[C++] Use 'nullptr'. Transforms edition.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs in Loops --------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This transformation analyzes and transforms the induction variables (and
11 // computations derived from them) into forms suitable for efficient execution
12 // on the target.
13 //
14 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
15 // have as one or more of their components the loop induction variable, it
16 // rewrites expressions to take advantage of scaled-index addressing modes
17 // available on the target, and it performs a variety of other optimizations
18 // related to loop induction variables.
19 //
20 // Terminology note: this code has a lot of handling for "post-increment" or
21 // "post-inc" users. This is not talking about post-increment addressing modes;
22 // it is instead talking about code like this:
23 //
24 //   %i = phi [ 0, %entry ], [ %i.next, %latch ]
25 //   ...
26 //   %i.next = add %i, 1
27 //   %c = icmp eq %i.next, %n
28 //
29 // The SCEV for %i is {0,+,1}<%L>. The SCEV for %i.next is {1,+,1}<%L>, however
30 // it's useful to think about these as the same register, with some uses using
31 // the value of the register before the add and some using // it after. In this
32 // example, the icmp is a post-increment user, since it uses %i.next, which is
33 // the value of the induction variable after the increment. The other common
34 // case of post-increment users is users outside the loop.
35 //
36 // TODO: More sophistication in the way Formulae are generated and filtered.
37 //
38 // TODO: Handle multiple loops at a time.
39 //
40 // TODO: Should the addressing mode BaseGV be changed to a ConstantExpr instead
41 //       of a GlobalValue?
42 //
43 // TODO: When truncation is free, truncate ICmp users' operands to make it a
44 //       smaller encoding (on x86 at least).
45 //
46 // TODO: When a negated register is used by an add (such as in a list of
47 //       multiple base registers, or as the increment expression in an addrec),
48 //       we may not actually need both reg and (-1 * reg) in registers; the
49 //       negation can be implemented by using a sub instead of an add. The
50 //       lack of support for taking this into consideration when making
51 //       register pressure decisions is partly worked around by the "Special"
52 //       use kind.
53 //
54 //===----------------------------------------------------------------------===//
55
56 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
57 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
58 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
59 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
60 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
61 #include "llvm/ADT/SmallBitVector.h"
62 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
63 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
64 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
65 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
66 #include "llvm/IR/Constants.h"
67 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
68 #include "llvm/IR/Dominators.h"
69 #include "llvm/IR/Instructions.h"
70 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
71 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
72 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
73 #include "llvm/Support/Debug.h"
74 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
75 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
76 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
77 #include <algorithm>
78 using namespace llvm;
79
80 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
81
82 /// MaxIVUsers is an arbitrary threshold that provides an early opportunitiy for
83 /// bail out. This threshold is far beyond the number of users that LSR can
84 /// conceivably solve, so it should not affect generated code, but catches the
85 /// worst cases before LSR burns too much compile time and stack space.
86 static const unsigned MaxIVUsers = 200;
87
88 // Temporary flag to cleanup congruent phis after LSR phi expansion.
89 // It's currently disabled until we can determine whether it's truly useful or
90 // not. The flag should be removed after the v3.0 release.
91 // This is now needed for ivchains.
92 static cl::opt<bool> EnablePhiElim(
93   "enable-lsr-phielim", cl::Hidden, cl::init(true),
94   cl::desc("Enable LSR phi elimination"));
95
96 #ifndef NDEBUG
97 // Stress test IV chain generation.
98 static cl::opt<bool> StressIVChain(
99   "stress-ivchain", cl::Hidden, cl::init(false),
100   cl::desc("Stress test LSR IV chains"));
101 #else
102 static bool StressIVChain = false;
103 #endif
104
105 namespace {
106
107 /// RegSortData - This class holds data which is used to order reuse candidates.
108 class RegSortData {
109 public:
110   /// UsedByIndices - This represents the set of LSRUse indices which reference
111   /// a particular register.
112   SmallBitVector UsedByIndices;
113
114   RegSortData() {}
115
116   void print(raw_ostream &OS) const;
117   void dump() const;
118 };
119
120 }
121
122 void RegSortData::print(raw_ostream &OS) const {
123   OS << "[NumUses=" << UsedByIndices.count() << ']';
124 }
125
126 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
127 void RegSortData::dump() const {
128   print(errs()); errs() << '\n';
129 }
130 #endif
131
132 namespace {
133
134 /// RegUseTracker - Map register candidates to information about how they are
135 /// used.
136 class RegUseTracker {
137   typedef DenseMap<const SCEV *, RegSortData> RegUsesTy;
138
139   RegUsesTy RegUsesMap;
140   SmallVector<const SCEV *, 16> RegSequence;
141
142 public:
143   void CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
144   void DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
145   void SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx);
146
147   bool isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const;
148
149   const SmallBitVector &getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const;
150
151   void clear();
152
153   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator iterator;
154   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator const_iterator;
155   iterator begin() { return RegSequence.begin(); }
156   iterator end()   { return RegSequence.end(); }
157   const_iterator begin() const { return RegSequence.begin(); }
158   const_iterator end() const   { return RegSequence.end(); }
159 };
160
161 }
162
163 void
164 RegUseTracker::CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
165   std::pair<RegUsesTy::iterator, bool> Pair =
166     RegUsesMap.insert(std::make_pair(Reg, RegSortData()));
167   RegSortData &RSD = Pair.first->second;
168   if (Pair.second)
169     RegSequence.push_back(Reg);
170   RSD.UsedByIndices.resize(std::max(RSD.UsedByIndices.size(), LUIdx + 1));
171   RSD.UsedByIndices.set(LUIdx);
172 }
173
174 void
175 RegUseTracker::DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
176   RegUsesTy::iterator It = RegUsesMap.find(Reg);
177   assert(It != RegUsesMap.end());
178   RegSortData &RSD = It->second;
179   assert(RSD.UsedByIndices.size() > LUIdx);
180   RSD.UsedByIndices.reset(LUIdx);
181 }
182
183 void
184 RegUseTracker::SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx) {
185   assert(LUIdx <= LastLUIdx);
186
187   // Update RegUses. The data structure is not optimized for this purpose;
188   // we must iterate through it and update each of the bit vectors.
189   for (RegUsesTy::iterator I = RegUsesMap.begin(), E = RegUsesMap.end();
190        I != E; ++I) {
191     SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
192     if (LUIdx < UsedByIndices.size())
193       UsedByIndices[LUIdx] =
194         LastLUIdx < UsedByIndices.size() ? UsedByIndices[LastLUIdx] : 0;
195     UsedByIndices.resize(std::min(UsedByIndices.size(), LastLUIdx));
196   }
197 }
198
199 bool
200 RegUseTracker::isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const {
201   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
202   if (I == RegUsesMap.end())
203     return false;
204   const SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
205   int i = UsedByIndices.find_first();
206   if (i == -1) return false;
207   if ((size_t)i != LUIdx) return true;
208   return UsedByIndices.find_next(i) != -1;
209 }
210
211 const SmallBitVector &RegUseTracker::getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const {
212   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
213   assert(I != RegUsesMap.end() && "Unknown register!");
214   return I->second.UsedByIndices;
215 }
216
217 void RegUseTracker::clear() {
218   RegUsesMap.clear();
219   RegSequence.clear();
220 }
221
222 namespace {
223
224 /// Formula - This class holds information that describes a formula for
225 /// computing satisfying a use. It may include broken-out immediates and scaled
226 /// registers.
227 struct Formula {
228   /// Global base address used for complex addressing.
229   GlobalValue *BaseGV;
230
231   /// Base offset for complex addressing.
232   int64_t BaseOffset;
233
234   /// Whether any complex addressing has a base register.
235   bool HasBaseReg;
236
237   /// The scale of any complex addressing.
238   int64_t Scale;
239
240   /// BaseRegs - The list of "base" registers for this use. When this is
241   /// non-empty,
242   SmallVector<const SCEV *, 4> BaseRegs;
243
244   /// ScaledReg - The 'scaled' register for this use. This should be non-null
245   /// when Scale is not zero.
246   const SCEV *ScaledReg;
247
248   /// UnfoldedOffset - An additional constant offset which added near the
249   /// use. This requires a temporary register, but the offset itself can
250   /// live in an add immediate field rather than a register.
251   int64_t UnfoldedOffset;
252
253   Formula()
254       : BaseGV(nullptr), BaseOffset(0), HasBaseReg(false), Scale(0),
255         ScaledReg(nullptr), UnfoldedOffset(0) {}
256
257   void InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE);
258
259   unsigned getNumRegs() const;
260   Type *getType() const;
261
262   void DeleteBaseReg(const SCEV *&S);
263
264   bool referencesReg(const SCEV *S) const;
265   bool hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
266                                   const RegUseTracker &RegUses) const;
267
268   void print(raw_ostream &OS) const;
269   void dump() const;
270 };
271
272 }
273
274 /// DoInitialMatch - Recursion helper for InitialMatch.
275 static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
276                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Good,
277                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Bad,
278                            ScalarEvolution &SE) {
279   // Collect expressions which properly dominate the loop header.
280   if (SE.properlyDominates(S, L->getHeader())) {
281     Good.push_back(S);
282     return;
283   }
284
285   // Look at add operands.
286   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
287     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
288          I != E; ++I)
289       DoInitialMatch(*I, L, Good, Bad, SE);
290     return;
291   }
292
293   // Look at addrec operands.
294   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
295     if (!AR->getStart()->isZero()) {
296       DoInitialMatch(AR->getStart(), L, Good, Bad, SE);
297       DoInitialMatch(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
298                                       AR->getStepRecurrence(SE),
299                                       // FIXME: AR->getNoWrapFlags()
300                                       AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap),
301                      L, Good, Bad, SE);
302       return;
303     }
304
305   // Handle a multiplication by -1 (negation) if it didn't fold.
306   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
307     if (Mul->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
308       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
309       const SCEV *NewMul = SE.getMulExpr(Ops);
310
311       SmallVector<const SCEV *, 4> MyGood;
312       SmallVector<const SCEV *, 4> MyBad;
313       DoInitialMatch(NewMul, L, MyGood, MyBad, SE);
314       const SCEV *NegOne = SE.getSCEV(ConstantInt::getAllOnesValue(
315         SE.getEffectiveSCEVType(NewMul->getType())));
316       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyGood.begin(),
317            E = MyGood.end(); I != E; ++I)
318         Good.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
319       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyBad.begin(),
320            E = MyBad.end(); I != E; ++I)
321         Bad.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
322       return;
323     }
324
325   // Ok, we can't do anything interesting. Just stuff the whole thing into a
326   // register and hope for the best.
327   Bad.push_back(S);
328 }
329
330 /// InitialMatch - Incorporate loop-variant parts of S into this Formula,
331 /// attempting to keep all loop-invariant and loop-computable values in a
332 /// single base register.
333 void Formula::InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
334   SmallVector<const SCEV *, 4> Good;
335   SmallVector<const SCEV *, 4> Bad;
336   DoInitialMatch(S, L, Good, Bad, SE);
337   if (!Good.empty()) {
338     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Good);
339     if (!Sum->isZero())
340       BaseRegs.push_back(Sum);
341     HasBaseReg = true;
342   }
343   if (!Bad.empty()) {
344     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Bad);
345     if (!Sum->isZero())
346       BaseRegs.push_back(Sum);
347     HasBaseReg = true;
348   }
349 }
350
351 /// getNumRegs - Return the total number of register operands used by this
352 /// formula. This does not include register uses implied by non-constant
353 /// addrec strides.
354 unsigned Formula::getNumRegs() const {
355   return !!ScaledReg + BaseRegs.size();
356 }
357
358 /// getType - Return the type of this formula, if it has one, or null
359 /// otherwise. This type is meaningless except for the bit size.
360 Type *Formula::getType() const {
361   return !BaseRegs.empty() ? BaseRegs.front()->getType() :
362          ScaledReg ? ScaledReg->getType() :
363          BaseGV ? BaseGV->getType() :
364          nullptr;
365 }
366
367 /// DeleteBaseReg - Delete the given base reg from the BaseRegs list.
368 void Formula::DeleteBaseReg(const SCEV *&S) {
369   if (&S != &BaseRegs.back())
370     std::swap(S, BaseRegs.back());
371   BaseRegs.pop_back();
372 }
373
374 /// referencesReg - Test if this formula references the given register.
375 bool Formula::referencesReg(const SCEV *S) const {
376   return S == ScaledReg ||
377          std::find(BaseRegs.begin(), BaseRegs.end(), S) != BaseRegs.end();
378 }
379
380 /// hasRegsUsedByUsesOtherThan - Test whether this formula uses registers
381 /// which are used by uses other than the use with the given index.
382 bool Formula::hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
383                                          const RegUseTracker &RegUses) const {
384   if (ScaledReg)
385     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(ScaledReg, LUIdx))
386       return true;
387   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
388        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I)
389     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(*I, LUIdx))
390       return true;
391   return false;
392 }
393
394 void Formula::print(raw_ostream &OS) const {
395   bool First = true;
396   if (BaseGV) {
397     if (!First) OS << " + "; else First = false;
398     BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
399   }
400   if (BaseOffset != 0) {
401     if (!First) OS << " + "; else First = false;
402     OS << BaseOffset;
403   }
404   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
405        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
406     if (!First) OS << " + "; else First = false;
407     OS << "reg(" << **I << ')';
408   }
409   if (HasBaseReg && BaseRegs.empty()) {
410     if (!First) OS << " + "; else First = false;
411     OS << "**error: HasBaseReg**";
412   } else if (!HasBaseReg && !BaseRegs.empty()) {
413     if (!First) OS << " + "; else First = false;
414     OS << "**error: !HasBaseReg**";
415   }
416   if (Scale != 0) {
417     if (!First) OS << " + "; else First = false;
418     OS << Scale << "*reg(";
419     if (ScaledReg)
420       OS << *ScaledReg;
421     else
422       OS << "<unknown>";
423     OS << ')';
424   }
425   if (UnfoldedOffset != 0) {
426     if (!First) OS << " + ";
427     OS << "imm(" << UnfoldedOffset << ')';
428   }
429 }
430
431 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
432 void Formula::dump() const {
433   print(errs()); errs() << '\n';
434 }
435 #endif
436
437 /// isAddRecSExtable - Return true if the given addrec can be sign-extended
438 /// without changing its value.
439 static bool isAddRecSExtable(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
440   Type *WideTy =
441     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(AR->getType()) + 1);
442   return isa<SCEVAddRecExpr>(SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
443 }
444
445 /// isAddSExtable - Return true if the given add can be sign-extended
446 /// without changing its value.
447 static bool isAddSExtable(const SCEVAddExpr *A, ScalarEvolution &SE) {
448   Type *WideTy =
449     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) + 1);
450   return isa<SCEVAddExpr>(SE.getSignExtendExpr(A, WideTy));
451 }
452
453 /// isMulSExtable - Return true if the given mul can be sign-extended
454 /// without changing its value.
455 static bool isMulSExtable(const SCEVMulExpr *M, ScalarEvolution &SE) {
456   Type *WideTy =
457     IntegerType::get(SE.getContext(),
458                      SE.getTypeSizeInBits(M->getType()) * M->getNumOperands());
459   return isa<SCEVMulExpr>(SE.getSignExtendExpr(M, WideTy));
460 }
461
462 /// getExactSDiv - Return an expression for LHS /s RHS, if it can be determined
463 /// and if the remainder is known to be zero,  or null otherwise. If
464 /// IgnoreSignificantBits is true, expressions like (X * Y) /s Y are simplified
465 /// to Y, ignoring that the multiplication may overflow, which is useful when
466 /// the result will be used in a context where the most significant bits are
467 /// ignored.
468 static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
469                                 ScalarEvolution &SE,
470                                 bool IgnoreSignificantBits = false) {
471   // Handle the trivial case, which works for any SCEV type.
472   if (LHS == RHS)
473     return SE.getConstant(LHS->getType(), 1);
474
475   // Handle a few RHS special cases.
476   const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
477   if (RC) {
478     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
479     // Handle x /s -1 as x * -1, to give ScalarEvolution a chance to do
480     // some folding.
481     if (RA.isAllOnesValue())
482       return SE.getMulExpr(LHS, RC);
483     // Handle x /s 1 as x.
484     if (RA == 1)
485       return LHS;
486   }
487
488   // Check for a division of a constant by a constant.
489   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
490     if (!RC)
491       return nullptr;
492     const APInt &LA = C->getValue()->getValue();
493     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
494     if (LA.srem(RA) != 0)
495       return nullptr;
496     return SE.getConstant(LA.sdiv(RA));
497   }
498
499   // Distribute the sdiv over addrec operands, if the addrec doesn't overflow.
500   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
501     if (IgnoreSignificantBits || isAddRecSExtable(AR, SE)) {
502       const SCEV *Step = getExactSDiv(AR->getStepRecurrence(SE), RHS, SE,
503                                       IgnoreSignificantBits);
504       if (!Step) return nullptr;
505       const SCEV *Start = getExactSDiv(AR->getStart(), RHS, SE,
506                                        IgnoreSignificantBits);
507       if (!Start) return nullptr;
508       // FlagNW is independent of the start value, step direction, and is
509       // preserved with smaller magnitude steps.
510       // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
511       return SE.getAddRecExpr(Start, Step, AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
512     }
513     return nullptr;
514   }
515
516   // Distribute the sdiv over add operands, if the add doesn't overflow.
517   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
518     if (IgnoreSignificantBits || isAddSExtable(Add, SE)) {
519       SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
520       for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
521            I != E; ++I) {
522         const SCEV *Op = getExactSDiv(*I, RHS, SE,
523                                       IgnoreSignificantBits);
524         if (!Op) return nullptr;
525         Ops.push_back(Op);
526       }
527       return SE.getAddExpr(Ops);
528     }
529     return nullptr;
530   }
531
532   // Check for a multiply operand that we can pull RHS out of.
533   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
534     if (IgnoreSignificantBits || isMulSExtable(Mul, SE)) {
535       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
536       bool Found = false;
537       for (SCEVMulExpr::op_iterator I = Mul->op_begin(), E = Mul->op_end();
538            I != E; ++I) {
539         const SCEV *S = *I;
540         if (!Found)
541           if (const SCEV *Q = getExactSDiv(S, RHS, SE,
542                                            IgnoreSignificantBits)) {
543             S = Q;
544             Found = true;
545           }
546         Ops.push_back(S);
547       }
548       return Found ? SE.getMulExpr(Ops) : nullptr;
549     }
550     return nullptr;
551   }
552
553   // Otherwise we don't know.
554   return nullptr;
555 }
556
557 /// ExtractImmediate - If S involves the addition of a constant integer value,
558 /// return that integer value, and mutate S to point to a new SCEV with that
559 /// value excluded.
560 static int64_t ExtractImmediate(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
561   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
562     if (C->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64) {
563       S = SE.getConstant(C->getType(), 0);
564       return C->getValue()->getSExtValue();
565     }
566   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
567     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
568     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
569     if (Result != 0)
570       S = SE.getAddExpr(NewOps);
571     return Result;
572   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
573     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
574     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
575     if (Result != 0)
576       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
577                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
578                            SCEV::FlagAnyWrap);
579     return Result;
580   }
581   return 0;
582 }
583
584 /// ExtractSymbol - If S involves the addition of a GlobalValue address,
585 /// return that symbol, and mutate S to point to a new SCEV with that
586 /// value excluded.
587 static GlobalValue *ExtractSymbol(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
588   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
589     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue())) {
590       S = SE.getConstant(GV->getType(), 0);
591       return GV;
592     }
593   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
594     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
595     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.back(), SE);
596     if (Result)
597       S = SE.getAddExpr(NewOps);
598     return Result;
599   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
600     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
601     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.front(), SE);
602     if (Result)
603       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
604                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
605                            SCEV::FlagAnyWrap);
606     return Result;
607   }
608   return nullptr;
609 }
610
611 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
612 /// specified value as an address.
613 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
614   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
615   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
616     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
617       isAddress = true;
618   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
619     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
620     // of intrinsics.
621     switch (II->getIntrinsicID()) {
622       default: break;
623       case Intrinsic::prefetch:
624       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
625       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
626       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
627       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
628         if (II->getArgOperand(0) == OperandVal)
629           isAddress = true;
630         break;
631     }
632   }
633   return isAddress;
634 }
635
636 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
637 static Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
638   Type *AccessTy = Inst->getType();
639   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
640     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
641   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
642     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
643     // of intrinsics.
644     switch (II->getIntrinsicID()) {
645     default: break;
646     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
647     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
648     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
649     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
650       AccessTy = II->getArgOperand(0)->getType();
651       break;
652     }
653   }
654
655   // All pointers have the same requirements, so canonicalize them to an
656   // arbitrary pointer type to minimize variation.
657   if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(AccessTy))
658     AccessTy = PointerType::get(IntegerType::get(PTy->getContext(), 1),
659                                 PTy->getAddressSpace());
660
661   return AccessTy;
662 }
663
664 /// isExistingPhi - Return true if this AddRec is already a phi in its loop.
665 static bool isExistingPhi(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
666   for (BasicBlock::iterator I = AR->getLoop()->getHeader()->begin();
667        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
668     if (SE.isSCEVable(PN->getType()) &&
669         (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) ==
670          SE.getEffectiveSCEVType(AR->getType())) &&
671         SE.getSCEV(PN) == AR)
672       return true;
673   }
674   return false;
675 }
676
677 /// Check if expanding this expression is likely to incur significant cost. This
678 /// is tricky because SCEV doesn't track which expressions are actually computed
679 /// by the current IR.
680 ///
681 /// We currently allow expansion of IV increments that involve adds,
682 /// multiplication by constants, and AddRecs from existing phis.
683 ///
684 /// TODO: Allow UDivExpr if we can find an existing IV increment that is an
685 /// obvious multiple of the UDivExpr.
686 static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S,
687                                 SmallPtrSet<const SCEV*, 8> &Processed,
688                                 ScalarEvolution &SE) {
689   // Zero/One operand expressions
690   switch (S->getSCEVType()) {
691   case scUnknown:
692   case scConstant:
693     return false;
694   case scTruncate:
695     return isHighCostExpansion(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand(),
696                                Processed, SE);
697   case scZeroExtend:
698     return isHighCostExpansion(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand(),
699                                Processed, SE);
700   case scSignExtend:
701     return isHighCostExpansion(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand(),
702                                Processed, SE);
703   }
704
705   if (!Processed.insert(S))
706     return false;
707
708   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
709     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
710          I != E; ++I) {
711       if (isHighCostExpansion(*I, Processed, SE))
712         return true;
713     }
714     return false;
715   }
716
717   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
718     if (Mul->getNumOperands() == 2) {
719       // Multiplication by a constant is ok
720       if (isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0)))
721         return isHighCostExpansion(Mul->getOperand(1), Processed, SE);
722
723       // If we have the value of one operand, check if an existing
724       // multiplication already generates this expression.
725       if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Mul->getOperand(1))) {
726         Value *UVal = U->getValue();
727         for (User *UR : UVal->users()) {
728           // If U is a constant, it may be used by a ConstantExpr.
729           Instruction *UI = dyn_cast<Instruction>(UR);
730           if (UI && UI->getOpcode() == Instruction::Mul &&
731               SE.isSCEVable(UI->getType())) {
732             return SE.getSCEV(UI) == Mul;
733           }
734         }
735       }
736     }
737   }
738
739   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
740     if (isExistingPhi(AR, SE))
741       return false;
742   }
743
744   // Fow now, consider any other type of expression (div/mul/min/max) high cost.
745   return true;
746 }
747
748 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
749 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
750 /// their operands subsequently dead.
751 static bool
752 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
753   bool Changed = false;
754
755   while (!DeadInsts.empty()) {
756     Value *V = DeadInsts.pop_back_val();
757     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(V);
758
759     if (!I || !isInstructionTriviallyDead(I))
760       continue;
761
762     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
763       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
764         *OI = nullptr;
765         if (U->use_empty())
766           DeadInsts.push_back(U);
767       }
768
769     I->eraseFromParent();
770     Changed = true;
771   }
772
773   return Changed;
774 }
775
776 namespace {
777 class LSRUse;
778 }
779 // Check if it is legal to fold 2 base registers.
780 static bool isLegal2RegAMUse(const TargetTransformInfo &TTI, const LSRUse &LU,
781                              const Formula &F);
782 // Get the cost of the scaling factor used in F for LU.
783 static unsigned getScalingFactorCost(const TargetTransformInfo &TTI,
784                                      const LSRUse &LU, const Formula &F);
785
786 namespace {
787
788 /// Cost - This class is used to measure and compare candidate formulae.
789 class Cost {
790   /// TODO: Some of these could be merged. Also, a lexical ordering
791   /// isn't always optimal.
792   unsigned NumRegs;
793   unsigned AddRecCost;
794   unsigned NumIVMuls;
795   unsigned NumBaseAdds;
796   unsigned ImmCost;
797   unsigned SetupCost;
798   unsigned ScaleCost;
799
800 public:
801   Cost()
802     : NumRegs(0), AddRecCost(0), NumIVMuls(0), NumBaseAdds(0), ImmCost(0),
803       SetupCost(0), ScaleCost(0) {}
804
805   bool operator<(const Cost &Other) const;
806
807   void Lose();
808
809 #ifndef NDEBUG
810   // Once any of the metrics loses, they must all remain losers.
811   bool isValid() {
812     return ((NumRegs | AddRecCost | NumIVMuls | NumBaseAdds
813              | ImmCost | SetupCost | ScaleCost) != ~0u)
814       || ((NumRegs & AddRecCost & NumIVMuls & NumBaseAdds
815            & ImmCost & SetupCost & ScaleCost) == ~0u);
816   }
817 #endif
818
819   bool isLoser() {
820     assert(isValid() && "invalid cost");
821     return NumRegs == ~0u;
822   }
823
824   void RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
825                    const Formula &F,
826                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
827                    const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
828                    const Loop *L,
829                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
830                    ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
831                    const LSRUse &LU,
832                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs = nullptr);
833
834   void print(raw_ostream &OS) const;
835   void dump() const;
836
837 private:
838   void RateRegister(const SCEV *Reg,
839                     SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
840                     const Loop *L,
841                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
842   void RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
843                            SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
844                            const Loop *L,
845                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
846                            SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs);
847 };
848
849 }
850
851 /// RateRegister - Tally up interesting quantities from the given register.
852 void Cost::RateRegister(const SCEV *Reg,
853                         SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
854                         const Loop *L,
855                         ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
856   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)) {
857     // If this is an addrec for another loop, don't second-guess its addrec phi
858     // nodes. LSR isn't currently smart enough to reason about more than one
859     // loop at a time. LSR has already run on inner loops, will not run on outer
860     // loops, and cannot be expected to change sibling loops.
861     if (AR->getLoop() != L) {
862       // If the AddRec exists, consider it's register free and leave it alone.
863       if (isExistingPhi(AR, SE))
864         return;
865
866       // Otherwise, do not consider this formula at all.
867       Lose();
868       return;
869     }
870     AddRecCost += 1; /// TODO: This should be a function of the stride.
871
872     // Add the step value register, if it needs one.
873     // TODO: The non-affine case isn't precisely modeled here.
874     if (!AR->isAffine() || !isa<SCEVConstant>(AR->getOperand(1))) {
875       if (!Regs.count(AR->getOperand(1))) {
876         RateRegister(AR->getOperand(1), Regs, L, SE, DT);
877         if (isLoser())
878           return;
879       }
880     }
881   }
882   ++NumRegs;
883
884   // Rough heuristic; favor registers which don't require extra setup
885   // instructions in the preheader.
886   if (!isa<SCEVUnknown>(Reg) &&
887       !isa<SCEVConstant>(Reg) &&
888       !(isa<SCEVAddRecExpr>(Reg) &&
889         (isa<SCEVUnknown>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()) ||
890          isa<SCEVConstant>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()))))
891     ++SetupCost;
892
893     NumIVMuls += isa<SCEVMulExpr>(Reg) &&
894                  SE.hasComputableLoopEvolution(Reg, L);
895 }
896
897 /// RatePrimaryRegister - Record this register in the set. If we haven't seen it
898 /// before, rate it. Optional LoserRegs provides a way to declare any formula
899 /// that refers to one of those regs an instant loser.
900 void Cost::RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
901                                SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
902                                const Loop *L,
903                                ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
904                                SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs) {
905   if (LoserRegs && LoserRegs->count(Reg)) {
906     Lose();
907     return;
908   }
909   if (Regs.insert(Reg)) {
910     RateRegister(Reg, Regs, L, SE, DT);
911     if (LoserRegs && isLoser())
912       LoserRegs->insert(Reg);
913   }
914 }
915
916 void Cost::RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
917                        const Formula &F,
918                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
919                        const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
920                        const Loop *L,
921                        const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
922                        ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
923                        const LSRUse &LU,
924                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs) {
925   // Tally up the registers.
926   if (const SCEV *ScaledReg = F.ScaledReg) {
927     if (VisitedRegs.count(ScaledReg)) {
928       Lose();
929       return;
930     }
931     RatePrimaryRegister(ScaledReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
932     if (isLoser())
933       return;
934   }
935   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
936        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
937     const SCEV *BaseReg = *I;
938     if (VisitedRegs.count(BaseReg)) {
939       Lose();
940       return;
941     }
942     RatePrimaryRegister(BaseReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
943     if (isLoser())
944       return;
945   }
946
947   // Determine how many (unfolded) adds we'll need inside the loop.
948   size_t NumBaseParts = F.BaseRegs.size() + (F.UnfoldedOffset != 0);
949   if (NumBaseParts > 1)
950     // Do not count the base and a possible second register if the target
951     // allows to fold 2 registers.
952     NumBaseAdds += NumBaseParts - (1 + isLegal2RegAMUse(TTI, LU, F));
953
954   // Accumulate non-free scaling amounts.
955   ScaleCost += getScalingFactorCost(TTI, LU, F);
956
957   // Tally up the non-zero immediates.
958   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
959        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
960     int64_t Offset = (uint64_t)*I + F.BaseOffset;
961     if (F.BaseGV)
962       ImmCost += 64; // Handle symbolic values conservatively.
963                      // TODO: This should probably be the pointer size.
964     else if (Offset != 0)
965       ImmCost += APInt(64, Offset, true).getMinSignedBits();
966   }
967   assert(isValid() && "invalid cost");
968 }
969
970 /// Lose - Set this cost to a losing value.
971 void Cost::Lose() {
972   NumRegs = ~0u;
973   AddRecCost = ~0u;
974   NumIVMuls = ~0u;
975   NumBaseAdds = ~0u;
976   ImmCost = ~0u;
977   SetupCost = ~0u;
978   ScaleCost = ~0u;
979 }
980
981 /// operator< - Choose the lower cost.
982 bool Cost::operator<(const Cost &Other) const {
983   return std::tie(NumRegs, AddRecCost, NumIVMuls, NumBaseAdds, ScaleCost,
984                   ImmCost, SetupCost) <
985          std::tie(Other.NumRegs, Other.AddRecCost, Other.NumIVMuls,
986                   Other.NumBaseAdds, Other.ScaleCost, Other.ImmCost,
987                   Other.SetupCost);
988 }
989
990 void Cost::print(raw_ostream &OS) const {
991   OS << NumRegs << " reg" << (NumRegs == 1 ? "" : "s");
992   if (AddRecCost != 0)
993     OS << ", with addrec cost " << AddRecCost;
994   if (NumIVMuls != 0)
995     OS << ", plus " << NumIVMuls << " IV mul" << (NumIVMuls == 1 ? "" : "s");
996   if (NumBaseAdds != 0)
997     OS << ", plus " << NumBaseAdds << " base add"
998        << (NumBaseAdds == 1 ? "" : "s");
999   if (ScaleCost != 0)
1000     OS << ", plus " << ScaleCost << " scale cost";
1001   if (ImmCost != 0)
1002     OS << ", plus " << ImmCost << " imm cost";
1003   if (SetupCost != 0)
1004     OS << ", plus " << SetupCost << " setup cost";
1005 }
1006
1007 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1008 void Cost::dump() const {
1009   print(errs()); errs() << '\n';
1010 }
1011 #endif
1012
1013 namespace {
1014
1015 /// LSRFixup - An operand value in an instruction which is to be replaced
1016 /// with some equivalent, possibly strength-reduced, replacement.
1017 struct LSRFixup {
1018   /// UserInst - The instruction which will be updated.
1019   Instruction *UserInst;
1020
1021   /// OperandValToReplace - The operand of the instruction which will
1022   /// be replaced. The operand may be used more than once; every instance
1023   /// will be replaced.
1024   Value *OperandValToReplace;
1025
1026   /// PostIncLoops - If this user is to use the post-incremented value of an
1027   /// induction variable, this variable is non-null and holds the loop
1028   /// associated with the induction variable.
1029   PostIncLoopSet PostIncLoops;
1030
1031   /// LUIdx - The index of the LSRUse describing the expression which
1032   /// this fixup needs, minus an offset (below).
1033   size_t LUIdx;
1034
1035   /// Offset - A constant offset to be added to the LSRUse expression.
1036   /// This allows multiple fixups to share the same LSRUse with different
1037   /// offsets, for example in an unrolled loop.
1038   int64_t Offset;
1039
1040   bool isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const;
1041
1042   LSRFixup();
1043
1044   void print(raw_ostream &OS) const;
1045   void dump() const;
1046 };
1047
1048 }
1049
1050 LSRFixup::LSRFixup()
1051   : UserInst(nullptr), OperandValToReplace(nullptr), LUIdx(~size_t(0)),
1052     Offset(0) {}
1053
1054 /// isUseFullyOutsideLoop - Test whether this fixup always uses its
1055 /// value outside of the given loop.
1056 bool LSRFixup::isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const {
1057   // PHI nodes use their value in their incoming blocks.
1058   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
1059     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1060       if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace &&
1061           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
1062         return false;
1063     return true;
1064   }
1065
1066   return !L->contains(UserInst);
1067 }
1068
1069 void LSRFixup::print(raw_ostream &OS) const {
1070   OS << "UserInst=";
1071   // Store is common and interesting enough to be worth special-casing.
1072   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(UserInst)) {
1073     OS << "store ";
1074     Store->getOperand(0)->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1075   } else if (UserInst->getType()->isVoidTy())
1076     OS << UserInst->getOpcodeName();
1077   else
1078     UserInst->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1079
1080   OS << ", OperandValToReplace=";
1081   OperandValToReplace->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1082
1083   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = PostIncLoops.begin(),
1084        E = PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
1085     OS << ", PostIncLoop=";
1086     (*I)->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1087   }
1088
1089   if (LUIdx != ~size_t(0))
1090     OS << ", LUIdx=" << LUIdx;
1091
1092   if (Offset != 0)
1093     OS << ", Offset=" << Offset;
1094 }
1095
1096 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1097 void LSRFixup::dump() const {
1098   print(errs()); errs() << '\n';
1099 }
1100 #endif
1101
1102 namespace {
1103
1104 /// UniquifierDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
1105 /// DenseMaps and DenseSets of sorted SmallVectors of const SCEV*.
1106 struct UniquifierDenseMapInfo {
1107   static SmallVector<const SCEV *, 4> getEmptyKey() {
1108     SmallVector<const SCEV *, 4>  V;
1109     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1));
1110     return V;
1111   }
1112
1113   static SmallVector<const SCEV *, 4> getTombstoneKey() {
1114     SmallVector<const SCEV *, 4> V;
1115     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2));
1116     return V;
1117   }
1118
1119   static unsigned getHashValue(const SmallVector<const SCEV *, 4> &V) {
1120     return static_cast<unsigned>(hash_combine_range(V.begin(), V.end()));
1121   }
1122
1123   static bool isEqual(const SmallVector<const SCEV *, 4> &LHS,
1124                       const SmallVector<const SCEV *, 4> &RHS) {
1125     return LHS == RHS;
1126   }
1127 };
1128
1129 /// LSRUse - This class holds the state that LSR keeps for each use in
1130 /// IVUsers, as well as uses invented by LSR itself. It includes information
1131 /// about what kinds of things can be folded into the user, information about
1132 /// the user itself, and information about how the use may be satisfied.
1133 /// TODO: Represent multiple users of the same expression in common?
1134 class LSRUse {
1135   DenseSet<SmallVector<const SCEV *, 4>, UniquifierDenseMapInfo> Uniquifier;
1136
1137 public:
1138   /// KindType - An enum for a kind of use, indicating what types of
1139   /// scaled and immediate operands it might support.
1140   enum KindType {
1141     Basic,   ///< A normal use, with no folding.
1142     Special, ///< A special case of basic, allowing -1 scales.
1143     Address, ///< An address use; folding according to TargetLowering
1144     ICmpZero ///< An equality icmp with both operands folded into one.
1145     // TODO: Add a generic icmp too?
1146   };
1147
1148   typedef PointerIntPair<const SCEV *, 2, KindType> SCEVUseKindPair;
1149
1150   KindType Kind;
1151   Type *AccessTy;
1152
1153   SmallVector<int64_t, 8> Offsets;
1154   int64_t MinOffset;
1155   int64_t MaxOffset;
1156
1157   /// AllFixupsOutsideLoop - This records whether all of the fixups using this
1158   /// LSRUse are outside of the loop, in which case some special-case heuristics
1159   /// may be used.
1160   bool AllFixupsOutsideLoop;
1161
1162   /// RigidFormula is set to true to guarantee that this use will be associated
1163   /// with a single formula--the one that initially matched. Some SCEV
1164   /// expressions cannot be expanded. This allows LSR to consider the registers
1165   /// used by those expressions without the need to expand them later after
1166   /// changing the formula.
1167   bool RigidFormula;
1168
1169   /// WidestFixupType - This records the widest use type for any fixup using
1170   /// this LSRUse. FindUseWithSimilarFormula can't consider uses with different
1171   /// max fixup widths to be equivalent, because the narrower one may be relying
1172   /// on the implicit truncation to truncate away bogus bits.
1173   Type *WidestFixupType;
1174
1175   /// Formulae - A list of ways to build a value that can satisfy this user.
1176   /// After the list is populated, one of these is selected heuristically and
1177   /// used to formulate a replacement for OperandValToReplace in UserInst.
1178   SmallVector<Formula, 12> Formulae;
1179
1180   /// Regs - The set of register candidates used by all formulae in this LSRUse.
1181   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Regs;
1182
1183   LSRUse(KindType K, Type *T) : Kind(K), AccessTy(T),
1184                                       MinOffset(INT64_MAX),
1185                                       MaxOffset(INT64_MIN),
1186                                       AllFixupsOutsideLoop(true),
1187                                       RigidFormula(false),
1188                                       WidestFixupType(nullptr) {}
1189
1190   bool HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const;
1191   bool InsertFormula(const Formula &F);
1192   void DeleteFormula(Formula &F);
1193   void RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &Reguses);
1194
1195   void print(raw_ostream &OS) const;
1196   void dump() const;
1197 };
1198
1199 }
1200
1201 /// HasFormula - Test whether this use as a formula which has the same
1202 /// registers as the given formula.
1203 bool LSRUse::HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const {
1204   SmallVector<const SCEV *, 4> Key = F.BaseRegs;
1205   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1206   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1207   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1208   return Uniquifier.count(Key);
1209 }
1210
1211 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
1212 /// the list, and return true. Return false otherwise.
1213 bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F) {
1214   if (!Formulae.empty() && RigidFormula)
1215     return false;
1216
1217   SmallVector<const SCEV *, 4> Key = F.BaseRegs;
1218   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1219   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1220   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1221
1222   if (!Uniquifier.insert(Key).second)
1223     return false;
1224
1225   // Using a register to hold the value of 0 is not profitable.
1226   assert((!F.ScaledReg || !F.ScaledReg->isZero()) &&
1227          "Zero allocated in a scaled register!");
1228 #ifndef NDEBUG
1229   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I =
1230        F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
1231     assert(!(*I)->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
1232 #endif
1233
1234   // Add the formula to the list.
1235   Formulae.push_back(F);
1236
1237   // Record registers now being used by this use.
1238   Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1239
1240   return true;
1241 }
1242
1243 /// DeleteFormula - Remove the given formula from this use's list.
1244 void LSRUse::DeleteFormula(Formula &F) {
1245   if (&F != &Formulae.back())
1246     std::swap(F, Formulae.back());
1247   Formulae.pop_back();
1248 }
1249
1250 /// RecomputeRegs - Recompute the Regs field, and update RegUses.
1251 void LSRUse::RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &RegUses) {
1252   // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
1253   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> OldRegs = Regs;
1254   Regs.clear();
1255   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = Formulae.begin(),
1256        E = Formulae.end(); I != E; ++I) {
1257     const Formula &F = *I;
1258     if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1259     Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1260   }
1261
1262   // Update the RegTracker.
1263   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 4>::iterator I = OldRegs.begin(),
1264        E = OldRegs.end(); I != E; ++I)
1265     if (!Regs.count(*I))
1266       RegUses.DropRegister(*I, LUIdx);
1267 }
1268
1269 void LSRUse::print(raw_ostream &OS) const {
1270   OS << "LSR Use: Kind=";
1271   switch (Kind) {
1272   case Basic:    OS << "Basic"; break;
1273   case Special:  OS << "Special"; break;
1274   case ICmpZero: OS << "ICmpZero"; break;
1275   case Address:
1276     OS << "Address of ";
1277     if (AccessTy->isPointerTy())
1278       OS << "pointer"; // the full pointer type could be really verbose
1279     else
1280       OS << *AccessTy;
1281   }
1282
1283   OS << ", Offsets={";
1284   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
1285        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
1286     OS << *I;
1287     if (std::next(I) != E)
1288       OS << ',';
1289   }
1290   OS << '}';
1291
1292   if (AllFixupsOutsideLoop)
1293     OS << ", all-fixups-outside-loop";
1294
1295   if (WidestFixupType)
1296     OS << ", widest fixup type: " << *WidestFixupType;
1297 }
1298
1299 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1300 void LSRUse::dump() const {
1301   print(errs()); errs() << '\n';
1302 }
1303 #endif
1304
1305 /// isLegalUse - Test whether the use described by AM is "legal", meaning it can
1306 /// be completely folded into the user instruction at isel time. This includes
1307 /// address-mode folding and special icmp tricks.
1308 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, LSRUse::KindType Kind,
1309                        Type *AccessTy, GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
1310                        bool HasBaseReg, int64_t Scale) {
1311   switch (Kind) {
1312   case LSRUse::Address:
1313     return TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, BaseGV, BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
1314
1315     // Otherwise, just guess that reg+reg addressing is legal.
1316     //return ;
1317
1318   case LSRUse::ICmpZero:
1319     // There's not even a target hook for querying whether it would be legal to
1320     // fold a GV into an ICmp.
1321     if (BaseGV)
1322       return false;
1323
1324     // ICmp only has two operands; don't allow more than two non-trivial parts.
1325     if (Scale != 0 && HasBaseReg && BaseOffset != 0)
1326       return false;
1327
1328     // ICmp only supports no scale or a -1 scale, as we can "fold" a -1 scale by
1329     // putting the scaled register in the other operand of the icmp.
1330     if (Scale != 0 && Scale != -1)
1331       return false;
1332
1333     // If we have low-level target information, ask the target if it can fold an
1334     // integer immediate on an icmp.
1335     if (BaseOffset != 0) {
1336       // We have one of:
1337       // ICmpZero     BaseReg + BaseOffset => ICmp BaseReg, -BaseOffset
1338       // ICmpZero -1*ScaleReg + BaseOffset => ICmp ScaleReg, BaseOffset
1339       // Offs is the ICmp immediate.
1340       if (Scale == 0)
1341         // The cast does the right thing with INT64_MIN.
1342         BaseOffset = -(uint64_t)BaseOffset;
1343       return TTI.isLegalICmpImmediate(BaseOffset);
1344     }
1345
1346     // ICmpZero BaseReg + -1*ScaleReg => ICmp BaseReg, ScaleReg
1347     return true;
1348
1349   case LSRUse::Basic:
1350     // Only handle single-register values.
1351     return !BaseGV && Scale == 0 && BaseOffset == 0;
1352
1353   case LSRUse::Special:
1354     // Special case Basic to handle -1 scales.
1355     return !BaseGV && (Scale == 0 || Scale == -1) && BaseOffset == 0;
1356   }
1357
1358   llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
1359 }
1360
1361 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
1362                        int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1363                        GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset, bool HasBaseReg,
1364                        int64_t Scale) {
1365   // Check for overflow.
1366   if (((int64_t)((uint64_t)BaseOffset + MinOffset) > BaseOffset) !=
1367       (MinOffset > 0))
1368     return false;
1369   MinOffset = (uint64_t)BaseOffset + MinOffset;
1370   if (((int64_t)((uint64_t)BaseOffset + MaxOffset) > BaseOffset) !=
1371       (MaxOffset > 0))
1372     return false;
1373   MaxOffset = (uint64_t)BaseOffset + MaxOffset;
1374
1375   return isLegalUse(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MinOffset, HasBaseReg,
1376                     Scale) &&
1377          isLegalUse(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MaxOffset, HasBaseReg, Scale);
1378 }
1379
1380 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
1381                        int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1382                        const Formula &F) {
1383   return isLegalUse(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, F.BaseGV,
1384                     F.BaseOffset, F.HasBaseReg, F.Scale);
1385 }
1386
1387 static bool isLegal2RegAMUse(const TargetTransformInfo &TTI, const LSRUse &LU,
1388                              const Formula &F) {
1389   // If F is used as an Addressing Mode, it may fold one Base plus one
1390   // scaled register. If the scaled register is nil, do as if another
1391   // element of the base regs is a 1-scaled register.
1392   // This is possible if BaseRegs has at least 2 registers.
1393
1394   // If this is not an address calculation, this is not an addressing mode
1395   // use.
1396   if (LU.Kind !=  LSRUse::Address)
1397     return false;
1398
1399   // F is already scaled.
1400   if (F.Scale != 0)
1401     return false;
1402
1403   // We need to keep one register for the base and one to scale.
1404   if (F.BaseRegs.size() < 2)
1405     return false;
1406
1407   return isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
1408                     F.BaseGV, F.BaseOffset, F.HasBaseReg, 1);
1409  }
1410
1411 static unsigned getScalingFactorCost(const TargetTransformInfo &TTI,
1412                                      const LSRUse &LU, const Formula &F) {
1413   if (!F.Scale)
1414     return 0;
1415   assert(isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
1416                     LU.AccessTy, F) && "Illegal formula in use.");
1417
1418   switch (LU.Kind) {
1419   case LSRUse::Address: {
1420     // Check the scaling factor cost with both the min and max offsets.
1421     int ScaleCostMinOffset =
1422       TTI.getScalingFactorCost(LU.AccessTy, F.BaseGV,
1423                                F.BaseOffset + LU.MinOffset,
1424                                F.HasBaseReg, F.Scale);
1425     int ScaleCostMaxOffset =
1426       TTI.getScalingFactorCost(LU.AccessTy, F.BaseGV,
1427                                F.BaseOffset + LU.MaxOffset,
1428                                F.HasBaseReg, F.Scale);
1429
1430     assert(ScaleCostMinOffset >= 0 && ScaleCostMaxOffset >= 0 &&
1431            "Legal addressing mode has an illegal cost!");
1432     return std::max(ScaleCostMinOffset, ScaleCostMaxOffset);
1433   }
1434   case LSRUse::ICmpZero:
1435     // ICmpZero BaseReg + -1*ScaleReg => ICmp BaseReg, ScaleReg.
1436     // Therefore, return 0 in case F.Scale == -1.
1437     return F.Scale != -1;
1438
1439   case LSRUse::Basic:
1440   case LSRUse::Special:
1441     return 0;
1442   }
1443
1444   llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
1445 }
1446
1447 static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
1448                              LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1449                              GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
1450                              bool HasBaseReg) {
1451   // Fast-path: zero is always foldable.
1452   if (BaseOffset == 0 && !BaseGV) return true;
1453
1454   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1455   // base and a scale.
1456   int64_t Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1457
1458   // Canonicalize a scale of 1 to a base register if the formula doesn't
1459   // already have a base register.
1460   if (!HasBaseReg && Scale == 1) {
1461     Scale = 0;
1462     HasBaseReg = true;
1463   }
1464
1465   return isLegalUse(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
1466 }
1467
1468 static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
1469                              ScalarEvolution &SE, int64_t MinOffset,
1470                              int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind,
1471                              Type *AccessTy, const SCEV *S, bool HasBaseReg) {
1472   // Fast-path: zero is always foldable.
1473   if (S->isZero()) return true;
1474
1475   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1476   // base and a scale.
1477   int64_t BaseOffset = ExtractImmediate(S, SE);
1478   GlobalValue *BaseGV = ExtractSymbol(S, SE);
1479
1480   // If there's anything else involved, it's not foldable.
1481   if (!S->isZero()) return false;
1482
1483   // Fast-path: zero is always foldable.
1484   if (BaseOffset == 0 && !BaseGV) return true;
1485
1486   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1487   // base and a scale.
1488   int64_t Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1489
1490   return isLegalUse(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, BaseGV,
1491                     BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
1492 }
1493
1494 namespace {
1495
1496 /// IVInc - An individual increment in a Chain of IV increments.
1497 /// Relate an IV user to an expression that computes the IV it uses from the IV
1498 /// used by the previous link in the Chain.
1499 ///
1500 /// For the head of a chain, IncExpr holds the absolute SCEV expression for the
1501 /// original IVOperand. The head of the chain's IVOperand is only valid during
1502 /// chain collection, before LSR replaces IV users. During chain generation,
1503 /// IncExpr can be used to find the new IVOperand that computes the same
1504 /// expression.
1505 struct IVInc {
1506   Instruction *UserInst;
1507   Value* IVOperand;
1508   const SCEV *IncExpr;
1509
1510   IVInc(Instruction *U, Value *O, const SCEV *E):
1511     UserInst(U), IVOperand(O), IncExpr(E) {}
1512 };
1513
1514 // IVChain - The list of IV increments in program order.
1515 // We typically add the head of a chain without finding subsequent links.
1516 struct IVChain {
1517   SmallVector<IVInc,1> Incs;
1518   const SCEV *ExprBase;
1519
1520   IVChain() : ExprBase(nullptr) {}
1521
1522   IVChain(const IVInc &Head, const SCEV *Base)
1523     : Incs(1, Head), ExprBase(Base) {}
1524
1525   typedef SmallVectorImpl<IVInc>::const_iterator const_iterator;
1526
1527   // begin - return the first increment in the chain.
1528   const_iterator begin() const {
1529     assert(!Incs.empty());
1530     return std::next(Incs.begin());
1531   }
1532   const_iterator end() const {
1533     return Incs.end();
1534   }
1535
1536   // hasIncs - Returns true if this chain contains any increments.
1537   bool hasIncs() const { return Incs.size() >= 2; }
1538
1539   // add - Add an IVInc to the end of this chain.
1540   void add(const IVInc &X) { Incs.push_back(X); }
1541
1542   // tailUserInst - Returns the last UserInst in the chain.
1543   Instruction *tailUserInst() const { return Incs.back().UserInst; }
1544
1545   // isProfitableIncrement - Returns true if IncExpr can be profitably added to
1546   // this chain.
1547   bool isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
1548                              const SCEV *IncExpr,
1549                              ScalarEvolution&);
1550 };
1551
1552 /// ChainUsers - Helper for CollectChains to track multiple IV increment uses.
1553 /// Distinguish between FarUsers that definitely cross IV increments and
1554 /// NearUsers that may be used between IV increments.
1555 struct ChainUsers {
1556   SmallPtrSet<Instruction*, 4> FarUsers;
1557   SmallPtrSet<Instruction*, 4> NearUsers;
1558 };
1559
1560 /// LSRInstance - This class holds state for the main loop strength reduction
1561 /// logic.
1562 class LSRInstance {
1563   IVUsers &IU;
1564   ScalarEvolution &SE;
1565   DominatorTree &DT;
1566   LoopInfo &LI;
1567   const TargetTransformInfo &TTI;
1568   Loop *const L;
1569   bool Changed;
1570
1571   /// IVIncInsertPos - This is the insert position that the current loop's
1572   /// induction variable increment should be placed. In simple loops, this is
1573   /// the latch block's terminator. But in more complicated cases, this is a
1574   /// position which will dominate all the in-loop post-increment users.
1575   Instruction *IVIncInsertPos;
1576
1577   /// Factors - Interesting factors between use strides.
1578   SmallSetVector<int64_t, 8> Factors;
1579
1580   /// Types - Interesting use types, to facilitate truncation reuse.
1581   SmallSetVector<Type *, 4> Types;
1582
1583   /// Fixups - The list of operands which are to be replaced.
1584   SmallVector<LSRFixup, 16> Fixups;
1585
1586   /// Uses - The list of interesting uses.
1587   SmallVector<LSRUse, 16> Uses;
1588
1589   /// RegUses - Track which uses use which register candidates.
1590   RegUseTracker RegUses;
1591
1592   // Limit the number of chains to avoid quadratic behavior. We don't expect to
1593   // have more than a few IV increment chains in a loop. Missing a Chain falls
1594   // back to normal LSR behavior for those uses.
1595   static const unsigned MaxChains = 8;
1596
1597   /// IVChainVec - IV users can form a chain of IV increments.
1598   SmallVector<IVChain, MaxChains> IVChainVec;
1599
1600   /// IVIncSet - IV users that belong to profitable IVChains.
1601   SmallPtrSet<Use*, MaxChains> IVIncSet;
1602
1603   void OptimizeShadowIV();
1604   bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse);
1605   ICmpInst *OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse);
1606   void OptimizeLoopTermCond();
1607
1608   void ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
1609                         SmallVectorImpl<ChainUsers> &ChainUsersVec);
1610   void FinalizeChain(IVChain &Chain);
1611   void CollectChains();
1612   void GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
1613                        SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts);
1614
1615   void CollectInterestingTypesAndFactors();
1616   void CollectFixupsAndInitialFormulae();
1617
1618   LSRFixup &getNewFixup() {
1619     Fixups.push_back(LSRFixup());
1620     return Fixups.back();
1621   }
1622
1623   // Support for sharing of LSRUses between LSRFixups.
1624   typedef DenseMap<LSRUse::SCEVUseKindPair, size_t> UseMapTy;
1625   UseMapTy UseMap;
1626
1627   bool reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
1628                           LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy);
1629
1630   std::pair<size_t, int64_t> getUse(const SCEV *&Expr,
1631                                     LSRUse::KindType Kind,
1632                                     Type *AccessTy);
1633
1634   void DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1635
1636   LSRUse *FindUseWithSimilarFormula(const Formula &F, const LSRUse &OrigLU);
1637
1638   void InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1639   void InsertSupplementalFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1640   void CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx);
1641   bool InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F);
1642
1643   void CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
1644
1645   void GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base,
1646                               unsigned Depth = 0);
1647   void GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1648   void GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1649   void GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1650   void GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1651   void GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1652   void GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1653   void GenerateCrossUseConstantOffsets();
1654   void GenerateAllReuseFormulae();
1655
1656   void FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
1657
1658   size_t EstimateSearchSpaceComplexity() const;
1659   void NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
1660   void NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
1661   void NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
1662   void NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
1663   void NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
1664
1665   void SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1666                     Cost &SolutionCost,
1667                     SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
1668                     const Cost &CurCost,
1669                     const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
1670                     DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const;
1671   void Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const;
1672
1673   BasicBlock::iterator
1674     HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
1675                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs) const;
1676   BasicBlock::iterator
1677     AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
1678                                   const LSRFixup &LF,
1679                                   const LSRUse &LU,
1680                                   SCEVExpander &Rewriter) const;
1681
1682   Value *Expand(const LSRFixup &LF,
1683                 const Formula &F,
1684                 BasicBlock::iterator IP,
1685                 SCEVExpander &Rewriter,
1686                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const;
1687   void RewriteForPHI(PHINode *PN, const LSRFixup &LF,
1688                      const Formula &F,
1689                      SCEVExpander &Rewriter,
1690                      SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1691                      Pass *P) const;
1692   void Rewrite(const LSRFixup &LF,
1693                const Formula &F,
1694                SCEVExpander &Rewriter,
1695                SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1696                Pass *P) const;
1697   void ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1698                          Pass *P);
1699
1700 public:
1701   LSRInstance(Loop *L, Pass *P);
1702
1703   bool getChanged() const { return Changed; }
1704
1705   void print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const;
1706   void print_fixups(raw_ostream &OS) const;
1707   void print_uses(raw_ostream &OS) const;
1708   void print(raw_ostream &OS) const;
1709   void dump() const;
1710 };
1711
1712 }
1713
1714 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1715 /// inside the loop then try to eliminate the cast operation.
1716 void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
1717   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1718   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1719     return;
1720
1721   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end();
1722        UI != E; /* empty */) {
1723     IVUsers::const_iterator CandidateUI = UI;
1724     ++UI;
1725     Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
1726     Type *DestTy = nullptr;
1727     bool IsSigned = false;
1728
1729     /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1730        to eliminate this cast.
1731
1732          for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
1733            foo((double)i);
1734
1735        is transformed into
1736
1737          double d = 0.0;
1738          for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
1739            foo(d);
1740     */
1741     if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1742       IsSigned = false;
1743       DestTy = UCast->getDestTy();
1744     }
1745     else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1746       IsSigned = true;
1747       DestTy = SCast->getDestTy();
1748     }
1749     if (!DestTy) continue;
1750
1751     // If target does not support DestTy natively then do not apply
1752     // this transformation.
1753     if (!TTI.isTypeLegal(DestTy)) continue;
1754
1755     PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1756     if (!PH) continue;
1757     if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1758
1759     Type *SrcTy = PH->getType();
1760     int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1761     if (Mantissa == -1) continue;
1762     if ((int)SE.getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1763       continue;
1764
1765     unsigned Entry, Latch;
1766     if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1767       Entry = 0;
1768       Latch = 1;
1769     } else {
1770       Entry = 1;
1771       Latch = 0;
1772     }
1773
1774     ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1775     if (!Init) continue;
1776     Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, IsSigned ?
1777                                         (double)Init->getSExtValue() :
1778                                         (double)Init->getZExtValue());
1779
1780     BinaryOperator *Incr =
1781       dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1782     if (!Incr) continue;
1783     if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1784         && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1785       continue;
1786
1787     /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1788     ConstantInt *C = nullptr;
1789     if (Incr->getOperand(0) == PH)
1790       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1791     else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1792       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1793     else
1794       continue;
1795
1796     if (!C) continue;
1797
1798     // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
1799     // correctly. TODO: Remove this restriction.
1800     if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
1801
1802     /* Add new PHINode. */
1803     PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, 2, "IV.S.", PH);
1804
1805     /* create new increment. '++d' in above example. */
1806     Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1807     BinaryOperator *NewIncr =
1808       BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
1809                                Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
1810                              NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1811
1812     NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1813     NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1814
1815     /* Remove cast operation */
1816     ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1817     ShadowUse->eraseFromParent();
1818     Changed = true;
1819     break;
1820   }
1821 }
1822
1823 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1824 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1825 /// false.
1826 bool LSRInstance::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse) {
1827   for (IVUsers::iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1828     if (UI->getUser() == Cond) {
1829       // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1830       // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1831       // occurs enough in real life to handle.
1832       CondUse = UI;
1833       return true;
1834     }
1835   return false;
1836 }
1837
1838 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1839 /// a max computation.
1840 ///
1841 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1842 /// like this:
1843 ///
1844 ///   i = 0;
1845 ///   do {
1846 ///     p[i] = 0.0;
1847 ///   } while (++i < n);
1848 ///
1849 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
1850 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
1851 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
1852 /// will commonly be lowered like this:
1853 //
1854 ///   if (n > 0) {
1855 ///     i = 0;
1856 ///     do {
1857 ///       p[i] = 0.0;
1858 ///     } while (++i < n);
1859 ///   }
1860 ///
1861 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1862 /// test in such a way that indvars can't find it.
1863 ///
1864 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1865 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
1866 /// induction variable:
1867 ///
1868 ///   i = 0;
1869 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
1870 ///   do {
1871 ///     p[i] = 0.0;
1872 ///   } while (++i != max);
1873 ///
1874 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1875 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1876 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1877 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1878 /// needed, and it does this using a simple analysis that only succeeds if
1879 /// the loop has a canonical induction variable.
1880 ///
1881 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1882 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1883 ///
1884 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1885 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1886 /// the instructions for the maximum computation.
1887 ///
1888 ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
1889   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1890   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1891       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1892     return Cond;
1893
1894   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1895   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1896
1897   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1898   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1899     return Cond;
1900   const SCEV *One = SE.getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 1);
1901
1902   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
1903   const SCEV *IterationCount = SE.getAddExpr(One, BackedgeTakenCount);
1904   if (IterationCount != SE.getSCEV(Sel)) return Cond;
1905
1906   // Check for a max calculation that matches the pattern. There's no check
1907   // for ICMP_ULE here because the comparison would be with zero, which
1908   // isn't interesting.
1909   CmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
1910   const SCEVNAryExpr *Max = nullptr;
1911   if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(BackedgeTakenCount)) {
1912     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
1913     Max = S;
1914   } else if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount)) {
1915     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1916     Max = S;
1917   } else if (const SCEVUMaxExpr *U = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(IterationCount)) {
1918     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
1919     Max = U;
1920   } else {
1921     // No match; bail.
1922     return Cond;
1923   }
1924
1925   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
1926   // require additional checking and setup.
1927   if (Max->getNumOperands() != 2)
1928     return Cond;
1929
1930   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
1931   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
1932
1933   // ScalarEvolution canonicalizes constants to the left. For < and >, look
1934   // for a comparison with 1. For <= and >=, a comparison with zero.
1935   if (!MaxLHS ||
1936       (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) ? !MaxLHS->isZero() : (MaxLHS != One)))
1937     return Cond;
1938
1939   // Check the relevant induction variable for conformance to
1940   // the pattern.
1941   const SCEV *IV = SE.getSCEV(Cond->getOperand(0));
1942   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
1943   if (!AR || !AR->isAffine() ||
1944       AR->getStart() != One ||
1945       AR->getStepRecurrence(SE) != One)
1946     return Cond;
1947
1948   assert(AR->getLoop() == L &&
1949          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
1950
1951   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
1952   // be used in the new comparison instruction.
1953   Value *NewRHS = nullptr;
1954   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred)) {
1955     // Look for n+1, and grab n.
1956     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(1)))
1957       if (ConstantInt *BO1 = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1958          if (BO1->isOne() && SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1959            NewRHS = BO->getOperand(0);
1960     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(2)))
1961       if (ConstantInt *BO1 = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1962         if (BO1->isOne() && SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
1963           NewRHS = BO->getOperand(0);
1964     if (!NewRHS)
1965       return Cond;
1966   } else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
1967     NewRHS = Sel->getOperand(1);
1968   else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
1969     NewRHS = Sel->getOperand(2);
1970   else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(MaxRHS))
1971     NewRHS = SU->getValue();
1972   else
1973     // Max doesn't match expected pattern.
1974     return Cond;
1975
1976   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
1977   // and the original comparison may be either equality or inequality.
1978   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
1979     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
1980
1981   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
1982   // delete the max calculation.
1983   ICmpInst *NewCond =
1984     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
1985
1986   // Delete the max calculation instructions.
1987   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
1988   CondUse->setUser(NewCond);
1989   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
1990   Cond->eraseFromParent();
1991   Sel->eraseFromParent();
1992   if (Cmp->use_empty())
1993     Cmp->eraseFromParent();
1994   return NewCond;
1995 }
1996
1997 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
1998 /// postinc iv when possible.
1999 void
2000 LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
2001   SmallPtrSet<Instruction *, 4> PostIncs;
2002
2003   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2004   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
2005   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2006
2007   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
2008     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
2009
2010     // Get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2011     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2012     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2013     // one register value.
2014
2015     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2016     if (!TermBr)
2017       continue;
2018     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
2019     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2020       continue;
2021
2022     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2023     IVStrideUse *CondUse = nullptr;
2024     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2025     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse))
2026       continue;
2027
2028     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
2029     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2030     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
2031     // One consequence of doing this now is that it disrupts the count-down
2032     // optimization. That's not always a bad thing though, because in such
2033     // cases it may still be worthwhile to avoid a max.
2034     Cond = OptimizeMax(Cond, CondUse);
2035
2036     // If this exiting block dominates the latch block, it may also use
2037     // the post-inc value if it won't be shared with other uses.
2038     // Check for dominance.
2039     if (!DT.dominates(ExitingBlock, LatchBlock))
2040       continue;
2041
2042     // Conservatively avoid trying to use the post-inc value in non-latch
2043     // exits if there may be pre-inc users in intervening blocks.
2044     if (LatchBlock != ExitingBlock)
2045       for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
2046         // Test if the use is reachable from the exiting block. This dominator
2047         // query is a conservative approximation of reachability.
2048         if (&*UI != CondUse &&
2049             !DT.properlyDominates(UI->getUser()->getParent(), ExitingBlock)) {
2050           // Conservatively assume there may be reuse if the quotient of their
2051           // strides could be a legal scale.
2052           const SCEV *A = IU.getStride(*CondUse, L);
2053           const SCEV *B = IU.getStride(*UI, L);
2054           if (!A || !B) continue;
2055           if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) !=
2056               SE.getTypeSizeInBits(B->getType())) {
2057             if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) >
2058                 SE.getTypeSizeInBits(B->getType()))
2059               B = SE.getSignExtendExpr(B, A->getType());
2060             else
2061               A = SE.getSignExtendExpr(A, B->getType());
2062           }
2063           if (const SCEVConstant *D =
2064                 dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(B, A, SE))) {
2065             const ConstantInt *C = D->getValue();
2066             // Stride of one or negative one can have reuse with non-addresses.
2067             if (C->isOne() || C->isAllOnesValue())
2068               goto decline_post_inc;
2069             // Avoid weird situations.
2070             if (C->getValue().getMinSignedBits() >= 64 ||
2071                 C->getValue().isMinSignedValue())
2072               goto decline_post_inc;
2073             // Check for possible scaled-address reuse.
2074             Type *AccessTy = getAccessType(UI->getUser());
2075             int64_t Scale = C->getSExtValue();
2076             if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, /*BaseGV=*/ nullptr,
2077                                           /*BaseOffset=*/ 0,
2078                                           /*HasBaseReg=*/ false, Scale))
2079               goto decline_post_inc;
2080             Scale = -Scale;
2081             if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, /*BaseGV=*/ nullptr,
2082                                           /*BaseOffset=*/ 0,
2083                                           /*HasBaseReg=*/ false, Scale))
2084               goto decline_post_inc;
2085           }
2086         }
2087
2088     DEBUG(dbgs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
2089                  << *Cond << '\n');
2090
2091     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2092     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2093     // the exiting block branch, move it.
2094     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != TermBr) {
2095       if (Cond->hasOneUse()) {
2096         Cond->moveBefore(TermBr);
2097       } else {
2098         // Clone the terminating condition and insert into the loopend.
2099         ICmpInst *OldCond = Cond;
2100         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2101         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2102         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2103
2104         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2105         CondUse = &IU.AddUser(Cond, CondUse->getOperandValToReplace());
2106         TermBr->replaceUsesOfWith(OldCond, Cond);
2107       }
2108     }
2109
2110     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2111     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2112     // live ranges for the IV correctly.
2113     CondUse->transformToPostInc(L);
2114     Changed = true;
2115
2116     PostIncs.insert(Cond);
2117   decline_post_inc:;
2118   }
2119
2120   // Determine an insertion point for the loop induction variable increment. It
2121   // must dominate all the post-inc comparisons we just set up, and it must
2122   // dominate the loop latch edge.
2123   IVIncInsertPos = L->getLoopLatch()->getTerminator();
2124   for (SmallPtrSet<Instruction *, 4>::const_iterator I = PostIncs.begin(),
2125        E = PostIncs.end(); I != E; ++I) {
2126     BasicBlock *BB =
2127       DT.findNearestCommonDominator(IVIncInsertPos->getParent(),
2128                                     (*I)->getParent());
2129     if (BB == (*I)->getParent())
2130       IVIncInsertPos = *I;
2131     else if (BB != IVIncInsertPos->getParent())
2132       IVIncInsertPos = BB->getTerminator();
2133   }
2134 }
2135
2136 /// reconcileNewOffset - Determine if the given use can accommodate a fixup
2137 /// at the given offset and other details. If so, update the use and
2138 /// return true.
2139 bool
2140 LSRInstance::reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
2141                                 LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
2142   int64_t NewMinOffset = LU.MinOffset;
2143   int64_t NewMaxOffset = LU.MaxOffset;
2144   Type *NewAccessTy = AccessTy;
2145
2146   // Check for a mismatched kind. It's tempting to collapse mismatched kinds to
2147   // something conservative, however this can pessimize in the case that one of
2148   // the uses will have all its uses outside the loop, for example.
2149   if (LU.Kind != Kind)
2150     return false;
2151   // Conservatively assume HasBaseReg is true for now.
2152   if (NewOffset < LU.MinOffset) {
2153     if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ nullptr,
2154                           LU.MaxOffset - NewOffset, HasBaseReg))
2155       return false;
2156     NewMinOffset = NewOffset;
2157   } else if (NewOffset > LU.MaxOffset) {
2158     if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ nullptr,
2159                           NewOffset - LU.MinOffset, HasBaseReg))
2160       return false;
2161     NewMaxOffset = NewOffset;
2162   }
2163   // Check for a mismatched access type, and fall back conservatively as needed.
2164   // TODO: Be less conservative when the type is similar and can use the same
2165   // addressing modes.
2166   if (Kind == LSRUse::Address && AccessTy != LU.AccessTy)
2167     NewAccessTy = Type::getVoidTy(AccessTy->getContext());
2168
2169   // Update the use.
2170   LU.MinOffset = NewMinOffset;
2171   LU.MaxOffset = NewMaxOffset;
2172   LU.AccessTy = NewAccessTy;
2173   if (NewOffset != LU.Offsets.back())
2174     LU.Offsets.push_back(NewOffset);
2175   return true;
2176 }
2177
2178 /// getUse - Return an LSRUse index and an offset value for a fixup which
2179 /// needs the given expression, with the given kind and optional access type.
2180 /// Either reuse an existing use or create a new one, as needed.
2181 std::pair<size_t, int64_t>
2182 LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
2183                     LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
2184   const SCEV *Copy = Expr;
2185   int64_t Offset = ExtractImmediate(Expr, SE);
2186
2187   // Basic uses can't accept any offset, for example.
2188   if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ nullptr,
2189                         Offset, /*HasBaseReg=*/ true)) {
2190     Expr = Copy;
2191     Offset = 0;
2192   }
2193
2194   std::pair<UseMapTy::iterator, bool> P =
2195     UseMap.insert(std::make_pair(LSRUse::SCEVUseKindPair(Expr, Kind), 0));
2196   if (!P.second) {
2197     // A use already existed with this base.
2198     size_t LUIdx = P.first->second;
2199     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2200     if (reconcileNewOffset(LU, Offset, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy))
2201       // Reuse this use.
2202       return std::make_pair(LUIdx, Offset);
2203   }
2204
2205   // Create a new use.
2206   size_t LUIdx = Uses.size();
2207   P.first->second = LUIdx;
2208   Uses.push_back(LSRUse(Kind, AccessTy));
2209   LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2210
2211   // We don't need to track redundant offsets, but we don't need to go out
2212   // of our way here to avoid them.
2213   if (LU.Offsets.empty() || Offset != LU.Offsets.back())
2214     LU.Offsets.push_back(Offset);
2215
2216   LU.MinOffset = Offset;
2217   LU.MaxOffset = Offset;
2218   return std::make_pair(LUIdx, Offset);
2219 }
2220
2221 /// DeleteUse - Delete the given use from the Uses list.
2222 void LSRInstance::DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2223   if (&LU != &Uses.back())
2224     std::swap(LU, Uses.back());
2225   Uses.pop_back();
2226
2227   // Update RegUses.
2228   RegUses.SwapAndDropUse(LUIdx, Uses.size());
2229 }
2230
2231 /// FindUseWithFormula - Look for a use distinct from OrigLU which is has
2232 /// a formula that has the same registers as the given formula.
2233 LSRUse *
2234 LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
2235                                        const LSRUse &OrigLU) {
2236   // Search all uses for the formula. This could be more clever.
2237   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2238     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2239     // Check whether this use is close enough to OrigLU, to see whether it's
2240     // worthwhile looking through its formulae.
2241     // Ignore ICmpZero uses because they may contain formulae generated by
2242     // GenerateICmpZeroScales, in which case adding fixup offsets may
2243     // be invalid.
2244     if (&LU != &OrigLU &&
2245         LU.Kind != LSRUse::ICmpZero &&
2246         LU.Kind == OrigLU.Kind && OrigLU.AccessTy == LU.AccessTy &&
2247         LU.WidestFixupType == OrigLU.WidestFixupType &&
2248         LU.HasFormulaWithSameRegs(OrigF)) {
2249       // Scan through this use's formulae.
2250       for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
2251            E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
2252         const Formula &F = *I;
2253         // Check to see if this formula has the same registers and symbols
2254         // as OrigF.
2255         if (F.BaseRegs == OrigF.BaseRegs &&
2256             F.ScaledReg == OrigF.ScaledReg &&
2257             F.BaseGV == OrigF.BaseGV &&
2258             F.Scale == OrigF.Scale &&
2259             F.UnfoldedOffset == OrigF.UnfoldedOffset) {
2260           if (F.BaseOffset == 0)
2261             return &LU;
2262           // This is the formula where all the registers and symbols matched;
2263           // there aren't going to be any others. Since we declined it, we
2264           // can skip the rest of the formulae and proceed to the next LSRUse.
2265           break;
2266         }
2267       }
2268     }
2269   }
2270
2271   // Nothing looked good.
2272   return nullptr;
2273 }
2274
2275 void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
2276   SmallSetVector<const SCEV *, 4> Strides;
2277
2278   // Collect interesting types and strides.
2279   SmallVector<const SCEV *, 4> Worklist;
2280   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2281     const SCEV *Expr = IU.getExpr(*UI);
2282
2283     // Collect interesting types.
2284     Types.insert(SE.getEffectiveSCEVType(Expr->getType()));
2285
2286     // Add strides for mentioned loops.
2287     Worklist.push_back(Expr);
2288     do {
2289       const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
2290       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2291         if (AR->getLoop() == L)
2292           Strides.insert(AR->getStepRecurrence(SE));
2293         Worklist.push_back(AR->getStart());
2294       } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2295         Worklist.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
2296       }
2297     } while (!Worklist.empty());
2298   }
2299
2300   // Compute interesting factors from the set of interesting strides.
2301   for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator
2302        I = Strides.begin(), E = Strides.end(); I != E; ++I)
2303     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator NewStrideIter =
2304          std::next(I); NewStrideIter != E; ++NewStrideIter) {
2305       const SCEV *OldStride = *I;
2306       const SCEV *NewStride = *NewStrideIter;
2307
2308       if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) !=
2309           SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType())) {
2310         if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) >
2311             SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType()))
2312           NewStride = SE.getSignExtendExpr(NewStride, OldStride->getType());
2313         else
2314           OldStride = SE.getSignExtendExpr(OldStride, NewStride->getType());
2315       }
2316       if (const SCEVConstant *Factor =
2317             dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(NewStride, OldStride,
2318                                                         SE, true))) {
2319         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2320           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2321       } else if (const SCEVConstant *Factor =
2322                    dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(OldStride,
2323                                                                NewStride,
2324                                                                SE, true))) {
2325         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2326           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2327       }
2328     }
2329
2330   // If all uses use the same type, don't bother looking for truncation-based
2331   // reuse.
2332   if (Types.size() == 1)
2333     Types.clear();
2334
2335   DEBUG(print_factors_and_types(dbgs()));
2336 }
2337
2338 /// findIVOperand - Helper for CollectChains that finds an IV operand (computed
2339 /// by an AddRec in this loop) within [OI,OE) or returns OE. If IVUsers mapped
2340 /// Instructions to IVStrideUses, we could partially skip this.
2341 static User::op_iterator
2342 findIVOperand(User::op_iterator OI, User::op_iterator OE,
2343               Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
2344   for(; OI != OE; ++OI) {
2345     if (Instruction *Oper = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
2346       if (!SE.isSCEVable(Oper->getType()))
2347         continue;
2348
2349       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
2350           dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(Oper))) {
2351         if (AR->getLoop() == L)
2352           break;
2353       }
2354     }
2355   }
2356   return OI;
2357 }
2358
2359 /// getWideOperand - IVChain logic must consistenctly peek base TruncInst
2360 /// operands, so wrap it in a convenient helper.
2361 static Value *getWideOperand(Value *Oper) {
2362   if (TruncInst *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(Oper))
2363     return Trunc->getOperand(0);
2364   return Oper;
2365 }
2366
2367 /// isCompatibleIVType - Return true if we allow an IV chain to include both
2368 /// types.
2369 static bool isCompatibleIVType(Value *LVal, Value *RVal) {
2370   Type *LType = LVal->getType();
2371   Type *RType = RVal->getType();
2372   return (LType == RType) || (LType->isPointerTy() && RType->isPointerTy());
2373 }
2374
2375 /// getExprBase - Return an approximation of this SCEV expression's "base", or
2376 /// NULL for any constant. Returning the expression itself is
2377 /// conservative. Returning a deeper subexpression is more precise and valid as
2378 /// long as it isn't less complex than another subexpression. For expressions
2379 /// involving multiple unscaled values, we need to return the pointer-type
2380 /// SCEVUnknown. This avoids forming chains across objects, such as:
2381 /// PrevOper==a[i], IVOper==b[i], IVInc==b-a.
2382 ///
2383 /// Since SCEVUnknown is the rightmost type, and pointers are the rightmost
2384 /// SCEVUnknown, we simply return the rightmost SCEV operand.
2385 static const SCEV *getExprBase(const SCEV *S) {
2386   switch (S->getSCEVType()) {
2387   default: // uncluding scUnknown.
2388     return S;
2389   case scConstant:
2390     return nullptr;
2391   case scTruncate:
2392     return getExprBase(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand());
2393   case scZeroExtend:
2394     return getExprBase(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand());
2395   case scSignExtend:
2396     return getExprBase(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand());
2397   case scAddExpr: {
2398     // Skip over scaled operands (scMulExpr) to follow add operands as long as
2399     // there's nothing more complex.
2400     // FIXME: not sure if we want to recognize negation.
2401     const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(S);
2402     for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(Add->op_end()),
2403            E(Add->op_begin()); I != E; ++I) {
2404       const SCEV *SubExpr = *I;
2405       if (SubExpr->getSCEVType() == scAddExpr)
2406         return getExprBase(SubExpr);
2407
2408       if (SubExpr->getSCEVType() != scMulExpr)
2409         return SubExpr;
2410     }
2411     return S; // all operands are scaled, be conservative.
2412   }
2413   case scAddRecExpr:
2414     return getExprBase(cast<SCEVAddRecExpr>(S)->getStart());
2415   }
2416 }
2417
2418 /// Return true if the chain increment is profitable to expand into a loop
2419 /// invariant value, which may require its own register. A profitable chain
2420 /// increment will be an offset relative to the same base. We allow such offsets
2421 /// to potentially be used as chain increment as long as it's not obviously
2422 /// expensive to expand using real instructions.
2423 bool IVChain::isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
2424                                     const SCEV *IncExpr,
2425                                     ScalarEvolution &SE) {
2426   // Aggressively form chains when -stress-ivchain.
2427   if (StressIVChain)
2428     return true;
2429
2430   // Do not replace a constant offset from IV head with a nonconstant IV
2431   // increment.
2432   if (!isa<SCEVConstant>(IncExpr)) {
2433     const SCEV *HeadExpr = SE.getSCEV(getWideOperand(Incs[0].IVOperand));
2434     if (isa<SCEVConstant>(SE.getMinusSCEV(OperExpr, HeadExpr)))
2435       return 0;
2436   }
2437
2438   SmallPtrSet<const SCEV*, 8> Processed;
2439   return !isHighCostExpansion(IncExpr, Processed, SE);
2440 }
2441
2442 /// Return true if the number of registers needed for the chain is estimated to
2443 /// be less than the number required for the individual IV users. First prohibit
2444 /// any IV users that keep the IV live across increments (the Users set should
2445 /// be empty). Next count the number and type of increments in the chain.
2446 ///
2447 /// Chaining IVs can lead to considerable code bloat if ISEL doesn't
2448 /// effectively use postinc addressing modes. Only consider it profitable it the
2449 /// increments can be computed in fewer registers when chained.
2450 ///
2451 /// TODO: Consider IVInc free if it's already used in another chains.
2452 static bool
2453 isProfitableChain(IVChain &Chain, SmallPtrSet<Instruction*, 4> &Users,
2454                   ScalarEvolution &SE, const TargetTransformInfo &TTI) {
2455   if (StressIVChain)
2456     return true;
2457
2458   if (!Chain.hasIncs())
2459     return false;
2460
2461   if (!Users.empty()) {
2462     DEBUG(dbgs() << "Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << " users:\n";
2463           for (SmallPtrSet<Instruction*, 4>::const_iterator I = Users.begin(),
2464                  E = Users.end(); I != E; ++I) {
2465             dbgs() << "  " << **I << "\n";
2466           });
2467     return false;
2468   }
2469   assert(!Chain.Incs.empty() && "empty IV chains are not allowed");
2470
2471   // The chain itself may require a register, so intialize cost to 1.
2472   int cost = 1;
2473
2474   // A complete chain likely eliminates the need for keeping the original IV in
2475   // a register. LSR does not currently know how to form a complete chain unless
2476   // the header phi already exists.
2477   if (isa<PHINode>(Chain.tailUserInst())
2478       && SE.getSCEV(Chain.tailUserInst()) == Chain.Incs[0].IncExpr) {
2479     --cost;
2480   }
2481   const SCEV *LastIncExpr = nullptr;
2482   unsigned NumConstIncrements = 0;
2483   unsigned NumVarIncrements = 0;
2484   unsigned NumReusedIncrements = 0;
2485   for (IVChain::const_iterator I = Chain.begin(), E = Chain.end();
2486        I != E; ++I) {
2487
2488     if (I->IncExpr->isZero())
2489       continue;
2490
2491     // Incrementing by zero or some constant is neutral. We assume constants can
2492     // be folded into an addressing mode or an add's immediate operand.
2493     if (isa<SCEVConstant>(I->IncExpr)) {
2494       ++NumConstIncrements;
2495       continue;
2496     }
2497
2498     if (I->IncExpr == LastIncExpr)
2499       ++NumReusedIncrements;
2500     else
2501       ++NumVarIncrements;
2502
2503     LastIncExpr = I->IncExpr;
2504   }
2505   // An IV chain with a single increment is handled by LSR's postinc
2506   // uses. However, a chain with multiple increments requires keeping the IV's
2507   // value live longer than it needs to be if chained.
2508   if (NumConstIncrements > 1)
2509     --cost;
2510
2511   // Materializing increment expressions in the preheader that didn't exist in
2512   // the original code may cost a register. For example, sign-extended array
2513   // indices can produce ridiculous increments like this:
2514   // IV + ((sext i32 (2 * %s) to i64) + (-1 * (sext i32 %s to i64)))
2515   cost += NumVarIncrements;
2516
2517   // Reusing variable increments likely saves a register to hold the multiple of
2518   // the stride.
2519   cost -= NumReusedIncrements;
2520
2521   DEBUG(dbgs() << "Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << " Cost: " << cost
2522                << "\n");
2523
2524   return cost < 0;
2525 }
2526
2527 /// ChainInstruction - Add this IV user to an existing chain or make it the head
2528 /// of a new chain.
2529 void LSRInstance::ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
2530                                    SmallVectorImpl<ChainUsers> &ChainUsersVec) {
2531   // When IVs are used as types of varying widths, they are generally converted
2532   // to a wider type with some uses remaining narrow under a (free) trunc.
2533   Value *const NextIV = getWideOperand(IVOper);
2534   const SCEV *const OperExpr = SE.getSCEV(NextIV);
2535   const SCEV *const OperExprBase = getExprBase(OperExpr);
2536
2537   // Visit all existing chains. Check if its IVOper can be computed as a
2538   // profitable loop invariant increment from the last link in the Chain.
2539   unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2540   const SCEV *LastIncExpr = nullptr;
2541   for (; ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
2542     IVChain &Chain = IVChainVec[ChainIdx];
2543
2544     // Prune the solution space aggressively by checking that both IV operands
2545     // are expressions that operate on the same unscaled SCEVUnknown. This
2546     // "base" will be canceled by the subsequent getMinusSCEV call. Checking
2547     // first avoids creating extra SCEV expressions.
2548     if (!StressIVChain && Chain.ExprBase != OperExprBase)
2549       continue;
2550
2551     Value *PrevIV = getWideOperand(Chain.Incs.back().IVOperand);
2552     if (!isCompatibleIVType(PrevIV, NextIV))
2553       continue;
2554
2555     // A phi node terminates a chain.
2556     if (isa<PHINode>(UserInst) && isa<PHINode>(Chain.tailUserInst()))
2557       continue;
2558
2559     // The increment must be loop-invariant so it can be kept in a register.
2560     const SCEV *PrevExpr = SE.getSCEV(PrevIV);
2561     const SCEV *IncExpr = SE.getMinusSCEV(OperExpr, PrevExpr);
2562     if (!SE.isLoopInvariant(IncExpr, L))
2563       continue;
2564
2565     if (Chain.isProfitableIncrement(OperExpr, IncExpr, SE)) {
2566       LastIncExpr = IncExpr;
2567       break;
2568     }
2569   }
2570   // If we haven't found a chain, create a new one, unless we hit the max. Don't
2571   // bother for phi nodes, because they must be last in the chain.
2572   if (ChainIdx == NChains) {
2573     if (isa<PHINode>(UserInst))
2574       return;
2575     if (NChains >= MaxChains && !StressIVChain) {
2576       DEBUG(dbgs() << "IV Chain Limit\n");
2577       return;
2578     }
2579     LastIncExpr = OperExpr;
2580     // IVUsers may have skipped over sign/zero extensions. We don't currently
2581     // attempt to form chains involving extensions unless they can be hoisted
2582     // into this loop's AddRec.
2583     if (!isa<SCEVAddRecExpr>(LastIncExpr))
2584       return;
2585     ++NChains;
2586     IVChainVec.push_back(IVChain(IVInc(UserInst, IVOper, LastIncExpr),
2587                                  OperExprBase));
2588     ChainUsersVec.resize(NChains);
2589     DEBUG(dbgs() << "IV Chain#" << ChainIdx << " Head: (" << *UserInst
2590                  << ") IV=" << *LastIncExpr << "\n");
2591   } else {
2592     DEBUG(dbgs() << "IV Chain#" << ChainIdx << "  Inc: (" << *UserInst
2593                  << ") IV+" << *LastIncExpr << "\n");
2594     // Add this IV user to the end of the chain.
2595     IVChainVec[ChainIdx].add(IVInc(UserInst, IVOper, LastIncExpr));
2596   }
2597   IVChain &Chain = IVChainVec[ChainIdx];
2598
2599   SmallPtrSet<Instruction*,4> &NearUsers = ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers;
2600   // This chain's NearUsers become FarUsers.
2601   if (!LastIncExpr->isZero()) {
2602     ChainUsersVec[ChainIdx].FarUsers.insert(NearUsers.begin(),
2603                                             NearUsers.end());
2604     NearUsers.clear();
2605   }
2606
2607   // All other uses of IVOperand become near uses of the chain.
2608   // We currently ignore intermediate values within SCEV expressions, assuming
2609   // they will eventually be used be the current chain, or can be computed
2610   // from one of the chain increments. To be more precise we could
2611   // transitively follow its user and only add leaf IV users to the set.
2612   for (User *U : IVOper->users()) {
2613     Instruction *OtherUse = dyn_cast<Instruction>(U);
2614     if (!OtherUse)
2615       continue;
2616     // Uses in the chain will no longer be uses if the chain is formed.
2617     // Include the head of the chain in this iteration (not Chain.begin()).
2618     IVChain::const_iterator IncIter = Chain.Incs.begin();
2619     IVChain::const_iterator IncEnd = Chain.Incs.end();
2620     for( ; IncIter != IncEnd; ++IncIter) {
2621       if (IncIter->UserInst == OtherUse)
2622         break;
2623     }
2624     if (IncIter != IncEnd)
2625       continue;
2626
2627     if (SE.isSCEVable(OtherUse->getType())
2628         && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(OtherUse))
2629         && IU.isIVUserOrOperand(OtherUse)) {
2630       continue;
2631     }
2632     NearUsers.insert(OtherUse);
2633   }
2634
2635   // Since this user is part of the chain, it's no longer considered a use
2636   // of the chain.
2637   ChainUsersVec[ChainIdx].FarUsers.erase(UserInst);
2638 }
2639
2640 /// CollectChains - Populate the vector of Chains.
2641 ///
2642 /// This decreases ILP at the architecture level. Targets with ample registers,
2643 /// multiple memory ports, and no register renaming probably don't want
2644 /// this. However, such targets should probably disable LSR altogether.
2645 ///
2646 /// The job of LSR is to make a reasonable choice of induction variables across
2647 /// the loop. Subsequent passes can easily "unchain" computation exposing more
2648 /// ILP *within the loop* if the target wants it.
2649 ///
2650 /// Finding the best IV chain is potentially a scheduling problem. Since LSR
2651 /// will not reorder memory operations, it will recognize this as a chain, but
2652 /// will generate redundant IV increments. Ideally this would be corrected later
2653 /// by a smart scheduler:
2654 ///        = A[i]
2655 ///        = A[i+x]
2656 /// A[i]   =
2657 /// A[i+x] =
2658 ///
2659 /// TODO: Walk the entire domtree within this loop, not just the path to the
2660 /// loop latch. This will discover chains on side paths, but requires
2661 /// maintaining multiple copies of the Chains state.
2662 void LSRInstance::CollectChains() {
2663   DEBUG(dbgs() << "Collecting IV Chains.\n");
2664   SmallVector<ChainUsers, 8> ChainUsersVec;
2665
2666   SmallVector<BasicBlock *,8> LatchPath;
2667   BasicBlock *LoopHeader = L->getHeader();
2668   for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(L->getLoopLatch());
2669        Rung->getBlock() != LoopHeader; Rung = Rung->getIDom()) {
2670     LatchPath.push_back(Rung->getBlock());
2671   }
2672   LatchPath.push_back(LoopHeader);
2673
2674   // Walk the instruction stream from the loop header to the loop latch.
2675   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::reverse_iterator
2676          BBIter = LatchPath.rbegin(), BBEnd = LatchPath.rend();
2677        BBIter != BBEnd; ++BBIter) {
2678     for (BasicBlock::iterator I = (*BBIter)->begin(), E = (*BBIter)->end();
2679          I != E; ++I) {
2680       // Skip instructions that weren't seen by IVUsers analysis.
2681       if (isa<PHINode>(I) || !IU.isIVUserOrOperand(I))
2682         continue;
2683
2684       // Ignore users that are part of a SCEV expression. This way we only
2685       // consider leaf IV Users. This effectively rediscovers a portion of
2686       // IVUsers analysis but in program order this time.
2687       if (SE.isSCEVable(I->getType()) && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(I)))
2688         continue;
2689
2690       // Remove this instruction from any NearUsers set it may be in.
2691       for (unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2692            ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
2693         ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers.erase(I);
2694       }
2695       // Search for operands that can be chained.
2696       SmallPtrSet<Instruction*, 4> UniqueOperands;
2697       User::op_iterator IVOpEnd = I->op_end();
2698       User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(I->op_begin(), IVOpEnd, L, SE);
2699       while (IVOpIter != IVOpEnd) {
2700         Instruction *IVOpInst = cast<Instruction>(*IVOpIter);
2701         if (UniqueOperands.insert(IVOpInst))
2702           ChainInstruction(I, IVOpInst, ChainUsersVec);
2703         IVOpIter = findIVOperand(std::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
2704       }
2705     } // Continue walking down the instructions.
2706   } // Continue walking down the domtree.
2707   // Visit phi backedges to determine if the chain can generate the IV postinc.
2708   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2709        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2710     if (!SE.isSCEVable(PN->getType()))
2711       continue;
2712
2713     Instruction *IncV =
2714       dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch()));
2715     if (IncV)
2716       ChainInstruction(PN, IncV, ChainUsersVec);
2717   }
2718   // Remove any unprofitable chains.
2719   unsigned ChainIdx = 0;
2720   for (unsigned UsersIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2721        UsersIdx < NChains; ++UsersIdx) {
2722     if (!isProfitableChain(IVChainVec[UsersIdx],
2723                            ChainUsersVec[UsersIdx].FarUsers, SE, TTI))
2724       continue;
2725     // Preserve the chain at UsesIdx.
2726     if (ChainIdx != UsersIdx)
2727       IVChainVec[ChainIdx] = IVChainVec[UsersIdx];
2728     FinalizeChain(IVChainVec[ChainIdx]);
2729     ++ChainIdx;
2730   }
2731   IVChainVec.resize(ChainIdx);
2732 }
2733
2734 void LSRInstance::FinalizeChain(IVChain &Chain) {
2735   assert(!Chain.Incs.empty() && "empty IV chains are not allowed");
2736   DEBUG(dbgs() << "Final Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << "\n");
2737
2738   for (IVChain::const_iterator I = Chain.begin(), E = Chain.end();
2739        I != E; ++I) {
2740     DEBUG(dbgs() << "        Inc: " << *I->UserInst << "\n");
2741     User::op_iterator UseI =
2742       std::find(I->UserInst->op_begin(), I->UserInst->op_end(), I->IVOperand);
2743     assert(UseI != I->UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
2744     IVIncSet.insert(UseI);
2745   }
2746 }
2747
2748 /// Return true if the IVInc can be folded into an addressing mode.
2749 static bool canFoldIVIncExpr(const SCEV *IncExpr, Instruction *UserInst,
2750                              Value *Operand, const TargetTransformInfo &TTI) {
2751   const SCEVConstant *IncConst = dyn_cast<SCEVConstant>(IncExpr);
2752   if (!IncConst || !isAddressUse(UserInst, Operand))
2753     return false;
2754
2755   if (IncConst->getValue()->getValue().getMinSignedBits() > 64)
2756     return false;
2757
2758   int64_t IncOffset = IncConst->getValue()->getSExtValue();
2759   if (!isAlwaysFoldable(TTI, LSRUse::Address,
2760                         getAccessType(UserInst), /*BaseGV=*/ nullptr,
2761                         IncOffset, /*HaseBaseReg=*/ false))
2762     return false;
2763
2764   return true;
2765 }
2766
2767 /// GenerateIVChains - Generate an add or subtract for each IVInc in a chain to
2768 /// materialize the IV user's operand from the previous IV user's operand.
2769 void LSRInstance::GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
2770                                   SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
2771   // Find the new IVOperand for the head of the chain. It may have been replaced
2772   // by LSR.
2773   const IVInc &Head = Chain.Incs[0];
2774   User::op_iterator IVOpEnd = Head.UserInst->op_end();
2775   // findIVOperand returns IVOpEnd if it can no longer find a valid IV user.
2776   User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(Head.UserInst->op_begin(),
2777                                              IVOpEnd, L, SE);
2778   Value *IVSrc = nullptr;
2779   while (IVOpIter != IVOpEnd) {
2780     IVSrc = getWideOperand(*IVOpIter);
2781
2782     // If this operand computes the expression that the chain needs, we may use
2783     // it. (Check this after setting IVSrc which is used below.)
2784     //
2785     // Note that if Head.IncExpr is wider than IVSrc, then this phi is too
2786     // narrow for the chain, so we can no longer use it. We do allow using a
2787     // wider phi, assuming the LSR checked for free truncation. In that case we
2788     // should already have a truncate on this operand such that
2789     // getSCEV(IVSrc) == IncExpr.
2790     if (SE.getSCEV(*IVOpIter) == Head.IncExpr
2791         || SE.getSCEV(IVSrc) == Head.IncExpr) {
2792       break;
2793     }
2794     IVOpIter = findIVOperand(std::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
2795   }
2796   if (IVOpIter == IVOpEnd) {
2797     // Gracefully give up on this chain.
2798     DEBUG(dbgs() << "Concealed chain head: " << *Head.UserInst << "\n");
2799     return;
2800   }
2801
2802   DEBUG(dbgs() << "Generate chain at: " << *IVSrc << "\n");
2803   Type *IVTy = IVSrc->getType();
2804   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(IVTy);
2805   const SCEV *LeftOverExpr = nullptr;
2806   for (IVChain::const_iterator IncI = Chain.begin(),
2807          IncE = Chain.end(); IncI != IncE; ++IncI) {
2808
2809     Instruction *InsertPt = IncI->UserInst;
2810     if (isa<PHINode>(InsertPt))
2811       InsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
2812
2813     // IVOper will replace the current IV User's operand. IVSrc is the IV
2814     // value currently held in a register.
2815     Value *IVOper = IVSrc;
2816     if (!IncI->IncExpr->isZero()) {
2817       // IncExpr was the result of subtraction of two narrow values, so must
2818       // be signed.
2819       const SCEV *IncExpr = SE.getNoopOrSignExtend(IncI->IncExpr, IntTy);
2820       LeftOverExpr = LeftOverExpr ?
2821         SE.getAddExpr(LeftOverExpr, IncExpr) : IncExpr;
2822     }
2823     if (LeftOverExpr && !LeftOverExpr->isZero()) {
2824       // Expand the IV increment.
2825       Rewriter.clearPostInc();
2826       Value *IncV = Rewriter.expandCodeFor(LeftOverExpr, IntTy, InsertPt);
2827       const SCEV *IVOperExpr = SE.getAddExpr(SE.getUnknown(IVSrc),
2828                                              SE.getUnknown(IncV));
2829       IVOper = Rewriter.expandCodeFor(IVOperExpr, IVTy, InsertPt);
2830
2831       // If an IV increment can't be folded, use it as the next IV value.
2832       if (!canFoldIVIncExpr(LeftOverExpr, IncI->UserInst, IncI->IVOperand,
2833                             TTI)) {
2834         assert(IVTy == IVOper->getType() && "inconsistent IV increment type");
2835         IVSrc = IVOper;
2836         LeftOverExpr = nullptr;
2837       }
2838     }
2839     Type *OperTy = IncI->IVOperand->getType();
2840     if (IVTy != OperTy) {
2841       assert(SE.getTypeSizeInBits(IVTy) >= SE.getTypeSizeInBits(OperTy) &&
2842              "cannot extend a chained IV");
2843       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
2844       IVOper = Builder.CreateTruncOrBitCast(IVOper, OperTy, "lsr.chain");
2845     }
2846     IncI->UserInst->replaceUsesOfWith(IncI->IVOperand, IVOper);
2847     DeadInsts.push_back(IncI->IVOperand);
2848   }
2849   // If LSR created a new, wider phi, we may also replace its postinc. We only
2850   // do this if we also found a wide value for the head of the chain.
2851   if (isa<PHINode>(Chain.tailUserInst())) {
2852     for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2853          PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2854       if (!isCompatibleIVType(Phi, IVSrc))
2855         continue;
2856       Instruction *PostIncV = dyn_cast<Instruction>(
2857         Phi->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch()));
2858       if (!PostIncV || (SE.getSCEV(PostIncV) != SE.getSCEV(IVSrc)))
2859         continue;
2860       Value *IVOper = IVSrc;
2861       Type *PostIncTy = PostIncV->getType();
2862       if (IVTy != PostIncTy) {
2863         assert(PostIncTy->isPointerTy() && "mixing int/ptr IV types");
2864         IRBuilder<> Builder(L->getLoopLatch()->getTerminator());
2865         Builder.SetCurrentDebugLocation(PostIncV->getDebugLoc());
2866         IVOper = Builder.CreatePointerCast(IVSrc, PostIncTy, "lsr.chain");
2867       }
2868       Phi->replaceUsesOfWith(PostIncV, IVOper);
2869       DeadInsts.push_back(PostIncV);
2870     }
2871   }
2872 }
2873
2874 void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
2875   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2876     Instruction *UserInst = UI->getUser();
2877     // Skip IV users that are part of profitable IV Chains.
2878     User::op_iterator UseI = std::find(UserInst->op_begin(), UserInst->op_end(),
2879                                        UI->getOperandValToReplace());
2880     assert(UseI != UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
2881     if (IVIncSet.count(UseI))
2882       continue;
2883
2884     // Record the uses.
2885     LSRFixup &LF = getNewFixup();
2886     LF.UserInst = UserInst;
2887     LF.OperandValToReplace = UI->getOperandValToReplace();
2888     LF.PostIncLoops = UI->getPostIncLoops();
2889
2890     LSRUse::KindType Kind = LSRUse::Basic;
2891     Type *AccessTy = nullptr;
2892     if (isAddressUse(LF.UserInst, LF.OperandValToReplace)) {
2893       Kind = LSRUse::Address;
2894       AccessTy = getAccessType(LF.UserInst);
2895     }
2896
2897     const SCEV *S = IU.getExpr(*UI);
2898
2899     // Equality (== and !=) ICmps are special. We can rewrite (i == N) as
2900     // (N - i == 0), and this allows (N - i) to be the expression that we work
2901     // with rather than just N or i, so we can consider the register
2902     // requirements for both N and i at the same time. Limiting this code to
2903     // equality icmps is not a problem because all interesting loops use
2904     // equality icmps, thanks to IndVarSimplify.
2905     if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(LF.UserInst))
2906       if (CI->isEquality()) {
2907         // Swap the operands if needed to put the OperandValToReplace on the
2908         // left, for consistency.
2909         Value *NV = CI->getOperand(1);
2910         if (NV == LF.OperandValToReplace) {
2911           CI->setOperand(1, CI->getOperand(0));
2912           CI->setOperand(0, NV);
2913           NV = CI->getOperand(1);
2914           Changed = true;
2915         }
2916
2917         // x == y  -->  x - y == 0
2918         const SCEV *N = SE.getSCEV(NV);
2919         if (SE.isLoopInvariant(N, L) && isSafeToExpand(N, SE)) {
2920           // S is normalized, so normalize N before folding it into S
2921           // to keep the result normalized.
2922           N = TransformForPostIncUse(Normalize, N, CI, nullptr,
2923                                      LF.PostIncLoops, SE, DT);
2924           Kind = LSRUse::ICmpZero;
2925           S = SE.getMinusSCEV(N, S);
2926         }
2927
2928         // -1 and the negations of all interesting strides (except the negation
2929         // of -1) are now also interesting.
2930         for (size_t i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i)
2931           if (Factors[i] != -1)
2932             Factors.insert(-(uint64_t)Factors[i]);
2933         Factors.insert(-1);
2934       }
2935
2936     // Set up the initial formula for this use.
2937     std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, Kind, AccessTy);
2938     LF.LUIdx = P.first;
2939     LF.Offset = P.second;
2940     LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
2941     LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
2942     if (!LU.WidestFixupType ||
2943         SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
2944         SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
2945       LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
2946
2947     // If this is the first use of this LSRUse, give it a formula.
2948     if (LU.Formulae.empty()) {
2949       InsertInitialFormula(S, LU, LF.LUIdx);
2950       CountRegisters(LU.Formulae.back(), LF.LUIdx);
2951     }
2952   }
2953
2954   DEBUG(print_fixups(dbgs()));
2955 }
2956
2957 /// InsertInitialFormula - Insert a formula for the given expression into
2958 /// the given use, separating out loop-variant portions from loop-invariant
2959 /// and loop-computable portions.
2960 void
2961 LSRInstance::InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2962   // Mark uses whose expressions cannot be expanded.
2963   if (!isSafeToExpand(S, SE))
2964     LU.RigidFormula = true;
2965
2966   Formula F;
2967   F.InitialMatch(S, L, SE);
2968   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2969   assert(Inserted && "Initial formula already exists!"); (void)Inserted;
2970 }
2971
2972 /// InsertSupplementalFormula - Insert a simple single-register formula for
2973 /// the given expression into the given use.
2974 void
2975 LSRInstance::InsertSupplementalFormula(const SCEV *S,
2976                                        LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2977   Formula F;
2978   F.BaseRegs.push_back(S);
2979   F.HasBaseReg = true;
2980   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
2981   assert(Inserted && "Supplemental formula already exists!"); (void)Inserted;
2982 }
2983
2984 /// CountRegisters - Note which registers are used by the given formula,
2985 /// updating RegUses.
2986 void LSRInstance::CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx) {
2987   if (F.ScaledReg)
2988     RegUses.CountRegister(F.ScaledReg, LUIdx);
2989   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
2990        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
2991     RegUses.CountRegister(*I, LUIdx);
2992 }
2993
2994 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
2995 /// the list, and return true. Return false otherwise.
2996 bool LSRInstance::InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F) {
2997   if (!LU.InsertFormula(F))
2998     return false;
2999
3000   CountRegisters(F, LUIdx);
3001   return true;
3002 }
3003
3004 /// CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae - Check for other uses of
3005 /// loop-invariant values which we're tracking. These other uses will pin these
3006 /// values in registers, making them less profitable for elimination.
3007 /// TODO: This currently misses non-constant addrec step registers.
3008 /// TODO: Should this give more weight to users inside the loop?
3009 void
3010 LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
3011   SmallVector<const SCEV *, 8> Worklist(RegUses.begin(), RegUses.end());
3012   SmallPtrSet<const SCEV *, 8> Inserted;
3013
3014   while (!Worklist.empty()) {
3015     const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
3016
3017     if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S))
3018       Worklist.append(N->op_begin(), N->op_end());
3019     else if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
3020       Worklist.push_back(C->getOperand());
3021     else if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3022       Worklist.push_back(D->getLHS());
3023       Worklist.push_back(D->getRHS());
3024     } else if (const SCEVUnknown *US = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3025       if (!Inserted.insert(US)) continue;
3026       const Value *V = US->getValue();
3027       if (const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3028         // Look for instructions defined outside the loop.
3029         if (L->contains(Inst)) continue;
3030       } else if (isa<UndefValue>(V))
3031         // Undef doesn't have a live range, so it doesn't matter.
3032         continue;
3033       for (const Use &U : V->uses()) {
3034         const Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(U.getUser());
3035         // Ignore non-instructions.
3036         if (!UserInst)
3037           continue;
3038         // Ignore instructions in other functions (as can happen with
3039         // Constants).
3040         if (UserInst->getParent()->getParent() != L->getHeader()->getParent())
3041           continue;
3042         // Ignore instructions not dominated by the loop.
3043         const BasicBlock *UseBB = !isa<PHINode>(UserInst) ?
3044           UserInst->getParent() :
3045           cast<PHINode>(UserInst)->getIncomingBlock(
3046             PHINode::getIncomingValueNumForOperand(U.getOperandNo()));
3047         if (!DT.dominates(L->getHeader(), UseBB))
3048           continue;
3049         // Ignore uses which are part of other SCEV expressions, to avoid
3050         // analyzing them multiple times.
3051         if (SE.isSCEVable(UserInst->getType())) {
3052           const SCEV *UserS = SE.getSCEV(const_cast<Instruction *>(UserInst));
3053           // If the user is a no-op, look through to its uses.
3054           if (!isa<SCEVUnknown>(UserS))
3055             continue;
3056           if (UserS == US) {
3057             Worklist.push_back(
3058               SE.getUnknown(const_cast<Instruction *>(UserInst)));
3059             continue;
3060           }
3061         }
3062         // Ignore icmp instructions which are already being analyzed.
3063         if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UserInst)) {
3064           unsigned OtherIdx = !U.getOperandNo();
3065           Value *OtherOp = const_cast<Value *>(ICI->getOperand(OtherIdx));
3066           if (SE.hasComputableLoopEvolution(SE.getSCEV(OtherOp), L))
3067             continue;
3068         }
3069
3070         LSRFixup &LF = getNewFixup();
3071         LF.UserInst = const_cast<Instruction *>(UserInst);
3072         LF.OperandValToReplace = U;
3073         std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, LSRUse::Basic, nullptr);
3074         LF.LUIdx = P.first;
3075         LF.Offset = P.second;
3076         LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
3077         LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
3078         if (!LU.WidestFixupType ||
3079             SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
3080             SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
3081           LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
3082         InsertSupplementalFormula(US, LU, LF.LUIdx);
3083         CountRegisters(LU.Formulae.back(), Uses.size() - 1);
3084         break;
3085       }
3086     }
3087   }
3088 }
3089
3090 /// CollectSubexprs - Split S into subexpressions which can be pulled out into
3091 /// separate registers. If C is non-null, multiply each subexpression by C.
3092 ///
3093 /// Return remainder expression after factoring the subexpressions captured by
3094 /// Ops. If Ops is complete, return NULL.
3095 static const SCEV *CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
3096                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
3097                                    const Loop *L,
3098                                    ScalarEvolution &SE,
3099                                    unsigned Depth = 0) {
3100   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
3101   if (Depth >= 3)
3102     return S;
3103
3104   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3105     // Break out add operands.
3106     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
3107          I != E; ++I) {
3108       const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(*I, C, Ops, L, SE, Depth+1);
3109       if (Remainder)
3110         Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
3111     }
3112     return nullptr;
3113   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3114     // Split a non-zero base out of an addrec.
3115     if (AR->getStart()->isZero())
3116       return S;
3117
3118     const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(AR->getStart(),
3119                                             C, Ops, L, SE, Depth+1);
3120     // Split the non-zero AddRec unless it is part of a nested recurrence that
3121     // does not pertain to this loop.
3122     if (Remainder && (AR->getLoop() == L || !isa<SCEVAddRecExpr>(Remainder))) {
3123       Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
3124       Remainder = nullptr;
3125     }
3126     if (Remainder != AR->getStart()) {
3127       if (!Remainder)
3128         Remainder = SE.getConstant(AR->getType(), 0);
3129       return SE.getAddRecExpr(Remainder,
3130                               AR->getStepRecurrence(SE),
3131                               AR->getLoop(),
3132                               //FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
3133                               SCEV::FlagAnyWrap);
3134     }
3135   } else if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3136     // Break (C * (a + b + c)) into C*a + C*b + C*c.
3137     if (Mul->getNumOperands() != 2)
3138       return S;
3139     if (const SCEVConstant *Op0 =
3140         dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
3141       C = C ? cast<SCEVConstant>(SE.getMulExpr(C, Op0)) : Op0;
3142       const SCEV *Remainder =
3143         CollectSubexprs(Mul->getOperand(1), C, Ops, L, SE, Depth+1);
3144       if (Remainder)
3145         Ops.push_back(SE.getMulExpr(C, Remainder));
3146       return nullptr;
3147     }
3148   }
3149   return S;
3150 }
3151
3152 /// GenerateReassociations - Split out subexpressions from adds and the bases of
3153 /// addrecs.
3154 void LSRInstance::GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3155                                          Formula Base,
3156                                          unsigned Depth) {
3157   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
3158   if (Depth >= 3) return;
3159
3160   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3161     const SCEV *BaseReg = Base.BaseRegs[i];
3162
3163     SmallVector<const SCEV *, 8> AddOps;
3164     const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(BaseReg, nullptr, AddOps, L, SE);
3165     if (Remainder)
3166       AddOps.push_back(Remainder);
3167
3168     if (AddOps.size() == 1) continue;
3169
3170     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = AddOps.begin(),
3171          JE = AddOps.end(); J != JE; ++J) {
3172
3173       // Loop-variant "unknown" values are uninteresting; we won't be able to
3174       // do anything meaningful with them.
3175       if (isa<SCEVUnknown>(*J) && !SE.isLoopInvariant(*J, L))
3176         continue;
3177
3178       // Don't pull a constant into a register if the constant could be folded
3179       // into an immediate field.
3180       if (isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
3181                            LU.AccessTy, *J, Base.getNumRegs() > 1))
3182         continue;
3183
3184       // Collect all operands except *J.
3185       SmallVector<const SCEV *, 8> InnerAddOps(
3186           ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).begin(), J);
3187       InnerAddOps.append(std::next(J),
3188                          ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).end());
3189
3190       // Don't leave just a constant behind in a register if the constant could
3191       // be folded into an immediate field.
3192       if (InnerAddOps.size() == 1 &&
3193           isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
3194                            LU.AccessTy, InnerAddOps[0], Base.getNumRegs() > 1))
3195         continue;
3196
3197       const SCEV *InnerSum = SE.getAddExpr(InnerAddOps);
3198       if (InnerSum->isZero())
3199         continue;
3200       Formula F = Base;
3201
3202       // Add the remaining pieces of the add back into the new formula.
3203       const SCEVConstant *InnerSumSC = dyn_cast<SCEVConstant>(InnerSum);
3204       if (InnerSumSC &&
3205           SE.getTypeSizeInBits(InnerSumSC->getType()) <= 64 &&
3206           TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3207                                   InnerSumSC->getValue()->getZExtValue())) {
3208         F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3209                            InnerSumSC->getValue()->getZExtValue();
3210         F.BaseRegs.erase(F.BaseRegs.begin() + i);
3211       } else
3212         F.BaseRegs[i] = InnerSum;
3213
3214       // Add J as its own register, or an unfolded immediate.
3215       const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*J);
3216       if (SC && SE.getTypeSizeInBits(SC->getType()) <= 64 &&
3217           TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3218                                   SC->getValue()->getZExtValue()))
3219         F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3220                            SC->getValue()->getZExtValue();
3221       else
3222         F.BaseRegs.push_back(*J);
3223
3224       if (InsertFormula(LU, LUIdx, F))
3225         // If that formula hadn't been seen before, recurse to find more like
3226         // it.
3227         GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae.back(), Depth+1);
3228     }
3229   }
3230 }
3231
3232 /// GenerateCombinations - Generate a formula consisting of all of the
3233 /// loop-dominating registers added into a single register.
3234 void LSRInstance::GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3235                                        Formula Base) {
3236   // This method is only interesting on a plurality of registers.
3237   if (Base.BaseRegs.size() <= 1) return;
3238
3239   Formula F = Base;
3240   F.BaseRegs.clear();
3241   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
3242   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3243        I = Base.BaseRegs.begin(), E = Base.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3244     const SCEV *BaseReg = *I;
3245     if (SE.properlyDominates(BaseReg, L->getHeader()) &&
3246         !SE.hasComputableLoopEvolution(BaseReg, L))
3247       Ops.push_back(BaseReg);
3248     else
3249       F.BaseRegs.push_back(BaseReg);
3250   }
3251   if (Ops.size() > 1) {
3252     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Ops);
3253     // TODO: If Sum is zero, it probably means ScalarEvolution missed an
3254     // opportunity to fold something. For now, just ignore such cases
3255     // rather than proceed with zero in a register.
3256     if (!Sum->isZero()) {
3257       F.BaseRegs.push_back(Sum);
3258       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3259     }
3260   }
3261 }
3262
3263 /// GenerateSymbolicOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
3264 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3265                                           Formula Base) {
3266   // We can't add a symbolic offset if the address already contains one.
3267   if (Base.BaseGV) return;
3268
3269   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3270     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
3271     GlobalValue *GV = ExtractSymbol(G, SE);
3272     if (G->isZero() || !GV)
3273       continue;
3274     Formula F = Base;
3275     F.BaseGV = GV;
3276     if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3277       continue;
3278     F.BaseRegs[i] = G;
3279     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3280   }
3281 }
3282
3283 /// GenerateConstantOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
3284 void LSRInstance::GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3285                                           Formula Base) {
3286   // TODO: For now, just add the min and max offset, because it usually isn't
3287   // worthwhile looking at everything inbetween.
3288   SmallVector<int64_t, 2> Worklist;
3289   Worklist.push_back(LU.MinOffset);
3290   if (LU.MaxOffset != LU.MinOffset)
3291     Worklist.push_back(LU.MaxOffset);
3292
3293   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3294     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
3295
3296     for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Worklist.begin(),
3297          E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
3298       Formula F = Base;
3299       F.BaseOffset = (uint64_t)Base.BaseOffset - *I;
3300       if (isLegalUse(TTI, LU.MinOffset - *I, LU.MaxOffset - *I, LU.Kind,
3301                      LU.AccessTy, F)) {
3302         // Add the offset to the base register.
3303         const SCEV *NewG = SE.getAddExpr(SE.getConstant(G->getType(), *I), G);
3304         // If it cancelled out, drop the base register, otherwise update it.
3305         if (NewG->isZero()) {
3306           std::swap(F.BaseRegs[i], F.BaseRegs.back());
3307           F.BaseRegs.pop_back();
3308         } else
3309           F.BaseRegs[i] = NewG;
3310
3311         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3312       }
3313     }
3314
3315     int64_t Imm = ExtractImmediate(G, SE);
3316     if (G->isZero() || Imm == 0)
3317       continue;
3318     Formula F = Base;
3319     F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm;
3320     if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3321       continue;
3322     F.BaseRegs[i] = G;
3323     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3324   }
3325 }
3326
3327 /// GenerateICmpZeroScales - For ICmpZero, check to see if we can scale up
3328 /// the comparison. For example, x == y -> x*c == y*c.
3329 void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3330                                          Formula Base) {
3331   if (LU.Kind != LSRUse::ICmpZero) return;
3332
3333   // Determine the integer type for the base formula.
3334   Type *IntTy = Base.getType();
3335   if (!IntTy) return;
3336   if (SE.getTypeSizeInBits(IntTy) > 64) return;
3337
3338   // Don't do this if there is more than one offset.
3339   if (LU.MinOffset != LU.MaxOffset) return;
3340
3341   assert(!Base.BaseGV && "ICmpZero use is not legal!");
3342
3343   // Check each interesting stride.
3344   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3345        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3346     int64_t Factor = *I;
3347
3348     // Check that the multiplication doesn't overflow.
3349     if (Base.BaseOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
3350       continue;
3351     int64_t NewBaseOffset = (uint64_t)Base.BaseOffset * Factor;
3352     if (NewBaseOffset / Factor != Base.BaseOffset)
3353       continue;
3354     // If the offset will be truncated at this use, check that it is in bounds.
3355     if (!IntTy->isPointerTy() &&
3356         !ConstantInt::isValueValidForType(IntTy, NewBaseOffset))
3357       continue;
3358
3359     // Check that multiplying with the use offset doesn't overflow.
3360     int64_t Offset = LU.MinOffset;
3361     if (Offset == INT64_MIN && Factor == -1)
3362       continue;
3363     Offset = (uint64_t)Offset * Factor;
3364     if (Offset / Factor != LU.MinOffset)
3365       continue;
3366     // If the offset will be truncated at this use, check that it is in bounds.
3367     if (!IntTy->isPointerTy() &&
3368         !ConstantInt::isValueValidForType(IntTy, Offset))
3369       continue;
3370
3371     Formula F = Base;
3372     F.BaseOffset = NewBaseOffset;
3373
3374     // Check that this scale is legal.
3375     if (!isLegalUse(TTI, Offset, Offset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3376       continue;
3377
3378     // Compensate for the use having MinOffset built into it.
3379     F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Offset - LU.MinOffset;
3380
3381     const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
3382
3383     // Check that multiplying with each base register doesn't overflow.
3384     for (size_t i = 0, e = F.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3385       F.BaseRegs[i] = SE.getMulExpr(F.BaseRegs[i], FactorS);
3386       if (getExactSDiv(F.BaseRegs[i], FactorS, SE) != Base.BaseRegs[i])
3387         goto next;
3388     }
3389
3390     // Check that multiplying with the scaled register doesn't overflow.
3391     if (F.ScaledReg) {
3392       F.ScaledReg = SE.getMulExpr(F.ScaledReg, FactorS);
3393       if (getExactSDiv(F.ScaledReg, FactorS, SE) != Base.ScaledReg)
3394         continue;
3395     }
3396
3397     // Check that multiplying with the unfolded offset doesn't overflow.
3398     if (F.UnfoldedOffset != 0) {
3399       if (F.UnfoldedOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
3400         continue;
3401       F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset * Factor;
3402       if (F.UnfoldedOffset / Factor != Base.UnfoldedOffset)
3403         continue;
3404       // If the offset will be truncated, check that it is in bounds.
3405       if (!IntTy->isPointerTy() &&
3406           !ConstantInt::isValueValidForType(IntTy, F.UnfoldedOffset))
3407         continue;
3408     }
3409
3410     // If we make it here and it's legal, add it.
3411     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3412   next:;
3413   }
3414 }
3415
3416 /// GenerateScales - Generate stride factor reuse formulae by making use of
3417 /// scaled-offset address modes, for example.
3418 void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
3419   // Determine the integer type for the base formula.
3420   Type *IntTy = Base.getType();
3421   if (!IntTy) return;
3422
3423   // If this Formula already has a scaled register, we can't add another one.
3424   if (Base.Scale != 0) return;
3425
3426   // Check each interesting stride.
3427   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3428        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3429     int64_t Factor = *I;
3430
3431     Base.Scale = Factor;
3432     Base.HasBaseReg = Base.BaseRegs.size() > 1;
3433     // Check whether this scale is going to be legal.
3434     if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
3435                     Base)) {
3436       // As a special-case, handle special out-of-loop Basic users specially.
3437       // TODO: Reconsider this special case.
3438       if (LU.Kind == LSRUse::Basic &&
3439           isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LSRUse::Special,
3440                      LU.AccessTy, Base) &&
3441           LU.AllFixupsOutsideLoop)
3442         LU.Kind = LSRUse::Special;
3443       else
3444         continue;
3445     }
3446     // For an ICmpZero, negating a solitary base register won't lead to
3447     // new solutions.
3448     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero &&
3449         !Base.HasBaseReg && Base.BaseOffset == 0 && !Base.BaseGV)
3450       continue;
3451     // For each addrec base reg, apply the scale, if possible.
3452     for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
3453       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
3454             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base.BaseRegs[i])) {
3455         const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
3456         if (FactorS->isZero())
3457           continue;
3458         // Divide out the factor, ignoring high bits, since we'll be
3459         // scaling the value back up in the end.
3460         if (const SCEV *Quotient = getExactSDiv(AR, FactorS, SE, true)) {
3461           // TODO: This could be optimized to avoid all the copying.
3462           Formula F = Base;
3463           F.ScaledReg = Quotient;
3464           F.DeleteBaseReg(F.BaseRegs[i]);
3465           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3466         }
3467       }
3468   }
3469 }
3470
3471 /// GenerateTruncates - Generate reuse formulae from different IV types.
3472 void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
3473   // Don't bother truncating symbolic values.
3474   if (Base.BaseGV) return;
3475
3476   // Determine the integer type for the base formula.
3477   Type *DstTy = Base.getType();
3478   if (!DstTy) return;
3479   DstTy = SE.getEffectiveSCEVType(DstTy);
3480
3481   for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
3482        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
3483     Type *SrcTy = *I;
3484     if (SrcTy != DstTy && TTI.isTruncateFree(SrcTy, DstTy)) {
3485       Formula F = Base;
3486
3487       if (F.ScaledReg) F.ScaledReg = SE.getAnyExtendExpr(F.ScaledReg, *I);
3488       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator J = F.BaseRegs.begin(),
3489            JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J)
3490         *J = SE.getAnyExtendExpr(*J, SrcTy);
3491
3492       // TODO: This assumes we've done basic processing on all uses and
3493       // have an idea what the register usage is.
3494       if (!F.hasRegsUsedByUsesOtherThan(LUIdx, RegUses))
3495         continue;
3496
3497       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3498     }
3499   }
3500 }
3501
3502 namespace {
3503
3504 /// WorkItem - Helper class for GenerateCrossUseConstantOffsets. It's used to
3505 /// defer modifications so that the search phase doesn't have to worry about
3506 /// the data structures moving underneath it.
3507 struct WorkItem {
3508   size_t LUIdx;
3509   int64_t Imm;
3510   const SCEV *OrigReg;
3511
3512   WorkItem(size_t LI, int64_t I, const SCEV *R)
3513     : LUIdx(LI), Imm(I), OrigReg(R) {}
3514
3515   void print(raw_ostream &OS) const;
3516   void dump() const;
3517 };
3518
3519 }
3520
3521 void WorkItem::print(raw_ostream &OS) const {
3522   OS << "in formulae referencing " << *OrigReg << " in use " << LUIdx
3523      << " , add offset " << Imm;
3524 }
3525
3526 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
3527 void WorkItem::dump() const {
3528   print(errs()); errs() << '\n';
3529 }
3530 #endif
3531
3532 /// GenerateCrossUseConstantOffsets - Look for registers which are a constant
3533 /// distance apart and try to form reuse opportunities between them.
3534 void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
3535   // Group the registers by their value without any added constant offset.
3536   typedef std::map<int64_t, const SCEV *> ImmMapTy;
3537   typedef DenseMap<const SCEV *, ImmMapTy> RegMapTy;
3538   RegMapTy Map;
3539   DenseMap<const SCEV *, SmallBitVector> UsedByIndicesMap;
3540   SmallVector<const SCEV *, 8> Sequence;
3541   for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
3542        I != E; ++I) {
3543     const SCEV *Reg = *I;
3544     int64_t Imm = ExtractImmediate(Reg, SE);
3545     std::pair<RegMapTy::iterator, bool> Pair =
3546       Map.insert(std::make_pair(Reg, ImmMapTy()));
3547     if (Pair.second)
3548       Sequence.push_back(Reg);
3549     Pair.first->second.insert(std::make_pair(Imm, *I));
3550     UsedByIndicesMap[Reg] |= RegUses.getUsedByIndices(*I);
3551   }
3552
3553   // Now examine each set of registers with the same base value. Build up
3554   // a list of work to do and do the work in a separate step so that we're
3555   // not adding formulae and register counts while we're searching.
3556   SmallVector<WorkItem, 32> WorkItems;
3557   SmallSet<std::pair<size_t, int64_t>, 32> UniqueItems;
3558   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Sequence.begin(),
3559        E = Sequence.end(); I != E; ++I) {
3560     const SCEV *Reg = *I;
3561     const ImmMapTy &Imms = Map.find(Reg)->second;
3562
3563     // It's not worthwhile looking for reuse if there's only one offset.
3564     if (Imms.size() == 1)
3565       continue;
3566
3567     DEBUG(dbgs() << "Generating cross-use offsets for " << *Reg << ':';
3568           for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
3569                J != JE; ++J)
3570             dbgs() << ' ' << J->first;
3571           dbgs() << '\n');
3572
3573     // Examine each offset.
3574     for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
3575          J != JE; ++J) {
3576       const SCEV *OrigReg = J->second;
3577
3578       int64_t JImm = J->first;
3579       const SmallBitVector &UsedByIndices = RegUses.getUsedByIndices(OrigReg);
3580
3581       if (!isa<SCEVConstant>(OrigReg) &&
3582           UsedByIndicesMap[Reg].count() == 1) {
3583         DEBUG(dbgs() << "Skipping cross-use reuse for " << *OrigReg << '\n');
3584         continue;
3585       }
3586
3587       // Conservatively examine offsets between this orig reg a few selected
3588       // other orig regs.
3589       ImmMapTy::const_iterator OtherImms[] = {
3590         Imms.begin(), std::prev(Imms.end()),
3591         Imms.lower_bound((Imms.begin()->first + std::prev(Imms.end())->first) /
3592                          2)
3593       };
3594       for (size_t i = 0, e = array_lengthof(OtherImms); i != e; ++i) {
3595         ImmMapTy::const_iterator M = OtherImms[i];
3596         if (M == J || M == JE) continue;
3597
3598         // Compute the difference between the two.
3599         int64_t Imm = (uint64_t)JImm - M->first;
3600         for (int LUIdx = UsedByIndices.find_first(); LUIdx != -1;
3601              LUIdx = UsedByIndices.find_next(LUIdx))
3602           // Make a memo of this use, offset, and register tuple.
3603           if (UniqueItems.insert(std::make_pair(LUIdx, Imm)))
3604             WorkItems.push_back(WorkItem(LUIdx, Imm, OrigReg));
3605       }
3606     }
3607   }
3608
3609   Map.clear();
3610   Sequence.clear();
3611   UsedByIndicesMap.clear();
3612   UniqueItems.clear();
3613
3614   // Now iterate through the worklist and add new formulae.
3615   for (SmallVectorImpl<WorkItem>::const_iterator I = WorkItems.begin(),
3616        E = WorkItems.end(); I != E; ++I) {
3617     const WorkItem &WI = *I;
3618     size_t LUIdx = WI.LUIdx;
3619     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3620     int64_t Imm = WI.Imm;
3621     const SCEV *OrigReg = WI.OrigReg;
3622
3623     Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(OrigReg->getType());
3624     const SCEV *NegImmS = SE.getSCEV(ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Imm));
3625     unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(IntTy);
3626
3627     // TODO: Use a more targeted data structure.
3628     for (size_t L = 0, LE = LU.Formulae.size(); L != LE; ++L) {
3629       const Formula &F = LU.Formulae[L];
3630       // Use the immediate in the scaled register.
3631       if (F.ScaledReg == OrigReg) {
3632         int64_t Offset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm * (uint64_t)F.Scale;
3633         // Don't create 50 + reg(-50).
3634         if (F.referencesReg(SE.getSCEV(
3635                    ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offset))))
3636           continue;
3637         Formula NewF = F;
3638         NewF.BaseOffset = Offset;
3639         if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
3640                         NewF))
3641           continue;
3642         NewF.ScaledReg = SE.getAddExpr(NegImmS, NewF.ScaledReg);
3643
3644         // If the new scale is a constant in a register, and adding the constant
3645         // value to the immediate would produce a value closer to zero than the
3646         // immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
3647         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(NewF.ScaledReg))
3648           if (C->getValue()->isNegative() !=
3649                 (NewF.BaseOffset < 0) &&
3650               (C->getValue()->getValue().abs() * APInt(BitWidth, F.Scale))
3651                 .ule(abs64(NewF.BaseOffset)))
3652             continue;
3653
3654         // OK, looks good.
3655         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
3656       } else {
3657         // Use the immediate in a base register.
3658         for (size_t N = 0, NE = F.BaseRegs.size(); N != NE; ++N) {
3659           const SCEV *BaseReg = F.BaseRegs[N];
3660           if (BaseReg != OrigReg)
3661             continue;
3662           Formula NewF = F;
3663           NewF.BaseOffset = (uint64_t)NewF.BaseOffset + Imm;
3664           if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3665                           LU.Kind, LU.AccessTy, NewF)) {
3666             if (!TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm))
3667               continue;
3668             NewF = F;
3669             NewF.UnfoldedOffset = (uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm;
3670           }
3671           NewF.BaseRegs[N] = SE.getAddExpr(NegImmS, BaseReg);
3672
3673           // If the new formula has a constant in a register, and adding the
3674           // constant value to the immediate would produce a value closer to
3675           // zero than the immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
3676           for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3677                J = NewF.BaseRegs.begin(), JE = NewF.BaseRegs.end();
3678                J != JE; ++J)
3679             if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*J))
3680               if ((C->getValue()->getValue() + NewF.BaseOffset).abs().slt(
3681                    abs64(NewF.BaseOffset)) &&
3682                   (C->getValue()->getValue() +
3683                    NewF.BaseOffset).countTrailingZeros() >=
3684                    countTrailingZeros<uint64_t>(NewF.BaseOffset))
3685                 goto skip_formula;
3686
3687           // Ok, looks good.
3688           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
3689           break;
3690         skip_formula:;
3691         }
3692       }
3693     }
3694   }
3695 }
3696
3697 /// GenerateAllReuseFormulae - Generate formulae for each use.
3698 void
3699 LSRInstance::GenerateAllReuseFormulae() {
3700   // This is split into multiple loops so that hasRegsUsedByUsesOtherThan
3701   // queries are more precise.
3702   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3703     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3704     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3705       GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3706     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3707       GenerateCombinations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3708   }
3709   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3710     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3711     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3712       GenerateSymbolicOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3713     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3714       GenerateConstantOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3715     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3716       GenerateICmpZeroScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3717     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3718       GenerateScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3719   }
3720   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3721     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3722     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3723       GenerateTruncates(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3724   }
3725
3726   GenerateCrossUseConstantOffsets();
3727
3728   DEBUG(dbgs() << "\n"
3729                   "After generating reuse formulae:\n";
3730         print_uses(dbgs()));
3731 }
3732
3733 /// If there are multiple formulae with the same set of registers used
3734 /// by other uses, pick the best one and delete the others.
3735 void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
3736   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
3737   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> Regs;
3738   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> LoserRegs;
3739 #ifndef NDEBUG
3740   bool ChangedFormulae = false;
3741 #endif
3742
3743   // Collect the best formula for each unique set of shared registers. This
3744   // is reset for each use.
3745   typedef DenseMap<SmallVector<const SCEV *, 4>, size_t, UniquifierDenseMapInfo>
3746     BestFormulaeTy;
3747   BestFormulaeTy BestFormulae;
3748
3749   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3750     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3751     DEBUG(dbgs() << "Filtering for use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3752
3753     bool Any = false;
3754     for (size_t FIdx = 0, NumForms = LU.Formulae.size();
3755          FIdx != NumForms; ++FIdx) {
3756       Formula &F = LU.Formulae[FIdx];
3757
3758       // Some formulas are instant losers. For example, they may depend on
3759       // nonexistent AddRecs from other loops. These need to be filtered
3760       // immediately, otherwise heuristics could choose them over others leading
3761       // to an unsatisfactory solution. Passing LoserRegs into RateFormula here
3762       // avoids the need to recompute this information across formulae using the
3763       // same bad AddRec. Passing LoserRegs is also essential unless we remove
3764       // the corresponding bad register from the Regs set.
3765       Cost CostF;
3766       Regs.clear();
3767       CostF.RateFormula(TTI, F, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT, LU,
3768                         &LoserRegs);
3769       if (CostF.isLoser()) {
3770         // During initial formula generation, undesirable formulae are generated
3771         // by uses within other loops that have some non-trivial address mode or
3772         // use the postinc form of the IV. LSR needs to provide these formulae
3773         // as the basis of rediscovering the desired formula that uses an AddRec
3774         // corresponding to the existing phi. Once all formulae have been
3775         // generated, these initial losers may be pruned.
3776         DEBUG(dbgs() << "  Filtering loser "; F.print(dbgs());
3777               dbgs() << "\n");
3778       }
3779       else {
3780         SmallVector<const SCEV *, 4> Key;
3781         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = F.BaseRegs.begin(),
3782                JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J) {
3783           const SCEV *Reg = *J;
3784           if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(Reg, LUIdx))
3785             Key.push_back(Reg);
3786         }
3787         if (F.ScaledReg &&
3788             RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(F.ScaledReg, LUIdx))
3789           Key.push_back(F.ScaledReg);
3790         // Unstable sort by host order ok, because this is only used for
3791         // uniquifying.
3792         std::sort(Key.begin(), Key.end());
3793
3794         std::pair<BestFormulaeTy::const_iterator, bool> P =
3795           BestFormulae.insert(std::make_pair(Key, FIdx));
3796         if (P.second)
3797           continue;
3798
3799         Formula &Best = LU.Formulae[P.first->second];
3800
3801         Cost CostBest;
3802         Regs.clear();
3803         CostBest.RateFormula(TTI, Best, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE,
3804                              DT, LU);
3805         if (CostF < CostBest)
3806           std::swap(F, Best);
3807         DEBUG(dbgs() << "  Filtering out formula "; F.print(dbgs());
3808               dbgs() << "\n"
3809                         "    in favor of formula "; Best.print(dbgs());
3810               dbgs() << '\n');
3811       }
3812 #ifndef NDEBUG
3813       ChangedFormulae = true;
3814 #endif
3815       LU.DeleteFormula(F);
3816       --FIdx;
3817       --NumForms;
3818       Any = true;
3819     }
3820
3821     // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
3822     if (Any)
3823       LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3824
3825     // Reset this to prepare for the next use.
3826     BestFormulae.clear();
3827   }
3828
3829   DEBUG(if (ChangedFormulae) {
3830           dbgs() << "\n"
3831                     "After filtering out undesirable candidates:\n";
3832           print_uses(dbgs());
3833         });
3834 }
3835
3836 // This is a rough guess that seems to work fairly well.
3837 static const size_t ComplexityLimit = UINT16_MAX;
3838
3839 /// EstimateSearchSpaceComplexity - Estimate the worst-case number of
3840 /// solutions the solver might have to consider. It almost never considers
3841 /// this many solutions because it prune the search space, but the pruning
3842 /// isn't always sufficient.
3843 size_t LSRInstance::EstimateSearchSpaceComplexity() const {
3844   size_t Power = 1;
3845   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
3846        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
3847     size_t FSize = I->Formulae.size();
3848     if (FSize >= ComplexityLimit) {
3849       Power = ComplexityLimit;
3850       break;
3851     }
3852     Power *= FSize;
3853     if (Power >= ComplexityLimit)
3854       break;
3855   }
3856   return Power;
3857 }
3858
3859 /// NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets - When one formula uses a superset
3860 /// of the registers of another formula, it won't help reduce register
3861 /// pressure (though it may not necessarily hurt register pressure); remove
3862 /// it to simplify the system.
3863 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets() {
3864   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
3865     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
3866
3867     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by eliminating formulae "
3868                     "which use a superset of registers used by other "
3869                     "formulae.\n");
3870
3871     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3872       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3873       bool Any = false;
3874       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
3875         Formula &F = LU.Formulae[i];
3876         // Look for a formula with a constant or GV in a register. If the use
3877         // also has a formula with that same value in an immediate field,
3878         // delete the one that uses a register.
3879         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3880              I = F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3881           if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*I)) {
3882             Formula NewF = F;
3883             NewF.BaseOffset += C->getValue()->getSExtValue();
3884             NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
3885                                 (I - F.BaseRegs.begin()));
3886             if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
3887               DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3888               LU.DeleteFormula(F);
3889               --i;
3890               --e;
3891               Any = true;
3892               break;
3893             }
3894           } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(*I)) {
3895             if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue()))
3896               if (!F.BaseGV) {
3897                 Formula NewF = F;
3898                 NewF.BaseGV = GV;
3899                 NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
3900                                     (I - F.BaseRegs.begin()));
3901                 if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
3902                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
3903                         dbgs() << '\n');
3904                   LU.DeleteFormula(F);
3905                   --i;
3906                   --e;
3907                   Any = true;
3908                   break;
3909                 }
3910               }
3911           }
3912         }
3913       }
3914       if (Any)
3915         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
3916     }
3917
3918     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
3919           print_uses(dbgs()));
3920   }
3921 }
3922
3923 /// NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode - When there are many registers
3924 /// for expressions like A, A+1, A+2, etc., allocate a single register for
3925 /// them.
3926 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode() {
3927   if (EstimateSearchSpaceComplexity() < ComplexityLimit)
3928     return;
3929
3930   DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n"
3931                   "Narrowing the search space by assuming that uses separated "
3932                   "by a constant offset will use the same registers.\n");
3933
3934   // This is especially useful for unrolled loops.
3935
3936   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3937     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3938     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
3939          E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
3940       const Formula &F = *I;
3941       if (F.BaseOffset == 0 || F.Scale != 0)
3942         continue;
3943
3944       LSRUse *LUThatHas = FindUseWithSimilarFormula(F, LU);
3945       if (!LUThatHas)
3946         continue;
3947
3948       if (!reconcileNewOffset(*LUThatHas, F.BaseOffset, /*HasBaseReg=*/ false,
3949                               LU.Kind, LU.AccessTy))
3950         continue;
3951
3952       DEBUG(dbgs() << "  Deleting use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3953
3954       LUThatHas->AllFixupsOutsideLoop &= LU.AllFixupsOutsideLoop;
3955
3956       // Update the relocs to reference the new use.
3957       for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::iterator I = Fixups.begin(),
3958            E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
3959         LSRFixup &Fixup = *I;
3960         if (Fixup.LUIdx == LUIdx) {
3961           Fixup.LUIdx = LUThatHas - &Uses.front();
3962           Fixup.Offset += F.BaseOffset;
3963           // Add the new offset to LUThatHas' offset list.
3964           if (LUThatHas->Offsets.back() != Fixup.Offset) {
3965             LUThatHas->Offsets.push_back(Fixup.Offset);
3966             if (Fixup.Offset > LUThatHas->MaxOffset)
3967               LUThatHas->MaxOffset = Fixup.Offset;
3968             if (Fixup.Offset < LUThatHas->MinOffset)
3969               LUThatHas->MinOffset = Fixup.Offset;
3970           }
3971           DEBUG(dbgs() << "New fixup has offset " << Fixup.Offset << '\n');
3972         }
3973         if (Fixup.LUIdx == NumUses-1)
3974           Fixup.LUIdx = LUIdx;
3975       }
3976
3977       // Delete formulae from the new use which are no longer legal.
3978       bool Any = false;
3979       for (size_t i = 0, e = LUThatHas->Formulae.size(); i != e; ++i) {
3980         Formula &F = LUThatHas->Formulae[i];
3981         if (!isLegalUse(TTI, LUThatHas->MinOffset, LUThatHas->MaxOffset,
3982                         LUThatHas->Kind, LUThatHas->AccessTy, F)) {
3983           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
3984                 dbgs() << '\n');
3985           LUThatHas->DeleteFormula(F);
3986           --i;
3987           --e;
3988           Any = true;
3989         }
3990       }
3991
3992       if (Any)
3993         LUThatHas->RecomputeRegs(LUThatHas - &Uses.front(), RegUses);
3994
3995       // Delete the old use.
3996       DeleteUse(LU, LUIdx);
3997       --LUIdx;
3998       --NumUses;
3999       break;
4000     }
4001   }
4002
4003   DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n"; print_uses(dbgs()));
4004 }
4005
4006 /// NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters - Call
4007 /// FilterOutUndesirableDedicatedRegisters again, if necessary, now that
4008 /// we've done more filtering, as it may be able to find more formulae to
4009 /// eliminate.
4010 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters(){
4011   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
4012     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4013
4014     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by re-filtering out "
4015                     "undesirable dedicated registers.\n");
4016
4017     FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
4018
4019     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4020           print_uses(dbgs()));
4021   }
4022 }
4023
4024 /// NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs - Pick a register which seems likely
4025 /// to be profitable, and then in any use which has any reference to that
4026 /// register, delete all formulae which do not reference that register.
4027 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs() {
4028   // With all other options exhausted, loop until the system is simple
4029   // enough to handle.
4030   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Taken;
4031   while (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
4032     // Ok, we have too many of formulae on our hands to conveniently handle.
4033     // Use a rough heuristic to thin out the list.
4034     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4035
4036     // Pick the register which is used by the most LSRUses, which is likely
4037     // to be a good reuse register candidate.
4038     const SCEV *Best = nullptr;
4039     unsigned BestNum = 0;
4040     for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
4041          I != E; ++I) {
4042       const SCEV *Reg = *I;
4043       if (Taken.count(Reg))
4044         continue;
4045       if (!Best)
4046         Best = Reg;
4047       else {
4048         unsigned Count = RegUses.getUsedByIndices(Reg).count();
4049         if (Count > BestNum) {
4050           Best = Reg;
4051           BestNum = Count;
4052         }
4053       }
4054     }
4055
4056     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming " << *Best
4057                  << " will yield profitable reuse.\n");
4058     Taken.insert(Best);
4059
4060     // In any use with formulae which references this register, delete formulae
4061     // which don't reference it.
4062     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4063       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4064       if (!LU.Regs.count(Best)) continue;
4065
4066       bool Any = false;
4067       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
4068         Formula &F = LU.Formulae[i];
4069         if (!F.referencesReg(Best)) {
4070           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4071           LU.DeleteFormula(F);
4072           --e;
4073           --i;
4074           Any = true;
4075           assert(e != 0 && "Use has no formulae left! Is Regs inconsistent?");
4076           continue;
4077         }
4078       }
4079
4080       if (Any)
4081         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
4082     }
4083
4084     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4085           print_uses(dbgs()));
4086   }
4087 }
4088
4089 /// NarrowSearchSpaceUsingHeuristics - If there are an extraordinary number of
4090 /// formulae to choose from, use some rough heuristics to prune down the number
4091 /// of formulae. This keeps the main solver from taking an extraordinary amount
4092 /// of time in some worst-case scenarios.
4093 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceUsingHeuristics() {
4094   NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
4095   NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
4096   NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
4097   NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
4098 }
4099
4100 /// SolveRecurse - This is the recursive solver.
4101 void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
4102                                Cost &SolutionCost,
4103                                SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
4104                                const Cost &CurCost,
4105                                const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
4106                                DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const {
4107   // Some ideas:
4108   //  - prune more:
4109   //    - use more aggressive filtering
4110   //    - sort the formula so that the most profitable solutions are found first
4111   //    - sort the uses too
4112   //  - search faster:
4113   //    - don't compute a cost, and then compare. compare while computing a cost
4114   //      and bail early.
4115   //    - track register sets with SmallBitVector
4116
4117   const LSRUse &LU = Uses[Workspace.size()];
4118
4119   // If this use references any register that's already a part of the
4120   // in-progress solution, consider it a requirement that a formula must
4121   // reference that register in order to be considered. This prunes out
4122   // unprofitable searching.
4123   SmallSetVector<const SCEV *, 4> ReqRegs;
4124   for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator I = CurRegs.begin(),
4125        E = CurRegs.end(); I != E; ++I)
4126     if (LU.Regs.count(*I))
4127       ReqRegs.insert(*I);
4128
4129   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> NewRegs;
4130   Cost NewCost;
4131   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
4132        E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
4133     const Formula &F = *I;
4134
4135     // Ignore formulae which do not use any of the required registers.
4136     bool SatisfiedReqReg = true;
4137     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator J = ReqRegs.begin(),
4138          JE = ReqRegs.end(); J != JE; ++J) {
4139       const SCEV *Reg = *J;
4140       if ((!F.ScaledReg || F.ScaledReg != Reg) &&
4141           std::find(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end(), Reg) ==
4142           F.BaseRegs.end()) {
4143         SatisfiedReqReg = false;
4144         break;
4145       }
4146     }
4147     if (!SatisfiedReqReg) {
4148       // If none of the formulae satisfied the required registers, then we could
4149       // clear ReqRegs and try again. Currently, we simply give up in this case.
4150       continue;
4151     }
4152
4153     // Evaluate the cost of the current formula. If it's already worse than
4154     // the current best, prune the search at that point.
4155     NewCost = CurCost;
4156     NewRegs = CurRegs;
4157     NewCost.RateFormula(TTI, F, NewRegs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT,
4158                         LU);
4159     if (NewCost < SolutionCost) {
4160       Workspace.push_back(&F);
4161       if (Workspace.size() != Uses.size()) {
4162         SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, NewCost,
4163                      NewRegs, VisitedRegs);
4164         if (F.getNumRegs() == 1 && Workspace.size() == 1)
4165           VisitedRegs.insert(F.ScaledReg ? F.ScaledReg : F.BaseRegs[0]);
4166       } else {
4167         DEBUG(dbgs() << "New best at "; NewCost.print(dbgs());
4168               dbgs() << ".\n Regs:";
4169               for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator
4170                    I = NewRegs.begin(), E = NewRegs.end(); I != E; ++I)
4171                 dbgs() << ' ' << **I;
4172               dbgs() << '\n');
4173
4174         SolutionCost = NewCost;
4175         Solution = Workspace;
4176       }
4177       Workspace.pop_back();
4178     }
4179   }
4180 }
4181
4182 /// Solve - Choose one formula from each use. Return the results in the given
4183 /// Solution vector.
4184 void LSRInstance::Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const {
4185   SmallVector<const Formula *, 8> Workspace;
4186   Cost SolutionCost;
4187   SolutionCost.Lose();
4188   Cost CurCost;
4189   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> CurRegs;
4190   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
4191   Workspace.reserve(Uses.size());
4192
4193   // SolveRecurse does all the work.
4194   SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, CurCost,
4195                CurRegs, VisitedRegs);
4196   if (Solution.empty()) {
4197     DEBUG(dbgs() << "\nNo Satisfactory Solution\n");
4198     return;
4199   }
4200
4201   // Ok, we've now made all our decisions.
4202   DEBUG(dbgs() << "\n"
4203                   "The chosen solution requires "; SolutionCost.print(dbgs());
4204         dbgs() << ":\n";
4205         for (size_t i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
4206           dbgs() << "  ";
4207           Uses[i].print(dbgs());
4208           dbgs() << "\n"
4209                     "    ";
4210           Solution[i]->print(dbgs());
4211           dbgs() << '\n';
4212         });
4213
4214   assert(Solution.size() == Uses.size() && "Malformed solution!");
4215 }
4216
4217 /// HoistInsertPosition - Helper for AdjustInsertPositionForExpand. Climb up
4218 /// the dominator tree far as we can go while still being dominated by the
4219 /// input positions. This helps canonicalize the insert position, which
4220 /// encourages sharing.
4221 BasicBlock::iterator
4222 LSRInstance::HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
4223                                  const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs)
4224                                                                          const {
4225   for (;;) {
4226     const Loop *IPLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
4227     unsigned IPLoopDepth = IPLoop ? IPLoop->getLoopDepth() : 0;
4228
4229     BasicBlock *IDom;
4230     for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(IP->getParent()); ; ) {
4231       if (!Rung) return IP;
4232       Rung = Rung->getIDom();
4233       if (!Rung) return IP;
4234       IDom = Rung->getBlock();
4235
4236       // Don't climb into a loop though.
4237       const Loop *IDomLoop = LI.getLoopFor(IDom);
4238       unsigned IDomDepth = IDomLoop ? IDomLoop->getLoopDepth() : 0;
4239       if (IDomDepth <= IPLoopDepth &&
4240           (IDomDepth != IPLoopDepth || IDomLoop == IPLoop))
4241         break;
4242     }
4243
4244     bool AllDominate = true;
4245     Instruction *BetterPos = nullptr;
4246     Instruction *Tentative = IDom->getTerminator();
4247     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator I = Inputs.begin(),
4248          E = Inputs.end(); I != E; ++I) {
4249       Instruction *Inst = *I;
4250       if (Inst == Tentative || !DT.dominates(Inst, Tentative)) {
4251         AllDominate = false;
4252         break;
4253       }
4254       // Attempt to find an insert position in the middle of the block,
4255       // instead of at the end, so that it can be used for other expansions.
4256       if (IDom == Inst->getParent() &&
4257           (!BetterPos || !DT.dominates(Inst, BetterPos)))
4258         BetterPos = std::next(BasicBlock::iterator(Inst));
4259     }
4260     if (!AllDominate)
4261       break;
4262     if (BetterPos)
4263       IP = BetterPos;
4264     else
4265       IP = Tentative;
4266   }
4267
4268   return IP;
4269 }
4270
4271 /// AdjustInsertPositionForExpand - Determine an input position which will be
4272 /// dominated by the operands and which will dominate the result.
4273 BasicBlock::iterator
4274 LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator LowestIP,
4275                                            const LSRFixup &LF,
4276                                            const LSRUse &LU,
4277                                            SCEVExpander &Rewriter) const {
4278   // Collect some instructions which must be dominated by the
4279   // expanding replacement. These must be dominated by any operands that
4280   // will be required in the expansion.
4281   SmallVector<Instruction *, 4> Inputs;
4282   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(LF.OperandValToReplace))
4283     Inputs.push_back(I);
4284   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero)
4285     if (Instruction *I =
4286           dyn_cast<Instruction>(cast<ICmpInst>(LF.UserInst)->getOperand(1)))
4287       Inputs.push_back(I);
4288   if (LF.PostIncLoops.count(L)) {
4289     if (LF.isUseFullyOutsideLoop(L))
4290       Inputs.push_back(L->getLoopLatch()->getTerminator());
4291     else
4292       Inputs.push_back(IVIncInsertPos);
4293   }
4294   // The expansion must also be dominated by the increment positions of any
4295   // loops it for which it is using post-inc mode.
4296   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = LF.PostIncLoops.begin(),
4297        E = LF.PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
4298     const Loop *PIL = *I;
4299     if (PIL == L) continue;
4300
4301     // Be dominated by the loop exit.
4302     SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
4303     PIL->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
4304     if (!ExitingBlocks.empty()) {
4305       BasicBlock *BB = ExitingBlocks[0];
4306       for (unsigned i = 1, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
4307         BB = DT.findNearestCommonDominator(BB, ExitingBlocks[i]);
4308       Inputs.push_back(BB->getTerminator());
4309     }
4310   }
4311
4312   assert(!isa<PHINode>(LowestIP) && !isa<LandingPadInst>(LowestIP)
4313          && !isa<DbgInfoIntrinsic>(LowestIP) &&
4314          "Insertion point must be a normal instruction");
4315
4316   // Then, climb up the immediate dominator tree as far as we can go while
4317   // still being dominated by the input positions.
4318   BasicBlock::iterator IP = HoistInsertPosition(LowestIP, Inputs);
4319
4320   // Don't insert instructions before PHI nodes.
4321   while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
4322
4323   // Ignore landingpad instructions.
4324   while (isa<LandingPadInst>(IP)) ++IP;
4325
4326   // Ignore debug intrinsics.
4327   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP)) ++IP;
4328
4329   // Set IP below instructions recently inserted by SCEVExpander. This keeps the
4330   // IP consistent across expansions and allows the previously inserted
4331   // instructions to be reused by subsequent expansion.
4332   while (Rewriter.isInsertedInstruction(IP) && IP != LowestIP) ++IP;
4333
4334   return IP;
4335 }
4336
4337 /// Expand - Emit instructions for the leading candidate expression for this
4338 /// LSRUse (this is called "expanding").
4339 Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
4340                            const Formula &F,
4341                            BasicBlock::iterator IP,
4342                            SCEVExpander &Rewriter,
4343                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const {
4344   const LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
4345   if (LU.RigidFormula)
4346     return LF.OperandValToReplace;
4347
4348   // Determine an input position which will be dominated by the operands and
4349   // which will dominate the result.
4350   IP = AdjustInsertPositionForExpand(IP, LF, LU, Rewriter);
4351
4352   // Inform the Rewriter if we have a post-increment use, so that it can
4353   // perform an advantageous expansion.
4354   Rewriter.setPostInc(LF.PostIncLoops);
4355
4356   // This is the type that the user actually needs.
4357   Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4358   // This will be the type that we'll initially expand to.
4359   Type *Ty = F.getType();
4360   if (!Ty)
4361     // No type known; just expand directly to the ultimate type.
4362     Ty = OpTy;
4363   else if (SE.getEffectiveSCEVType(Ty) == SE.getEffectiveSCEVType(OpTy))
4364     // Expand directly to the ultimate type if it's the right size.
4365     Ty = OpTy;
4366   // This is the type to do integer arithmetic in.
4367   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
4368
4369   // Build up a list of operands to add together to form the full base.
4370   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
4371
4372   // Expand the BaseRegs portion.
4373   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
4374        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
4375     const SCEV *Reg = *I;
4376     assert(!Reg->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
4377
4378     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
4379     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
4380     Reg = TransformForPostIncUse(Denormalize, Reg,
4381                                  LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
4382                                  Loops, SE, DT);
4383
4384     Ops.push_back(SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(Reg, nullptr, IP)));
4385   }
4386
4387   // Expand the ScaledReg portion.
4388   Value *ICmpScaledV = nullptr;
4389   if (F.Scale != 0) {
4390     const SCEV *ScaledS = F.ScaledReg;
4391
4392     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
4393     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
4394     ScaledS = TransformForPostIncUse(Denormalize, ScaledS,
4395                                      LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
4396                                      Loops, SE, DT);
4397
4398     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4399       // An interesting way of "folding" with an icmp is to use a negated
4400       // scale, which we'll implement by inserting it into the other operand
4401       // of the icmp.
4402       assert(F.Scale == -1 &&
4403              "The only scale supported by ICmpZero uses is -1!");
4404       ICmpScaledV = Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, nullptr, IP);
4405     } else {
4406       // Otherwise just expand the scaled register and an explicit scale,
4407       // which is expected to be matched as part of the address.
4408
4409       // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting address modes.
4410       if (!Ops.empty() && LU.Kind == LSRUse::Address) {
4411         Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4412         Ops.clear();
4413         Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4414       }
4415       ScaledS = SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, nullptr, IP));
4416       ScaledS = SE.getMulExpr(ScaledS,
4417                               SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.Scale));
4418       Ops.push_back(ScaledS);
4419     }
4420   }
4421
4422   // Expand the GV portion.
4423   if (F.BaseGV) {
4424     // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
4425     if (!Ops.empty()) {
4426       Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4427       Ops.clear();
4428       Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4429     }
4430     Ops.push_back(SE.getUnknown(F.BaseGV));
4431   }
4432
4433   // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting of both folded and
4434   // unfolded offsets. LSR assumes they both live next to their uses.
4435   if (!Ops.empty()) {
4436     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4437     Ops.clear();
4438     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4439   }
4440
4441   // Expand the immediate portion.
4442   int64_t Offset = (uint64_t)F.BaseOffset + LF.Offset;
4443   if (Offset != 0) {
4444     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4445       // The other interesting way of "folding" with an ICmpZero is to use a
4446       // negated immediate.
4447       if (!ICmpScaledV)
4448         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offset);
4449       else {
4450         Ops.push_back(SE.getUnknown(ICmpScaledV));
4451         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, Offset);
4452       }
4453     } else {
4454       // Just add the immediate values. These again are expected to be matched
4455       // as part of the address.
4456       Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy, Offset)));
4457     }
4458   }
4459
4460   // Expand the unfolded offset portion.
4461   int64_t UnfoldedOffset = F.UnfoldedOffset;
4462   if (UnfoldedOffset != 0) {
4463     // Just add the immediate values.
4464     Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy,
4465                                                        UnfoldedOffset)));
4466   }
4467
4468   // Emit instructions summing all the operands.
4469   const SCEV *FullS = Ops.empty() ?
4470                       SE.getConstant(IntTy, 0) :
4471                       SE.getAddExpr(Ops);
4472   Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(FullS, Ty, IP);
4473
4474   // We're done expanding now, so reset the rewriter.
4475   Rewriter.clearPostInc();
4476
4477   // An ICmpZero Formula represents an ICmp which we're handling as a
4478   // comparison against zero. Now that we've expanded an expression for that
4479   // form, update the ICmp's other operand.
4480   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4481     ICmpInst *CI = cast<ICmpInst>(LF.UserInst);
4482     DeadInsts.push_back(CI->getOperand(1));
4483     assert(!F.BaseGV && "ICmp does not support folding a global value and "
4484                            "a scale at the same time!");
4485     if (F.Scale == -1) {
4486       if (ICmpScaledV->getType() != OpTy) {
4487         Instruction *Cast =
4488           CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(ICmpScaledV, false,
4489                                                    OpTy, false),
4490                            ICmpScaledV, OpTy, "tmp", CI);
4491         ICmpScaledV = Cast;
4492       }
4493       CI->setOperand(1, ICmpScaledV);
4494     } else {
4495       assert(F.Scale == 0 &&
4496              "ICmp does not support folding a global value and "
4497              "a scale at the same time!");
4498       Constant *C = ConstantInt::getSigned(SE.getEffectiveSCEVType(OpTy),
4499                                            -(uint64_t)Offset);
4500       if (C->getType() != OpTy)
4501         C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4502                                                           OpTy, false),
4503                                   C, OpTy);
4504
4505       CI->setOperand(1, C);
4506     }
4507   }
4508
4509   return FullV;
4510 }
4511
4512 /// RewriteForPHI - Helper for Rewrite. PHI nodes are special because the use
4513 /// of their operands effectively happens in their predecessor blocks, so the
4514 /// expression may need to be expanded in multiple places.
4515 void LSRInstance::RewriteForPHI(PHINode *PN,
4516                                 const LSRFixup &LF,
4517                                 const Formula &F,
4518                                 SCEVExpander &Rewriter,
4519                                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
4520                                 Pass *P) const {
4521   DenseMap<BasicBlock *, Value *> Inserted;
4522   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4523     if (PN->getIncomingValue(i) == LF.OperandValToReplace) {
4524       BasicBlock *BB = PN->getIncomingBlock(i);
4525
4526       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
4527       // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
4528       // is the canonical backedge for this loop, which complicates post-inc
4529       // users.
4530       if (e != 1 && BB->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
4531           !isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4532         BasicBlock *Parent = PN->getParent();
4533         Loop *PNLoop = LI.getLoopFor(Parent);
4534         if (!PNLoop || Parent != PNLoop->getHeader()) {
4535           // Split the critical edge.
4536           BasicBlock *NewBB = nullptr;
4537           if (!Parent->isLandingPad()) {
4538             NewBB = SplitCriticalEdge(BB, Parent, P,
4539                                       /*MergeIdenticalEdges=*/true,
4540                                       /*DontDeleteUselessPhis=*/true);
4541           } else {
4542             SmallVector<BasicBlock*, 2> NewBBs;
4543             SplitLandingPadPredecessors(Parent, BB, "", "", P, NewBBs);
4544             NewBB = NewBBs[0];
4545           }
4546           // If NewBB==NULL, then SplitCriticalEdge refused to split because all
4547           // phi predecessors are identical. The simple thing to do is skip
4548           // splitting in this case rather than complicate the API.
4549           if (NewBB) {
4550             // If PN is outside of the loop and BB is in the loop, we want to
4551             // move the block to be immediately before the PHI block, not
4552             // immediately after BB.
4553             if (L->contains(BB) && !L->contains(PN))
4554               NewBB->moveBefore(PN->getParent());
4555
4556             // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
4557             e = PN->getNumIncomingValues();
4558             BB = NewBB;
4559             i = PN->getBasicBlockIndex(BB);
4560           }
4561         }
4562       }
4563
4564       std::pair<DenseMap<BasicBlock *, Value *>::iterator, bool> Pair =
4565         Inserted.insert(std::make_pair(BB, static_cast<Value *>(nullptr)));
4566       if (!Pair.second)
4567         PN->setIncomingValue(i, Pair.first->second);
4568       else {
4569         Value *FullV = Expand(LF, F, BB->getTerminator(), Rewriter, DeadInsts);
4570
4571         // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
4572         Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4573         if (FullV->getType() != OpTy)
4574           FullV =
4575             CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false,
4576                                                      OpTy, false),
4577                              FullV, LF.OperandValToReplace->getType(),
4578                              "tmp", BB->getTerminator());
4579
4580         PN->setIncomingValue(i, FullV);
4581         Pair.first->second = FullV;
4582       }
4583     }
4584 }
4585
4586 /// Rewrite - Emit instructions for the leading candidate expression for this
4587 /// LSRUse (this is called "expanding"), and update the UserInst to reference
4588 /// the newly expanded value.
4589 void LSRInstance::Rewrite(const LSRFixup &LF,
4590                           const Formula &F,
4591                           SCEVExpander &Rewriter,
4592                           SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
4593                           Pass *P) const {
4594   // First, find an insertion point that dominates UserInst. For PHI nodes,
4595   // find the nearest block which dominates all the relevant uses.
4596   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(LF.UserInst)) {
4597     RewriteForPHI(PN, LF, F, Rewriter, DeadInsts, P);
4598   } else {
4599     Value *FullV = Expand(LF, F, LF.UserInst, Rewriter, DeadInsts);
4600
4601     // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
4602     Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4603     if (FullV->getType() != OpTy) {
4604       Instruction *Cast =
4605         CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false, OpTy, false),
4606                          FullV, OpTy, "tmp", LF.UserInst);
4607       FullV = Cast;
4608     }
4609
4610     // Update the user. ICmpZero is handled specially here (for now) because
4611     // Expand may have updated one of the operands of the icmp already, and
4612     // its new value may happen to be equal to LF.OperandValToReplace, in
4613     // which case doing replaceUsesOfWith leads to replacing both operands
4614     // with the same value. TODO: Reorganize this.
4615     if (Uses[LF.LUIdx].Kind == LSRUse::ICmpZero)
4616       LF.UserInst->setOperand(0, FullV);
4617     else
4618       LF.UserInst->replaceUsesOfWith(LF.OperandValToReplace, FullV);
4619   }
4620
4621   DeadInsts.push_back(LF.OperandValToReplace);
4622 }
4623
4624 /// ImplementSolution - Rewrite all the fixup locations with new values,
4625 /// following the chosen solution.
4626 void
4627 LSRInstance::ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
4628                                Pass *P) {
4629   // Keep track of instructions we may have made dead, so that
4630   // we can remove them after we are done working.
4631   SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
4632
4633   SCEVExpander Rewriter(SE, "lsr");
4634 #ifndef NDEBUG
4635   Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
4636 #endif
4637   Rewriter.disableCanonicalMode();
4638   Rewriter.enableLSRMode();
4639   Rewriter.setIVIncInsertPos(L, IVIncInsertPos);
4640
4641   // Mark phi nodes that terminate chains so the expander tries to reuse them.
4642   for (SmallVectorImpl<IVChain>::const_iterator ChainI = IVChainVec.begin(),
4643          ChainE = IVChainVec.end(); ChainI != ChainE; ++ChainI) {
4644     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(ChainI->tailUserInst()))
4645       Rewriter.setChainedPhi(PN);
4646   }
4647
4648   // Expand the new value definitions and update the users.
4649   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
4650        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
4651     const LSRFixup &Fixup = *I;
4652
4653     Rewrite(Fixup, *Solution[Fixup.LUIdx], Rewriter, DeadInsts, P);
4654
4655     Changed = true;
4656   }
4657
4658   for (SmallVectorImpl<IVChain>::const_iterator ChainI = IVChainVec.begin(),
4659          ChainE = IVChainVec.end(); ChainI != ChainE; ++ChainI) {
4660     GenerateIVChain(*ChainI, Rewriter, DeadInsts);
4661     Changed = true;
4662   }
4663   // Clean up after ourselves. This must be done before deleting any
4664   // instructions.
4665   Rewriter.clear();
4666
4667   Changed |= DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
4668 }
4669
4670 LSRInstance::LSRInstance(Loop *L, Pass *P)
4671     : IU(P->getAnalysis<IVUsers>()), SE(P->getAnalysis<ScalarEvolution>()),
4672       DT(P->getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree()),
4673       LI(P->getAnalysis<LoopInfo>()),
4674       TTI(P->getAnalysis<TargetTransformInfo>()), L(L), Changed(false),
4675       IVIncInsertPos(nullptr) {
4676   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
4677   if (!L->isLoopSimplifyForm())
4678     return;
4679
4680   // If there's no interesting work to be done, bail early.
4681   if (IU.empty()) return;
4682
4683   // If there's too much analysis to be done, bail early. We won't be able to
4684   // model the problem anyway.
4685   unsigned NumUsers = 0;
4686   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
4687     if (++NumUsers > MaxIVUsers) {
4688       DEBUG(dbgs() << "LSR skipping loop, too many IV Users in " << *L
4689             << "\n");
4690       return;
4691     }
4692   }
4693
4694 #ifndef NDEBUG
4695   // All dominating loops must have preheaders, or SCEVExpander may not be able
4696   // to materialize an AddRecExpr whose Start is an outer AddRecExpr.
4697   //
4698   // IVUsers analysis should only create users that are dominated by simple loop
4699   // headers. Since this loop should dominate all of its users, its user list
4700   // should be empty if this loop itself is not within a simple loop nest.
4701   for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(L->getLoopPreheader());
4702        Rung; Rung = Rung->getIDom()) {
4703     BasicBlock *BB = Rung->getBlock();
4704     const Loop *DomLoop = LI.getLoopFor(BB);
4705     if (DomLoop && DomLoop->getHeader() == BB) {
4706       assert(DomLoop->getLoopPreheader() && "LSR needs a simplified loop nest");
4707     }
4708   }
4709 #endif // DEBUG
4710
4711   DEBUG(dbgs() << "\nLSR on loop ";
4712         L->getHeader()->printAsOperand(dbgs(), /*PrintType=*/false);
4713         dbgs() << ":\n");
4714
4715   // First, perform some low-level loop optimizations.
4716   OptimizeShadowIV();
4717   OptimizeLoopTermCond();
4718
4719   // If loop preparation eliminates all interesting IV users, bail.
4720   if (IU.empty()) return;
4721
4722   // Skip nested loops until we can model them better with formulae.
4723   if (!L->empty()) {
4724     DEBUG(dbgs() << "LSR skipping outer loop " << *L << "\n");
4725     return;
4726   }
4727
4728   // Start collecting data and preparing for the solver.
4729   CollectChains();
4730   CollectInterestingTypesAndFactors();
4731   CollectFixupsAndInitialFormulae();
4732   CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
4733
4734   assert(!Uses.empty() && "IVUsers reported at least one use");
4735   DEBUG(dbgs() << "LSR found " << Uses.size() << " uses:\n";
4736         print_uses(dbgs()));
4737
4738   // Now use the reuse data to generate a bunch of interesting ways
4739   // to formulate the values needed for the uses.
4740   GenerateAllReuseFormulae();
4741
4742   FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
4743   NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
4744
4745   SmallVector<const Formula *, 8> Solution;
4746   Solve(Solution);
4747
4748   // Release memory that is no longer needed.
4749   Factors.clear();
4750   Types.clear();
4751   RegUses.clear();
4752
4753   if (Solution.empty())
4754     return;
4755
4756 #ifndef NDEBUG
4757   // Formulae should be legal.
4758   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(), E = Uses.end();
4759        I != E; ++I) {
4760     const LSRUse &LU = *I;
4761     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
4762                                                   JE = LU.Formulae.end();
4763          J != JE; ++J)
4764       assert(isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
4765                         *J) && "Illegal formula generated!");
4766   };
4767 #endif
4768
4769   // Now that we've decided what we want, make it so.
4770   ImplementSolution(Solution, P);
4771 }
4772
4773 void LSRInstance::print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const {
4774   if (Factors.empty() && Types.empty()) return;
4775
4776   OS << "LSR has identified the following interesting factors and types: ";
4777   bool First = true;
4778
4779   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
4780        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
4781     if (!First) OS << ", ";
4782     First = false;
4783     OS << '*' << *I;
4784   }
4785
4786   for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
4787        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
4788     if (!First) OS << ", ";
4789     First = false;
4790     OS << '(' << **I << ')';
4791   }
4792   OS << '\n';
4793 }
4794
4795 void LSRInstance::print_fixups(raw_ostream &OS) const {
4796   OS << "LSR is examining the following fixup sites:\n";
4797   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
4798        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
4799     dbgs() << "  ";
4800     I->print(OS);
4801     OS << '\n';
4802   }
4803 }
4804
4805 void LSRInstance::print_uses(raw_ostream &OS) const {
4806   OS << "LSR is examining the following uses:\n";
4807   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
4808        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
4809     const LSRUse &LU = *I;
4810     dbgs() << "  ";
4811     LU.print(OS);
4812     OS << '\n';
4813     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
4814          JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J) {
4815       OS << "    ";
4816       J->print(OS);
4817       OS << '\n';
4818     }
4819   }
4820 }
4821
4822 void LSRInstance::print(raw_ostream &OS) const {
4823   print_factors_and_types(OS);
4824   print_fixups(OS);
4825   print_uses(OS);
4826 }
4827
4828 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
4829 void LSRInstance::dump() const {
4830   print(errs()); errs() << '\n';
4831 }
4832 #endif
4833
4834 namespace {
4835
4836 class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
4837 public:
4838   static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
4839   LoopStrengthReduce();
4840
4841 private:
4842   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) override;
4843   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
4844 };
4845
4846 }
4847
4848 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
4849 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
4850                 "Loop Strength Reduction", false, false)
4851 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(TargetTransformInfo)
4852 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
4853 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
4854 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(IVUsers)
4855 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
4856 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
4857 INITIALIZE_PASS_END(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
4858                 "Loop Strength Reduction", false, false)
4859
4860
4861 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass() {
4862   return new LoopStrengthReduce();
4863 }
4864
4865 LoopStrengthReduce::LoopStrengthReduce() : LoopPass(ID) {
4866   initializeLoopStrengthReducePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
4867 }
4868
4869 void LoopStrengthReduce::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
4870   // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
4871   // many analyses if they are around.
4872   AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
4873
4874   AU.addRequired<LoopInfo>();
4875   AU.addPreserved<LoopInfo>();
4876   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
4877   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
4878   AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
4879   AU.addRequired<ScalarEvolution>();
4880   AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
4881   // Requiring LoopSimplify a second time here prevents IVUsers from running
4882   // twice, since LoopSimplify was invalidated by running ScalarEvolution.
4883   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
4884   AU.addRequired<IVUsers>();
4885   AU.addPreserved<IVUsers>();
4886   AU.addRequired<TargetTransformInfo>();
4887 }
4888
4889 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
4890   if (skipOptnoneFunction(L))
4891     return false;
4892
4893   bool Changed = false;
4894
4895   // Run the main LSR transformation.
4896   Changed |= LSRInstance(L, this).getChanged();
4897
4898   // Remove any extra phis created by processing inner loops.
4899   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
4900   if (EnablePhiElim && L->isLoopSimplifyForm()) {
4901     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
4902     SCEVExpander Rewriter(getAnalysis<ScalarEvolution>(), "lsr");
4903 #ifndef NDEBUG
4904     Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
4905 #endif
4906     unsigned numFolded = Rewriter.replaceCongruentIVs(
4907         L, &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree(), DeadInsts,
4908         &getAnalysis<TargetTransformInfo>());
4909     if (numFolded) {
4910       Changed = true;
4911       DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
4912       DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
4913     }
4914   }
4915   return Changed;
4916 }