Tidy some LSR debug output: announce the loop it's about to process
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
11 // have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
12 // accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
13 // access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
14 // the loop to increment the value by the appropriate amount.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/Type.h"
24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
28 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
29 #include "llvm/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
30 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
32 #include "llvm/Target/TargetData.h"
33 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/Support/CFG.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/Compiler.h"
38 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
39 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
40 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
41 #include <algorithm>
42 using namespace llvm;
43
44 STATISTIC(NumReduced ,    "Number of GEPs strength reduced");
45 STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
46 STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
47 STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
48 STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
49 STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
50
51 static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
52                                        cl::init(false),
53                                        cl::Hidden);
54
55 namespace {
56
57   struct BasedUser;
58
59   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
60   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
61   /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
62   /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
63   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
64     SCEVHandle Offset;
65     Instruction *User;
66     Value *OperandValToReplace;
67
68     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
69     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
70     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
71     // instruction for a loop or uses dominated by the loop.
72     bool isUseOfPostIncrementedValue;
73     
74     IVStrideUse(const SCEVHandle &Offs, Instruction *U, Value *O)
75       : Offset(Offs), User(U), OperandValToReplace(O),
76         isUseOfPostIncrementedValue(false) {}
77   };
78   
79   /// IVUsersOfOneStride - This structure keeps track of all instructions that
80   /// have an operand that is based on the trip count multiplied by some stride.
81   /// The stride for all of these users is common and kept external to this
82   /// structure.
83   struct VISIBILITY_HIDDEN IVUsersOfOneStride {
84     /// Users - Keep track of all of the users of this stride as well as the
85     /// initial value and the operand that uses the IV.
86     std::vector<IVStrideUse> Users;
87     
88     void addUser(const SCEVHandle &Offset,Instruction *User, Value *Operand) {
89       Users.push_back(IVStrideUse(Offset, User, Operand));
90     }
91   };
92
93   /// IVInfo - This structure keeps track of one IV expression inserted during
94   /// StrengthReduceStridedIVUsers. It contains the stride, the common base, as
95   /// well as the PHI node and increment value created for rewrite.
96   struct VISIBILITY_HIDDEN IVExpr {
97     SCEVHandle  Stride;
98     SCEVHandle  Base;
99     PHINode    *PHI;
100     Value      *IncV;
101
102     IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
103            Value *incv)
104       : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
105   };
106
107   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
108   /// during StrengthReduceStridedIVUsers for a particular stride of the IV.
109   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
110     std::vector<IVExpr> IVs;
111
112     void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
113                Value *IncV) {
114       IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
115     }
116   };
117
118   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
119     LoopInfo *LI;
120     DominatorTree *DT;
121     ScalarEvolution *SE;
122     const TargetData *TD;
123     const Type *UIntPtrTy;
124     bool Changed;
125
126     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
127     /// are interested in.  The key of the map is the stride of the access.
128     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride> IVUsesByStride;
129
130     /// IVsByStride - Keep track of all IVs that have been inserted for a
131     /// particular stride.
132     std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride> IVsByStride;
133
134     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
135     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
136     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
137     SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
138
139     /// GEPlist - A list of the GEP's that have been remembered in the SCEV
140     /// data structures.  SCEV does not know to update these when the operands
141     /// of the GEP are changed, which means we cannot leave them live across
142     /// loops.
143     SmallVector<GetElementPtrInst *, 16> GEPlist;
144
145     /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
146     /// of the casted version of each value.  This is accessed by
147     /// getCastedVersionOf.
148     DenseMap<Value*, Value*> CastedPointers;
149
150     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
151     /// we can remove them after we are done working.
152     SmallVector<Instruction*, 16> DeadInsts;
153
154     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
155     /// transformation profitability.
156     const TargetLowering *TLI;
157
158   public:
159     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
160     explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
161       LoopPass(&ID), TLI(tli) {
162     }
163
164     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
165
166     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
167       // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
168       // many analyses if they are around.
169       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
170       AU.addPreserved<LoopInfo>();
171       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
172       AU.addPreserved<DominatorTree>();
173
174       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
175       AU.addRequired<LoopInfo>();
176       AU.addRequired<DominatorTree>();
177       AU.addRequired<TargetData>();
178       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
179       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
180     }
181     
182     /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
183     ///
184     Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
185 private:
186     bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
187                                SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
188     SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E);
189     ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
190                                   IVStrideUse* &CondUse,
191                                   const SCEVHandle* &CondStride);
192     void OptimizeIndvars(Loop *L);
193
194     /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
195     /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
196     void OptimizeShadowIV(Loop *L);
197
198     /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
199     /// if it uses an smax computation.
200     ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
201                            IVStrideUse* &CondUse);
202
203     bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
204                            const SCEVHandle *&CondStride);
205     bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
206     SCEVHandle CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEVHandle&,
207                              IVExpr&, const Type*,
208                              const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
209     bool ValidStride(bool, int64_t,
210                      const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
211     SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
212                               IVUsersOfOneStride &Uses,
213                               Loop *L,
214                               bool &AllUsesAreAddresses,
215                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
216                               std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
217     bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
218                                 const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
219                                 const Loop *L,
220                                 bool AllUsesAreAddresses,
221                                 SCEVHandle Stride);
222     void PrepareToStrengthReduceFully(
223                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
224                              SCEVHandle Stride,
225                              SCEVHandle CommonExprs,
226                              const Loop *L,
227                              SCEVExpander &PreheaderRewriter);
228     void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
229                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
230                                          Value *CommonBaseV,
231                                          const IVExpr &ReuseIV,
232                                          Instruction *PreInsertPt);
233     void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
234                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
235                                   SCEVHandle Stride,
236                                   SCEVHandle CommonExprs,
237                                   Value *CommonBaseV,
238                                   const Loop *L,
239                                   SCEVExpander &PreheaderRewriter);
240     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
241                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
242                                       Loop *L, bool isOnlyStride);
243     void DeleteTriviallyDeadInstructions();
244   };
245 }
246
247 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
248 static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
249 X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
250
251 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
252   return new LoopStrengthReduce(TLI);
253 }
254
255 /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
256 /// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
257 ///
258 Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
259                                               Value *V) {
260   if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
261   if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
262     return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
263
264   Value *&New = CastedPointers[V];
265   if (New) return New;
266   
267   New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
268   DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(New));
269   return New;
270 }
271
272
273 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
274 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
275 /// their operands subsequently dead.
276 void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
277   if (DeadInsts.empty()) return;
278   
279   // Sort the deadinsts list so that we can trivially eliminate duplicates as we
280   // go.  The code below never adds a non-dead instruction to the worklist, but
281   // callers may not be so careful.
282   array_pod_sort(DeadInsts.begin(), DeadInsts.end());
283
284   // Drop duplicate instructions and those with uses.
285   for (unsigned i = 0, e = DeadInsts.size()-1; i < e; ++i) {
286     Instruction *I = DeadInsts[i];
287     if (!I->use_empty()) DeadInsts[i] = 0;
288     while (i != e && DeadInsts[i+1] == I)
289       DeadInsts[++i] = 0;
290   }
291   
292   while (!DeadInsts.empty()) {
293     Instruction *I = DeadInsts.back();
294     DeadInsts.pop_back();
295     
296     if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
297       continue;
298
299     SE->deleteValueFromRecords(I);
300
301     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
302       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
303         *OI = 0;
304         if (U->use_empty())
305           DeadInsts.push_back(U);
306       }
307     }
308     
309     I->eraseFromParent();
310     Changed = true;
311   }
312 }
313
314
315 /// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
316 /// instruction.
317 SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp) {
318   // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
319   // operand.
320   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
321     if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
322       return SE->getSCEV(BCI);
323     SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)));
324     SE->setSCEV(BCI, R);
325     return R;
326   }
327
328   // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
329   // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
330   // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
331   // SE figure it out.
332   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
333   if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
334     return SE->getSCEV(Exp);
335     
336   // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
337   // for uses that are determined by the trip count of the loop.  First, skip
338   // all operands the are not dependent on the IV.
339
340   // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
341   // uintptr_t first.
342   SCEVHandle GEPVal = SE->getUnknown(
343       getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
344
345   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
346   
347   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
348        i != e; ++i, ++GTI) {
349     // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
350     // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
351     // operand.
352     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
353       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
354       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(*i)->getZExtValue();
355       uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
356       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal,
357                              SE->getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
358     } else {
359       unsigned GEPOpiBits = 
360         (*i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
361       unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
362       Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
363           Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
364             Instruction::BitCast));
365       Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, *i);
366       SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
367
368       uint64_t TypeSize = TD->getTypePaddedSize(GTI.getIndexedType());
369       if (TypeSize != 1)
370         Idx = SE->getMulExpr(Idx,
371                             SE->getConstant(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
372                                                              TypeSize)));
373       GEPVal = SE->getAddExpr(GEPVal, Idx);
374     }
375   }
376
377   SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
378   GEPlist.push_back(GEP);
379   return GEPVal;
380 }
381
382 /// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a 
383 /// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop 
384 /// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
385 static bool containsAddRecFromDifferentLoop(SCEVHandle S, Loop *L) {
386   // This is very common, put it first.
387   if (isa<SCEVConstant>(S))
388     return false;
389   if (SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
390     for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
391       if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
392         return true;
393     return false;
394   }
395   if (SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
396     if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
397       if (newLoop == L)
398         return false;
399       // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
400       if (!LoopInfoBase<BasicBlock>::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
401         return false;
402     }
403     return true;
404   }
405   if (SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
406     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
407            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
408 #if 0
409   // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll 
410   // need this when it is.
411   if (SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
412     return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
413            containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
414 #endif
415   if (SCEVTruncateExpr *TE = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
416     return containsAddRecFromDifferentLoop(TE->getOperand(), L);
417   if (SCEVZeroExtendExpr *ZE = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S))
418     return containsAddRecFromDifferentLoop(ZE->getOperand(), L);
419   if (SCEVSignExtendExpr *SE = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S))
420     return containsAddRecFromDifferentLoop(SE->getOperand(), L);
421   return false;
422 }
423
424 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
425 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
426 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
427 /// a mix of loop invariant and loop variant expressions.  The start cannot,
428 /// however, contain an AddRec from a different loop, unless that loop is an
429 /// outer loop of the current loop.
430 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
431                                   SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
432                                   ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT) {
433   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
434
435   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
436   // for a nested AddRecExpr.
437   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
438     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
439       if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
440              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
441         if (AddRec->getLoop() == L)
442           TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
443         else
444           return false;  // Nested IV of some sort?
445       } else {
446         Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
447       }
448         
449   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
450     TheAddRec = SH;
451   } else {
452     return false;  // not analyzable.
453   }
454   
455   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
456   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
457   
458   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
459   if (!AddRec->isAffine()) return false;
460
461   // If Start contains an SCEVAddRecExpr from a different loop, other than an
462   // outer loop of the current loop, reject it.  SCEV has no concept of 
463   // operating on more than one loop at a time so don't confuse it with such
464   // expressions.
465   if (containsAddRecFromDifferentLoop(AddRec->getOperand(0), L))
466     return false;
467
468   Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
469   
470   if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1))) {
471     // If stride is an instruction, make sure it dominates the loop preheader.
472     // Otherwise we could end up with a use before def situation.
473     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
474     if (!AddRec->getOperand(1)->dominates(Preheader, DT))
475       return false;
476
477     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
478          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
479   }
480
481   Stride = AddRec->getOperand(1);
482   return true;
483 }
484
485 /// IVUseShouldUsePostIncValue - We have discovered a "User" of an IV expression
486 /// and now we need to decide whether the user should use the preinc or post-inc
487 /// value.  If this user should use the post-inc version of the IV, return true.
488 ///
489 /// Choosing wrong here can break dominance properties (if we choose to use the
490 /// post-inc value when we cannot) or it can end up adding extra live-ranges to
491 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
492 /// should use the post-inc value).
493 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
494                                        Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
495                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
496   // If the user is in the loop, use the preinc value.
497   if (L->contains(User->getParent())) return false;
498   
499   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
500   
501   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
502   // block, use the post-inc value.
503   if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
504     return true;
505
506   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
507   // can live in blocks that do not dominate the latch block, but (since their
508   // uses occur in the predecessor block, not the block the PHI lives in) should
509   // still use the post-inc value.  Check for this case now.
510   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User);
511   if (!PN) return false;  // not a phi, not dominated by latch block.
512   
513   // Look at all of the uses of IV by the PHI node.  If any use corresponds to
514   // a block that is not dominated by the latch block, give up and use the
515   // preincremented value.
516   unsigned NumUses = 0;
517   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
518     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
519       ++NumUses;
520       if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
521         return false;
522     }
523
524   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
525   // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
526   // post-incremented value.
527   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
528     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
529       SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P, false);
530       // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
531       // PHI.
532       e = PN->getNumIncomingValues();
533       if (--NumUses == 0) break;
534     }
535
536   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
537   DeadInsts.push_back(User);
538   
539   return true;
540 }
541
542 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
543 /// specified value as an address.
544 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
545   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
546   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
547     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
548       isAddress = true;
549   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
550     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
551     // of intrinsics.
552     switch (II->getIntrinsicID()) {
553       default: break;
554       case Intrinsic::prefetch:
555       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
556       case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
557       case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
558       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
559       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
560       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
561       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
562         if (II->getOperand(1) == OperandVal)
563           isAddress = true;
564         break;
565     }
566   }
567   return isAddress;
568 }
569
570 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
571 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
572 /// return true.  Otherwise, return false.
573 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
574                                       SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
575   if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
576     return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
577   if (!Processed.insert(I))
578     return true;    // Instruction already handled.
579   
580   // Get the symbolic expression for this instruction.
581   SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I);
582   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
583   
584   // Get the start and stride for this expression.
585   SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
586   SCEVHandle Stride = Start;
587   if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE, DT))
588     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
589
590   std::vector<Instruction *> IUsers;
591   // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
592   // invalidate use_iterator.
593   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
594     IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
595
596   for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
597        iused_index != iused_size; ++iused_index) {
598
599     Instruction *User = IUsers[iused_index];
600
601     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
602     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
603       continue;
604
605     // Descend recursively, but not into PHI nodes outside the current loop.
606     // It's important to see the entire expression outside the loop to get
607     // choices that depend on addressing mode use right, although we won't
608     // consider references ouside the loop in all cases.
609     // If User is already in Processed, we don't want to recurse into it again,
610     // but do want to record a second reference in the same instruction.
611     bool AddUserToIVUsers = false;
612     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
613       if (isa<PHINode>(User) || Processed.count(User) ||
614           !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
615         DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
616              << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
617         AddUserToIVUsers = true;
618       }
619     } else if (Processed.count(User) || 
620                !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
621       DOUT << "FOUND USER: " << *User
622            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
623       AddUserToIVUsers = true;
624     }
625
626     if (AddUserToIVUsers) {
627       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
628       if (StrideUses.Users.empty())     // First occurrence of this stride?
629         StrideOrder.push_back(Stride);
630       
631       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
632       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
633       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
634       if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
635         // The value used will be incremented by the stride more than we are
636         // expecting, so subtract this off.
637         SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
638         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
639         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
640         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
641       } else {        
642         StrideUses.addUser(Start, User, I);
643       }
644     }
645   }
646   return true;
647 }
648
649 namespace {
650   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
651   /// partitioned the expression so far.
652   struct BasedUser {
653     /// SE - The current ScalarEvolution object.
654     ScalarEvolution *SE;
655
656     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
657     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
658     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
659     /// field.
660     SCEVHandle Base;
661     
662     /// Inst - The instruction using the induction variable.
663     Instruction *Inst;
664
665     /// OperandValToReplace - The operand value of Inst to replace with the
666     /// EmittedBase.
667     Value *OperandValToReplace;
668
669     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
670     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
671     /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
672     /// must be added inside the loop.
673     SCEVHandle Imm;
674
675     /// Phi - The induction variable that performs the striding that
676     /// should be used for this user.
677     Value *Phi;
678
679     /// IncV - The post-incremented value of Phi.
680     Value *IncV;
681
682     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
683     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
684     // This can only be set in special cases, such as the terminating setcc
685     // instruction for a loop and uses outside the loop that are dominated by
686     // the loop.
687     bool isUseOfPostIncrementedValue;
688     
689     BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
690       : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
691         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
692         Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
693         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
694
695     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
696     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
697     // to it.
698     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
699                                         Instruction *InsertPt,
700                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
701                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts);
702     
703     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
704                                        SCEVExpander &Rewriter,
705                                        Instruction *IP, Loop *L);
706     void dump() const;
707   };
708 }
709
710 void BasedUser::dump() const {
711   cerr << " Base=" << *Base;
712   cerr << " Imm=" << *Imm;
713   cerr << "   Inst: " << *Inst;
714 }
715
716 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
717                                               SCEVExpander &Rewriter,
718                                               Instruction *IP, Loop *L) {
719   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
720   // the user is inside of a loop that is nested inside of L, we really don't
721   // want to insert this expression before the user, we'd rather pull it out as
722   // many loops as possible.
723   LoopInfo &LI = Rewriter.getLoopInfo();
724   Instruction *BaseInsertPt = IP;
725   
726   // Figure out the most-nested loop that IP is in.
727   Loop *InsertLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
728   
729   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
730   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
731   if (L->contains(IP->getParent()))
732     while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
733       BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
734       InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
735     }
736   
737   Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
738
739   // If there is no immediate value, skip the next part.
740   if (Imm->isZero())
741     return Base;
742
743   // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
744   // adjust the IP position if insertion reused a result.
745   if (IP == BaseInsertPt)
746     IP = Rewriter.getInsertionPoint();
747   
748   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
749   SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
750   return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP);
751   
752 }
753
754
755 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
756 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
757 // to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
758 // value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
759 // the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
760 //
761 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
762                                                Instruction *NewBasePt,
763                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
764                                       SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
765   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
766     // By default, insert code at the user instruction.
767     BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
768     
769     // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
770     // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
771     // want to emit code for the computation of the operand right before its old
772     // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
773     // computation when it was computed in its current block.  However, in some
774     // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
775     // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
776     // In this case, we have to back off.
777     //
778     // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
779     // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
780     // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
781     if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
782       if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
783         InsertPt = NewBasePt;
784         ++InsertPt;
785       } else if (Instruction *OpInst
786                  = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
787         InsertPt = OpInst;
788         while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
789       }
790     }
791     Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
792     // Adjust the type back to match the Inst. Note that we can't use InsertPt
793     // here because the SCEVExpander may have inserted the instructions after
794     // that point, in its efforts to avoid inserting redundant expressions.
795     if (isa<PointerType>(OperandValToReplace->getType())) {
796       NewVal = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
797                                             NewVal,
798                                             OperandValToReplace->getType());
799     }
800     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
801     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
802
803     DOUT << "      Replacing with ";
804     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, NewVal, /*PrintType=*/false));
805     DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
806     return;
807   }
808
809   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
810   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
811   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
812   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
813   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
814   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
815   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
816   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
817     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
818       // If the original expression is outside the loop, put the replacement
819       // code in the same place as the original expression,
820       // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
821       // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
822       // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
823       // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
824       // that case(?).
825       Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
826       if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
827         // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
828         // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
829         // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
830         // inserted code be in an illegal position.
831         BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
832         if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
833             (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
834
835           // First step, split the critical edge.
836           SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
837
838           // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
839           // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
840           // move the block to be immediately before the PHI block, not
841           // immediately after PredTI.
842           if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
843             BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
844             NewBB->moveBefore(PN->getParent());
845           }
846
847           // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
848           e = PN->getNumIncomingValues();
849         }
850       }
851       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
852       if (!Code) {
853         // Insert the code into the end of the predecessor block.
854         Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
855                                 PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
856                                 OldLoc->getParent()->getTerminator();
857         Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
858
859         // Adjust the type back to match the PHI. Note that we can't use
860         // InsertPt here because the SCEVExpander may have inserted its
861         // instructions after that point, in its efforts to avoid inserting
862         // redundant expressions.
863         if (isa<PointerType>(PN->getType())) {
864           Code = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
865                                               Code,
866                                               PN->getType());
867         }
868
869         DOUT << "      Changing PHI use to ";
870         DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Code, /*PrintType=*/false));
871         DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
872       }
873
874       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
875       PN->setIncomingValue(i, Code);
876       Rewriter.clear();
877     }
878   }
879
880   // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
881   DeadInsts.push_back(Inst);
882 }
883
884
885 /// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
886 /// mode, and does not need to be put in a register first.
887 static bool fitsInAddressMode(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
888                              const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
889   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
890     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
891     if (TLI) {
892       TargetLowering::AddrMode AM;
893       AM.BaseOffs = VC;
894       AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
895       return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
896     } else {
897       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
898       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
899     }
900   }
901
902   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
903     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
904       if (TLI && CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
905         Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
906         if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Op0)) {
907           TargetLowering::AddrMode AM;
908           AM.BaseGV = GV;
909           AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
910           return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
911         }
912       }
913   return false;
914 }
915
916 /// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
917 /// loop varying to the Imm operand.
918 static void MoveLoopVariantsToImmediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
919                                             Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
920   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
921   
922   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
923     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
924     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
925     
926     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i)
927       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
928         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
929         // field of the expression.
930         Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
931       } else {
932         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
933       }
934
935     if (NewOps.empty())
936       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
937     else
938       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
939   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
940     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
941     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
942     MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
943     
944     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
945     Ops[0] = Start;
946     Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
947   } else {
948     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
949     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
950     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
951   }
952 }
953
954
955 /// MoveImmediateValues - Look at Val, and pull out any additions of constants
956 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
957 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
958 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
959                                 const Type *UseTy,
960                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
961                                 bool isAddress, Loop *L,
962                                 ScalarEvolution *SE) {
963   if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
964     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
965     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
966     
967     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
968       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
969       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
970       
971       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
972         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
973         // field of the expression.
974         Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
975       } else {
976         NewOps.push_back(NewOp);
977       }
978     }
979
980     if (NewOps.empty())
981       Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
982     else
983       Val = SE->getAddExpr(NewOps);
984     return;
985   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
986     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
987     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
988     MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
989     
990     if (Start != SARE->getStart()) {
991       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
992       Ops[0] = Start;
993       Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
994     }
995     return;
996   } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
997     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
998     if (isAddress && fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), UseTy, TLI, false) &&
999         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
1000
1001       SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
1002       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
1003       MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
1004       
1005       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
1006       // simplify this!
1007       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
1008         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
1009         // good.
1010         SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
1011         if (fitsInAddressMode(SubImm, UseTy, TLI, false)) {
1012           // Accumulate the immediate.
1013           Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
1014           
1015           // Update what is left of 'Val'.
1016           Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
1017           return;
1018         }
1019       }
1020     }
1021   }
1022
1023   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
1024   // expression.
1025   if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, UseTy, TLI, false)) ||
1026       !Val->isLoopInvariant(L)) {
1027     Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
1028     Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
1029     return;
1030   }
1031
1032   // Otherwise, no immediates to move.
1033 }
1034
1035 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
1036                                 Instruction *User,
1037                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
1038                                 bool isAddress, Loop *L,
1039                                 ScalarEvolution *SE) {
1040   const Type *UseTy = User->getType();
1041   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
1042     UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1043   MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
1044 }
1045
1046 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
1047 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
1048 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
1049 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
1050                              SCEVHandle Expr,
1051                              ScalarEvolution *SE) {
1052   if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
1053     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
1054       SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
1055   } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
1056     SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
1057     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
1058       SubExprs.push_back(Expr);
1059     } else {
1060       // Compute the addrec with zero as its base.
1061       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
1062       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
1063       SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
1064       
1065
1066       SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
1067     }
1068   } else if (!Expr->isZero()) {
1069     // Do not add zero.
1070     SubExprs.push_back(Expr);
1071   }
1072 }
1073
1074 // This is logically local to the following function, but C++ says we have 
1075 // to make it file scope.
1076 struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
1077
1078 /// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
1079 /// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
1080 /// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
1081 /// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
1082 /// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
1083 /// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
1084 /// is *removed* from the Bases and returned.
1085 static SCEVHandle 
1086 RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
1087                                     ScalarEvolution *SE, Loop *L,
1088                                     const TargetLowering *TLI) {
1089   unsigned NumUses = Uses.size();
1090
1091   // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
1092   // cheaply.
1093   SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
1094   SCEVHandle Result = Zero;
1095   SCEVHandle FreeResult = Zero;
1096   if (NumUses == 1) {
1097     // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
1098     // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
1099     // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
1100     // so just use 0 as the base.
1101     if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
1102       std::swap(Result, Uses[0].Base);
1103     return Result;
1104   }
1105
1106   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
1107   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
1108   // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
1109   // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
1110   // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
1111   std::map<SCEVHandle, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
1112   
1113   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
1114   // order we see them.
1115   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
1116
1117   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
1118   unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
1119   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1120     // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
1121     // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
1122     // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
1123     // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
1124     // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
1125     // is done, ensuring we get good code inside the loop.
1126     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1127       continue;
1128     NumUsesInsideLoop++;
1129     
1130     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
1131     // CSEs we can find.
1132     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
1133
1134     // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
1135     // mode rather than hoisting them.
1136     bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
1137     // We may need the UseTy below, but only when isAddrUse, so compute it
1138     // only in that case.
1139     const Type *UseTy = 0;
1140     if (isAddrUse) {
1141       UseTy  = Uses[i].Inst->getType();
1142       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Uses[i].Inst))
1143         UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1144     }
1145
1146     // Split the expression into subexprs.
1147     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1148     // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
1149     // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
1150     // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
1151     // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
1152     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1153       if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
1154         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
1155       if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], UseTy, TLI, false))
1156         SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
1157     }
1158     SubExprs.clear();
1159   }
1160
1161   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
1162   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
1163   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
1164     std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1165        SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
1166     assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
1167     if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
1168       if (I->second.notAllUsesAreFree)
1169         Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
1170       else 
1171         FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
1172     } else
1173       // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
1174       SubExpressionUseData.erase(I);
1175   }
1176
1177   if (FreeResult != Zero) {
1178     // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
1179     // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
1180     // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
1181     // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
1182     // and a Result in the same instruction (for example because it would
1183     // require too many registers).  Check this.
1184     for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
1185       if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
1186         continue;
1187       // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
1188       // are not, FreeResult would be Zero.
1189       const Type *UseTy = Uses[i].Inst->getType();
1190       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Uses[i].Inst))
1191         UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1192       if (!fitsInAddressMode(FreeResult, UseTy, TLI, Result!=Zero)) {
1193         // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
1194         // and some not.  There is no obvious advantage to this.
1195         Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
1196         FreeResult = Zero;
1197         break;
1198       }
1199     }
1200   }
1201
1202   // If we found no CSE's, return now.
1203   if (Result == Zero) return Result;
1204   
1205   // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
1206   // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
1207   if (FreeResult != Zero) {
1208     SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
1209     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
1210       std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
1211          SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
1212       SubExpressionUseData.erase(I);
1213     }
1214     SubExprs.clear();
1215   }
1216
1217   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
1218   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
1219     // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
1220     // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
1221     // remove the pieces of the common base, which might not be there,
1222     // subtract off the base to compensate for this.
1223     if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
1224       Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
1225       continue;
1226     }
1227
1228     // Split the expression into subexprs.
1229     SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
1230
1231     // Remove any common subexpressions.
1232     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
1233       if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
1234         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
1235         --j; --e;
1236       }
1237     
1238     // Finally, add the non-shared expressions together.
1239     if (SubExprs.empty())
1240       Uses[i].Base = Zero;
1241     else
1242       Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
1243     SubExprs.clear();
1244   }
1245  
1246   return Result;
1247 }
1248
1249 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
1250 /// stores in UsersToProcess.
1251 ///
1252 bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
1253                                int64_t Scale, 
1254                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1255   if (!TLI)
1256     return true;
1257
1258   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
1259     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
1260     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
1261     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1262       AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
1263     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
1264       AccessTy = LI->getType();
1265     else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
1266       continue;
1267     
1268     TargetLowering::AddrMode AM;
1269     if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
1270       AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
1271     AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
1272     AM.Scale = Scale;
1273
1274     // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
1275     if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
1276       return false;
1277   }
1278   return true;
1279 }
1280
1281 /// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
1282 /// a nop.
1283 bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
1284                                                 const Type *Ty2) {
1285   if (Ty1 == Ty2)
1286     return false;
1287   if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
1288     return false;
1289   if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
1290     return false;
1291   if (isa<PointerType>(Ty2) && Ty1->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy))
1292     return false;
1293   if (isa<PointerType>(Ty1) && Ty2->canLosslesslyBitCastTo(UIntPtrTy))
1294     return false;
1295   return true;
1296 }
1297
1298 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
1299 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
1300 /// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
1301 /// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
1302 /// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
1303 ///
1304 /// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
1305 /// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant; 
1306 /// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV 
1307 /// within.  Well, usually.
1308 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
1309                                 bool AllUsesAreAddresses,
1310                                 bool AllUsesAreOutsideLoop,
1311                                 const SCEVHandle &Stride, 
1312                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
1313                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
1314   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
1315     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
1316     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1317          ++NewStride) {
1318       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1319                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1320       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1321         continue;
1322       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1323       if (SI->first != Stride &&
1324           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
1325         continue;
1326       int64_t Scale = SInt / SSInt;
1327       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
1328       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
1329       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
1330       // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
1331       // multiplications.
1332       if (Scale == 1 ||
1333           (AllUsesAreAddresses &&
1334            ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
1335         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1336                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1337           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
1338           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1339           if (II->Base->isZero() &&
1340               !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1341             IV = *II;
1342             return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
1343           }
1344     }
1345   } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
1346     // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
1347     // an existing IV if we can.
1348     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1349          ++NewStride) {
1350       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1351                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1352       if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
1353         continue;
1354       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
1355       if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
1356         continue;
1357       for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1358              IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1359         // Accept nonzero base here.
1360         // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
1361         if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1362           IV = *II;
1363           return Stride;
1364         }
1365     }
1366     // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
1367     // -1*old.
1368     for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
1369          ++NewStride) {
1370       std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
1371                 IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
1372       if (SI == IVsByStride.end()) 
1373         continue;
1374       if (SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
1375         if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
1376           if (Stride == ME->getOperand(1) &&
1377               SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
1378             for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
1379                    IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
1380               // Accept nonzero base here.
1381               // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
1382               if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
1383                 IV = *II;
1384                 return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
1385               }
1386     }
1387   }
1388   return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1389 }
1390
1391 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
1392 /// returns true if Val's isUseOfPostIncrementedValue is true.
1393 static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
1394   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
1395 }
1396
1397 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
1398 /// not a constant.
1399 static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
1400   SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
1401   if (!Mul) return false;
1402   
1403   // If there is a constant factor, it will be first.
1404   SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
1405   if (!SC) return false;
1406   
1407   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
1408   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
1409 }
1410
1411 // CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
1412 // complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
1413 // of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
1414 // progressively move information from the Base field to the Imm field, until
1415 // we eventually have the full access expression to rewrite the use.
1416 SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1417                                               IVUsersOfOneStride &Uses,
1418                                               Loop *L,
1419                                               bool &AllUsesAreAddresses,
1420                                               bool &AllUsesAreOutsideLoop,
1421                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1422   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
1423   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
1424     UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
1425     
1426     // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
1427     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
1428     // computed.
1429     MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
1430                                     UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
1431     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
1432            "Base value is not loop invariant!");
1433   }
1434
1435   // We now have a whole bunch of uses of like-strided induction variables, but
1436   // they might all have different bases.  We want to emit one PHI node for this
1437   // stride which we fold as many common expressions (between the IVs) into as
1438   // possible.  Start by identifying the common expressions in the base values 
1439   // for the strides (e.g. if we have "A+C+B" and "A+B+D" as our bases, find
1440   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
1441   // UsersToProcess base values.
1442   SCEVHandle CommonExprs =
1443     RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
1444
1445   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
1446   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
1447   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
1448   // of the remaining uses.
1449   unsigned NumPHI = 0;
1450   bool HasAddress = false;
1451   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1452     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
1453     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
1454     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
1455     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
1456       UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
1457                                              UsersToProcess[i].Base);
1458       UsersToProcess[i].Base = 
1459         SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
1460     } else {
1461       // Not all uses are outside the loop.
1462       AllUsesAreOutsideLoop = false; 
1463
1464       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
1465       // the store is through the expression, not of the expression though.
1466       bool isPHI = false;
1467       bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
1468                                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
1469       if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
1470         isPHI = true;
1471         ++NumPHI;
1472       }
1473
1474       if (isAddress)
1475         HasAddress = true;
1476      
1477       // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
1478       if (!isAddress && !isPHI)
1479         AllUsesAreAddresses = false;
1480       
1481       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
1482                           UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
1483     }
1484   }
1485
1486   // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
1487   // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
1488   // for one fewer iv.
1489   if (NumPHI > 1)
1490     AllUsesAreAddresses = false;
1491     
1492   // There are no in-loop address uses.
1493   if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
1494     AllUsesAreAddresses = false;
1495
1496   return CommonExprs;
1497 }
1498
1499 /// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
1500 /// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
1501 /// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
1502 /// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
1503 ///
1504 bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
1505                                    const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1506                                    const Loop *L,
1507                                    bool AllUsesAreAddresses,
1508                                    SCEVHandle Stride) {
1509   if (!EnableFullLSRMode)
1510     return false;
1511
1512   // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
1513   // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
1514   // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
1515   // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
1516   // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
1517   if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
1518     return false;
1519
1520   // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
1521   // potentially be greater-stride multiples of the current stride
1522   // which could reuse the current stride IV.
1523   if (StrideOrder.back() != Stride)
1524     return false;
1525
1526   // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
1527   // full-lsr mode.
1528   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1529     SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
1530     SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1531     // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
1532     // strength-reduced.
1533     if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
1534       return false;
1535     // If there are to users with the same base and the difference between
1536     // the two Imm values can't be folded into the address, full
1537     // strength reduction would increase register pressure.
1538     do {
1539       SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
1540       if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
1541         if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1542         if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1543         const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
1544         const Type *UseTy = Inst->getType();
1545         if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1546           UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
1547         SCEVHandle Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1548         if (!Diff->isZero() &&
1549             (!AllUsesAreAddresses ||
1550              !fitsInAddressMode(Diff, UseTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
1551           return false;
1552       }
1553     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1554   }
1555
1556   // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
1557   // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
1558   // it'll be simpler this way.
1559   if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
1560     return true;
1561
1562   // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
1563   // a register for their base, full strength-reduction will increase
1564   // register pressure.
1565   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1566     if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
1567       return false;
1568
1569   // Otherwise, go for it.
1570   return true;
1571 }
1572
1573 /// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
1574 /// with the specified start and step values in the specified loop.
1575 ///
1576 /// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
1577 /// subtract instead of an add.
1578 ///
1579 /// Return the created phi node, and return the step instruction by
1580 /// reference in IncV.
1581 ///
1582 static PHINode *InsertAffinePhi(SCEVHandle Start, SCEVHandle Step,
1583                                 const Loop *L,
1584                                 SCEVExpander &Rewriter,
1585                                 Value *&IncV) {
1586   assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
1587   assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
1588
1589   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1590   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1591
1592   PHINode *PN = PHINode::Create(Start->getType(), "lsr.iv", Header->begin());
1593   PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Preheader->getTerminator()),
1594                   Preheader);
1595
1596   pred_iterator HPI = pred_begin(Header);
1597   assert(HPI != pred_end(Header) && "Loop with zero preds???");
1598   if (!L->contains(*HPI)) ++HPI;
1599   assert(HPI != pred_end(Header) && L->contains(*HPI) &&
1600          "No backedge in loop?");
1601
1602   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
1603   // increment.
1604   bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
1605   SCEVHandle IncAmount = Step;
1606   if (isNegative)
1607     IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
1608
1609   // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
1610   // to the back-edge.
1611   Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Preheader->getTerminator());
1612   if (isNegative) {
1613     IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1614                                      (*HPI)->getTerminator());
1615   } else {
1616     IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
1617                                      (*HPI)->getTerminator());
1618   }
1619   if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
1620
1621   pred_iterator PI = pred_begin(Header);
1622   if (*PI == L->getLoopPreheader())
1623     ++PI;
1624   PN->addIncoming(IncV, *PI);
1625
1626   ++NumInserted;
1627   return PN;
1628 }
1629
1630 static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
1631   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
1632   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
1633   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
1634   // vector (so we handle them first).
1635   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
1636                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
1637
1638   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
1639   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
1640   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
1641   // loop before users outside of the loop with a particular base.
1642   //
1643   // We would like to use stable_sort here, but we can't.  The problem is that
1644   // SCEVHandle's don't have a deterministic ordering w.r.t to each other, so
1645   // we don't have anything to do a '<' comparison on.  Because we think the
1646   // number of uses is small, do a horrible bubble sort which just relies on
1647   // ==.
1648   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1649     // Get a base value.
1650     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1651
1652     // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
1653     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
1654       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
1655         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
1656         ++i;
1657       }
1658     }
1659   }
1660 }
1661
1662 /// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
1663 /// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
1664 /// pointer arithmetic.
1665 ///
1666 void
1667 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
1668                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1669                                         SCEVHandle Stride,
1670                                         SCEVHandle CommonExprs,
1671                                         const Loop *L,
1672                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1673   DOUT << "  Fully reducing all users\n";
1674
1675   // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
1676   // unique Base value.
1677   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
1678     // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
1679     // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
1680     // other uses.
1681     SCEVHandle Imm = UsersToProcess[i].Imm;
1682     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
1683     SCEVHandle Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
1684     Value *IncV;
1685     PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, L,
1686                                    PreheaderRewriter,
1687                                    IncV);
1688     // Loop over all the users with the same base.
1689     do {
1690       UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
1691       UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1692       UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1693       UsersToProcess[i].IncV = IncV;
1694       assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
1695              "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
1696     } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
1697   }
1698 }
1699
1700 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
1701 /// given users to share.
1702 ///
1703 void
1704 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
1705                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1706                                          SCEVHandle Stride,
1707                                          SCEVHandle CommonExprs,
1708                                          Value *CommonBaseV,
1709                                          const Loop *L,
1710                                          SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
1711   DOUT << "  Inserting new PHI:\n";
1712
1713   Value *IncV;
1714   PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
1715                                  Stride, L,
1716                                  PreheaderRewriter,
1717                                  IncV);
1718
1719   // Remember this in case a later stride is multiple of this.
1720   IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi, IncV);
1721
1722   // All the users will share this new IV.
1723   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1724     UsersToProcess[i].Phi = Phi;
1725     UsersToProcess[i].IncV = IncV;
1726   }
1727
1728   DOUT << "    IV=";
1729   DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Phi, /*PrintType=*/false));
1730   DOUT << ", INC=";
1731   DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, IncV, /*PrintType=*/false));
1732   DOUT << "\n";
1733 }
1734
1735 /// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Prepare for the given users to reuse
1736 /// an induction variable with a stride that is a factor of the current
1737 /// induction variable.
1738 ///
1739 void
1740 LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
1741                                          std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1742                                          Value *CommonBaseV,
1743                                          const IVExpr &ReuseIV,
1744                                          Instruction *PreInsertPt) {
1745   DOUT << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
1746        << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n";
1747
1748   // All the users will share the reused IV.
1749   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1750     UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
1751     UsersToProcess[i].IncV = ReuseIV.IncV;
1752   }
1753
1754   Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
1755   if (C &&
1756       (!C->isNullValue() &&
1757        !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
1758                          TLI, false)))
1759     // We want the common base emitted into the preheader! This is just
1760     // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1761     CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
1762                                   "commonbase", PreInsertPt);
1763 }
1764
1765 static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
1766                                     const Type *ReplacedTy,
1767                                    std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
1768                                    const TargetLowering *TLI) {
1769   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
1770   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
1771     if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
1772       continue;
1773     ExtAddrMode AddrMode =
1774       AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
1775                                    ReplacedTy, UsersToProcess[i].Inst,
1776                                    AddrModeInsts, *TLI);
1777     if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
1778       return false;
1779     if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
1780       // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
1781       return false;
1782     AddrModeInsts.clear();
1783   }
1784   return true;
1785 }
1786
1787 /// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
1788 /// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
1789 /// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
1790 void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
1791                                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
1792                                                       Loop *L,
1793                                                       bool isOnlyStride) {
1794   // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
1795   if (Uses.Users.empty())
1796     return;
1797
1798   // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
1799   // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
1800   // smaller-stride IV.
1801   bool AllUsesAreAddresses = true;
1802
1803   // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
1804   // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
1805   // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
1806   bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
1807
1808   // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
1809   // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
1810   // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
1811   // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
1812   // have the full access expression to rewrite the use.
1813   std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
1814   SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
1815                                           AllUsesAreOutsideLoop,
1816                                           UsersToProcess);
1817
1818   // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
1819   // next to each other.
1820   SortUsersToProcess(UsersToProcess);
1821
1822   // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
1823   // their value in a register and add it in for each use. This will take up
1824   // a register operand, which potentially restricts what stride values are
1825   // valid.
1826   bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1827
1828   const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
1829
1830   // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
1831   // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
1832   if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
1833     SCEVHandle NewCommon = CommonExprs;
1834     SCEVHandle Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1835     MoveImmediateValues(TLI, ReplacedTy, NewCommon, Imm, true, L, SE);
1836     if (!Imm->isZero()) {
1837       bool DoSink = true;
1838
1839       // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
1840       // possible to fold it into the target addressing mode.
1841       GlobalValue *GV = 0;
1842       if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm)) {
1843         if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
1844           if (CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
1845             GV = dyn_cast<GlobalValue>(CE->getOperand(0));
1846       }
1847       int64_t Offset = 0;
1848       if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
1849         Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
1850       if (GV || Offset)
1851         DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset, ReplacedTy,
1852                                          UsersToProcess, TLI);
1853
1854       if (DoSink) {
1855         DOUT << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n";
1856         for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
1857           UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
1858         CommonExprs = NewCommon;
1859         HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
1860         ++NumImmSunk;
1861       }
1862     }
1863   }
1864
1865   // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
1866   //
1867   DOUT << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
1868        << *Stride << ":\n"
1869        << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n";
1870
1871   SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
1872   SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
1873
1874   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
1875   Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
1876   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1877
1878   Value *CommonBaseV = ConstantInt::get(ReplacedTy, 0);
1879
1880   SCEVHandle RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
1881   IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1882                    SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
1883                    0, 0);
1884
1885   /// Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
1886   /// the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
1887   if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
1888                                          AllUsesAreAddresses, Stride)) {
1889     PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
1890                                  PreheaderRewriter);
1891   } else {
1892     // Emit the initial base value into the loop preheader.
1893     CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt);
1894
1895     // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
1896     // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
1897     // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
1898     // that we will have a valid instruction after this substition, including
1899     // the immediate field, if any.
1900     RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
1901                                     AllUsesAreOutsideLoop,
1902                                     Stride, ReuseIV, CommonExprs->getType(),
1903                                     UsersToProcess);
1904     if (isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) &&
1905         cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero())
1906       PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
1907                                         CommonBaseV, L, PreheaderRewriter);
1908     else
1909       PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
1910                                                ReuseIV, PreInsertPt);
1911   }
1912
1913   // Process all the users now, replacing their strided uses with
1914   // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
1915   // loop handles all users of a particular base.
1916   while (!UsersToProcess.empty()) {
1917     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
1918     Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
1919
1920     // Emit the code for Base into the preheader.
1921     Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt);
1922
1923     DOUT << "  Examining uses with BASE ";
1924     DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, BaseV, /*PrintType=*/false));
1925     DOUT << ":\n";
1926
1927     // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
1928     // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
1929     // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
1930     // in this case.
1931     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
1932       if (!C->isNullValue() && !fitsInAddressMode(Base, ReplacedTy, 
1933                                                  TLI, false)) {
1934         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
1935         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
1936         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
1937                                 PreInsertPt);       
1938       }
1939     }
1940
1941     // Emit the code to add the immediate offset to the Phi value, just before
1942     // the instructions that we identified as using this stride and base.
1943     do {
1944       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
1945       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
1946
1947       DOUT << "    Examining use ";
1948       DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
1949                            /*PrintType=*/false));
1950       DOUT << " in Inst: " << *Inst;
1951
1952       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
1953       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
1954       Value *RewriteOp = User.Phi;
1955       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
1956         RewriteOp = User.IncV;
1957
1958         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
1959         // loop to ensure it is dominated by the increment.
1960         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
1961           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
1962       }
1963       if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
1964         Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
1965         if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
1966             RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1967           opcode = Instruction::BitCast;
1968         RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
1969       }
1970
1971       SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
1972
1973       // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
1974       // consider that they may not have been able to end up immediately
1975       // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
1976       // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
1977       // instruction was inserted so that if we're replacing a different
1978       // PHI node, we can use the later point to expand the final
1979       // RewriteExpr.
1980       Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
1981       if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
1982
1983       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
1984       // to have the code emitted where we expect it.
1985       Rewriter.clear();
1986
1987       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
1988       // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
1989       if (!isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) ||
1990           !cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero()) {
1991         // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
1992         // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
1993         // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
1994         // it here.
1995         if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
1996           SCEVHandle typedBase = ReuseIV.Base;
1997           if (RewriteExpr->getType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
1998               ReuseIV.Base->getType()->getPrimitiveSizeInBits()) {
1999             // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
2000             // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
2001             // RequiresTypeConversion that this is valid.
2002             assert (RewriteExpr->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2003                     ReuseIV.Base->getType()->getPrimitiveSizeInBits() &&
2004                     "Unexpected lengthening conversion!");
2005             typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base, 
2006                                             RewriteExpr->getType());
2007           }
2008           RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
2009         }
2010
2011         // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
2012         RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
2013                                      RewriteExpr);
2014
2015         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
2016         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
2017         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
2018         // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
2019         // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
2020         // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
2021         if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
2022             !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero()) {
2023           if (L->contains(User.Inst->getParent()))
2024             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
2025                                        SE->getUnknown(CommonBaseV));
2026           else
2027             RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
2028         }
2029       }
2030
2031       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
2032       // immediate and any loop-variant expressions.
2033       if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
2034         // Add BaseV to the PHI value if needed.
2035         RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
2036
2037       User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
2038                                           Rewriter, L, this,
2039                                           DeadInsts);
2040
2041       // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
2042       // if we just replaced the last use of that value.
2043       DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
2044
2045       UsersToProcess.pop_back();
2046       ++NumReduced;
2047
2048       // If there are any more users to process with the same base, process them
2049       // now.  We sorted by base above, so we just have to check the last elt.
2050     } while (!UsersToProcess.empty() && UsersToProcess.back().Base == Base);
2051     // TODO: Next, find out which base index is the most common, pull it out.
2052   }
2053
2054   // IMPORTANT TODO: Figure out how to partition the IV's with this stride, but
2055   // different starting values, into different PHIs.
2056 }
2057
2058 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
2059 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
2060 /// false.
2061 bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
2062                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
2063   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
2064        ++Stride) {
2065     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2066     IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2067     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2068     
2069     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2070          E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI)
2071       if (UI->User == Cond) {
2072         // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
2073         // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
2074         // occurs enough in real life to handle.
2075         CondUse = &*UI;
2076         CondStride = &SI->first;
2077         return true;
2078       }
2079   }
2080   return false;
2081 }    
2082
2083 namespace {
2084   // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
2085   // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
2086   // e.g.
2087   // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
2088   struct StrideCompare {
2089     bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
2090       SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
2091       SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
2092       if (LHSC && RHSC) {
2093         int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
2094         int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
2095         uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
2096         uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
2097         if (ALV == ARV) {
2098           if (LV != RV)
2099             return LV > RV;
2100         } else {
2101           return ALV < ARV;
2102         }
2103
2104         // If it's the same value but different type, sort by bit width so
2105         // that we emit larger induction variables before smaller
2106         // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
2107         return RHS->getBitWidth() < LHS->getBitWidth();
2108       }
2109       return LHSC && !RHSC;
2110     }
2111   };
2112 }
2113
2114 /// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
2115 /// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
2116 /// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
2117 /// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
2118 ///
2119 /// loop:
2120 /// ...
2121 /// v1 = v1 + 3
2122 /// v2 = v2 + 1
2123 /// if (v2 < 10) goto loop
2124 /// =>
2125 /// loop:
2126 /// ...
2127 /// v1 = v1 + 3
2128 /// if (v1 < 30) goto loop
2129 ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2130                                                 IVStrideUse* &CondUse,
2131                                                 const SCEVHandle* &CondStride) {
2132   if (StrideOrder.size() < 2 ||
2133       IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
2134     return Cond;
2135   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
2136   if (!SC) return Cond;
2137
2138   ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
2139   int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
2140   unsigned BitWidth = (*CondStride)->getBitWidth();
2141   uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
2142   const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
2143   const Type *NewCmpTy = NULL;
2144   unsigned TyBits = CmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
2145   unsigned NewTyBits = 0;
2146   SCEVHandle *NewStride = NULL;
2147   Value *NewCmpLHS = NULL;
2148   Value *NewCmpRHS = NULL;
2149   int64_t Scale = 1;
2150   SCEVHandle NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, UIntPtrTy);
2151   std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
2152
2153   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
2154     int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
2155
2156     // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
2157     // overflow.
2158     if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
2159       return Cond;
2160
2161     // Look for a suitable stride / iv as replacement.
2162     for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
2163       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2164         IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
2165       if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2166         continue;
2167       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
2168       if (abs(SSInt) <= abs(CmpSSInt) || (SSInt % CmpSSInt) != 0)
2169         continue;
2170
2171       Scale = SSInt / CmpSSInt;
2172       int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
2173       APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
2174       // Check for overflow.
2175       if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal)
2176         continue;
2177
2178       // Watch out for overflow.
2179       if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
2180           (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
2181         continue;
2182
2183       if (NewCmpVal == CmpVal)
2184         continue;
2185       // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
2186       NewCmpLHS = NULL;
2187       for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2188              E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
2189         NewCmpLHS = UI->OperandValToReplace;
2190         if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
2191           break;
2192       }
2193       if (!NewCmpLHS)
2194         continue;
2195
2196       NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
2197       NewTyBits = isa<PointerType>(NewCmpTy)
2198         ? UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits()
2199         : NewCmpTy->getPrimitiveSizeInBits();
2200       if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
2201         // Check if it is possible to rewrite it using
2202         // an iv / stride of a smaller integer type.
2203         bool TruncOk = false;
2204         if (NewCmpTy->isInteger()) {
2205           unsigned Bits = NewTyBits;
2206           if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
2207             --Bits;
2208           uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
2209           if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) == (uint64_t)NewCmpVal)
2210             TruncOk = true;
2211         }
2212         if (!TruncOk)
2213           continue;
2214       }
2215
2216       // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
2217       // of a different type.
2218       // FIXME: too conservative?
2219       if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset))
2220         continue;
2221
2222       bool AllUsesAreAddresses = true;
2223       bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
2224       std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
2225       SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
2226                                               AllUsesAreAddresses,
2227                                               AllUsesAreOutsideLoop,
2228                                               UsersToProcess);
2229       // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
2230       // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
2231       // stride of the compare instruction.
2232       if (AllUsesAreAddresses &&
2233           ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
2234         continue;
2235
2236       // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
2237       // for equality.
2238       if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
2239         Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
2240
2241       NewStride = &StrideOrder[i];
2242       if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
2243         NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
2244       else {
2245         NewCmpRHS = ConstantInt::get(UIntPtrTy, NewCmpVal);
2246         NewCmpRHS = SCEVExpander::InsertCastOfTo(Instruction::IntToPtr,
2247                                                  NewCmpRHS, NewCmpTy);
2248       }
2249       NewOffset = TyBits == NewTyBits
2250         ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
2251                          SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
2252         : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpTy,
2253           cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
2254       break;
2255     }
2256   }
2257
2258   // Forgo this transformation if it the increment happens to be
2259   // unfortunately positioned after the condition, and the condition
2260   // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
2261   // before the branch. See
2262   // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
2263   // for an example of this situation.
2264   if (!Cond->hasOneUse()) {
2265     for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
2266          I != E; ++I)
2267       if (I == NewCmpLHS)
2268         return Cond;
2269   }
2270
2271   if (NewCmpRHS) {
2272     // Create a new compare instruction using new stride / iv.
2273     ICmpInst *OldCond = Cond;
2274     // Insert new compare instruction.
2275     Cond = new ICmpInst(Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
2276                         L->getHeader()->getName() + ".termcond",
2277                         OldCond);
2278
2279     // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
2280     DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
2281     SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
2282     OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
2283     OldCond->eraseFromParent();
2284
2285     IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
2286     IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
2287     CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
2288     CondStride = NewStride;
2289     ++NumEliminated;
2290   }
2291
2292   return Cond;
2293 }
2294
2295 /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
2296 /// an smax computation.
2297 ///
2298 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2299 /// like this:
2300 ///
2301 ///   i = 0;
2302 ///   do {
2303 ///     p[i] = 0.0;
2304 ///   } while (++i < n);
2305 ///
2306 /// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
2307 /// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
2308 /// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
2309 /// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
2310 //
2311 ///   if (n > 0) {
2312 ///     i = 0;
2313 ///     do {
2314 ///       p[i] = 0.0;
2315 ///     } while (++i < n);
2316 ///   }
2317 ///
2318 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2319 /// test in such a way that indvars can't find it.
2320 ///
2321 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2322 /// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
2323 /// induction variable:
2324 ///
2325 ///   i = 0;
2326 ///   smax = n < 1 ? 1 : n;
2327 ///   do {
2328 ///     p[i] = 0.0;
2329 ///   } while (++i != smax);
2330 ///
2331 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2332 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2333 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2334 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2335 /// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
2336 /// the loop has a canonical induction variable.
2337 ///
2338 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2339 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2340 ///
2341 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2342 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2343 /// the instructions for the maximum computation.
2344 ///
2345 ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
2346                                            IVStrideUse* &CondUse) {
2347   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2348   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2349       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2350     return Cond;
2351
2352   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2353   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2354
2355   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2356   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2357     return Cond;
2358   SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
2359
2360   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2361   SCEVHandle IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
2362
2363   // Check for a max calculation that matches the pattern.
2364   SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
2365   if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
2366
2367   SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
2368   SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
2369   if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
2370
2371   // Check the relevant induction variable for conformance to
2372   // the pattern.
2373   SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
2374   SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2375   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2376       AR->getStart() != One ||
2377       AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
2378     return Cond;
2379
2380   assert(AR->getLoop() == L &&
2381          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2382
2383   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2384   // be used in the new comparison instruction.
2385   Value *NewRHS = 0;
2386   if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
2387     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2388   else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
2389     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2390   if (!NewRHS) return Cond;
2391
2392   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2393   // delete the max calculation.
2394   ICmpInst *NewCond =
2395     new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
2396                    CmpInst::ICMP_SLT :
2397                    CmpInst::ICMP_SGE,
2398                  Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
2399
2400   // Delete the max calculation instructions.
2401   SE->deleteValueFromRecords(Cond);
2402   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2403   Cond->eraseFromParent();
2404   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2405   SE->deleteValueFromRecords(Sel);
2406   Sel->eraseFromParent();
2407   if (Cmp->use_empty()) {
2408     SE->deleteValueFromRecords(Cmp);
2409     Cmp->eraseFromParent();
2410   }
2411   CondUse->User = NewCond;
2412   return NewCond;
2413 }
2414
2415 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
2416 /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
2417 void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
2418
2419   SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
2420   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2421     return;
2422
2423   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
2424        ++Stride) {
2425     std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2426       IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2427     assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2428     if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
2429       continue;
2430
2431     for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
2432            E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
2433       std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
2434       ++UI;
2435       Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
2436       const Type *DestTy = NULL;
2437
2438       /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
2439          to eliminate this cast.
2440
2441            for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
2442              foo((double)i);
2443
2444          is transformed into
2445
2446            double d = 0.0;
2447            for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
2448              foo(d);
2449       */
2450       if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
2451         DestTy = UCast->getDestTy();
2452       else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
2453         DestTy = SCast->getDestTy();
2454       if (!DestTy) continue;
2455
2456       if (TLI) {
2457         /* If target does not support DestTy natively then do not apply
2458            this transformation. */
2459         MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
2460         if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
2461       }
2462
2463       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2464       if (!PH) continue;
2465       if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2466
2467       const Type *SrcTy = PH->getType();
2468       int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2469       if (Mantissa == -1) continue; 
2470       if ((int)TD->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2471         continue;
2472
2473       unsigned Entry, Latch;
2474       if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2475         Entry = 0;
2476         Latch = 1;
2477       } else {
2478         Entry = 1;
2479         Latch = 0;
2480       }
2481         
2482       ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2483       if (!Init) continue;
2484       ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
2485
2486       BinaryOperator *Incr = 
2487         dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2488       if (!Incr) continue;
2489       if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2490           && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2491         continue;
2492
2493       /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2494       ConstantInt *C = NULL;
2495       if (Incr->getOperand(0) == PH)
2496         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2497       else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2498         C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2499       else
2500         continue;
2501
2502       if (!C) continue;
2503
2504       /* Add new PHINode. */
2505       PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
2506
2507       /* create new increment. '++d' in above example. */
2508       ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2509       BinaryOperator *NewIncr = 
2510         BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
2511                                NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2512
2513       NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2514       NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2515
2516       /* Remove cast operation */
2517       SE->deleteValueFromRecords(ShadowUse);
2518       ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2519       ShadowUse->eraseFromParent();
2520       SI->second.Users.erase(CandidateUI);
2521       NumShadow++;
2522       break;
2523     }
2524   }
2525 }
2526
2527 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
2528 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
2529 // common indvars for the different uses.
2530 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
2531   // TODO: implement optzns here.
2532
2533   OptimizeShadowIV(L);
2534
2535   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2536   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2537   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2538   // one register value.
2539   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(L->getHeader()->begin());
2540   BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
2541   BasicBlock *LatchBlock =
2542    SomePHI->getIncomingBlock(SomePHI->getIncomingBlock(0) == Preheader);
2543   BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(LatchBlock->getTerminator());
2544   if (!TermBr || TermBr->isUnconditional() || 
2545       !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2546     return;
2547   ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2548
2549   // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2550   IVStrideUse *CondUse = 0;
2551   const SCEVHandle *CondStride = 0;
2552
2553   if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
2554     return; // setcc doesn't use the IV.
2555
2556   // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
2557   // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2558   // comparison to use SLT instead of NE.
2559   Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
2560
2561   // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
2562   // eliminate one stride.
2563   Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
2564
2565   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2566   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2567   // the latch block branch, move it.
2568   if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != (Instruction*)TermBr) {
2569     if (Cond->hasOneUse()) {   // Condition has a single use, just move it.
2570       Cond->moveBefore(TermBr);
2571     } else {
2572       // Otherwise, clone the terminating condition and insert into the loopend.
2573       Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2574       Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2575       LatchBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2576       
2577       // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2578       IVUsesByStride[*CondStride].addUser(CondUse->Offset, Cond,
2579                                          CondUse->OperandValToReplace);
2580       CondUse = &IVUsesByStride[*CondStride].Users.back();
2581     }
2582   }
2583
2584   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2585   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2586   // live ranges for the IV correctly.
2587   CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
2588   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
2589   Changed = true;
2590 }
2591
2592 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
2593
2594   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
2595   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2596   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
2597   TD = &getAnalysis<TargetData>();
2598   UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
2599   Changed = false;
2600
2601   // Find all uses of induction variables in this loop, and categorize
2602   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
2603   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
2604   SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
2605   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2606     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
2607
2608   if (!IVUsesByStride.empty()) {
2609 #ifndef NDEBUG
2610     DOUT << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getNameStart()
2611          << "\" ";
2612     DEBUG(L->dump());
2613 #endif
2614
2615     // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
2616     // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
2617     // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
2618     // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
2619     OptimizeIndvars(L);
2620
2621     // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
2622     // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
2623
2624     // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
2625     // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
2626     // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
2627     // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
2628     // intptr_t indvars.
2629
2630     // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some
2631     // things.
2632     bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
2633
2634     // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
2635     assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
2636
2637     // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
2638     std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
2639
2640     // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
2641     // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
2642     // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
2643     // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
2644     // strides deterministic - not dependent on map order.
2645     for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
2646       std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
2647         IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
2648       assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
2649       StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
2650     }
2651   }
2652
2653   // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
2654   CastedPointers.clear();
2655   IVUsesByStride.clear();
2656   IVsByStride.clear();
2657   StrideOrder.clear();
2658   for (unsigned i=0; i<GEPlist.size(); i++)
2659     SE->deleteValueFromRecords(GEPlist[i]);
2660   GEPlist.clear();  
2661
2662   // Clean up after ourselves
2663   if (!DeadInsts.empty()) {
2664     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2665
2666     BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2667     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2668       // At this point, we know that we have killed one or more IV users.
2669       // It is worth checking to see if the cannonical indvar is also
2670       // dead, so that we can remove it as well.
2671       //
2672       // We can remove a PHI if it is on a cycle in the def-use graph
2673       // where each node in the cycle has degree one, i.e. only one use,
2674       // and is an instruction with no side effects.
2675       //
2676       // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
2677       // compared against some value to decide loop termination.
2678       if (!PN->hasOneUse())
2679         continue;
2680       
2681       SmallPtrSet<PHINode *, 4> PHIs;
2682       for (Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
2683            J && J->hasOneUse() && !J->mayWriteToMemory();
2684            J = dyn_cast<Instruction>(*J->use_begin())) {
2685         // If we find the original PHI, we've discovered a cycle.
2686         if (J == PN) {
2687           // Break the cycle and mark the PHI for deletion.
2688           SE->deleteValueFromRecords(PN);
2689           PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
2690           DeadInsts.push_back(PN);
2691           Changed = true;
2692           break;
2693         }
2694         // If we find a PHI more than once, we're on a cycle that
2695         // won't prove fruitful.
2696         if (isa<PHINode>(J) && !PHIs.insert(cast<PHINode>(J)))
2697           break;
2698       }
2699     }
2700     DeleteTriviallyDeadInstructions();
2701   }
2702   return Changed;
2703 }