C->getValue()->getValue() +
3694                    NewF.BaseOffset).countTrailingZeros() >=
3695                    countTrailingZeros<uint64_t>(NewF.BaseOffset))
3696                 goto skip_formula;
3697
3698           // Ok, looks good.
3699           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
3700           break;
3701         skip_formula:;
3702         }
3703       }
3704     }
3705   }
3706 }
3707
3708 /// GenerateAllReuseFormulae - Generate formulae for each use.
3709 void
3710 LSRInstance::GenerateAllReuseFormulae() {
3711   // This is split into multiple loops so that hasRegsUsedByUsesOtherThan
3712   // queries are more precise.
3713   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3714     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3715     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3716       GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3717     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3718       GenerateCombinations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3719   }
3720   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3721     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3722     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3723       GenerateSymbolicOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3724     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3725       GenerateConstantOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3726     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3727       GenerateICmpZeroScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3728     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3729       GenerateScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3730   }
3731   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3732     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3733     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3734       GenerateTruncates(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3735   }
3736
3737   GenerateCrossUseConstantOffsets();
3738
3739   DEBUG(dbgs() << "\n"
3740                   "After generating reuse formulae:\n";
3741         print_uses(dbgs()));
3742 }
3743
3744 /// If there are multiple formulae with the same set of registers used
3745 /// by other uses, pick the best one and delete the others.
3746 void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
3747   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
3748   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> Regs;
3749   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> LoserRegs;
3750 #ifndef NDEBUG
3751   bool ChangedFormulae = false;
3752 #endif
3753
3754   // Collect the best formula for each unique set of shared registers. This
3755   // is reset for each use.
3756   typedef DenseMap<SmallVector<const SCEV *, 4>, size_t, UniquifierDenseMapInfo>
3757     BestFormulaeTy;
3758   BestFormulaeTy BestFormulae;
3759
3760   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3761     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3762     DEBUG(dbgs() << "Filtering for use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3763
3764     bool Any = false;
3765     for (size_t FIdx = 0, NumForms = LU.Formulae.size();
3766          FIdx != NumForms; ++FIdx) {
3767       Formula &F = LU.Formulae[FIdx];
3768
3769       // Some formulas are instant losers. For example, they may depend on
3770       // nonexistent AddRecs from other loops. These need to be filtered
3771       // immediately, otherwise heuristics could choose them over others leading
3772       // to an unsatisfactory solution. Passing LoserRegs into RateFormula here
3773       // avoids the need to recompute this information across formulae using the
3774       // same bad AddRec. Passing LoserRegs is also essential unless we remove
3775       // the corresponding bad register from the Regs set.
3776       Cost CostF;
3777       Regs.clear();
3778       CostF.RateFormula(TTI, F, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT, LU,
3779                         &LoserRegs);
3780       if (CostF.isLoser()) {
3781         // During initial formula generation, undesirable formulae are generated
3782         // by uses within other loops that have some non-trivial address mode or
3783         // use the postinc form of the IV. LSR needs to provide these formulae
3784         // as the basis of rediscovering the desired formula that uses an AddRec
3785         // corresponding to the existing phi. Once all formulae have been
3786         // generated, these initial losers may be pruned.
3787         DEBUG(dbgs() << "  Filtering loser "; F.print(dbgs());
3788               dbgs() << "\n");
3789       }
3790       else {
3791         SmallVector<const SCEV *, 4> Key;
3792         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = F.BaseRegs.begin(),
3793                JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J) {
3794           const SCEV *Reg = *J;
3795           if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(Reg, LUIdx))
3796             Key.push_back(Reg);
3797         }
3798         if (F.ScaledReg &&
3799             RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(F.ScaledReg, LUIdx))
3800           Key.push_back(F.ScaledReg);
3801         // Unstable sort by host order ok, because this is only used for
3802         // uniquifying.
3803         std::sort(Key.begin(), Key.end());
3804
3805         std::pair<BestFormulaeTy::const_iterator, bool> P =
3806           BestFormulae.insert(std::make_pair(Key, FIdx));
3807         if (P.second)
3808           continue;
3809
3810         Formula &Best = LU.Formulae[P.first->second];
3811
3812         Cost CostBest;
3813         Regs.clear();
3814         CostBest.RateFormula(TTI, Best, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE,
3815                              DT, LU);
3816         if (CostF < CostBest)
3817           std::swap(F, Best);
3818         DEBUG(dbgs() << "  Filtering out formula "; F.print(dbgs());
3819               dbgs() << "\n"
3820                         "    in favor of formula "; Best.print(dbgs());
3821               dbgs() << '\n');
3822       }
3823 #ifndef NDEBUG
3824       ChangedFormulae = true;
3825 #endif
3826       LU.DeleteFormula(F);
3827       --FIdx;
3828       --NumForms;
3829       Any = true;
3830     }
3831
3832     // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
3833     if (Any)
3834       LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3835
3836     // Reset this to prepare for the next use.
3837     BestFormulae.clear();
3838   }
3839
3840   DEBUG(if (ChangedFormulae) {
3841           dbgs() << "\n"
3842                     "After filtering out undesirable candidates:\n";
3843           print_uses(dbgs());
3844         });
3845 }
3846
3847 // This is a rough guess that seems to work fairly well.
3848 static const size_t ComplexityLimit = UINT16_MAX;
3849
3850 /// EstimateSearchSpaceComplexity - Estimate the worst-case number of
3851 /// solutions the solver might have to consider. It almost never considers
3852 /// this many solutions because it prune the search space, but the pruning
3853 /// isn't always sufficient.
3854 size_t LSRInstance::EstimateSearchSpaceComplexity() const {
3855   size_t Power = 1;
3856   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
3857        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
3858     size_t FSize = I->Formulae.size();
3859     if (FSize >= ComplexityLimit) {
3860       Power = ComplexityLimit;
3861       break;
3862     }
3863     Power *= FSize;
3864     if (Power >= ComplexityLimit)
3865       break;
3866   }
3867   return Power;
3868 }
3869
3870 /// NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets - When one formula uses a superset
3871 /// of the registers of another formula, it won't help reduce register
3872 /// pressure (though it may not necessarily hurt register pressure); remove
3873 /// it to simplify the system.
3874 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets() {
3875   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
3876     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
3877
3878     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by eliminating formulae "
3879                     "which use a superset of registers used by other "
3880                     "formulae.\n");
3881
3882     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3883       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3884       bool Any = false;
3885       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
3886         Formula &F = LU.Formulae[i];
3887         // Look for a formula with a constant or GV in a register. If the use
3888         // also has a formula with that same value in an immediate field,
3889         // delete the one that uses a register.
3890         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3891              I = F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3892           if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*I)) {
3893             Formula NewF = F;
3894             NewF.BaseOffset += C->getValue()->getSExtValue();
3895             NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
3896                                 (I - F.BaseRegs.begin()));
3897             if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
3898               DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3899               LU.DeleteFormula(F);
3900               --i;
3901               --e;
3902               Any = true;
3903               break;
3904             }
3905           } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(*I)) {
3906             if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue()))
3907               if (!F.BaseGV) {
3908                 Formula NewF = F;
3909                 NewF.BaseGV = GV;
3910                 NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
3911                                     (I - F.BaseRegs.begin()));
3912                 if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
3913                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
3914                         dbgs() << '\n');
3915                   LU.DeleteFormula(F);
3916                   --i;
3917                   --e;
3918                   Any = true;
3919                   break;
3920                 }
3921               }
3922           }
3923         }
3924       }
3925       if (Any)
3926         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3927     }
3928
3929     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3930           print_uses(dbgs()));
3931   }
3932 }
3933
3934 /// NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode - When there are many registers
3935 /// for expressions like A, A+1, A+2, etc., allocate a single register for
3936 /// them.
3937 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode() {
3938   if (EstimateSearchSpaceComplexity() < ComplexityLimit)
3939     return;
3940
3941   DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n"
3942                   "Narrowing the search space by assuming that uses separated "
3943                   "by a constant offset will use the same registers.\n");
3944
3945   // This is especially useful for unrolled loops.
3946
3947   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3948     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3949     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
3950          E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
3951       const Formula &F = *I;
3952       if (F.BaseOffset == 0 || F.Scale != 0)
3953         continue;
3954
3955       LSRUse *LUThatHas = FindUseWithSimilarFormula(F, LU);
3956       if (!LUThatHas)
3957         continue;
3958
3959       if (!reconcileNewOffset(*LUThatHas, F.BaseOffset, /*HasBaseReg=*/ false,
3960                               LU.Kind, LU.AccessTy))
3961         continue;
3962
3963       DEBUG(dbgs() << "  Deleting use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3964
3965       LUThatHas->AllFixupsOutsideLoop &= LU.AllFixupsOutsideLoop;
3966
3967       // Update the relocs to reference the new use.
3968       for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::iterator I = Fixups.begin(),
3969            E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
3970         LSRFixup &Fixup = *I;
3971         if (Fixup.LUIdx == LUIdx) {
3972           Fixup.LUIdx = LUThatHas - &Uses.front();
3973           Fixup.Offset += F.BaseOffset;
3974           // Add the new offset to LUThatHas' offset list.
3975           if (LUThatHas->Offsets.back() != Fixup.Offset) {
3976             LUThatHas->Offsets.push_back(Fixup.Offset);
3977             if (Fixup.Offset > LUThatHas->MaxOffset)
3978               LUThatHas->MaxOffset = Fixup.Offset;
3979             if (Fixup.Offset < LUThatHas->MinOffset)
3980               LUThatHas->MinOffset = Fixup.Offset;
3981           }
3982           DEBUG(dbgs() << "New fixup has offset " << Fixup.Offset << '\n');
3983         }
3984         if (Fixup.LUIdx == NumUses-1)
3985           Fixup.LUIdx = LUIdx;
3986       }
3987
3988       // Delete formulae from the new use which are no longer legal.
3989       bool Any = false;
3990       for (size_t i = 0, e = LUThatHas->Formulae.size(); i != e; ++i) {
3991         Formula &F = LUThatHas->Formulae[i];
3992         if (!isLegalUse(TTI, LUThatHas->MinOffset, LUThatHas->MaxOffset,
3993                         LUThatHas->Kind, LUThatHas->AccessTy, F)) {
3994           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
3995                 dbgs() << '\n');
3996           LUThatHas->DeleteFormula(F);
3997           --i;
3998           --e;
3999           Any = true;
4000         }
4001       }
4002
4003       if (Any)
4004         LUThatHas->RecomputeRegs(LUThatHas - &Uses.front(), RegUses);
4005
4006       // Delete the old use.
4007       DeleteUse(LU, LUIdx);
4008       --LUIdx;
4009       --NumUses;
4010       break;
4011     }
4012   }
4013
4014   DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n"; print_uses(dbgs()));
4015 }
4016
4017 /// NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters - Call
4018 /// FilterOutUndesirableDedicatedRegisters again, if necessary, now that
4019 /// we've done more filtering, as it may be able to find more formulae to
4020 /// eliminate.
4021 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters(){
4022   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
4023     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4024
4025     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by re-filtering out "
4026                     "undesirable dedicated registers.\n");
4027
4028     FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
4029
4030     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4031           print_uses(dbgs()));
4032   }
4033 }
4034
4035 /// NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs - Pick a register which seems likely
4036 /// to be profitable, and then in any use which has any reference to that
4037 /// register, delete all formulae which do not reference that register.
4038 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs() {
4039   // With all other options exhausted, loop until the system is simple
4040   // enough to handle.
4041   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Taken;
4042   while (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
4043     // Ok, we have too many of formulae on our hands to conveniently handle.
4044     // Use a rough heuristic to thin out the list.
4045     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4046
4047     // Pick the register which is used by the most LSRUses, which is likely
4048     // to be a good reuse register candidate.
4049     const SCEV *Best = 0;
4050     unsigned BestNum = 0;
4051     for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
4052          I != E; ++I) {
4053       const SCEV *Reg = *I;
4054       if (Taken.count(Reg))
4055         continue;
4056       if (!Best)
4057         Best = Reg;
4058       else {
4059         unsigned Count = RegUses.getUsedByIndices(Reg).count();
4060         if (Count > BestNum) {
4061           Best = Reg;
4062           BestNum = Count;
4063         }
4064       }
4065     }
4066
4067     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming " << *Best
4068                  << " will yield profitable reuse.\n");
4069     Taken.insert(Best);
4070
4071     // In any use with formulae which references this register, delete formulae
4072     // which don't reference it.
4073     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4074       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4075       if (!LU.Regs.count(Best)) continue;
4076
4077       bool Any = false;
4078       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
4079         Formula &F = LU.Formulae[i];
4080         if (!F.referencesReg(Best)) {
4081           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4082           LU.DeleteFormula(F);
4083           --e;
4084           --i;
4085           Any = true;
4086           assert(e != 0 && "Use has no formulae left! Is Regs inconsistent?");
4087           continue;
4088         }
4089       }
4090
4091       if (Any)
4092         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
4093     }
4094
4095     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4096           print_uses(dbgs()));
4097   }
4098 }
4099
4100 /// NarrowSearchSpaceUsingHeuristics - If there are an extraordinary number of
4101 /// formulae to choose from, use some rough heuristics to prune down the number
4102 /// of formulae. This keeps the main solver from taking an extraordinary amount
4103 /// of time in some worst-case scenarios.
4104 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceUsingHeuristics() {
4105   NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
4106   NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
4107   NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
4108   NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
4109 }
4110
4111 /// SolveRecurse - This is the recursive solver.
4112 void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
4113                                Cost &SolutionCost,
4114                                SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
4115                                const Cost &CurCost,
4116                                const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
4117                                DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const {
4118   // Some ideas:
4119   //  - prune more:
4120   //    - use more aggressive filtering
4121   //    - sort the formula so that the most profitable solutions are found first
4122   //    - sort the uses too
4123   //  - search faster:
4124   //    - don't compute a cost, and then compare. compare while computing a cost
4125   //      and bail early.
4126   //    - track register sets with SmallBitVector
4127
4128   const LSRUse &LU = Uses[Workspace.size()];
4129
4130   // If this use references any register that's already a part of the
4131   // in-progress solution, consider it a requirement that a formula must
4132   // reference that register in order to be considered. This prunes out
4133   // unprofitable searching.
4134   SmallSetVector<const SCEV *, 4> ReqRegs;
4135   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator I = CurRegs.begin(),
4136        E = CurRegs.end(); I != E; ++I)
4137     if (LU.Regs.count(*I))
4138       ReqRegs.insert(*I);
4139
4140   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> NewRegs;
4141   Cost NewCost;
4142   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
4143        E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
4144     const Formula &F = *I;
4145
4146     // Ignore formulae which do not use any of the required registers.
4147     bool SatisfiedReqReg = true;
4148     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator J = ReqRegs.begin(),
4149          JE = ReqRegs.end(); J != JE; ++J) {
4150       const SCEV *Reg = *J;
4151       if ((!F.ScaledReg || F.ScaledReg != Reg) &&
4152           std::find(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end(), Reg) ==
4153           F.BaseRegs.end()) {
4154         SatisfiedReqReg = false;
4155         break;
4156       }
4157     }
4158     if (!SatisfiedReqReg) {
4159       // If none of the formulae satisfied the required registers, then we could
4160       // clear ReqRegs and try again. Currently, we simply give up in this case.
4161       continue;
4162     }
4163
4164     // Evaluate the cost of the current formula. If it's already worse than
4165     // the current best, prune the search at that point.
4166     NewCost = CurCost;
4167     NewRegs = CurRegs;
4168     NewCost.RateFormula(TTI, F, NewRegs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT,
4169                         LU);
4170     if (NewCost < SolutionCost) {
4171       Workspace.push_back(&F);
4172       if (Workspace.size() != Uses.size()) {
4173         SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, NewCost,
4174                      NewRegs, VisitedRegs);
4175         if (F.getNumRegs() == 1 && Workspace.size() == 1)
4176           VisitedRegs.insert(F.ScaledReg ? F.ScaledReg : F.BaseRegs[0]);
4177       } else {
4178         DEBUG(dbgs() << "New best at "; NewCost.print(dbgs());
4179               dbgs() << ".\n Regs:";
4180               for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator
4181                    I = NewRegs.begin(), E = NewRegs.end(); I != E; ++I)
4182                 dbgs() << ' ' << **I;
4183               dbgs() << '\n');
4184
4185         SolutionCost = NewCost;
4186         Solution = Workspace;
4187       }
4188       Workspace.pop_back();
4189     }
4190   }
4191 }
4192
4193 /// Solve - Choose one formula from each use. Return the results in the given
4194 /// Solution vector.
4195 void LSRInstance::Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const {
4196   SmallVector<const Formula *, 8> Workspace;
4197   Cost SolutionCost;
4198   SolutionCost.Loose();
4199   Cost CurCost;
4200   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> CurRegs;
4201   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
4202   Workspace.reserve(Uses.size());
4203
4204   // SolveRecurse does all the work.
4205   SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, CurCost,
4206                CurRegs, VisitedRegs);
4207   if (Solution.empty()) {
4208     DEBUG(dbgs() << "\nNo Satisfactory Solution\n");
4209     return;
4210   }
4211
4212   // Ok, we've now made all our decisions.
4213   DEBUG(dbgs() << "\n"
4214                   "The chosen solution requires "; SolutionCost.print(dbgs());
4215         dbgs() << ":\n";
4216         for (size_t i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
4217           dbgs() << "  ";
4218           Uses[i].print(dbgs());
4219           dbgs() << "\n"
4220                     "    ";
4221           Solution[i]->print(dbgs());
4222           dbgs() << '\n';
4223         });
4224
4225   assert(Solution.size() == Uses.size() && "Malformed solution!");
4226 }
4227
4228 /// HoistInsertPosition - Helper for AdjustInsertPositionForExpand. Climb up
4229 /// the dominator tree far as we can go while still being dominated by the
4230 /// input positions. This helps canonicalize the insert position, which
4231 /// encourages sharing.
4232 BasicBlock::iterator
4233 LSRInstance::HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
4234                                  const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs)
4235                                                                          const {
4236   for (;;) {
4237     const Loop *IPLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
4238     unsigned IPLoopDepth = IPLoop ? IPLoop->getLoopDepth() : 0;
4239
4240     BasicBlock *IDom;
4241     for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(IP->getParent()); ; ) {
4242       if (!Rung) return IP;
4243       Rung = Rung->getIDom();
4244       if (!Rung) return IP;
4245       IDom = Rung->getBlock();
4246
4247       // Don't climb into a loop though.
4248       const Loop *IDomLoop = LI.getLoopFor(IDom);
4249       unsigned IDomDepth = IDomLoop ? IDomLoop->getLoopDepth() : 0;
4250       if (IDomDepth <= IPLoopDepth &&
4251           (IDomDepth != IPLoopDepth || IDomLoop == IPLoop))
4252         break;
4253     }
4254
4255     bool AllDominate = true;
4256     Instruction *BetterPos = 0;
4257     Instruction *Tentative = IDom->getTerminator();
4258     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator I = Inputs.begin(),
4259          E = Inputs.end(); I != E; ++I) {
4260       Instruction *Inst = *I;
4261       if (Inst == Tentative || !DT.dominates(Inst, Tentative)) {
4262         AllDominate = false;
4263         break;
4264       }
4265       // Attempt to find an insert position in the middle of the block,
4266       // instead of at the end, so that it can be used for other expansions.
4267       if (IDom == Inst->getParent() &&
4268           (!BetterPos || !DT.dominates(Inst, BetterPos)))
4269         BetterPos = llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst));
4270     }
4271     if (!AllDominate)
4272       break;
4273     if (BetterPos)
4274       IP = BetterPos;
4275     else
4276       IP = Tentative;
4277   }
4278
4279   return IP;
4280 }
4281
4282 /// AdjustInsertPositionForExpand - Determine an input position which will be
4283 /// dominated by the operands and which will dominate the result.
4284 BasicBlock::iterator
4285 LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator LowestIP,
4286                                            const LSRFixup &LF,
4287                                            const LSRUse &LU,
4288                                            SCEVExpander &Rewriter) const {
4289   // Collect some instructions which must be dominated by the
4290   // expanding replacement. These must be dominated by any operands that
4291   // will be required in the expansion.
4292   SmallVector<Instruction *, 4> Inputs;
4293   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(LF.OperandValToReplace))
4294     Inputs.push_back(I);
4295   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero)
4296     if (Instruction *I =
4297           dyn_cast<Instruction>(cast<ICmpInst>(LF.UserInst)->getOperand(1)))
4298       Inputs.push_back(I);
4299   if (LF.PostIncLoops.count(L)) {
4300     if (LF.isUseFullyOutsideLoop(L))
4301       Inputs.push_back(L->getLoopLatch()->getTerminator());
4302     else
4303       Inputs.push_back(IVIncInsertPos);
4304   }
4305   // The expansion must also be dominated by the increment positions of any
4306   // loops it for which it is using post-inc mode.
4307   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = LF.PostIncLoops.begin(),
4308        E = LF.PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
4309     const Loop *PIL = *I;
4310     if (PIL == L) continue;
4311
4312     // Be dominated by the loop exit.
4313     SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
4314     PIL->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
4315     if (!ExitingBlocks.empty()) {
4316       BasicBlock *BB = ExitingBlocks[0];
4317       for (unsigned i = 1, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
4318         BB = DT.findNearestCommonDominator(BB, ExitingBlocks[i]);
4319       Inputs.push_back(BB->getTerminator());
4320     }
4321   }
4322
4323   assert(!isa<PHINode>(LowestIP) && !isa<LandingPadInst>(LowestIP)
4324          && !isa<DbgInfoIntrinsic>(LowestIP) &&
4325          "Insertion point must be a normal instruction");
4326
4327   // Then, climb up the immediate dominator tree as far as we can go while
4328   // still being dominated by the input positions.
4329   BasicBlock::iterator IP = HoistInsertPosition(LowestIP, Inputs);
4330
4331   // Don't insert instructions before PHI nodes.
4332   while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
4333
4334   // Ignore landingpad instructions.
4335   while (isa<LandingPadInst>(IP)) ++IP;
4336
4337   // Ignore debug intrinsics.
4338   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP)) ++IP;
4339
4340   // Set IP below instructions recently inserted by SCEVExpander. This keeps the
4341   // IP consistent across expansions and allows the previously inserted
4342   // instructions to be reused by subsequent expansion.
4343   while (Rewriter.isInsertedInstruction(IP) && IP != LowestIP) ++IP;
4344
4345   return IP;
4346 }
4347
4348 /// Expand - Emit instructions for the leading candidate expression for this
4349 /// LSRUse (this is called "expanding").
4350 Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
4351                            const Formula &F,
4352                            BasicBlock::iterator IP,
4353                            SCEVExpander &Rewriter,
4354                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const {
4355   const LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
4356
4357   // Determine an input position which will be dominated by the operands and
4358   // which will dominate the result.
4359   IP = AdjustInsertPositionForExpand(IP, LF, LU, Rewriter);
4360
4361   // Inform the Rewriter if we have a post-increment use, so that it can
4362   // perform an advantageous expansion.
4363   Rewriter.setPostInc(LF.PostIncLoops);
4364
4365   // This is the type that the user actually needs.
4366   Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4367   // This will be the type that we'll initially expand to.
4368   Type *Ty = F.getType();
4369   if (!Ty)
4370     // No type known; just expand directly to the ultimate type.
4371     Ty = OpTy;
4372   else if (SE.getEffectiveSCEVType(Ty) == SE.getEffectiveSCEVType(OpTy))
4373     // Expand directly to the ultimate type if it's the right size.
4374     Ty = OpTy;
4375   // This is the type to do integer arithmetic in.
4376   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
4377
4378   // Build up a list of operands to add together to form the full base.
4379   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
4380
4381   // Expand the BaseRegs portion.
4382   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
4383        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
4384     const SCEV *Reg = *I;
4385     assert(!Reg->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
4386
4387     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
4388     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
4389     Reg = TransformForPostIncUse(Denormalize, Reg,
4390                                  LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
4391                                  Loops, SE, DT);
4392
4393     Ops.push_back(SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(Reg, 0, IP)));
4394   }
4395
4396   // Expand the ScaledReg portion.
4397   Value *ICmpScaledV = 0;
4398   if (F.Scale != 0) {
4399     const SCEV *ScaledS = F.ScaledReg;
4400
4401     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
4402     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
4403     ScaledS = TransformForPostIncUse(Denormalize, ScaledS,
4404                                      LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
4405                                      Loops, SE, DT);
4406
4407     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4408       // An interesting way of "folding" with an icmp is to use a negated
4409       // scale, which we'll implement by inserting it into the other operand
4410       // of the icmp.
4411       assert(F.Scale == -1 &&
4412              "The only scale supported by ICmpZero uses is -1!");
4413       ICmpScaledV = Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP);
4414     } else {
4415       // Otherwise just expand the scaled register and an explicit scale,
4416       // which is expected to be matched as part of the address.
4417
4418       // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting address modes.
4419       if (!Ops.empty() && LU.Kind == LSRUse::Address) {
4420         Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4421         Ops.clear();
4422         Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4423       }
4424       ScaledS = SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP));
4425       ScaledS = SE.getMulExpr(ScaledS,
4426                               SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.Scale));
4427       Ops.push_back(ScaledS);
4428     }
4429   }
4430
4431   // Expand the GV portion.
4432   if (F.BaseGV) {
4433     // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
4434     if (!Ops.empty()) {
4435       Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4436       Ops.clear();
4437       Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4438     }
4439     Ops.push_back(SE.getUnknown(F.BaseGV));
4440   }
4441
4442   // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting of both folded and
4443   // unfolded offsets. LSR assumes they both live next to their uses.
4444   if (!Ops.empty()) {
4445     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4446     Ops.clear();
4447     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4448   }
4449
4450   // Expand the immediate portion.
4451   int64_t Offset = (uint64_t)F.BaseOffset + LF.Offset;
4452   if (Offset != 0) {
4453     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4454       // The other interesting way of "folding" with an ICmpZero is to use a
4455       // negated immediate.
4456       if (!ICmpScaledV)
4457         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offset);
4458       else {
4459         Ops.push_back(SE.getUnknown(ICmpScaledV));
4460         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, Offset);
4461       }
4462     } else {
4463       // Just add the immediate values. These again are expected to be matched
4464       // as part of the address.
4465       Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy, Offset)));
4466     }
4467   }
4468
4469   // Expand the unfolded offset portion.
4470   int64_t UnfoldedOffset = F.UnfoldedOffset;
4471   if (UnfoldedOffset != 0) {
4472     // Just add the immediate values.
4473     Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy,
4474                                                        UnfoldedOffset)));
4475   }
4476
4477   // Emit instructions summing all the operands.
4478   const SCEV *FullS = Ops.empty() ?
4479                       SE.getConstant(IntTy, 0) :
4480                       SE.getAddExpr(Ops);
4481   Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(FullS, Ty, IP);
4482
4483   // We're done expanding now, so reset the rewriter.
4484   Rewriter.clearPostInc();
4485
4486   // An ICmpZero Formula represents an ICmp which we're handling as a
4487   // comparison against zero. Now that we've expanded an expression for that
4488   // form, update the ICmp's other operand.
4489   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4490     ICmpInst *CI = cast<ICmpInst>(LF.UserInst);
4491     DeadInsts.push_back(CI->getOperand(1));
4492     assert(!F.BaseGV && "ICmp does not support folding a global value and "
4493                            "a scale at the same time!");
4494     if (F.Scale == -1) {
4495       if (ICmpScaledV->getType() != OpTy) {
4496         Instruction *Cast =
4497           CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(ICmpScaledV, false,
4498                                                    OpTy, false),
4499                            ICmpScaledV, OpTy, "tmp", CI);
4500         ICmpScaledV = Cast;
4501       }
4502       CI->setOperand(1, ICmpScaledV);
4503     } else {
4504       assert(F.Scale == 0 &&
4505              "ICmp does not support folding a global value and "
4506              "a scale at the same time!");
4507       Constant *C = ConstantInt::getSigned(SE.getEffectiveSCEVType(OpTy),
4508                                            -(uint64_t)Offset);
4509       if (C->getType() != OpTy)
4510         C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4511                                                           OpTy, false),
4512                                   C, OpTy);
4513
4514       CI->setOperand(1, C);
4515     }
4516   }
4517
4518   return FullV;
4519 }
4520
4521 /// RewriteForPHI - Helper for Rewrite. PHI nodes are special because the use
4522 /// of their operands effectively happens in their predecessor blocks, so the
4523 /// expression may need to be expanded in multiple places.
4524 void LSRInstance::RewriteForPHI(PHINode *PN,
4525                                 const LSRFixup &LF,
4526                                 const Formula &F,
4527                                 SCEVExpander &Rewriter,
4528                                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
4529                                 Pass *P) const {
4530   DenseMap<BasicBlock *, Value *> Inserted;
4531   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4532     if (PN->getIncomingValue(i) == LF.OperandValToReplace) {
4533       BasicBlock *BB = PN->getIncomingBlock(i);
4534
4535       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
4536       // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
4537       // is the canonical backedge for this loop, which complicates post-inc
4538       // users.
4539       if (e != 1 && BB->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
4540           !isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4541         BasicBlock *Parent = PN->getParent();
4542         Loop *PNLoop = LI.getLoopFor(Parent);
4543         if (!PNLoop || Parent != PNLoop->getHeader()) {
4544           // Split the critical edge.
4545           BasicBlock *NewBB = 0;
4546           if (!Parent->isLandingPad()) {
4547             NewBB = SplitCriticalEdge(BB, Parent, P,
4548                                       /*MergeIdenticalEdges=*/true,
4549                                       /*DontDeleteUselessPhis=*/true);
4550           } else {
4551             SmallVector<BasicBlock*, 2> NewBBs;
4552             SplitLandingPadPredecessors(Parent, BB, "", "", P, NewBBs);
4553             NewBB = NewBBs[0];
4554           }
4555           // If NewBB==NULL, then SplitCriticalEdge refused to split because all
4556           // phi predecessors are identical. The simple thing to do is skip
4557           // splitting in this case rather than complicate the API.
4558           if (NewBB) {
4559             // If PN is outside of the loop and BB is in the loop, we want to
4560             // move the block to be immediately before the PHI block, not
4561             // immediately after BB.
4562             if (L->contains(BB) && !L->contains(PN))
4563               NewBB->moveBefore(PN->getParent());
4564
4565             // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
4566             e = PN->getNumIncomingValues();
4567             BB = NewBB;
4568             i = PN->getBasicBlockIndex(BB);
4569           }
4570         }
4571       }
4572
4573       std::pair<DenseMap<BasicBlock *, Value *>::iterator, bool> Pair =
4574         Inserted.insert(std::make_pair(BB, static_cast<Value *>(0)));
4575       if (!Pair.second)
4576         PN->setIncomingValue(i, Pair.first->second);
4577       else {
4578         Value *FullV = Expand(LF, F, BB->getTerminator(), Rewriter, DeadInsts);
4579
4580         // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
4581         Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4582         if (FullV->getType() != OpTy)
4583           FullV =
4584             CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false,
4585                                                      OpTy, false),
4586                              FullV, LF.OperandValToReplace->getType(),
4587                              "tmp", BB->getTerminator());
4588
4589         PN->setIncomingValue(i, FullV);
4590         Pair.first->second = FullV;
4591       }
4592     }
4593 }
4594
4595 /// Rewrite - Emit instructions for the leading candidate expression for this
4596 /// LSRUse (this is called "expanding"), and update the UserInst to reference
4597 /// the newly expanded value.
4598 void LSRInstance::Rewrite(const LSRFixup &LF,
4599                           const Formula &F,
4600                           SCEVExpander &Rewriter,
4601                           SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
4602                           Pass *P) const {
4603   // First, find an insertion point that dominates UserInst. For PHI nodes,
4604   // find the nearest block which dominates all the relevant uses.
4605   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(LF.UserInst)) {
4606     RewriteForPHI(PN, LF, F, Rewriter, DeadInsts, P);
4607   } else {
4608     Value *FullV = Expand(LF, F, LF.UserInst, Rewriter, DeadInsts);
4609
4610     // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
4611     Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4612     if (FullV->getType() != OpTy) {
4613       Instruction *Cast =
4614         CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false, OpTy, false),
4615                          FullV, OpTy, "tmp", LF.UserInst);
4616       FullV = Cast;
4617     }
4618
4619     // Update the user. ICmpZero is handled specially here (for now) because
4620     // Expand may have updated one of the operands of the icmp already, and
4621     // its new value may happen to be equal to LF.OperandValToReplace, in
4622     // which case doing replaceUsesOfWith leads to replacing both operands
4623     // with the same value. TODO: Reorganize this.
4624     if (Uses[LF.LUIdx].Kind == LSRUse::ICmpZero)
4625       LF.UserInst->setOperand(0, FullV);
4626     else
4627       LF.UserInst->replaceUsesOfWith(LF.OperandValToReplace, FullV);
4628   }
4629
4630   DeadInsts.push_back(LF.OperandValToReplace);
4631 }
4632
4633 /// ImplementSolution - Rewrite all the fixup locations with new values,
4634 /// following the chosen solution.
4635 void
4636 LSRInstance::ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
4637                                Pass *P) {
4638   // Keep track of instructions we may have made dead, so that
4639   // we can remove them after we are done working.
4640   SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
4641
4642   SCEVExpander Rewriter(SE, "lsr");
4643 #ifndef NDEBUG
4644   Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
4645 #endif
4646   Rewriter.disableCanonicalMode();
4647   Rewriter.enableLSRMode();
4648   Rewriter.setIVIncInsertPos(L, IVIncInsertPos);
4649
4650   // Mark phi nodes that terminate chains so the expander tries to reuse them.
4651   for (SmallVectorImpl<IVChain>::const_iterator ChainI = IVChainVec.begin(),
4652          ChainE = IVChainVec.end(); ChainI != ChainE; ++ChainI) {
4653     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(ChainI->tailUserInst()))
4654       Rewriter.setChainedPhi(PN);
4655   }
4656
4657   // Expand the new value definitions and update the users.
4658   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
4659        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
4660     const LSRFixup &Fixup = *I;
4661
4662     Rewrite(Fixup, *Solution[Fixup.LUIdx], Rewriter, DeadInsts, P);
4663
4664     Changed = true;
4665   }
4666
4667   for (SmallVectorImpl<IVChain>::const_iterator ChainI = IVChainVec.begin(),
4668          ChainE = IVChainVec.end(); ChainI != ChainE; ++ChainI) {
4669     GenerateIVChain(*ChainI, Rewriter, DeadInsts);
4670     Changed = true;
4671   }
4672   // Clean up after ourselves. This must be done before deleting any
4673   // instructions.
4674   Rewriter.clear();
4675
4676   Changed |= DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
4677 }
4678
4679 LSRInstance::LSRInstance(Loop *L, Pass *P)
4680     : IU(P->getAnalysis<IVUsers>()), SE(P->getAnalysis<ScalarEvolution>()),
4681       DT(P->getAnalysis<DominatorTree>()), LI(P->getAnalysis<LoopInfo>()),
4682       TTI(P->getAnalysis<TargetTransformInfo>()), L(L), Changed(false),
4683       IVIncInsertPos(0) {
4684   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
4685   if (!L->isLoopSimplifyForm())
4686     return;
4687
4688   // If there's no interesting work to be done, bail early.
4689   if (IU.empty()) return;
4690
4691   // If there's too much analysis to be done, bail early. We won't be able to
4692   // model the problem anyway.
4693   unsigned NumUsers = 0;
4694   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
4695     if (++NumUsers > MaxIVUsers) {
4696       DEBUG(dbgs() << "LSR skipping loop, too many IV Users in " << *L
4697             << "\n");
4698       return;
4699     }
4700   }
4701
4702 #ifndef NDEBUG
4703   // All dominating loops must have preheaders, or SCEVExpander may not be able
4704   // to materialize an AddRecExpr whose Start is an outer AddRecExpr.
4705   //
4706   // IVUsers analysis should only create users that are dominated by simple loop
4707   // headers. Since this loop should dominate all of its users, its user list
4708   // should be empty if this loop itself is not within a simple loop nest.
4709   for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(L->getLoopPreheader());
4710        Rung; Rung = Rung->getIDom()) {
4711     BasicBlock *BB = Rung->getBlock();
4712     const Loop *DomLoop = LI.getLoopFor(BB);
4713     if (DomLoop && DomLoop->getHeader() == BB) {
4714       assert(DomLoop->getLoopPreheader() && "LSR needs a simplified loop nest");
4715     }
4716   }
4717 #endif // DEBUG
4718
4719   DEBUG(dbgs() << "\nLSR on loop ";
4720         WriteAsOperand(dbgs(), L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
4721         dbgs() << ":\n");
4722
4723   // First, perform some low-level loop optimizations.
4724   OptimizeShadowIV();
4725   OptimizeLoopTermCond();
4726
4727   // If loop preparation eliminates all interesting IV users, bail.
4728   if (IU.empty()) return;
4729
4730   // Skip nested loops until we can model them better with formulae.
4731   if (!L->empty()) {
4732     DEBUG(dbgs() << "LSR skipping outer loop " << *L << "\n");
4733     return;
4734   }
4735
4736   // Start collecting data and preparing for the solver.
4737   CollectChains();
4738   CollectInterestingTypesAndFactors();
4739   CollectFixupsAndInitialFormulae();
4740   CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
4741
4742   assert(!Uses.empty() && "IVUsers reported at least one use");
4743   DEBUG(dbgs() << "LSR found " << Uses.size() << " uses:\n";
4744         print_uses(dbgs()));
4745
4746   // Now use the reuse data to generate a bunch of interesting ways
4747   // to formulate the values needed for the uses.
4748   GenerateAllReuseFormulae();
4749
4750   FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
4751   NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
4752
4753   SmallVector<const Formula *, 8> Solution;
4754   Solve(Solution);
4755
4756   // Release memory that is no longer needed.
4757   Factors.clear();
4758   Types.clear();
4759   RegUses.clear();
4760
4761   if (Solution.empty())
4762     return;
4763
4764 #ifndef NDEBUG
4765   // Formulae should be legal.
4766   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(), E = Uses.end();
4767        I != E; ++I) {
4768     const LSRUse &LU = *I;
4769     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
4770                                                   JE = LU.Formulae.end();
4771          J != JE; ++J)
4772       assert(isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
4773                         *J) && "Illegal formula generated!");
4774   };
4775 #endif
4776
4777   // Now that we've decided what we want, make it so.
4778   ImplementSolution(Solution, P);
4779 }
4780
4781 void LSRInstance::print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const {
4782   if (Factors.empty() && Types.empty()) return;
4783
4784   OS << "LSR has identified the following interesting factors and types: ";
4785   bool First = true;
4786
4787   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
4788        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
4789     if (!First) OS << ", ";
4790     First = false;
4791     OS << '*' << *I;
4792   }
4793
4794   for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
4795        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
4796     if (!First) OS << ", ";
4797     First = false;
4798     OS << '(' << **I << ')';
4799   }
4800   OS << '\n';
4801 }
4802
4803 void LSRInstance::print_fixups(raw_ostream &OS) const {
4804   OS << "LSR is examining the following fixup sites:\n";
4805   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
4806        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
4807     dbgs() << "  ";
4808     I->print(OS);
4809     OS << '\n';
4810   }
4811 }
4812
4813 void LSRInstance::print_uses(raw_ostream &OS) const {
4814   OS << "LSR is examining the following uses:\n";
4815   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
4816        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
4817     const LSRUse &LU = *I;
4818     dbgs() << "  ";
4819     LU.print(OS);
4820     OS << '\n';
4821     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
4822          JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J) {
4823       OS << "    ";
4824       J->print(OS);
4825       OS << '\n';
4826     }
4827   }
4828 }
4829
4830 void LSRInstance::print(raw_ostream &OS) const {
4831   print_factors_and_types(OS);
4832   print_fixups(OS);
4833   print_uses(OS);
4834 }
4835
4836 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
4837 void LSRInstance::dump() const {
4838   print(errs()); errs() << '\n';
4839 }
4840 #endif
4841
4842 namespace {
4843
4844 class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
4845 public:
4846   static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
4847   LoopStrengthReduce();
4848
4849 private:
4850   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
4851   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
4852 };
4853
4854 }
4855
4856 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
4857 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
4858                 "Loop Strength Reduction", false, false)
4859 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(TargetTransformInfo)
4860 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
4861 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
4862 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(IVUsers)
4863 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
4864 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
4865 INITIALIZE_PASS_END(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
4866                 "Loop Strength Reduction", false, false)
4867
4868
4869 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass() {
4870   return new LoopStrengthReduce();
4871 }
4872
4873 LoopStrengthReduce::LoopStrengthReduce() : LoopPass(ID) {
4874   initializeLoopStrengthReducePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
4875 }
4876
4877 void LoopStrengthReduce::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
4878   // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
4879   // many analyses if they are around.
4880   AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
4881
4882   AU.addRequired<LoopInfo>();
4883   AU.addPreserved<LoopInfo>();
4884   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
4885   AU.addRequired<DominatorTree>();
4886   AU.addPreserved<DominatorTree>();
4887   AU.addRequired<ScalarEvolution>();
4888   AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
4889   // Requiring LoopSimplify a second time here prevents IVUsers from running
4890   // twice, since LoopSimplify was invalidated by running ScalarEvolution.
4891   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
4892   AU.addRequired<IVUsers>();
4893   AU.addPreserved<IVUsers>();
4894   AU.addRequired<TargetTransformInfo>();
4895 }
4896
4897 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
4898   bool Changed = false;
4899
4900   // Run the main LSR transformation.
4901   Changed |= LSRInstance(L, this).getChanged();
4902
4903   // Remove any extra phis created by processing inner loops.
4904   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
4905   if (EnablePhiElim && L->isLoopSimplifyForm()) {
4906     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
4907     SCEVExpander Rewriter(getAnalysis<ScalarEvolution>(), "lsr");
4908 #ifndef NDEBUG
4909     Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
4910 #endif
4911     unsigned numFolded =
4912         Rewriter.replaceCongruentIVs(L, &getAnalysis<DominatorTree>(),
4913                                      DeadInsts,
4914                                      &getAnalysis<TargetTransformInfo>());
4915     if (numFolded) {
4916       Changed = true;
4917       DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
4918       DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
4919     }
4920   }
4921   return Changed;
4922 }