5ba14174ac798fb4698c266880b1a30e2f12734d
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Vectorize / LoopVectorize.cpp
1 //===- LoopVectorize.cpp - A Loop Vectorizer ------------------------------===//
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 is the LLVM loop vectorizer. This pass modifies 'vectorizable' loops
11 // and generates target-independent LLVM-IR.
12 // The vectorizer uses the TargetTransformInfo analysis to estimate the costs
13 // of instructions in order to estimate the profitability of vectorization.
14 //
15 // The loop vectorizer combines consecutive loop iterations into a single
16 // 'wide' iteration. After this transformation the index is incremented
17 // by the SIMD vector width, and not by one.
18 //
19 // This pass has three parts:
20 // 1. The main loop pass that drives the different parts.
21 // 2. LoopVectorizationLegality - A unit that checks for the legality
22 //    of the vectorization.
23 // 3. InnerLoopVectorizer - A unit that performs the actual
24 //    widening of instructions.
25 // 4. LoopVectorizationCostModel - A unit that checks for the profitability
26 //    of vectorization. It decides on the optimal vector width, which
27 //    can be one, if vectorization is not profitable.
28 //
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30 //
31 // The reduction-variable vectorization is based on the paper:
32 //  D. Nuzman and R. Henderson. Multi-platform Auto-vectorization.
33 //
34 // Variable uniformity checks are inspired by:
35 //  Karrenberg, R. and Hack, S. Whole Function Vectorization.
36 //
37 // The interleaved access vectorization is based on the paper:
38 //  Dorit Nuzman, Ira Rosen and Ayal Zaks.  Auto-Vectorization of Interleaved
39 //  Data for SIMD
40 //
41 // Other ideas/concepts are from:
42 //  A. Zaks and D. Nuzman. Autovectorization in GCC-two years later.
43 //
44 //  S. Maleki, Y. Gao, M. Garzaran, T. Wong and D. Padua.  An Evaluation of
45 //  Vectorizing Compilers.
46 //
47 //===----------------------------------------------------------------------===//
48
49 #include "llvm/Transforms/Vectorize.h"
50 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
51 #include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
52 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
53 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
54 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
55 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
56 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
57 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
58 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
59 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
60 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
61 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
62 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
63 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfo.h"
64 #include "llvm/Analysis/CodeMetrics.h"
65 #include "llvm/Analysis/LoopAccessAnalysis.h"
66 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
67 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
68 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
69 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
70 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
71 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
72 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
73 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
74 #include "llvm/IR/Constants.h"
75 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
76 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
77 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
78 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
79 #include "llvm/IR/Dominators.h"
80 #include "llvm/IR/Function.h"
81 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
82 #include "llvm/IR/Instructions.h"
83 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
84 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
85 #include "llvm/IR/Module.h"
86 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
87 #include "llvm/IR/Type.h"
88 #include "llvm/IR/Value.h"
89 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
90 #include "llvm/IR/Verifier.h"
91 #include "llvm/Pass.h"
92 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
93 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
94 #include "llvm/Support/Debug.h"
95 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
96 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
97 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
98 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
99 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
100 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
101 #include <algorithm>
102 #include <map>
103 #include <tuple>
104
105 using namespace llvm;
106 using namespace llvm::PatternMatch;
107
108 #define LV_NAME "loop-vectorize"
109 #define DEBUG_TYPE LV_NAME
110
111 STATISTIC(LoopsVectorized, "Number of loops vectorized");
112 STATISTIC(LoopsAnalyzed, "Number of loops analyzed for vectorization");
113
114 static cl::opt<bool>
115 EnableIfConversion("enable-if-conversion", cl::init(true), cl::Hidden,
116                    cl::desc("Enable if-conversion during vectorization."));
117
118 /// We don't vectorize loops with a known constant trip count below this number.
119 static cl::opt<unsigned>
120 TinyTripCountVectorThreshold("vectorizer-min-trip-count", cl::init(16),
121                              cl::Hidden,
122                              cl::desc("Don't vectorize loops with a constant "
123                                       "trip count that is smaller than this "
124                                       "value."));
125
126 /// This enables versioning on the strides of symbolically striding memory
127 /// accesses in code like the following.
128 ///   for (i = 0; i < N; ++i)
129 ///     A[i * Stride1] += B[i * Stride2] ...
130 ///
131 /// Will be roughly translated to
132 ///    if (Stride1 == 1 && Stride2 == 1) {
133 ///      for (i = 0; i < N; i+=4)
134 ///       A[i:i+3] += ...
135 ///    } else
136 ///      ...
137 static cl::opt<bool> EnableMemAccessVersioning(
138     "enable-mem-access-versioning", cl::init(true), cl::Hidden,
139     cl::desc("Enable symblic stride memory access versioning"));
140
141 static cl::opt<bool> EnableInterleavedMemAccesses(
142     "enable-interleaved-mem-accesses", cl::init(false), cl::Hidden,
143     cl::desc("Enable vectorization on interleaved memory accesses in a loop"));
144
145 /// Maximum factor for an interleaved memory access.
146 static cl::opt<unsigned> MaxInterleaveGroupFactor(
147     "max-interleave-group-factor", cl::Hidden,
148     cl::desc("Maximum factor for an interleaved access group (default = 8)"),
149     cl::init(8));
150
151 /// We don't unroll loops with a known constant trip count below this number.
152 static const unsigned TinyTripCountUnrollThreshold = 128;
153
154 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumScalarRegs(
155     "force-target-num-scalar-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
156     cl::desc("A flag that overrides the target's number of scalar registers."));
157
158 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumVectorRegs(
159     "force-target-num-vector-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
160     cl::desc("A flag that overrides the target's number of vector registers."));
161
162 /// Maximum vectorization interleave count.
163 static const unsigned MaxInterleaveFactor = 16;
164
165 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor(
166     "force-target-max-scalar-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
167     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
168              "scalar loops."));
169
170 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor(
171     "force-target-max-vector-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
172     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
173              "vectorized loops."));
174
175 static cl::opt<unsigned> ForceTargetInstructionCost(
176     "force-target-instruction-cost", cl::init(0), cl::Hidden,
177     cl::desc("A flag that overrides the target's expected cost for "
178              "an instruction to a single constant value. Mostly "
179              "useful for getting consistent testing."));
180
181 static cl::opt<unsigned> SmallLoopCost(
182     "small-loop-cost", cl::init(20), cl::Hidden,
183     cl::desc("The cost of a loop that is considered 'small' by the unroller."));
184
185 static cl::opt<bool> LoopVectorizeWithBlockFrequency(
186     "loop-vectorize-with-block-frequency", cl::init(false), cl::Hidden,
187     cl::desc("Enable the use of the block frequency analysis to access PGO "
188              "heuristics minimizing code growth in cold regions and being more "
189              "aggressive in hot regions."));
190
191 // Runtime unroll loops for load/store throughput.
192 static cl::opt<bool> EnableLoadStoreRuntimeUnroll(
193     "enable-loadstore-runtime-unroll", cl::init(true), cl::Hidden,
194     cl::desc("Enable runtime unrolling until load/store ports are saturated"));
195
196 /// The number of stores in a loop that are allowed to need predication.
197 static cl::opt<unsigned> NumberOfStoresToPredicate(
198     "vectorize-num-stores-pred", cl::init(1), cl::Hidden,
199     cl::desc("Max number of stores to be predicated behind an if."));
200
201 static cl::opt<bool> EnableIndVarRegisterHeur(
202     "enable-ind-var-reg-heur", cl::init(true), cl::Hidden,
203     cl::desc("Count the induction variable only once when unrolling"));
204
205 static cl::opt<bool> EnableCondStoresVectorization(
206     "enable-cond-stores-vec", cl::init(false), cl::Hidden,
207     cl::desc("Enable if predication of stores during vectorization."));
208
209 static cl::opt<unsigned> MaxNestedScalarReductionUF(
210     "max-nested-scalar-reduction-unroll", cl::init(2), cl::Hidden,
211     cl::desc("The maximum unroll factor to use when unrolling a scalar "
212              "reduction in a nested loop."));
213
214 namespace {
215
216 // Forward declarations.
217 class LoopVectorizationLegality;
218 class LoopVectorizationCostModel;
219 class LoopVectorizeHints;
220
221 /// \brief This modifies LoopAccessReport to initialize message with
222 /// loop-vectorizer-specific part.
223 class VectorizationReport : public LoopAccessReport {
224 public:
225   VectorizationReport(Instruction *I = nullptr)
226       : LoopAccessReport("loop not vectorized: ", I) {}
227
228   /// \brief This allows promotion of the loop-access analysis report into the
229   /// loop-vectorizer report.  It modifies the message to add the
230   /// loop-vectorizer-specific part of the message.
231   explicit VectorizationReport(const LoopAccessReport &R)
232       : LoopAccessReport(Twine("loop not vectorized: ") + R.str(),
233                          R.getInstr()) {}
234 };
235
236 /// A helper function for converting Scalar types to vector types.
237 /// If the incoming type is void, we return void. If the VF is 1, we return
238 /// the scalar type.
239 static Type* ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF) {
240   if (Scalar->isVoidTy() || VF == 1)
241     return Scalar;
242   return VectorType::get(Scalar, VF);
243 }
244
245 /// InnerLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
246 /// block to a specified vectorization factor (VF).
247 /// This class performs the widening of scalars into vectors, or multiple
248 /// scalars. This class also implements the following features:
249 /// * It inserts an epilogue loop for handling loops that don't have iteration
250 ///   counts that are known to be a multiple of the vectorization factor.
251 /// * It handles the code generation for reduction variables.
252 /// * Scalarization (implementation using scalars) of un-vectorizable
253 ///   instructions.
254 /// InnerLoopVectorizer does not perform any vectorization-legality
255 /// checks, and relies on the caller to check for the different legality
256 /// aspects. The InnerLoopVectorizer relies on the
257 /// LoopVectorizationLegality class to provide information about the induction
258 /// and reduction variables that were found to a given vectorization factor.
259 class InnerLoopVectorizer {
260 public:
261   InnerLoopVectorizer(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
262                       DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI,
263                       const TargetTransformInfo *TTI, unsigned VecWidth,
264                       unsigned UnrollFactor)
265       : OrigLoop(OrigLoop), SE(SE), LI(LI), DT(DT), TLI(TLI), TTI(TTI),
266         VF(VecWidth), UF(UnrollFactor), Builder(SE->getContext()),
267         Induction(nullptr), OldInduction(nullptr), WidenMap(UnrollFactor),
268         Legal(nullptr), AddedSafetyChecks(false) {}
269
270   // Perform the actual loop widening (vectorization).
271   void vectorize(LoopVectorizationLegality *L) {
272     Legal = L;
273     // Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
274     createEmptyLoop();
275     // Widen each instruction in the old loop to a new one in the new loop.
276     // Use the Legality module to find the induction and reduction variables.
277     vectorizeLoop();
278     // Register the new loop and update the analysis passes.
279     updateAnalysis();
280   }
281
282   // Return true if any runtime check is added.
283   bool IsSafetyChecksAdded() {
284     return AddedSafetyChecks;
285   }
286
287   virtual ~InnerLoopVectorizer() {}
288
289 protected:
290   /// A small list of PHINodes.
291   typedef SmallVector<PHINode*, 4> PhiVector;
292   /// When we unroll loops we have multiple vector values for each scalar.
293   /// This data structure holds the unrolled and vectorized values that
294   /// originated from one scalar instruction.
295   typedef SmallVector<Value*, 2> VectorParts;
296
297   // When we if-convert we need to create edge masks. We have to cache values
298   // so that we don't end up with exponential recursion/IR.
299   typedef DenseMap<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>,
300                    VectorParts> EdgeMaskCache;
301
302   /// \brief Add checks for strides that were assumed to be 1.
303   ///
304   /// Returns the last check instruction and the first check instruction in the
305   /// pair as (first, last).
306   std::pair<Instruction *, Instruction *> addStrideCheck(Instruction *Loc);
307
308   /// Create an empty loop, based on the loop ranges of the old loop.
309   void createEmptyLoop();
310   /// Copy and widen the instructions from the old loop.
311   virtual void vectorizeLoop();
312
313   /// \brief The Loop exit block may have single value PHI nodes where the
314   /// incoming value is 'Undef'. While vectorizing we only handled real values
315   /// that were defined inside the loop. Here we fix the 'undef case'.
316   /// See PR14725.
317   void fixLCSSAPHIs();
318
319   /// A helper function that computes the predicate of the block BB, assuming
320   /// that the header block of the loop is set to True. It returns the *entry*
321   /// mask for the block BB.
322   VectorParts createBlockInMask(BasicBlock *BB);
323   /// A helper function that computes the predicate of the edge between SRC
324   /// and DST.
325   VectorParts createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst);
326
327   /// A helper function to vectorize a single BB within the innermost loop.
328   void vectorizeBlockInLoop(BasicBlock *BB, PhiVector *PV);
329
330   /// Vectorize a single PHINode in a block. This method handles the induction
331   /// variable canonicalization. It supports both VF = 1 for unrolled loops and
332   /// arbitrary length vectors.
333   void widenPHIInstruction(Instruction *PN, VectorParts &Entry,
334                            unsigned UF, unsigned VF, PhiVector *PV);
335
336   /// Insert the new loop to the loop hierarchy and pass manager
337   /// and update the analysis passes.
338   void updateAnalysis();
339
340   /// This instruction is un-vectorizable. Implement it as a sequence
341   /// of scalars. If \p IfPredicateStore is true we need to 'hide' each
342   /// scalarized instruction behind an if block predicated on the control
343   /// dependence of the instruction.
344   virtual void scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
345                                     bool IfPredicateStore=false);
346
347   /// Vectorize Load and Store instructions,
348   virtual void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr);
349
350   /// Create a broadcast instruction. This method generates a broadcast
351   /// instruction (shuffle) for loop invariant values and for the induction
352   /// value. If this is the induction variable then we extend it to N, N+1, ...
353   /// this is needed because each iteration in the loop corresponds to a SIMD
354   /// element.
355   virtual Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
356
357   /// This function adds (StartIdx, StartIdx + Step, StartIdx + 2*Step, ...)
358   /// to each vector element of Val. The sequence starts at StartIndex.
359   virtual Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step);
360
361   /// When we go over instructions in the basic block we rely on previous
362   /// values within the current basic block or on loop invariant values.
363   /// When we widen (vectorize) values we place them in the map. If the values
364   /// are not within the map, they have to be loop invariant, so we simply
365   /// broadcast them into a vector.
366   VectorParts &getVectorValue(Value *V);
367
368   /// Try to vectorize the interleaved access group that \p Instr belongs to.
369   void vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr);
370
371   /// Generate a shuffle sequence that will reverse the vector Vec.
372   virtual Value *reverseVector(Value *Vec);
373
374   /// This is a helper class that holds the vectorizer state. It maps scalar
375   /// instructions to vector instructions. When the code is 'unrolled' then
376   /// then a single scalar value is mapped to multiple vector parts. The parts
377   /// are stored in the VectorPart type.
378   struct ValueMap {
379     /// C'tor.  UnrollFactor controls the number of vectors ('parts') that
380     /// are mapped.
381     ValueMap(unsigned UnrollFactor) : UF(UnrollFactor) {}
382
383     /// \return True if 'Key' is saved in the Value Map.
384     bool has(Value *Key) const { return MapStorage.count(Key); }
385
386     /// Initializes a new entry in the map. Sets all of the vector parts to the
387     /// save value in 'Val'.
388     /// \return A reference to a vector with splat values.
389     VectorParts &splat(Value *Key, Value *Val) {
390       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
391       Entry.assign(UF, Val);
392       return Entry;
393     }
394
395     ///\return A reference to the value that is stored at 'Key'.
396     VectorParts &get(Value *Key) {
397       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
398       if (Entry.empty())
399         Entry.resize(UF);
400       assert(Entry.size() == UF);
401       return Entry;
402     }
403
404   private:
405     /// The unroll factor. Each entry in the map stores this number of vector
406     /// elements.
407     unsigned UF;
408
409     /// Map storage. We use std::map and not DenseMap because insertions to a
410     /// dense map invalidates its iterators.
411     std::map<Value *, VectorParts> MapStorage;
412   };
413
414   /// The original loop.
415   Loop *OrigLoop;
416   /// Scev analysis to use.
417   ScalarEvolution *SE;
418   /// Loop Info.
419   LoopInfo *LI;
420   /// Dominator Tree.
421   DominatorTree *DT;
422   /// Alias Analysis.
423   AliasAnalysis *AA;
424   /// Target Library Info.
425   const TargetLibraryInfo *TLI;
426   /// Target Transform Info.
427   const TargetTransformInfo *TTI;
428
429   /// The vectorization SIMD factor to use. Each vector will have this many
430   /// vector elements.
431   unsigned VF;
432
433 protected:
434   /// The vectorization unroll factor to use. Each scalar is vectorized to this
435   /// many different vector instructions.
436   unsigned UF;
437
438   /// The builder that we use
439   IRBuilder<> Builder;
440
441   // --- Vectorization state ---
442
443   /// The vector-loop preheader.
444   BasicBlock *LoopVectorPreHeader;
445   /// The scalar-loop preheader.
446   BasicBlock *LoopScalarPreHeader;
447   /// Middle Block between the vector and the scalar.
448   BasicBlock *LoopMiddleBlock;
449   ///The ExitBlock of the scalar loop.
450   BasicBlock *LoopExitBlock;
451   ///The vector loop body.
452   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopVectorBody;
453   ///The scalar loop body.
454   BasicBlock *LoopScalarBody;
455   /// A list of all bypass blocks. The first block is the entry of the loop.
456   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopBypassBlocks;
457
458   /// The new Induction variable which was added to the new block.
459   PHINode *Induction;
460   /// The induction variable of the old basic block.
461   PHINode *OldInduction;
462   /// Holds the extended (to the widest induction type) start index.
463   Value *ExtendedIdx;
464   /// Maps scalars to widened vectors.
465   ValueMap WidenMap;
466   EdgeMaskCache MaskCache;
467
468   LoopVectorizationLegality *Legal;
469
470   // Record whether runtime check is added.
471   bool AddedSafetyChecks;
472 };
473
474 class InnerLoopUnroller : public InnerLoopVectorizer {
475 public:
476   InnerLoopUnroller(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
477                     DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI,
478                     const TargetTransformInfo *TTI, unsigned UnrollFactor)
479       : InnerLoopVectorizer(OrigLoop, SE, LI, DT, TLI, TTI, 1, UnrollFactor) {}
480
481 private:
482   void scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
483                             bool IfPredicateStore = false) override;
484   void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) override;
485   Value *getBroadcastInstrs(Value *V) override;
486   Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step) override;
487   Value *reverseVector(Value *Vec) override;
488 };
489
490 /// \brief Look for a meaningful debug location on the instruction or it's
491 /// operands.
492 static Instruction *getDebugLocFromInstOrOperands(Instruction *I) {
493   if (!I)
494     return I;
495
496   DebugLoc Empty;
497   if (I->getDebugLoc() != Empty)
498     return I;
499
500   for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end(); OI != OE; ++OI) {
501     if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OI))
502       if (OpInst->getDebugLoc() != Empty)
503         return OpInst;
504   }
505
506   return I;
507 }
508
509 /// \brief Set the debug location in the builder using the debug location in the
510 /// instruction.
511 static void setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr) {
512   if (const Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(Ptr))
513     B.SetCurrentDebugLocation(Inst->getDebugLoc());
514   else
515     B.SetCurrentDebugLocation(DebugLoc());
516 }
517
518 #ifndef NDEBUG
519 /// \return string containing a file name and a line # for the given loop.
520 static std::string getDebugLocString(const Loop *L) {
521   std::string Result;
522   if (L) {
523     raw_string_ostream OS(Result);
524     if (const DebugLoc LoopDbgLoc = L->getStartLoc())
525       LoopDbgLoc.print(OS);
526     else
527       // Just print the module name.
528       OS << L->getHeader()->getParent()->getParent()->getModuleIdentifier();
529     OS.flush();
530   }
531   return Result;
532 }
533 #endif
534
535 /// \brief Propagate known metadata from one instruction to another.
536 static void propagateMetadata(Instruction *To, const Instruction *From) {
537   SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 4> Metadata;
538   From->getAllMetadataOtherThanDebugLoc(Metadata);
539
540   for (auto M : Metadata) {
541     unsigned Kind = M.first;
542
543     // These are safe to transfer (this is safe for TBAA, even when we
544     // if-convert, because should that metadata have had a control dependency
545     // on the condition, and thus actually aliased with some other
546     // non-speculated memory access when the condition was false, this would be
547     // caught by the runtime overlap checks).
548     if (Kind != LLVMContext::MD_tbaa &&
549         Kind != LLVMContext::MD_alias_scope &&
550         Kind != LLVMContext::MD_noalias &&
551         Kind != LLVMContext::MD_fpmath)
552       continue;
553
554     To->setMetadata(Kind, M.second);
555   }
556 }
557
558 /// \brief Propagate known metadata from one instruction to a vector of others.
559 static void propagateMetadata(SmallVectorImpl<Value *> &To, const Instruction *From) {
560   for (Value *V : To)
561     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
562       propagateMetadata(I, From);
563 }
564
565 /// \brief The group of interleaved loads/stores sharing the same stride and
566 /// close to each other.
567 ///
568 /// Each member in this group has an index starting from 0, and the largest
569 /// index should be less than interleaved factor, which is equal to the absolute
570 /// value of the access's stride.
571 ///
572 /// E.g. An interleaved load group of factor 4:
573 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
574 ///          a = A[i];                           // Member of index 0
575 ///          b = A[i+1];                         // Member of index 1
576 ///          d = A[i+3];                         // Member of index 3
577 ///          ...
578 ///        }
579 ///
580 ///      An interleaved store group of factor 4:
581 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
582 ///          ...
583 ///          A[i]   = a;                         // Member of index 0
584 ///          A[i+1] = b;                         // Member of index 1
585 ///          A[i+2] = c;                         // Member of index 2
586 ///          A[i+3] = d;                         // Member of index 3
587 ///        }
588 ///
589 /// Note: the interleaved load group could have gaps (missing members), but
590 /// the interleaved store group doesn't allow gaps.
591 class InterleaveGroup {
592 public:
593   InterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride, unsigned Align)
594       : Align(Align), SmallestKey(0), LargestKey(0), InsertPos(Instr) {
595     assert(Align && "The alignment should be non-zero");
596
597     Factor = std::abs(Stride);
598     assert(Factor > 1 && "Invalid interleave factor");
599
600     Reverse = Stride < 0;
601     Members[0] = Instr;
602   }
603
604   bool isReverse() const { return Reverse; }
605   unsigned getFactor() const { return Factor; }
606   unsigned getAlignment() const { return Align; }
607   unsigned getNumMembers() const { return Members.size(); }
608
609   /// \brief Try to insert a new member \p Instr with index \p Index and
610   /// alignment \p NewAlign. The index is related to the leader and it could be
611   /// negative if it is the new leader.
612   ///
613   /// \returns false if the instruction doesn't belong to the group.
614   bool insertMember(Instruction *Instr, int Index, unsigned NewAlign) {
615     assert(NewAlign && "The new member's alignment should be non-zero");
616
617     int Key = Index + SmallestKey;
618
619     // Skip if there is already a member with the same index.
620     if (Members.count(Key))
621       return false;
622
623     if (Key > LargestKey) {
624       // The largest index is always less than the interleave factor.
625       if (Index >= static_cast<int>(Factor))
626         return false;
627
628       LargestKey = Key;
629     } else if (Key < SmallestKey) {
630       // The largest index is always less than the interleave factor.
631       if (LargestKey - Key >= static_cast<int>(Factor))
632         return false;
633
634       SmallestKey = Key;
635     }
636
637     // It's always safe to select the minimum alignment.
638     Align = std::min(Align, NewAlign);
639     Members[Key] = Instr;
640     return true;
641   }
642
643   /// \brief Get the member with the given index \p Index
644   ///
645   /// \returns nullptr if contains no such member.
646   Instruction *getMember(unsigned Index) const {
647     int Key = SmallestKey + Index;
648     if (!Members.count(Key))
649       return nullptr;
650
651     return Members.find(Key)->second;
652   }
653
654   /// \brief Get the index for the given member. Unlike the key in the member
655   /// map, the index starts from 0.
656   unsigned getIndex(Instruction *Instr) const {
657     for (auto I : Members)
658       if (I.second == Instr)
659         return I.first - SmallestKey;
660
661     llvm_unreachable("InterleaveGroup contains no such member");
662   }
663
664   Instruction *getInsertPos() const { return InsertPos; }
665   void setInsertPos(Instruction *Inst) { InsertPos = Inst; }
666
667 private:
668   unsigned Factor; // Interleave Factor.
669   bool Reverse;
670   unsigned Align;
671   DenseMap<int, Instruction *> Members;
672   int SmallestKey;
673   int LargestKey;
674
675   // To avoid breaking dependences, vectorized instructions of an interleave
676   // group should be inserted at either the first load or the last store in
677   // program order.
678   //
679   // E.g. %even = load i32             // Insert Position
680   //      %add = add i32 %even         // Use of %even
681   //      %odd = load i32
682   //
683   //      store i32 %even
684   //      %odd = add i32               // Def of %odd
685   //      store i32 %odd               // Insert Position
686   Instruction *InsertPos;
687 };
688
689 /// \brief Drive the analysis of interleaved memory accesses in the loop.
690 ///
691 /// Use this class to analyze interleaved accesses only when we can vectorize
692 /// a loop. Otherwise it's meaningless to do analysis as the vectorization
693 /// on interleaved accesses is unsafe.
694 ///
695 /// The analysis collects interleave groups and records the relationships
696 /// between the member and the group in a map.
697 class InterleavedAccessInfo {
698 public:
699   InterleavedAccessInfo(ScalarEvolution *SE, Loop *L, DominatorTree *DT)
700       : SE(SE), TheLoop(L), DT(DT) {}
701
702   ~InterleavedAccessInfo() {
703     SmallSet<InterleaveGroup *, 4> DelSet;
704     // Avoid releasing a pointer twice.
705     for (auto &I : InterleaveGroupMap)
706       DelSet.insert(I.second);
707     for (auto *Ptr : DelSet)
708       delete Ptr;
709   }
710
711   /// \brief Analyze the interleaved accesses and collect them in interleave
712   /// groups. Substitute symbolic strides using \p Strides.
713   void analyzeInterleaving(const ValueToValueMap &Strides);
714
715   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleave group.
716   bool isInterleaved(Instruction *Instr) const {
717     return InterleaveGroupMap.count(Instr);
718   }
719
720   /// \brief Get the interleave group that \p Instr belongs to.
721   ///
722   /// \returns nullptr if doesn't have such group.
723   InterleaveGroup *getInterleaveGroup(Instruction *Instr) const {
724     if (InterleaveGroupMap.count(Instr))
725       return InterleaveGroupMap.find(Instr)->second;
726     return nullptr;
727   }
728
729 private:
730   ScalarEvolution *SE;
731   Loop *TheLoop;
732   DominatorTree *DT;
733
734   /// Holds the relationships between the members and the interleave group.
735   DenseMap<Instruction *, InterleaveGroup *> InterleaveGroupMap;
736
737   /// \brief The descriptor for a strided memory access.
738   struct StrideDescriptor {
739     StrideDescriptor(int Stride, const SCEV *Scev, unsigned Size,
740                      unsigned Align)
741         : Stride(Stride), Scev(Scev), Size(Size), Align(Align) {}
742
743     StrideDescriptor() : Stride(0), Scev(nullptr), Size(0), Align(0) {}
744
745     int Stride; // The access's stride. It is negative for a reverse access.
746     const SCEV *Scev; // The scalar expression of this access
747     unsigned Size;    // The size of the memory object.
748     unsigned Align;   // The alignment of this access.
749   };
750
751   /// \brief Create a new interleave group with the given instruction \p Instr,
752   /// stride \p Stride and alignment \p Align.
753   ///
754   /// \returns the newly created interleave group.
755   InterleaveGroup *createInterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride,
756                                          unsigned Align) {
757     assert(!InterleaveGroupMap.count(Instr) &&
758            "Already in an interleaved access group");
759     InterleaveGroupMap[Instr] = new InterleaveGroup(Instr, Stride, Align);
760     return InterleaveGroupMap[Instr];
761   }
762
763   /// \brief Release the group and remove all the relationships.
764   void releaseGroup(InterleaveGroup *Group) {
765     for (unsigned i = 0; i < Group->getFactor(); i++)
766       if (Instruction *Member = Group->getMember(i))
767         InterleaveGroupMap.erase(Member);
768
769     delete Group;
770   }
771
772   /// \brief Collect all the accesses with a constant stride in program order.
773   void collectConstStridedAccesses(
774       MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &StrideAccesses,
775       const ValueToValueMap &Strides);
776 };
777
778 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
779 /// to what vectorization factor.
780 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
781 /// legality. This class has two main kinds of checks:
782 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
783 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
784 ///   correctness of the program.
785 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeInstrs and canVectorizeMemory
786 /// checks for a number of different conditions, such as the availability of a
787 /// single induction variable, that all types are supported and vectorize-able,
788 /// etc. This code reflects the capabilities of InnerLoopVectorizer.
789 /// This class is also used by InnerLoopVectorizer for identifying
790 /// induction variable and the different reduction variables.
791 class LoopVectorizationLegality {
792 public:
793   LoopVectorizationLegality(Loop *L, ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT,
794                             TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA,
795                             Function *F, const TargetTransformInfo *TTI,
796                             LoopAccessAnalysis *LAA)
797       : NumPredStores(0), TheLoop(L), SE(SE), TLI(TLI), TheFunction(F),
798         TTI(TTI), DT(DT), LAA(LAA), LAI(nullptr), InterleaveInfo(SE, L, DT),
799         Induction(nullptr), WidestIndTy(nullptr), HasFunNoNaNAttr(false) {}
800
801   /// This enum represents the kinds of inductions that we support.
802   enum InductionKind {
803     IK_NoInduction,  ///< Not an induction variable.
804     IK_IntInduction, ///< Integer induction variable. Step = C.
805     IK_PtrInduction  ///< Pointer induction var. Step = C / sizeof(elem).
806   };
807
808   /// A struct for saving information about induction variables.
809   struct InductionInfo {
810     InductionInfo(Value *Start, InductionKind K, ConstantInt *Step)
811         : StartValue(Start), IK(K), StepValue(Step) {
812       assert(IK != IK_NoInduction && "Not an induction");
813       assert(StartValue && "StartValue is null");
814       assert(StepValue && !StepValue->isZero() && "StepValue is zero");
815       assert((IK != IK_PtrInduction || StartValue->getType()->isPointerTy()) &&
816              "StartValue is not a pointer for pointer induction");
817       assert((IK != IK_IntInduction || StartValue->getType()->isIntegerTy()) &&
818              "StartValue is not an integer for integer induction");
819       assert(StepValue->getType()->isIntegerTy() &&
820              "StepValue is not an integer");
821     }
822     InductionInfo()
823         : StartValue(nullptr), IK(IK_NoInduction), StepValue(nullptr) {}
824
825     /// Get the consecutive direction. Returns:
826     ///   0 - unknown or non-consecutive.
827     ///   1 - consecutive and increasing.
828     ///  -1 - consecutive and decreasing.
829     int getConsecutiveDirection() const {
830       if (StepValue && (StepValue->isOne() || StepValue->isMinusOne()))
831         return StepValue->getSExtValue();
832       return 0;
833     }
834
835     /// Compute the transformed value of Index at offset StartValue using step
836     /// StepValue.
837     /// For integer induction, returns StartValue + Index * StepValue.
838     /// For pointer induction, returns StartValue[Index * StepValue].
839     /// FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw
840     /// flags, which can be found from the original scalar operations.
841     Value *transform(IRBuilder<> &B, Value *Index) const {
842       switch (IK) {
843       case IK_IntInduction:
844         assert(Index->getType() == StartValue->getType() &&
845                "Index type does not match StartValue type");
846         if (StepValue->isMinusOne())
847           return B.CreateSub(StartValue, Index);
848         if (!StepValue->isOne())
849           Index = B.CreateMul(Index, StepValue);
850         return B.CreateAdd(StartValue, Index);
851
852       case IK_PtrInduction:
853         assert(Index->getType() == StepValue->getType() &&
854                "Index type does not match StepValue type");
855         if (StepValue->isMinusOne())
856           Index = B.CreateNeg(Index);
857         else if (!StepValue->isOne())
858           Index = B.CreateMul(Index, StepValue);
859         return B.CreateGEP(nullptr, StartValue, Index);
860
861       case IK_NoInduction:
862         return nullptr;
863       }
864       llvm_unreachable("invalid enum");
865     }
866
867     /// Start value.
868     TrackingVH<Value> StartValue;
869     /// Induction kind.
870     InductionKind IK;
871     /// Step value.
872     ConstantInt *StepValue;
873   };
874
875   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
876   /// of the reductions that were found in the loop.
877   typedef DenseMap<PHINode *, RecurrenceDescriptor> ReductionList;
878
879   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
880   /// induction descriptor.
881   typedef MapVector<PHINode*, InductionInfo> InductionList;
882
883   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
884   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
885   /// loop, only that it is legal to do so.
886   bool canVectorize();
887
888   /// Returns the Induction variable.
889   PHINode *getInduction() { return Induction; }
890
891   /// Returns the reduction variables found in the loop.
892   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
893
894   /// Returns the induction variables found in the loop.
895   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
896
897   /// Returns the widest induction type.
898   Type *getWidestInductionType() { return WidestIndTy; }
899
900   /// Returns True if V is an induction variable in this loop.
901   bool isInductionVariable(const Value *V);
902
903   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
904   /// to be vectorized.
905   bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB);
906
907   /// Check if this  pointer is consecutive when vectorizing. This happens
908   /// when the last index of the GEP is the induction variable, or that the
909   /// pointer itself is an induction variable.
910   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
911   /// Returns:
912   /// 0 - Stride is unknown or non-consecutive.
913   /// 1 - Address is consecutive.
914   /// -1 - Address is consecutive, and decreasing.
915   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
916
917   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
918   bool isUniform(Value *V);
919
920   /// Returns true if this instruction will remain scalar after vectorization.
921   bool isUniformAfterVectorization(Instruction* I) { return Uniforms.count(I); }
922
923   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
924   const LoopAccessInfo::RuntimePointerCheck *getRuntimePointerCheck() const {
925     return LAI->getRuntimePointerCheck();
926   }
927
928   const LoopAccessInfo *getLAI() const {
929     return LAI;
930   }
931
932   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleaved access group.
933   bool isAccessInterleaved(Instruction *Instr) {
934     return InterleaveInfo.isInterleaved(Instr);
935   }
936
937   /// \brief Get the interleaved access group that \p Instr belongs to.
938   const InterleaveGroup *getInterleavedAccessGroup(Instruction *Instr) {
939     return InterleaveInfo.getInterleaveGroup(Instr);
940   }
941
942   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return LAI->getMaxSafeDepDistBytes(); }
943
944   bool hasStride(Value *V) { return StrideSet.count(V); }
945   bool mustCheckStrides() { return !StrideSet.empty(); }
946   SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator strides_begin() {
947     return StrideSet.begin();
948   }
949   SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator strides_end() { return StrideSet.end(); }
950
951   /// Returns true if the target machine supports masked store operation
952   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
953   bool isLegalMaskedStore(Type *DataType, Value *Ptr) {
954     return TTI->isLegalMaskedStore(DataType, isConsecutivePtr(Ptr));
955   }
956   /// Returns true if the target machine supports masked load operation
957   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
958   bool isLegalMaskedLoad(Type *DataType, Value *Ptr) {
959     return TTI->isLegalMaskedLoad(DataType, isConsecutivePtr(Ptr));
960   }
961   /// Returns true if vector representation of the instruction \p I
962   /// requires mask.
963   bool isMaskRequired(const Instruction* I) {
964     return (MaskedOp.count(I) != 0);
965   }
966   unsigned getNumStores() const {
967     return LAI->getNumStores();
968   }
969   unsigned getNumLoads() const {
970     return LAI->getNumLoads();
971   }
972   unsigned getNumPredStores() const {
973     return NumPredStores;
974   }
975 private:
976   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
977   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
978   /// and we only need to check individual instructions.
979   bool canVectorizeInstrs();
980
981   /// When we vectorize loops we may change the order in which
982   /// we read and write from memory. This method checks if it is
983   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
984   /// Returns true if the loop is vectorizable
985   bool canVectorizeMemory();
986
987   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
988   /// transformation.
989   bool canVectorizeWithIfConvert();
990
991   /// Collect the variables that need to stay uniform after vectorization.
992   void collectLoopUniforms();
993
994   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
995   /// executed. \p SafePtrs is a list of addresses that are known to be legal
996   /// and we know that we can read from them without segfault.
997   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs);
998
999   /// Returns the induction kind of Phi and record the step. This function may
1000   /// return NoInduction if the PHI is not an induction variable.
1001   InductionKind isInductionVariable(PHINode *Phi, ConstantInt *&StepValue);
1002
1003   /// \brief Collect memory access with loop invariant strides.
1004   ///
1005   /// Looks for accesses like "a[i * StrideA]" where "StrideA" is loop
1006   /// invariant.
1007   void collectStridedAccess(Value *LoadOrStoreInst);
1008
1009   /// Report an analysis message to assist the user in diagnosing loops that are
1010   /// not vectorized.  These are handled as LoopAccessReport rather than
1011   /// VectorizationReport because the << operator of VectorizationReport returns
1012   /// LoopAccessReport.
1013   void emitAnalysis(const LoopAccessReport &Message) {
1014     LoopAccessReport::emitAnalysis(Message, TheFunction, TheLoop, LV_NAME);
1015   }
1016
1017   unsigned NumPredStores;
1018
1019   /// The loop that we evaluate.
1020   Loop *TheLoop;
1021   /// Scev analysis.
1022   ScalarEvolution *SE;
1023   /// Target Library Info.
1024   TargetLibraryInfo *TLI;
1025   /// Parent function
1026   Function *TheFunction;
1027   /// Target Transform Info
1028   const TargetTransformInfo *TTI;
1029   /// Dominator Tree.
1030   DominatorTree *DT;
1031   // LoopAccess analysis.
1032   LoopAccessAnalysis *LAA;
1033   // And the loop-accesses info corresponding to this loop.  This pointer is
1034   // null until canVectorizeMemory sets it up.
1035   const LoopAccessInfo *LAI;
1036
1037   /// The interleave access information contains groups of interleaved accesses
1038   /// with the same stride and close to each other.
1039   InterleavedAccessInfo InterleaveInfo;
1040
1041   //  ---  vectorization state --- //
1042
1043   /// Holds the integer induction variable. This is the counter of the
1044   /// loop.
1045   PHINode *Induction;
1046   /// Holds the reduction variables.
1047   ReductionList Reductions;
1048   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
1049   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
1050   /// variables can be pointers.
1051   InductionList Inductions;
1052   /// Holds the widest induction type encountered.
1053   Type *WidestIndTy;
1054
1055   /// Allowed outside users. This holds the reduction
1056   /// vars which can be accessed from outside the loop.
1057   SmallPtrSet<Value*, 4> AllowedExit;
1058   /// This set holds the variables which are known to be uniform after
1059   /// vectorization.
1060   SmallPtrSet<Instruction*, 4> Uniforms;
1061
1062   /// Can we assume the absence of NaNs.
1063   bool HasFunNoNaNAttr;
1064
1065   ValueToValueMap Strides;
1066   SmallPtrSet<Value *, 8> StrideSet;
1067
1068   /// While vectorizing these instructions we have to generate a
1069   /// call to the appropriate masked intrinsic
1070   SmallPtrSet<const Instruction*, 8> MaskedOp;
1071 };
1072
1073 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
1074 /// vectorization.
1075 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because of
1076 /// a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict the
1077 /// expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set. We use the
1078 /// TargetTransformInfo to query the different backends for the cost of
1079 /// different operations.
1080 class LoopVectorizationCostModel {
1081 public:
1082   LoopVectorizationCostModel(Loop *L, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
1083                              LoopVectorizationLegality *Legal,
1084                              const TargetTransformInfo &TTI,
1085                              const TargetLibraryInfo *TLI, AssumptionCache *AC,
1086                              const Function *F, const LoopVectorizeHints *Hints)
1087       : TheLoop(L), SE(SE), LI(LI), Legal(Legal), TTI(TTI), TLI(TLI),
1088         TheFunction(F), Hints(Hints) {
1089     CodeMetrics::collectEphemeralValues(L, AC, EphValues);
1090   }
1091
1092   /// Information about vectorization costs
1093   struct VectorizationFactor {
1094     unsigned Width; // Vector width with best cost
1095     unsigned Cost; // Cost of the loop with that width
1096   };
1097   /// \return The most profitable vectorization factor and the cost of that VF.
1098   /// This method checks every power of two up to VF. If UserVF is not ZERO
1099   /// then this vectorization factor will be selected if vectorization is
1100   /// possible.
1101   VectorizationFactor selectVectorizationFactor(bool OptForSize);
1102
1103   /// \return The size (in bits) of the widest type in the code that
1104   /// needs to be vectorized. We ignore values that remain scalar such as
1105   /// 64 bit loop indices.
1106   unsigned getWidestType();
1107
1108   /// \return The most profitable unroll factor.
1109   /// If UserUF is non-zero then this method finds the best unroll-factor
1110   /// based on register pressure and other parameters.
1111   /// VF and LoopCost are the selected vectorization factor and the cost of the
1112   /// selected VF.
1113   unsigned selectUnrollFactor(bool OptForSize, unsigned VF, unsigned LoopCost);
1114
1115   /// \brief A struct that represents some properties of the register usage
1116   /// of a loop.
1117   struct RegisterUsage {
1118     /// Holds the number of loop invariant values that are used in the loop.
1119     unsigned LoopInvariantRegs;
1120     /// Holds the maximum number of concurrent live intervals in the loop.
1121     unsigned MaxLocalUsers;
1122     /// Holds the number of instructions in the loop.
1123     unsigned NumInstructions;
1124   };
1125
1126   /// \return  information about the register usage of the loop.
1127   RegisterUsage calculateRegisterUsage();
1128
1129 private:
1130   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
1131   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
1132   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
1133   /// the factor width.
1134   unsigned expectedCost(unsigned VF);
1135
1136   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
1137   /// width. Vector width of one means scalar.
1138   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
1139
1140   /// Returns whether the instruction is a load or store and will be a emitted
1141   /// as a vector operation.
1142   bool isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *I);
1143
1144   /// Report an analysis message to assist the user in diagnosing loops that are
1145   /// not vectorized.  These are handled as LoopAccessReport rather than
1146   /// VectorizationReport because the << operator of VectorizationReport returns
1147   /// LoopAccessReport.
1148   void emitAnalysis(const LoopAccessReport &Message) {
1149     LoopAccessReport::emitAnalysis(Message, TheFunction, TheLoop, LV_NAME);
1150   }
1151
1152   /// Values used only by @llvm.assume calls.
1153   SmallPtrSet<const Value *, 32> EphValues;
1154
1155   /// The loop that we evaluate.
1156   Loop *TheLoop;
1157   /// Scev analysis.
1158   ScalarEvolution *SE;
1159   /// Loop Info analysis.
1160   LoopInfo *LI;
1161   /// Vectorization legality.
1162   LoopVectorizationLegality *Legal;
1163   /// Vector target information.
1164   const TargetTransformInfo &TTI;
1165   /// Target Library Info.
1166   const TargetLibraryInfo *TLI;
1167   const Function *TheFunction;
1168   // Loop Vectorize Hint.
1169   const LoopVectorizeHints *Hints;
1170 };
1171
1172 /// Utility class for getting and setting loop vectorizer hints in the form
1173 /// of loop metadata.
1174 /// This class keeps a number of loop annotations locally (as member variables)
1175 /// and can, upon request, write them back as metadata on the loop. It will
1176 /// initially scan the loop for existing metadata, and will update the local
1177 /// values based on information in the loop.
1178 /// We cannot write all values to metadata, as the mere presence of some info,
1179 /// for example 'force', means a decision has been made. So, we need to be
1180 /// careful NOT to add them if the user hasn't specifically asked so.
1181 class LoopVectorizeHints {
1182   enum HintKind {
1183     HK_WIDTH,
1184     HK_UNROLL,
1185     HK_FORCE
1186   };
1187
1188   /// Hint - associates name and validation with the hint value.
1189   struct Hint {
1190     const char * Name;
1191     unsigned Value; // This may have to change for non-numeric values.
1192     HintKind Kind;
1193
1194     Hint(const char * Name, unsigned Value, HintKind Kind)
1195       : Name(Name), Value(Value), Kind(Kind) { }
1196
1197     bool validate(unsigned Val) {
1198       switch (Kind) {
1199       case HK_WIDTH:
1200         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= VectorizerParams::MaxVectorWidth;
1201       case HK_UNROLL:
1202         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= MaxInterleaveFactor;
1203       case HK_FORCE:
1204         return (Val <= 1);
1205       }
1206       return false;
1207     }
1208   };
1209
1210   /// Vectorization width.
1211   Hint Width;
1212   /// Vectorization interleave factor.
1213   Hint Interleave;
1214   /// Vectorization forced
1215   Hint Force;
1216
1217   /// Return the loop metadata prefix.
1218   static StringRef Prefix() { return "llvm.loop."; }
1219
1220 public:
1221   enum ForceKind {
1222     FK_Undefined = -1, ///< Not selected.
1223     FK_Disabled = 0,   ///< Forcing disabled.
1224     FK_Enabled = 1,    ///< Forcing enabled.
1225   };
1226
1227   LoopVectorizeHints(const Loop *L, bool DisableInterleaving)
1228       : Width("vectorize.width", VectorizerParams::VectorizationFactor,
1229               HK_WIDTH),
1230         Interleave("interleave.count", DisableInterleaving, HK_UNROLL),
1231         Force("vectorize.enable", FK_Undefined, HK_FORCE),
1232         TheLoop(L) {
1233     // Populate values with existing loop metadata.
1234     getHintsFromMetadata();
1235
1236     // force-vector-interleave overrides DisableInterleaving.
1237     if (VectorizerParams::isInterleaveForced())
1238       Interleave.Value = VectorizerParams::VectorizationInterleave;
1239
1240     DEBUG(if (DisableInterleaving && Interleave.Value == 1) dbgs()
1241           << "LV: Interleaving disabled by the pass manager\n");
1242   }
1243
1244   /// Mark the loop L as already vectorized by setting the width to 1.
1245   void setAlreadyVectorized() {
1246     Width.Value = Interleave.Value = 1;
1247     Hint Hints[] = {Width, Interleave};
1248     writeHintsToMetadata(Hints);
1249   }
1250
1251   /// Dumps all the hint information.
1252   std::string emitRemark() const {
1253     VectorizationReport R;
1254     if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Disabled)
1255       R << "vectorization is explicitly disabled";
1256     else {
1257       R << "use -Rpass-analysis=loop-vectorize for more info";
1258       if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1259         R << " (Force=true";
1260         if (Width.Value != 0)
1261           R << ", Vector Width=" << Width.Value;
1262         if (Interleave.Value != 0)
1263           R << ", Interleave Count=" << Interleave.Value;
1264         R << ")";
1265       }
1266     }
1267
1268     return R.str();
1269   }
1270
1271   unsigned getWidth() const { return Width.Value; }
1272   unsigned getInterleave() const { return Interleave.Value; }
1273   enum ForceKind getForce() const { return (ForceKind)Force.Value; }
1274
1275 private:
1276   /// Find hints specified in the loop metadata and update local values.
1277   void getHintsFromMetadata() {
1278     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1279     if (!LoopID)
1280       return;
1281
1282     // First operand should refer to the loop id itself.
1283     assert(LoopID->getNumOperands() > 0 && "requires at least one operand");
1284     assert(LoopID->getOperand(0) == LoopID && "invalid loop id");
1285
1286     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1287       const MDString *S = nullptr;
1288       SmallVector<Metadata *, 4> Args;
1289
1290       // The expected hint is either a MDString or a MDNode with the first
1291       // operand a MDString.
1292       if (const MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i))) {
1293         if (!MD || MD->getNumOperands() == 0)
1294           continue;
1295         S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
1296         for (unsigned i = 1, ie = MD->getNumOperands(); i < ie; ++i)
1297           Args.push_back(MD->getOperand(i));
1298       } else {
1299         S = dyn_cast<MDString>(LoopID->getOperand(i));
1300         assert(Args.size() == 0 && "too many arguments for MDString");
1301       }
1302
1303       if (!S)
1304         continue;
1305
1306       // Check if the hint starts with the loop metadata prefix.
1307       StringRef Name = S->getString();
1308       if (Args.size() == 1)
1309         setHint(Name, Args[0]);
1310     }
1311   }
1312
1313   /// Checks string hint with one operand and set value if valid.
1314   void setHint(StringRef Name, Metadata *Arg) {
1315     if (!Name.startswith(Prefix()))
1316       return;
1317     Name = Name.substr(Prefix().size(), StringRef::npos);
1318
1319     const ConstantInt *C = mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(Arg);
1320     if (!C) return;
1321     unsigned Val = C->getZExtValue();
1322
1323     Hint *Hints[] = {&Width, &Interleave, &Force};
1324     for (auto H : Hints) {
1325       if (Name == H->Name) {
1326         if (H->validate(Val))
1327           H->Value = Val;
1328         else
1329           DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid hint '" << Name << "'\n");
1330         break;
1331       }
1332     }
1333   }
1334
1335   /// Create a new hint from name / value pair.
1336   MDNode *createHintMetadata(StringRef Name, unsigned V) const {
1337     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1338     Metadata *MDs[] = {MDString::get(Context, Name),
1339                        ConstantAsMetadata::get(
1340                            ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), V))};
1341     return MDNode::get(Context, MDs);
1342   }
1343
1344   /// Matches metadata with hint name.
1345   bool matchesHintMetadataName(MDNode *Node, ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1346     MDString* Name = dyn_cast<MDString>(Node->getOperand(0));
1347     if (!Name)
1348       return false;
1349
1350     for (auto H : HintTypes)
1351       if (Name->getString().endswith(H.Name))
1352         return true;
1353     return false;
1354   }
1355
1356   /// Sets current hints into loop metadata, keeping other values intact.
1357   void writeHintsToMetadata(ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1358     if (HintTypes.size() == 0)
1359       return;
1360
1361     // Reserve the first element to LoopID (see below).
1362     SmallVector<Metadata *, 4> MDs(1);
1363     // If the loop already has metadata, then ignore the existing operands.
1364     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1365     if (LoopID) {
1366       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1367         MDNode *Node = cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
1368         // If node in update list, ignore old value.
1369         if (!matchesHintMetadataName(Node, HintTypes))
1370           MDs.push_back(Node);
1371       }
1372     }
1373
1374     // Now, add the missing hints.
1375     for (auto H : HintTypes)
1376       MDs.push_back(createHintMetadata(Twine(Prefix(), H.Name).str(), H.Value));
1377
1378     // Replace current metadata node with new one.
1379     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1380     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
1381     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
1382     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
1383
1384     TheLoop->setLoopID(NewLoopID);
1385   }
1386
1387   /// The loop these hints belong to.
1388   const Loop *TheLoop;
1389 };
1390
1391 static void emitMissedWarning(Function *F, Loop *L,
1392                               const LoopVectorizeHints &LH) {
1393   emitOptimizationRemarkMissed(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F,
1394                                L->getStartLoc(), LH.emitRemark());
1395
1396   if (LH.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1397     if (LH.getWidth() != 1)
1398       emitLoopVectorizeWarning(
1399           F->getContext(), *F, L->getStartLoc(),
1400           "failed explicitly specified loop vectorization");
1401     else if (LH.getInterleave() != 1)
1402       emitLoopInterleaveWarning(
1403           F->getContext(), *F, L->getStartLoc(),
1404           "failed explicitly specified loop interleaving");
1405   }
1406 }
1407
1408 static void addInnerLoop(Loop &L, SmallVectorImpl<Loop *> &V) {
1409   if (L.empty())
1410     return V.push_back(&L);
1411
1412   for (Loop *InnerL : L)
1413     addInnerLoop(*InnerL, V);
1414 }
1415
1416 /// The LoopVectorize Pass.
1417 struct LoopVectorize : public FunctionPass {
1418   /// Pass identification, replacement for typeid
1419   static char ID;
1420
1421   explicit LoopVectorize(bool NoUnrolling = false, bool AlwaysVectorize = true)
1422     : FunctionPass(ID),
1423       DisableUnrolling(NoUnrolling),
1424       AlwaysVectorize(AlwaysVectorize) {
1425     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1426   }
1427
1428   ScalarEvolution *SE;
1429   LoopInfo *LI;
1430   TargetTransformInfo *TTI;
1431   DominatorTree *DT;
1432   BlockFrequencyInfo *BFI;
1433   TargetLibraryInfo *TLI;
1434   AliasAnalysis *AA;
1435   AssumptionCache *AC;
1436   LoopAccessAnalysis *LAA;
1437   bool DisableUnrolling;
1438   bool AlwaysVectorize;
1439
1440   BlockFrequency ColdEntryFreq;
1441
1442   bool runOnFunction(Function &F) override {
1443     SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1444     LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
1445     TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
1446     DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1447     BFI = &getAnalysis<BlockFrequencyInfo>();
1448     auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
1449     TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
1450     AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
1451     AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
1452     LAA = &getAnalysis<LoopAccessAnalysis>();
1453
1454     // Compute some weights outside of the loop over the loops. Compute this
1455     // using a BranchProbability to re-use its scaling math.
1456     const BranchProbability ColdProb(1, 5); // 20%
1457     ColdEntryFreq = BlockFrequency(BFI->getEntryFreq()) * ColdProb;
1458
1459     // If the target claims to have no vector registers don't attempt
1460     // vectorization.
1461     if (!TTI->getNumberOfRegisters(true))
1462       return false;
1463
1464     // Build up a worklist of inner-loops to vectorize. This is necessary as
1465     // the act of vectorizing or partially unrolling a loop creates new loops
1466     // and can invalidate iterators across the loops.
1467     SmallVector<Loop *, 8> Worklist;
1468
1469     for (Loop *L : *LI)
1470       addInnerLoop(*L, Worklist);
1471
1472     LoopsAnalyzed += Worklist.size();
1473
1474     // Now walk the identified inner loops.
1475     bool Changed = false;
1476     while (!Worklist.empty())
1477       Changed |= processLoop(Worklist.pop_back_val());
1478
1479     // Process each loop nest in the function.
1480     return Changed;
1481   }
1482
1483   static void AddRuntimeUnrollDisableMetaData(Loop *L) {
1484     SmallVector<Metadata *, 4> MDs;
1485     // Reserve first location for self reference to the LoopID metadata node.
1486     MDs.push_back(nullptr);
1487     bool IsUnrollMetadata = false;
1488     MDNode *LoopID = L->getLoopID();
1489     if (LoopID) {
1490       // First find existing loop unrolling disable metadata.
1491       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1492         MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
1493         if (MD) {
1494           const MDString *S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
1495           IsUnrollMetadata =
1496               S && S->getString().startswith("llvm.loop.unroll.disable");
1497         }
1498         MDs.push_back(LoopID->getOperand(i));
1499       }
1500     }
1501
1502     if (!IsUnrollMetadata) {
1503       // Add runtime unroll disable metadata.
1504       LLVMContext &Context = L->getHeader()->getContext();
1505       SmallVector<Metadata *, 1> DisableOperands;
1506       DisableOperands.push_back(
1507           MDString::get(Context, "llvm.loop.unroll.runtime.disable"));
1508       MDNode *DisableNode = MDNode::get(Context, DisableOperands);
1509       MDs.push_back(DisableNode);
1510       MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
1511       // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
1512       NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
1513       L->setLoopID(NewLoopID);
1514     }
1515   }
1516
1517   bool processLoop(Loop *L) {
1518     assert(L->empty() && "Only process inner loops.");
1519
1520 #ifndef NDEBUG
1521     const std::string DebugLocStr = getDebugLocString(L);
1522 #endif /* NDEBUG */
1523
1524     DEBUG(dbgs() << "\nLV: Checking a loop in \""
1525                  << L->getHeader()->getParent()->getName() << "\" from "
1526                  << DebugLocStr << "\n");
1527
1528     LoopVectorizeHints Hints(L, DisableUnrolling);
1529
1530     DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints:"
1531                  << " force="
1532                  << (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled
1533                          ? "disabled"
1534                          : (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled
1535                                 ? "enabled"
1536                                 : "?")) << " width=" << Hints.getWidth()
1537                  << " unroll=" << Hints.getInterleave() << "\n");
1538
1539     // Function containing loop
1540     Function *F = L->getHeader()->getParent();
1541
1542     // Looking at the diagnostic output is the only way to determine if a loop
1543     // was vectorized (other than looking at the IR or machine code), so it
1544     // is important to generate an optimization remark for each loop. Most of
1545     // these messages are generated by emitOptimizationRemarkAnalysis. Remarks
1546     // generated by emitOptimizationRemark and emitOptimizationRemarkMissed are
1547     // less verbose reporting vectorized loops and unvectorized loops that may
1548     // benefit from vectorization, respectively.
1549
1550     if (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled) {
1551       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: #pragma vectorize disable.\n");
1552       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F,
1553                                      L->getStartLoc(), Hints.emitRemark());
1554       return false;
1555     }
1556
1557     if (!AlwaysVectorize && Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1558       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: No #pragma vectorize enable.\n");
1559       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F,
1560                                      L->getStartLoc(), Hints.emitRemark());
1561       return false;
1562     }
1563
1564     if (Hints.getWidth() == 1 && Hints.getInterleave() == 1) {
1565       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Disabled/already vectorized.\n");
1566       emitOptimizationRemarkAnalysis(
1567           F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F, L->getStartLoc(),
1568           "loop not vectorized: vector width and interleave count are "
1569           "explicitly set to 1");
1570       return false;
1571     }
1572
1573     // Check the loop for a trip count threshold:
1574     // do not vectorize loops with a tiny trip count.
1575     const unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(L);
1576     if (TC > 0u && TC < TinyTripCountVectorThreshold) {
1577       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop with a very small trip count. "
1578                    << "This loop is not worth vectorizing.");
1579       if (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled)
1580         DEBUG(dbgs() << " But vectorizing was explicitly forced.\n");
1581       else {
1582         DEBUG(dbgs() << "\n");
1583         emitOptimizationRemarkAnalysis(
1584             F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F, L->getStartLoc(),
1585             "vectorization is not beneficial and is not explicitly forced");
1586         return false;
1587       }
1588     }
1589
1590     // Check if it is legal to vectorize the loop.
1591     LoopVectorizationLegality LVL(L, SE, DT, TLI, AA, F, TTI, LAA);
1592     if (!LVL.canVectorize()) {
1593       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Cannot prove legality.\n");
1594       emitMissedWarning(F, L, Hints);
1595       return false;
1596     }
1597
1598     // Use the cost model.
1599     LoopVectorizationCostModel CM(L, SE, LI, &LVL, *TTI, TLI, AC, F, &Hints);
1600
1601     // Check the function attributes to find out if this function should be
1602     // optimized for size.
1603     bool OptForSize = Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled &&
1604                       F->hasFnAttribute(Attribute::OptimizeForSize);
1605
1606     // Compute the weighted frequency of this loop being executed and see if it
1607     // is less than 20% of the function entry baseline frequency. Note that we
1608     // always have a canonical loop here because we think we *can* vectoriez.
1609     // FIXME: This is hidden behind a flag due to pervasive problems with
1610     // exactly what block frequency models.
1611     if (LoopVectorizeWithBlockFrequency) {
1612       BlockFrequency LoopEntryFreq = BFI->getBlockFreq(L->getLoopPreheader());
1613       if (Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled &&
1614           LoopEntryFreq < ColdEntryFreq)
1615         OptForSize = true;
1616     }
1617
1618     // Check the function attributes to see if implicit floats are allowed.a
1619     // FIXME: This check doesn't seem possibly correct -- what if the loop is
1620     // an integer loop and the vector instructions selected are purely integer
1621     // vector instructions?
1622     if (F->hasFnAttribute(Attribute::NoImplicitFloat)) {
1623       DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize when the NoImplicitFloat"
1624             "attribute is used.\n");
1625       emitOptimizationRemarkAnalysis(
1626           F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F, L->getStartLoc(),
1627           "loop not vectorized due to NoImplicitFloat attribute");
1628       emitMissedWarning(F, L, Hints);
1629       return false;
1630     }
1631
1632     // Select the optimal vectorization factor.
1633     const LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor VF =
1634         CM.selectVectorizationFactor(OptForSize);
1635
1636     // Select the unroll factor.
1637     const unsigned UF =
1638         CM.selectUnrollFactor(OptForSize, VF.Width, VF.Cost);
1639
1640     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
1641                  << DebugLocStr << '\n');
1642     DEBUG(dbgs() << "LV: Unroll Factor is " << UF << '\n');
1643
1644     if (VF.Width == 1) {
1645       DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial\n");
1646
1647       if (UF == 1) {
1648         emitOptimizationRemarkAnalysis(
1649             F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F, L->getStartLoc(),
1650             "not beneficial to vectorize and user disabled interleaving");
1651         return false;
1652       }
1653       DEBUG(dbgs() << "LV: Trying to at least unroll the loops.\n");
1654
1655       // Report the unrolling decision.
1656       emitOptimizationRemark(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F, L->getStartLoc(),
1657                              Twine("unrolled with interleaving factor " +
1658                                    Twine(UF) +
1659                                    " (vectorization not beneficial)"));
1660
1661       // We decided not to vectorize, but we may want to unroll.
1662
1663       InnerLoopUnroller Unroller(L, SE, LI, DT, TLI, TTI, UF);
1664       Unroller.vectorize(&LVL);
1665     } else {
1666       // If we decided that it is *legal* to vectorize the loop then do it.
1667       InnerLoopVectorizer LB(L, SE, LI, DT, TLI, TTI, VF.Width, UF);
1668       LB.vectorize(&LVL);
1669       ++LoopsVectorized;
1670
1671       // Add metadata to disable runtime unrolling scalar loop when there's no
1672       // runtime check about strides and memory. Because at this situation,
1673       // scalar loop is rarely used not worthy to be unrolled.
1674       if (!LB.IsSafetyChecksAdded())
1675         AddRuntimeUnrollDisableMetaData(L);
1676
1677       // Report the vectorization decision.
1678       emitOptimizationRemark(
1679           F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F, L->getStartLoc(),
1680           Twine("vectorized loop (vectorization factor: ") + Twine(VF.Width) +
1681               ", unrolling interleave factor: " + Twine(UF) + ")");
1682     }
1683
1684     // Mark the loop as already vectorized to avoid vectorizing again.
1685     Hints.setAlreadyVectorized();
1686
1687     DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
1688     return true;
1689   }
1690
1691   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
1692     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
1693     AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
1694     AU.addRequiredID(LCSSAID);
1695     AU.addRequired<BlockFrequencyInfo>();
1696     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
1697     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
1698     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
1699     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
1700     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1701     AU.addRequired<LoopAccessAnalysis>();
1702     AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
1703     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
1704     AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
1705   }
1706
1707 };
1708
1709 } // end anonymous namespace
1710
1711 //===----------------------------------------------------------------------===//
1712 // Implementation of LoopVectorizationLegality, InnerLoopVectorizer and
1713 // LoopVectorizationCostModel.
1714 //===----------------------------------------------------------------------===//
1715
1716 Value *InnerLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
1717   // We need to place the broadcast of invariant variables outside the loop.
1718   Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(V);
1719   bool NewInstr =
1720       (Instr && std::find(LoopVectorBody.begin(), LoopVectorBody.end(),
1721                           Instr->getParent()) != LoopVectorBody.end());
1722   bool Invariant = OrigLoop->isLoopInvariant(V) && !NewInstr;
1723
1724   // Place the code for broadcasting invariant variables in the new preheader.
1725   IRBuilder<>::InsertPointGuard Guard(Builder);
1726   if (Invariant)
1727     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
1728
1729   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
1730   Value *Shuf = Builder.CreateVectorSplat(VF, V, "broadcast");
1731
1732   return Shuf;
1733 }
1734
1735 Value *InnerLoopVectorizer::getStepVector(Value *Val, int StartIdx,
1736                                           Value *Step) {
1737   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
1738   assert(Val->getType()->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1739          "Elem must be an integer");
1740   assert(Step->getType() == Val->getType()->getScalarType() &&
1741          "Step has wrong type");
1742   // Create the types.
1743   Type *ITy = Val->getType()->getScalarType();
1744   VectorType *Ty = cast<VectorType>(Val->getType());
1745   int VLen = Ty->getNumElements();
1746   SmallVector<Constant*, 8> Indices;
1747
1748   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
1749   for (int i = 0; i < VLen; ++i)
1750     Indices.push_back(ConstantInt::get(ITy, StartIdx + i));
1751
1752   // Add the consecutive indices to the vector value.
1753   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
1754   assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
1755   Step = Builder.CreateVectorSplat(VLen, Step);
1756   assert(Step->getType() == Val->getType() && "Invalid step vec");
1757   // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
1758   // which can be found from the original scalar operations.
1759   Step = Builder.CreateMul(Cv, Step);
1760   return Builder.CreateAdd(Val, Step, "induction");
1761 }
1762
1763 /// \brief Find the operand of the GEP that should be checked for consecutive
1764 /// stores. This ignores trailing indices that have no effect on the final
1765 /// pointer.
1766 static unsigned getGEPInductionOperand(const GetElementPtrInst *Gep) {
1767   const DataLayout &DL = Gep->getModule()->getDataLayout();
1768   unsigned LastOperand = Gep->getNumOperands() - 1;
1769   unsigned GEPAllocSize = DL.getTypeAllocSize(
1770       cast<PointerType>(Gep->getType()->getScalarType())->getElementType());
1771
1772   // Walk backwards and try to peel off zeros.
1773   while (LastOperand > 1 && match(Gep->getOperand(LastOperand), m_Zero())) {
1774     // Find the type we're currently indexing into.
1775     gep_type_iterator GEPTI = gep_type_begin(Gep);
1776     std::advance(GEPTI, LastOperand - 1);
1777
1778     // If it's a type with the same allocation size as the result of the GEP we
1779     // can peel off the zero index.
1780     if (DL.getTypeAllocSize(*GEPTI) != GEPAllocSize)
1781       break;
1782     --LastOperand;
1783   }
1784
1785   return LastOperand;
1786 }
1787
1788 int LoopVectorizationLegality::isConsecutivePtr(Value *Ptr) {
1789   assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected non-ptr");
1790   // Make sure that the pointer does not point to structs.
1791   if (Ptr->getType()->getPointerElementType()->isAggregateType())
1792     return 0;
1793
1794   // If this value is a pointer induction variable we know it is consecutive.
1795   PHINode *Phi = dyn_cast_or_null<PHINode>(Ptr);
1796   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
1797     InductionInfo II = Inductions[Phi];
1798     return II.getConsecutiveDirection();
1799   }
1800
1801   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast_or_null<GetElementPtrInst>(Ptr);
1802   if (!Gep)
1803     return 0;
1804
1805   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
1806   Value *GpPtr = Gep->getPointerOperand();
1807   // If this GEP value is a consecutive pointer induction variable and all of
1808   // the indices are constant then we know it is consecutive. We can
1809   Phi = dyn_cast<PHINode>(GpPtr);
1810   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
1811
1812     // Make sure that the pointer does not point to structs.
1813     PointerType *GepPtrType = cast<PointerType>(GpPtr->getType());
1814     if (GepPtrType->getElementType()->isAggregateType())
1815       return 0;
1816
1817     // Make sure that all of the index operands are loop invariant.
1818     for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i)
1819       if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
1820         return 0;
1821
1822     InductionInfo II = Inductions[Phi];
1823     return II.getConsecutiveDirection();
1824   }
1825
1826   unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(Gep);
1827
1828   // Check that all of the gep indices are uniform except for our induction
1829   // operand.
1830   for (unsigned i = 0; i != NumOperands; ++i)
1831     if (i != InductionOperand &&
1832         !SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
1833       return 0;
1834
1835   // We can emit wide load/stores only if the last non-zero index is the
1836   // induction variable.
1837   const SCEV *Last = nullptr;
1838   if (!Strides.count(Gep))
1839     Last = SE->getSCEV(Gep->getOperand(InductionOperand));
1840   else {
1841     // Because of the multiplication by a stride we can have a s/zext cast.
1842     // We are going to replace this stride by 1 so the cast is safe to ignore.
1843     //
1844     //  %indvars.iv = phi i64 [ 0, %entry ], [ %indvars.iv.next, %for.body ]
1845     //  %0 = trunc i64 %indvars.iv to i32
1846     //  %mul = mul i32 %0, %Stride1
1847     //  %idxprom = zext i32 %mul to i64  << Safe cast.
1848     //  %arrayidx = getelementptr inbounds i32* %B, i64 %idxprom
1849     //
1850     Last = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides,
1851                                      Gep->getOperand(InductionOperand), Gep);
1852     if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(Last))
1853       Last =
1854           (C->getSCEVType() == scSignExtend || C->getSCEVType() == scZeroExtend)
1855               ? C->getOperand()
1856               : Last;
1857   }
1858   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Last)) {
1859     const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
1860
1861     // The memory is consecutive because the last index is consecutive
1862     // and all other indices are loop invariant.
1863     if (Step->isOne())
1864       return 1;
1865     if (Step->isAllOnesValue())
1866       return -1;
1867   }
1868
1869   return 0;
1870 }
1871
1872 bool LoopVectorizationLegality::isUniform(Value *V) {
1873   return LAI->isUniform(V);
1874 }
1875
1876 InnerLoopVectorizer::VectorParts&
1877 InnerLoopVectorizer::getVectorValue(Value *V) {
1878   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
1879   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
1880
1881   // If we have a stride that is replaced by one, do it here.
1882   if (Legal->hasStride(V))
1883     V = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
1884
1885   // If we have this scalar in the map, return it.
1886   if (WidenMap.has(V))
1887     return WidenMap.get(V);
1888
1889   // If this scalar is unknown, assume that it is a constant or that it is
1890   // loop invariant. Broadcast V and save the value for future uses.
1891   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
1892   return WidenMap.splat(V, B);
1893 }
1894
1895 Value *InnerLoopVectorizer::reverseVector(Value *Vec) {
1896   assert(Vec->getType()->isVectorTy() && "Invalid type");
1897   SmallVector<Constant*, 8> ShuffleMask;
1898   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
1899     ShuffleMask.push_back(Builder.getInt32(VF - i - 1));
1900
1901   return Builder.CreateShuffleVector(Vec, UndefValue::get(Vec->getType()),
1902                                      ConstantVector::get(ShuffleMask),
1903                                      "reverse");
1904 }
1905
1906 // Get a mask to interleave \p NumVec vectors into a wide vector.
1907 // I.e.  <0, VF, VF*2, ..., VF*(NumVec-1), 1, VF+1, VF*2+1, ...>
1908 // E.g. For 2 interleaved vectors, if VF is 4, the mask is:
1909 //      <0, 4, 1, 5, 2, 6, 3, 7>
1910 static Constant *getInterleavedMask(IRBuilder<> &Builder, unsigned VF,
1911                                     unsigned NumVec) {
1912   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
1913   for (unsigned i = 0; i < VF; i++)
1914     for (unsigned j = 0; j < NumVec; j++)
1915       Mask.push_back(Builder.getInt32(j * VF + i));
1916
1917   return ConstantVector::get(Mask);
1918 }
1919
1920 // Get the strided mask starting from index \p Start.
1921 // I.e.  <Start, Start + Stride, ..., Start + Stride*(VF-1)>
1922 static Constant *getStridedMask(IRBuilder<> &Builder, unsigned Start,
1923                                 unsigned Stride, unsigned VF) {
1924   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
1925   for (unsigned i = 0; i < VF; i++)
1926     Mask.push_back(Builder.getInt32(Start + i * Stride));
1927
1928   return ConstantVector::get(Mask);
1929 }
1930
1931 // Get a mask of two parts: The first part consists of sequential integers
1932 // starting from 0, The second part consists of UNDEFs.
1933 // I.e. <0, 1, 2, ..., NumInt - 1, undef, ..., undef>
1934 static Constant *getSequentialMask(IRBuilder<> &Builder, unsigned NumInt,
1935                                    unsigned NumUndef) {
1936   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
1937   for (unsigned i = 0; i < NumInt; i++)
1938     Mask.push_back(Builder.getInt32(i));
1939
1940   Constant *Undef = UndefValue::get(Builder.getInt32Ty());
1941   for (unsigned i = 0; i < NumUndef; i++)
1942     Mask.push_back(Undef);
1943
1944   return ConstantVector::get(Mask);
1945 }
1946
1947 // Concatenate two vectors with the same element type. The 2nd vector should
1948 // not have more elements than the 1st vector. If the 2nd vector has less
1949 // elements, extend it with UNDEFs.
1950 static Value *ConcatenateTwoVectors(IRBuilder<> &Builder, Value *V1,
1951                                     Value *V2) {
1952   VectorType *VecTy1 = dyn_cast<VectorType>(V1->getType());
1953   VectorType *VecTy2 = dyn_cast<VectorType>(V2->getType());
1954   assert(VecTy1 && VecTy2 &&
1955          VecTy1->getScalarType() == VecTy2->getScalarType() &&
1956          "Expect two vectors with the same element type");
1957
1958   unsigned NumElts1 = VecTy1->getNumElements();
1959   unsigned NumElts2 = VecTy2->getNumElements();
1960   assert(NumElts1 >= NumElts2 && "Unexpect the first vector has less elements");
1961
1962   if (NumElts1 > NumElts2) {
1963     // Extend with UNDEFs.
1964     Constant *ExtMask =
1965         getSequentialMask(Builder, NumElts2, NumElts1 - NumElts2);
1966     V2 = Builder.CreateShuffleVector(V2, UndefValue::get(VecTy2), ExtMask);
1967   }
1968
1969   Constant *Mask = getSequentialMask(Builder, NumElts1 + NumElts2, 0);
1970   return Builder.CreateShuffleVector(V1, V2, Mask);
1971 }
1972
1973 // Concatenate vectors in the given list. All vectors have the same type.
1974 static Value *ConcatenateVectors(IRBuilder<> &Builder,
1975                                  ArrayRef<Value *> InputList) {
1976   unsigned NumVec = InputList.size();
1977   assert(NumVec > 1 && "Should be at least two vectors");
1978
1979   SmallVector<Value *, 8> ResList;
1980   ResList.append(InputList.begin(), InputList.end());
1981   do {
1982     SmallVector<Value *, 8> TmpList;
1983     for (unsigned i = 0; i < NumVec - 1; i += 2) {
1984       Value *V0 = ResList[i], *V1 = ResList[i + 1];
1985       assert((V0->getType() == V1->getType() || i == NumVec - 2) &&
1986              "Only the last vector may have a different type");
1987
1988       TmpList.push_back(ConcatenateTwoVectors(Builder, V0, V1));
1989     }
1990
1991     // Push the last vector if the total number of vectors is odd.
1992     if (NumVec % 2 != 0)
1993       TmpList.push_back(ResList[NumVec - 1]);
1994
1995     ResList = TmpList;
1996     NumVec = ResList.size();
1997   } while (NumVec > 1);
1998
1999   return ResList[0];
2000 }
2001
2002 // Try to vectorize the interleave group that \p Instr belongs to.
2003 //
2004 // E.g. Translate following interleaved load group (factor = 3):
2005 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2006 //     R = Pic[i];             // Member of index 0
2007 //     G = Pic[i+1];           // Member of index 1
2008 //     B = Pic[i+2];           // Member of index 2
2009 //     ... // do something to R, G, B
2010 //   }
2011 // To:
2012 //   %wide.vec = load <12 x i32>                       ; Read 4 tuples of R,G,B
2013 //   %R.vec = shuffle %wide.vec, undef, <0, 3, 6, 9>   ; R elements
2014 //   %G.vec = shuffle %wide.vec, undef, <1, 4, 7, 10>  ; G elements
2015 //   %B.vec = shuffle %wide.vec, undef, <2, 5, 8, 11>  ; B elements
2016 //
2017 // Or translate following interleaved store group (factor = 3):
2018 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2019 //     ... do something to R, G, B
2020 //     Pic[i]   = R;           // Member of index 0
2021 //     Pic[i+1] = G;           // Member of index 1
2022 //     Pic[i+2] = B;           // Member of index 2
2023 //   }
2024 // To:
2025 //   %R_G.vec = shuffle %R.vec, %G.vec, <0, 1, 2, ..., 7>
2026 //   %B_U.vec = shuffle %B.vec, undef, <0, 1, 2, 3, u, u, u, u>
2027 //   %interleaved.vec = shuffle %R_G.vec, %B_U.vec,
2028 //        <0, 4, 8, 1, 5, 9, 2, 6, 10, 3, 7, 11>    ; Interleave R,G,B elements
2029 //   store <12 x i32> %interleaved.vec              ; Write 4 tuples of R,G,B
2030 void InnerLoopVectorizer::vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr) {
2031   const InterleaveGroup *Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(Instr);
2032   assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
2033
2034   // Skip if current instruction is not the insert position.
2035   if (Instr != Group->getInsertPos())
2036     return;
2037
2038   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
2039   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
2040   Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
2041
2042   // Prepare for the vector type of the interleaved load/store.
2043   Type *ScalarTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
2044   unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
2045   Type *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, InterleaveFactor * VF);
2046   Type *PtrTy = VecTy->getPointerTo(Ptr->getType()->getPointerAddressSpace());
2047
2048   // Prepare for the new pointers.
2049   setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
2050   VectorParts &PtrParts = getVectorValue(Ptr);
2051   SmallVector<Value *, 2> NewPtrs;
2052   unsigned Index = Group->getIndex(Instr);
2053   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2054     // Extract the pointer for current instruction from the pointer vector. A
2055     // reverse access uses the pointer in the last lane.
2056     Value *NewPtr = Builder.CreateExtractElement(
2057         PtrParts[Part],
2058         Group->isReverse() ? Builder.getInt32(VF - 1) : Builder.getInt32(0));
2059
2060     // Notice current instruction could be any index. Need to adjust the address
2061     // to the member of index 0.
2062     //
2063     // E.g.  a = A[i+1];     // Member of index 1 (Current instruction)
2064     //       b = A[i];       // Member of index 0
2065     // Current pointer is pointed to A[i+1], adjust it to A[i].
2066     //
2067     // E.g.  A[i+1] = a;     // Member of index 1
2068     //       A[i]   = b;     // Member of index 0
2069     //       A[i+2] = c;     // Member of index 2 (Current instruction)
2070     // Current pointer is pointed to A[i+2], adjust it to A[i].
2071     NewPtr = Builder.CreateGEP(NewPtr, Builder.getInt32(-Index));
2072
2073     // Cast to the vector pointer type.
2074     NewPtrs.push_back(Builder.CreateBitCast(NewPtr, PtrTy));
2075   }
2076
2077   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
2078   Value *UndefVec = UndefValue::get(VecTy);
2079
2080   // Vectorize the interleaved load group.
2081   if (LI) {
2082     for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2083       Instruction *NewLoadInstr = Builder.CreateAlignedLoad(
2084           NewPtrs[Part], Group->getAlignment(), "wide.vec");
2085
2086       for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++) {
2087         Instruction *Member = Group->getMember(i);
2088
2089         // Skip the gaps in the group.
2090         if (!Member)
2091           continue;
2092
2093         Constant *StrideMask = getStridedMask(Builder, i, InterleaveFactor, VF);
2094         Value *StridedVec = Builder.CreateShuffleVector(
2095             NewLoadInstr, UndefVec, StrideMask, "strided.vec");
2096
2097         // If this member has different type, cast the result type.
2098         if (Member->getType() != ScalarTy) {
2099           VectorType *OtherVTy = VectorType::get(Member->getType(), VF);
2100           StridedVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StridedVec, OtherVTy);
2101         }
2102
2103         VectorParts &Entry = WidenMap.get(Member);
2104         Entry[Part] =
2105             Group->isReverse() ? reverseVector(StridedVec) : StridedVec;
2106       }
2107
2108       propagateMetadata(NewLoadInstr, Instr);
2109     }
2110     return;
2111   }
2112
2113   // The sub vector type for current instruction.
2114   VectorType *SubVT = VectorType::get(ScalarTy, VF);
2115
2116   // Vectorize the interleaved store group.
2117   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2118     // Collect the stored vector from each member.
2119     SmallVector<Value *, 4> StoredVecs;
2120     for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++) {
2121       // Interleaved store group doesn't allow a gap, so each index has a member
2122       Instruction *Member = Group->getMember(i);
2123       assert(Member && "Fail to get a member from an interleaved store group");
2124
2125       Value *StoredVec =
2126           getVectorValue(dyn_cast<StoreInst>(Member)->getValueOperand())[Part];
2127       if (Group->isReverse())
2128         StoredVec = reverseVector(StoredVec);
2129
2130       // If this member has different type, cast it to an unified type.
2131       if (StoredVec->getType() != SubVT)
2132         StoredVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StoredVec, SubVT);
2133
2134       StoredVecs.push_back(StoredVec);
2135     }
2136
2137     // Concatenate all vectors into a wide vector.
2138     Value *WideVec = ConcatenateVectors(Builder, StoredVecs);
2139
2140     // Interleave the elements in the wide vector.
2141     Constant *IMask = getInterleavedMask(Builder, VF, InterleaveFactor);
2142     Value *IVec = Builder.CreateShuffleVector(WideVec, UndefVec, IMask,
2143                                               "interleaved.vec");
2144
2145     Instruction *NewStoreInstr =
2146         Builder.CreateAlignedStore(IVec, NewPtrs[Part], Group->getAlignment());
2147     propagateMetadata(NewStoreInstr, Instr);
2148   }
2149 }
2150
2151 void InnerLoopVectorizer::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
2152   // Attempt to issue a wide load.
2153   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
2154   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
2155
2156   assert((LI || SI) && "Invalid Load/Store instruction");
2157
2158   // Try to vectorize the interleave group if this access is interleaved.
2159   if (Legal->isAccessInterleaved(Instr))
2160     return vectorizeInterleaveGroup(Instr);
2161
2162   Type *ScalarDataTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
2163   Type *DataTy = VectorType::get(ScalarDataTy, VF);
2164   Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
2165   unsigned Alignment = LI ? LI->getAlignment() : SI->getAlignment();
2166   // An alignment of 0 means target abi alignment. We need to use the scalar's
2167   // target abi alignment in such a case.
2168   const DataLayout &DL = Instr->getModule()->getDataLayout();
2169   if (!Alignment)
2170     Alignment = DL.getABITypeAlignment(ScalarDataTy);
2171   unsigned AddressSpace = Ptr->getType()->getPointerAddressSpace();
2172   unsigned ScalarAllocatedSize = DL.getTypeAllocSize(ScalarDataTy);
2173   unsigned VectorElementSize = DL.getTypeStoreSize(DataTy) / VF;
2174
2175   if (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()) &&
2176       !Legal->isMaskRequired(SI))
2177     return scalarizeInstruction(Instr, true);
2178
2179   if (ScalarAllocatedSize != VectorElementSize)
2180     return scalarizeInstruction(Instr);
2181
2182   // If the pointer is loop invariant or if it is non-consecutive,
2183   // scalarize the load.
2184   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
2185   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
2186   bool UniformLoad = LI && Legal->isUniform(Ptr);
2187   if (!ConsecutiveStride || UniformLoad)
2188     return scalarizeInstruction(Instr);
2189
2190   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
2191   VectorParts &Entry = WidenMap.get(Instr);
2192
2193   // Handle consecutive loads/stores.
2194   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
2195   if (Gep && Legal->isInductionVariable(Gep->getPointerOperand())) {
2196     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
2197     Value *PtrOperand = Gep->getPointerOperand();
2198     Value *FirstBasePtr = getVectorValue(PtrOperand)[0];
2199     FirstBasePtr = Builder.CreateExtractElement(FirstBasePtr, Zero);
2200
2201     // Create the new GEP with the new induction variable.
2202     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
2203     Gep2->setOperand(0, FirstBasePtr);
2204     Gep2->setName("gep.indvar.base");
2205     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
2206   } else if (Gep) {
2207     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
2208     assert(SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getPointerOperand()),
2209                                OrigLoop) && "Base ptr must be invariant");
2210
2211     // The last index does not have to be the induction. It can be
2212     // consecutive and be a function of the index. For example A[I+1];
2213     unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
2214     unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(Gep);
2215     // Create the new GEP with the new induction variable.
2216     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
2217
2218     for (unsigned i = 0; i < NumOperands; ++i) {
2219       Value *GepOperand = Gep->getOperand(i);
2220       Instruction *GepOperandInst = dyn_cast<Instruction>(GepOperand);
2221
2222       // Update last index or loop invariant instruction anchored in loop.
2223       if (i == InductionOperand ||
2224           (GepOperandInst && OrigLoop->contains(GepOperandInst))) {
2225         assert((i == InductionOperand ||
2226                SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(GepOperandInst), OrigLoop)) &&
2227                "Must be last index or loop invariant");
2228
2229         VectorParts &GEPParts = getVectorValue(GepOperand);
2230         Value *Index = GEPParts[0];
2231         Index = Builder.CreateExtractElement(Index, Zero);
2232         Gep2->setOperand(i, Index);
2233         Gep2->setName("gep.indvar.idx");
2234       }
2235     }
2236     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
2237   } else {
2238     // Use the induction element ptr.
2239     assert(isa<PHINode>(Ptr) && "Invalid induction ptr");
2240     setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
2241     VectorParts &PtrVal = getVectorValue(Ptr);
2242     Ptr = Builder.CreateExtractElement(PtrVal[0], Zero);
2243   }
2244
2245   VectorParts Mask = createBlockInMask(Instr->getParent());
2246   // Handle Stores:
2247   if (SI) {
2248     assert(!Legal->isUniform(SI->getPointerOperand()) &&
2249            "We do not allow storing to uniform addresses");
2250     setDebugLocFromInst(Builder, SI);
2251     // We don't want to update the value in the map as it might be used in
2252     // another expression. So don't use a reference type for "StoredVal".
2253     VectorParts StoredVal = getVectorValue(SI->getValueOperand());
2254     
2255     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2256       // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
2257       Value *PartPtr =
2258           Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
2259
2260       if (Reverse) {
2261         // If we store to reverse consecutive memory locations then we need
2262         // to reverse the order of elements in the stored value.
2263         StoredVal[Part] = reverseVector(StoredVal[Part]);
2264         // If the address is consecutive but reversed, then the
2265         // wide store needs to start at the last vector element.
2266         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
2267         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
2268         Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
2269       }
2270
2271       Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
2272                                             DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
2273
2274       Instruction *NewSI;
2275       if (Legal->isMaskRequired(SI))
2276         NewSI = Builder.CreateMaskedStore(StoredVal[Part], VecPtr, Alignment,
2277                                           Mask[Part]);
2278       else 
2279         NewSI = Builder.CreateAlignedStore(StoredVal[Part], VecPtr, Alignment);
2280       propagateMetadata(NewSI, SI);
2281     }
2282     return;
2283   }
2284
2285   // Handle loads.
2286   assert(LI && "Must have a load instruction");
2287   setDebugLocFromInst(Builder, LI);
2288   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2289     // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
2290     Value *PartPtr =
2291         Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
2292
2293     if (Reverse) {
2294       // If the address is consecutive but reversed, then the
2295       // wide load needs to start at the last vector element.
2296       PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
2297       PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
2298       Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
2299     }
2300
2301     Instruction* NewLI;
2302     Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
2303                                           DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
2304     if (Legal->isMaskRequired(LI))
2305       NewLI = Builder.CreateMaskedLoad(VecPtr, Alignment, Mask[Part],
2306                                        UndefValue::get(DataTy),
2307                                        "wide.masked.load");
2308     else
2309       NewLI = Builder.CreateAlignedLoad(VecPtr, Alignment, "wide.load");
2310     propagateMetadata(NewLI, LI);
2311     Entry[Part] = Reverse ? reverseVector(NewLI) :  NewLI;
2312   }
2313 }
2314
2315 void InnerLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr, bool IfPredicateStore) {
2316   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
2317   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
2318   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
2319
2320   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
2321
2322   // Find all of the vectorized parameters.
2323   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
2324     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
2325
2326     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
2327     if (SrcOp == OldInduction) {
2328       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
2329       continue;
2330     }
2331
2332     // Try using previously calculated values.
2333     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
2334
2335     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block
2336     // then it should already be vectorized.
2337     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
2338       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
2339       // The parameter is a vector value from earlier.
2340       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
2341     } else {
2342       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
2343       VectorParts Scalars;
2344       Scalars.append(UF, SrcOp);
2345       Params.push_back(Scalars);
2346     }
2347   }
2348
2349   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
2350          "Invalid number of operands");
2351
2352   // Does this instruction return a value ?
2353   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
2354
2355   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? nullptr :
2356     UndefValue::get(VectorType::get(Instr->getType(), VF));
2357   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
2358   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
2359
2360   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
2361   BasicBlock *IfBlock = Builder.GetInsertBlock();
2362   BasicBlock *CondBlock = nullptr;
2363
2364   VectorParts Cond;
2365   Loop *VectorLp = nullptr;
2366   if (IfPredicateStore) {
2367     assert(Instr->getParent()->getSinglePredecessor() &&
2368            "Only support single predecessor blocks");
2369     Cond = createEdgeMask(Instr->getParent()->getSinglePredecessor(),
2370                           Instr->getParent());
2371     VectorLp = LI->getLoopFor(IfBlock);
2372     assert(VectorLp && "Must have a loop for this block");
2373   }
2374
2375   // For each vector unroll 'part':
2376   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2377     // For each scalar that we create:
2378     for (unsigned Width = 0; Width < VF; ++Width) {
2379
2380       // Start if-block.
2381       Value *Cmp = nullptr;
2382       if (IfPredicateStore) {
2383         Cmp = Builder.CreateExtractElement(Cond[Part], Builder.getInt32(Width));
2384         Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cmp, ConstantInt::get(Cmp->getType(), 1));
2385         CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.store");
2386         LoopVectorBody.push_back(CondBlock);
2387         VectorLp->addBasicBlockToLoop(CondBlock, *LI);
2388         // Update Builder with newly created basic block.
2389         Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
2390       }
2391
2392       Instruction *Cloned = Instr->clone();
2393       if (!IsVoidRetTy)
2394         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
2395       // Replace the operands of the cloned instructions with extracted scalars.
2396       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
2397         Value *Op = Params[op][Part];
2398         // Param is a vector. Need to extract the right lane.
2399         if (Op->getType()->isVectorTy())
2400           Op = Builder.CreateExtractElement(Op, Builder.getInt32(Width));
2401         Cloned->setOperand(op, Op);
2402       }
2403
2404       // Place the cloned scalar in the new loop.
2405       Builder.Insert(Cloned);
2406
2407       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
2408       // so that future users will be able to use it.
2409       if (!IsVoidRetTy)
2410         VecResults[Part] = Builder.CreateInsertElement(VecResults[Part], Cloned,
2411                                                        Builder.getInt32(Width));
2412       // End if-block.
2413       if (IfPredicateStore) {
2414          BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
2415          LoopVectorBody.push_back(NewIfBlock);
2416          VectorLp->addBasicBlockToLoop(NewIfBlock, *LI);
2417          Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
2418          ReplaceInstWithInst(IfBlock->getTerminator(),
2419                              BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp));
2420          IfBlock = NewIfBlock;
2421       }
2422     }
2423   }
2424 }
2425
2426 static Instruction *getFirstInst(Instruction *FirstInst, Value *V,
2427                                  Instruction *Loc) {
2428   if (FirstInst)
2429     return FirstInst;
2430   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2431     return I->getParent() == Loc->getParent() ? I : nullptr;
2432   return nullptr;
2433 }
2434
2435 std::pair<Instruction *, Instruction *>
2436 InnerLoopVectorizer::addStrideCheck(Instruction *Loc) {
2437   Instruction *tnullptr = nullptr;
2438   if (!Legal->mustCheckStrides())
2439     return std::pair<Instruction *, Instruction *>(tnullptr, tnullptr);
2440
2441   IRBuilder<> ChkBuilder(Loc);
2442
2443   // Emit checks.
2444   Value *Check = nullptr;
2445   Instruction *FirstInst = nullptr;
2446   for (SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator SI = Legal->strides_begin(),
2447                                          SE = Legal->strides_end();
2448        SI != SE; ++SI) {
2449     Value *Ptr = stripIntegerCast(*SI);
2450     Value *C = ChkBuilder.CreateICmpNE(Ptr, ConstantInt::get(Ptr->getType(), 1),
2451                                        "stride.chk");
2452     // Store the first instruction we create.
2453     FirstInst = getFirstInst(FirstInst, C, Loc);
2454     if (Check)
2455       Check = ChkBuilder.CreateOr(Check, C);
2456     else
2457       Check = C;
2458   }
2459
2460   // We have to do this trickery because the IRBuilder might fold the check to a
2461   // constant expression in which case there is no Instruction anchored in a
2462   // the block.
2463   LLVMContext &Ctx = Loc->getContext();
2464   Instruction *TheCheck =
2465       BinaryOperator::CreateAnd(Check, ConstantInt::getTrue(Ctx));
2466   ChkBuilder.Insert(TheCheck, "stride.not.one");
2467   FirstInst = getFirstInst(FirstInst, TheCheck, Loc);
2468
2469   return std::make_pair(FirstInst, TheCheck);
2470 }
2471
2472 void InnerLoopVectorizer::createEmptyLoop() {
2473   /*
2474    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
2475    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
2476    scalar remainder.
2477
2478        [ ] <-- Back-edge taken count overflow check.
2479     /   |
2480    /    v
2481   |    [ ] <-- vector loop bypass (may consist of multiple blocks).
2482   |  /  |
2483   | /   v
2484   ||   [ ]     <-- vector pre header.
2485   ||    |
2486   ||    v
2487   ||   [  ] \
2488   ||   [  ]_|   <-- vector loop.
2489   ||    |
2490   | \   v
2491   |   >[ ]   <--- middle-block.
2492   |  /  |
2493   | /   v
2494   -|- >[ ]     <--- new preheader.
2495    |    |
2496    |    v
2497    |   [ ] \
2498    |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
2499     \   |
2500      \  v
2501       >[ ]     <-- exit block.
2502    ...
2503    */
2504
2505   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
2506   BasicBlock *BypassBlock = OrigLoop->getLoopPreheader();
2507   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
2508   assert(BypassBlock && "Invalid loop structure");
2509   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
2510
2511   // Some loops have a single integer induction variable, while other loops
2512   // don't. One example is c++ iterators that often have multiple pointer
2513   // induction variables. In the code below we also support a case where we
2514   // don't have a single induction variable.
2515   OldInduction = Legal->getInduction();
2516   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
2517
2518   // Find the loop boundaries.
2519   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(OrigLoop);
2520   assert(ExitCount != SE->getCouldNotCompute() && "Invalid loop count");
2521
2522   // The exit count might have the type of i64 while the phi is i32. This can
2523   // happen if we have an induction variable that is sign extended before the
2524   // compare. The only way that we get a backedge taken count is that the
2525   // induction variable was signed and as such will not overflow. In such a case
2526   // truncation is legal.
2527   if (ExitCount->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2528       IdxTy->getPrimitiveSizeInBits())
2529     ExitCount = SE->getTruncateOrNoop(ExitCount, IdxTy);
2530
2531   const SCEV *BackedgeTakeCount = SE->getNoopOrZeroExtend(ExitCount, IdxTy);
2532   // Get the total trip count from the count by adding 1.
2533   ExitCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakeCount,
2534                              SE->getConstant(BackedgeTakeCount->getType(), 1));
2535
2536   const DataLayout &DL = OldBasicBlock->getModule()->getDataLayout();
2537
2538   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
2539   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
2540   SCEVExpander Exp(*SE, DL, "induction");
2541
2542   // We need to test whether the backedge-taken count is uint##_max. Adding one
2543   // to it will cause overflow and an incorrect loop trip count in the vector
2544   // body. In case of overflow we want to directly jump to the scalar remainder
2545   // loop.
2546   Value *BackedgeCount =
2547       Exp.expandCodeFor(BackedgeTakeCount, BackedgeTakeCount->getType(),
2548                         BypassBlock->getTerminator());
2549   if (BackedgeCount->getType()->isPointerTy())
2550     BackedgeCount = CastInst::CreatePointerCast(BackedgeCount, IdxTy,
2551                                                 "backedge.ptrcnt.to.int",
2552                                                 BypassBlock->getTerminator());
2553   Instruction *CheckBCOverflow =
2554       CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, BackedgeCount,
2555                       Constant::getAllOnesValue(BackedgeCount->getType()),
2556                       "backedge.overflow", BypassBlock->getTerminator());
2557
2558   // The loop index does not have to start at Zero. Find the original start
2559   // value from the induction PHI node. If we don't have an induction variable
2560   // then we know that it starts at zero.
2561   Builder.SetInsertPoint(BypassBlock->getTerminator());
2562   Value *StartIdx = ExtendedIdx = OldInduction ?
2563     Builder.CreateZExt(OldInduction->getIncomingValueForBlock(BypassBlock),
2564                        IdxTy):
2565     ConstantInt::get(IdxTy, 0);
2566
2567   // We need an instruction to anchor the overflow check on. StartIdx needs to
2568   // be defined before the overflow check branch. Because the scalar preheader
2569   // is going to merge the start index and so the overflow branch block needs to
2570   // contain a definition of the start index.
2571   Instruction *OverflowCheckAnchor = BinaryOperator::CreateAdd(
2572       StartIdx, ConstantInt::get(IdxTy, 0), "overflow.check.anchor",
2573       BypassBlock->getTerminator());
2574
2575   // Count holds the overall loop count (N).
2576   Value *Count = Exp.expandCodeFor(ExitCount, ExitCount->getType(),
2577                                    BypassBlock->getTerminator());
2578
2579   LoopBypassBlocks.push_back(BypassBlock);
2580
2581   // Split the single block loop into the two loop structure described above.
2582   BasicBlock *VectorPH =
2583   BypassBlock->splitBasicBlock(BypassBlock->getTerminator(), "vector.ph");
2584   BasicBlock *VecBody =
2585   VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.body");
2586   BasicBlock *MiddleBlock =
2587   VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(), "middle.block");
2588   BasicBlock *ScalarPH =
2589   MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(), "scalar.ph");
2590
2591   // Create and register the new vector loop.
2592   Loop* Lp = new Loop();
2593   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
2594
2595   // Insert the new loop into the loop nest and register the new basic blocks
2596   // before calling any utilities such as SCEV that require valid LoopInfo.
2597   if (ParentLoop) {
2598     ParentLoop->addChildLoop(Lp);
2599     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, *LI);
2600     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(VectorPH, *LI);
2601     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, *LI);
2602   } else {
2603     LI->addTopLevelLoop(Lp);
2604   }
2605   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, *LI);
2606
2607   // Use this IR builder to create the loop instructions (Phi, Br, Cmp)
2608   // inside the loop.
2609   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstNonPHI());
2610
2611   // Generate the induction variable.
2612   setDebugLocFromInst(Builder, getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
2613   Induction = Builder.CreatePHI(IdxTy, 2, "index");
2614   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
2615   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
2616   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF * UF);
2617
2618   // This is the IR builder that we use to add all of the logic for bypassing
2619   // the new vector loop.
2620   IRBuilder<> BypassBuilder(BypassBlock->getTerminator());
2621   setDebugLocFromInst(BypassBuilder,
2622                       getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
2623
2624   // We may need to extend the index in case there is a type mismatch.
2625   // We know that the count starts at zero and does not overflow.
2626   if (Count->getType() != IdxTy) {
2627     // The exit count can be of pointer type. Convert it to the correct
2628     // integer type.
2629     if (ExitCount->getType()->isPointerTy())
2630       Count = BypassBuilder.CreatePointerCast(Count, IdxTy, "ptrcnt.to.int");
2631     else
2632       Count = BypassBuilder.CreateZExtOrTrunc(Count, IdxTy, "cnt.cast");
2633   }
2634
2635   // Add the start index to the loop count to get the new end index.
2636   Value *IdxEnd = BypassBuilder.CreateAdd(Count, StartIdx, "end.idx");
2637
2638   // Now we need to generate the expression for N - (N % VF), which is
2639   // the part that the vectorized body will execute.
2640   Value *R = BypassBuilder.CreateURem(Count, Step, "n.mod.vf");
2641   Value *CountRoundDown = BypassBuilder.CreateSub(Count, R, "n.vec");
2642   Value *IdxEndRoundDown = BypassBuilder.CreateAdd(CountRoundDown, StartIdx,
2643                                                      "end.idx.rnd.down");
2644
2645   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
2646   // jump to the scalar loop.
2647   Value *Cmp =
2648       BypassBuilder.CreateICmpEQ(IdxEndRoundDown, StartIdx, "cmp.zero");
2649
2650   BasicBlock *LastBypassBlock = BypassBlock;
2651
2652   // Generate code to check that the loops trip count that we computed by adding
2653   // one to the backedge-taken count will not overflow.
2654   {
2655     auto PastOverflowCheck =
2656         std::next(BasicBlock::iterator(OverflowCheckAnchor));
2657     BasicBlock *CheckBlock =
2658       LastBypassBlock->splitBasicBlock(PastOverflowCheck, "overflow.checked");
2659     if (ParentLoop)
2660       ParentLoop->addBasicBlockToLoop(CheckBlock, *LI);
2661     LoopBypassBlocks.push_back(CheckBlock);
2662     ReplaceInstWithInst(
2663         LastBypassBlock->getTerminator(),
2664         BranchInst::Create(ScalarPH, CheckBlock, CheckBCOverflow));
2665     LastBypassBlock = CheckBlock;
2666   }
2667
2668   // Generate the code to check that the strides we assumed to be one are really
2669   // one. We want the new basic block to start at the first instruction in a
2670   // sequence of instructions that form a check.
2671   Instruction *StrideCheck;
2672   Instruction *FirstCheckInst;
2673   std::tie(FirstCheckInst, StrideCheck) =
2674       addStrideCheck(LastBypassBlock->getTerminator());
2675   if (StrideCheck) {
2676     AddedSafetyChecks = true;
2677     // Create a new block containing the stride check.
2678     BasicBlock *CheckBlock =
2679         LastBypassBlock->splitBasicBlock(FirstCheckInst, "vector.stridecheck");
2680     if (ParentLoop)
2681       ParentLoop->addBasicBlockToLoop(CheckBlock, *LI);
2682     LoopBypassBlocks.push_back(CheckBlock);
2683
2684     // Replace the branch into the memory check block with a conditional branch
2685     // for the "few elements case".
2686     ReplaceInstWithInst(LastBypassBlock->getTerminator(),
2687                         BranchInst::Create(MiddleBlock, CheckBlock, Cmp));
2688
2689     Cmp = StrideCheck;
2690     LastBypassBlock = CheckBlock;
2691   }
2692
2693   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
2694   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
2695   // faster.
2696   Instruction *MemRuntimeCheck;
2697   std::tie(FirstCheckInst, MemRuntimeCheck) =
2698     Legal->getLAI()->addRuntimeCheck(LastBypassBlock->getTerminator());
2699   if (MemRuntimeCheck) {
2700     AddedSafetyChecks = true;
2701     // Create a new block containing the memory check.
2702     BasicBlock *CheckBlock =
2703         LastBypassBlock->splitBasicBlock(FirstCheckInst, "vector.memcheck");
2704     if (ParentLoop)
2705       ParentLoop->addBasicBlockToLoop(CheckBlock, *LI);
2706     LoopBypassBlocks.push_back(CheckBlock);
2707
2708     // Replace the branch into the memory check block with a conditional branch
2709     // for the "few elements case".
2710     ReplaceInstWithInst(LastBypassBlock->getTerminator(),
2711                         BranchInst::Create(MiddleBlock, CheckBlock, Cmp));
2712
2713     Cmp = MemRuntimeCheck;
2714     LastBypassBlock = CheckBlock;
2715   }
2716
2717   ReplaceInstWithInst(LastBypassBlock->getTerminator(),
2718                       BranchInst::Create(MiddleBlock, VectorPH, Cmp));
2719
2720   // We are going to resume the execution of the scalar loop.
2721   // Go over all of the induction variables that we found and fix the
2722   // PHIs that are left in the scalar version of the loop.
2723   // The starting values of PHI nodes depend on the counter of the last
2724   // iteration in the vectorized loop.
2725   // If we come from a bypass edge then we need to start from the original
2726   // start value.
2727
2728   // This variable saves the new starting index for the scalar loop.
2729   PHINode *ResumeIndex = nullptr;
2730   LoopVectorizationLegality::InductionList::iterator I, E;
2731   LoopVectorizationLegality::InductionList *List = Legal->getInductionVars();
2732   // Set builder to point to last bypass block.
2733   BypassBuilder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
2734   for (I = List->begin(), E = List->end(); I != E; ++I) {
2735     PHINode *OrigPhi = I->first;
2736     LoopVectorizationLegality::InductionInfo II = I->second;
2737
2738     Type *ResumeValTy = (OrigPhi == OldInduction) ? IdxTy : OrigPhi->getType();
2739     PHINode *ResumeVal = PHINode::Create(ResumeValTy, 2, "resume.val",
2740                                          MiddleBlock->getTerminator());
2741     // We might have extended the type of the induction variable but we need a
2742     // truncated version for the scalar loop.
2743     PHINode *TruncResumeVal = (OrigPhi == OldInduction) ?
2744       PHINode::Create(OrigPhi->getType(), 2, "trunc.resume.val",
2745                       MiddleBlock->getTerminator()) : nullptr;
2746
2747     // Create phi nodes to merge from the  backedge-taken check block.
2748     PHINode *BCResumeVal = PHINode::Create(ResumeValTy, 3, "bc.resume.val",
2749                                            ScalarPH->getTerminator());
2750     BCResumeVal->addIncoming(ResumeVal, MiddleBlock);
2751
2752     PHINode *BCTruncResumeVal = nullptr;
2753     if (OrigPhi == OldInduction) {
2754       BCTruncResumeVal =
2755           PHINode::Create(OrigPhi->getType(), 2, "bc.trunc.resume.val",
2756                           ScalarPH->getTerminator());
2757       BCTruncResumeVal->addIncoming(TruncResumeVal, MiddleBlock);
2758     }
2759
2760     Value *EndValue = nullptr;
2761     switch (II.IK) {
2762     case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
2763       llvm_unreachable("Unknown induction");
2764     case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
2765       // Handle the integer induction counter.
2766       assert(OrigPhi->getType()->isIntegerTy() && "Invalid type");
2767
2768       // We have the canonical induction variable.
2769       if (OrigPhi == OldInduction) {
2770         // Create a truncated version of the resume value for the scalar loop,
2771         // we might have promoted the type to a larger width.
2772         EndValue =
2773           BypassBuilder.CreateTrunc(IdxEndRoundDown, OrigPhi->getType());
2774         // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
2775         // or the value at the end of the vectorized loop.
2776         for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2777           TruncResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[I]);
2778         TruncResumeVal->addIncoming(EndValue, VecBody);
2779
2780         BCTruncResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[0]);
2781
2782         // We know what the end value is.
2783         EndValue = IdxEndRoundDown;
2784         // We also know which PHI node holds it.
2785         ResumeIndex = ResumeVal;
2786         break;
2787       }
2788
2789       // Not the canonical induction variable - add the vector loop count to the
2790       // start value.
2791       Value *CRD = BypassBuilder.CreateSExtOrTrunc(CountRoundDown,
2792                                                    II.StartValue->getType(),
2793                                                    "cast.crd");
2794       EndValue = II.transform(BypassBuilder, CRD);
2795       EndValue->setName("ind.end");
2796       break;
2797     }
2798     case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction: {
2799       Value *CRD = BypassBuilder.CreateSExtOrTrunc(CountRoundDown,
2800                                                    II.StepValue->getType(),
2801                                                    "cast.crd");
2802       EndValue = II.transform(BypassBuilder, CRD);
2803       EndValue->setName("ptr.ind.end");
2804       break;
2805     }
2806     }// end of case
2807
2808     // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
2809     // or the value at the end of the vectorized loop.
2810     for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I) {
2811       if (OrigPhi == OldInduction)
2812         ResumeVal->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[I]);
2813       else
2814         ResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[I]);
2815     }
2816     ResumeVal->addIncoming(EndValue, VecBody);
2817
2818     // Fix the scalar body counter (PHI node).
2819     unsigned BlockIdx = OrigPhi->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
2820
2821     // The old induction's phi node in the scalar body needs the truncated
2822     // value.
2823     if (OrigPhi == OldInduction) {
2824       BCResumeVal->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[0]);
2825       OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, BCTruncResumeVal);
2826     } else {
2827       BCResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[0]);
2828       OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, BCResumeVal);
2829     }
2830   }
2831
2832   // If we are generating a new induction variable then we also need to
2833   // generate the code that calculates the exit value. This value is not
2834   // simply the end of the counter because we may skip the vectorized body
2835   // in case of a runtime check.
2836   if (!OldInduction){
2837     assert(!ResumeIndex && "Unexpected resume value found");
2838     ResumeIndex = PHINode::Create(IdxTy, 2, "new.indc.resume.val",
2839                                   MiddleBlock->getTerminator());
2840     for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2841       ResumeIndex->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[I]);
2842     ResumeIndex->addIncoming(IdxEndRoundDown, VecBody);
2843   }
2844
2845   // Make sure that we found the index where scalar loop needs to continue.
2846   assert(ResumeIndex && ResumeIndex->getType()->isIntegerTy() &&
2847          "Invalid resume Index");
2848
2849   // Add a check in the middle block to see if we have completed
2850   // all of the iterations in the first vector loop.
2851   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
2852   Value *CmpN = CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, IdxEnd,
2853                                 ResumeIndex, "cmp.n",
2854                                 MiddleBlock->getTerminator());
2855   ReplaceInstWithInst(MiddleBlock->getTerminator(),
2856                       BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN));
2857
2858   // Create i+1 and fill the PHINode.
2859   Value *NextIdx = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
2860   Induction->addIncoming(StartIdx, VectorPH);
2861   Induction->addIncoming(NextIdx, VecBody);
2862   // Create the compare.
2863   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(NextIdx, IdxEndRoundDown);
2864   Builder.CreateCondBr(ICmp, MiddleBlock, VecBody);
2865
2866   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
2867   VecBody->getTerminator()->eraseFromParent();
2868
2869   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
2870   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstInsertionPt());
2871
2872   // Save the state.
2873   LoopVectorPreHeader = VectorPH;
2874   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
2875   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
2876   LoopExitBlock = ExitBlock;
2877   LoopVectorBody.push_back(VecBody);
2878   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
2879
2880   LoopVectorizeHints Hints(Lp, true);
2881   Hints.setAlreadyVectorized();
2882 }
2883
2884 namespace {
2885 struct CSEDenseMapInfo {
2886   static bool canHandle(Instruction *I) {
2887     return isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
2888            isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I);
2889   }
2890   static inline Instruction *getEmptyKey() {
2891     return DenseMapInfo<Instruction *>::getEmptyKey();
2892   }
2893   static inline Instruction *getTombstoneKey() {
2894     return DenseMapInfo<Instruction *>::getTombstoneKey();
2895   }
2896   static unsigned getHashValue(Instruction *I) {
2897     assert(canHandle(I) && "Unknown instruction!");
2898     return hash_combine(I->getOpcode(), hash_combine_range(I->value_op_begin(),
2899                                                            I->value_op_end()));
2900   }
2901   static bool isEqual(Instruction *LHS, Instruction *RHS) {
2902     if (LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey() ||
2903         LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey())
2904       return LHS == RHS;
2905     return LHS->isIdenticalTo(RHS);
2906   }
2907 };
2908 }
2909
2910 /// \brief Check whether this block is a predicated block.
2911 /// Due to if predication of stores we might create a sequence of "if(pred) a[i]
2912 /// = ...;  " blocks. We start with one vectorized basic block. For every
2913 /// conditional block we split this vectorized block. Therefore, every second
2914 /// block will be a predicated one.
2915 static bool isPredicatedBlock(unsigned BlockNum) {
2916   return BlockNum % 2;
2917 }
2918
2919 ///\brief Perform cse of induction variable instructions.
2920 static void cse(SmallVector<BasicBlock *, 4> &BBs) {
2921   // Perform simple cse.
2922   SmallDenseMap<Instruction *, Instruction *, 4, CSEDenseMapInfo> CSEMap;
2923   for (unsigned i = 0, e = BBs.size(); i != e; ++i) {
2924     BasicBlock *BB = BBs[i];
2925     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
2926       Instruction *In = I++;
2927
2928       if (!CSEDenseMapInfo::canHandle(In))
2929         continue;
2930
2931       // Check if we can replace this instruction with any of the
2932       // visited instructions.
2933       if (Instruction *V = CSEMap.lookup(In)) {
2934         In->replaceAllUsesWith(V);
2935         In->eraseFromParent();
2936         continue;
2937       }
2938       // Ignore instructions in conditional blocks. We create "if (pred) a[i] =
2939       // ...;" blocks for predicated stores. Every second block is a predicated
2940       // block.
2941       if (isPredicatedBlock(i))
2942         continue;
2943
2944       CSEMap[In] = In;
2945     }
2946   }
2947 }
2948
2949 /// \brief Adds a 'fast' flag to floating point operations.
2950 static Value *addFastMathFlag(Value *V) {
2951   if (isa<FPMathOperator>(V)){
2952     FastMathFlags Flags;
2953     Flags.setUnsafeAlgebra();
2954     cast<Instruction>(V)->setFastMathFlags(Flags);
2955   }
2956   return V;
2957 }
2958
2959 /// Estimate the overhead of scalarizing a value. Insert and Extract are set if
2960 /// the result needs to be inserted and/or extracted from vectors.
2961 static unsigned getScalarizationOverhead(Type *Ty, bool Insert, bool Extract,
2962                                          const TargetTransformInfo &TTI) {
2963   if (Ty->isVoidTy())
2964     return 0;
2965
2966   assert(Ty->isVectorTy() && "Can only scalarize vectors");
2967   unsigned Cost = 0;
2968
2969   for (int i = 0, e = Ty->getVectorNumElements(); i < e; ++i) {
2970     if (Insert)
2971       Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement, Ty, i);
2972     if (Extract)
2973       Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, Ty, i);
2974   }
2975
2976   return Cost;
2977 }
2978
2979 // Estimate cost of a call instruction CI if it were vectorized with factor VF.
2980 // Return the cost of the instruction, including scalarization overhead if it's
2981 // needed. The flag NeedToScalarize shows if the call needs to be scalarized -
2982 // i.e. either vector version isn't available, or is too expensive.
2983 static unsigned getVectorCallCost(CallInst *CI, unsigned VF,
2984                                   const TargetTransformInfo &TTI,
2985                                   const TargetLibraryInfo *TLI,
2986                                   bool &NeedToScalarize) {
2987   Function *F = CI->getCalledFunction();
2988   StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
2989   Type *ScalarRetTy = CI->getType();
2990   SmallVector<Type *, 4> Tys, ScalarTys;
2991   for (auto &ArgOp : CI->arg_operands())
2992     ScalarTys.push_back(ArgOp->getType());
2993
2994   // Estimate cost of scalarized vector call. The source operands are assumed
2995   // to be vectors, so we need to extract individual elements from there,
2996   // execute VF scalar calls, and then gather the result into the vector return
2997   // value.
2998   unsigned ScalarCallCost = TTI.getCallInstrCost(F, ScalarRetTy, ScalarTys);
2999   if (VF == 1)
3000     return ScalarCallCost;
3001
3002   // Compute corresponding vector type for return value and arguments.
3003   Type *RetTy = ToVectorTy(ScalarRetTy, VF);
3004   for (unsigned i = 0, ie = ScalarTys.size(); i != ie; ++i)
3005     Tys.push_back(ToVectorTy(ScalarTys[i], VF));
3006
3007   // Compute costs of unpacking argument values for the scalar calls and
3008   // packing the return values to a vector.
3009   unsigned ScalarizationCost =
3010       getScalarizationOverhead(RetTy, true, false, TTI);
3011   for (unsigned i = 0, ie = Tys.size(); i != ie; ++i)
3012     ScalarizationCost += getScalarizationOverhead(Tys[i], false, true, TTI);
3013
3014   unsigned Cost = ScalarCallCost * VF + ScalarizationCost;
3015
3016   // If we can't emit a vector call for this function, then the currently found
3017   // cost is the cost we need to return.
3018   NeedToScalarize = true;
3019   if (!TLI || !TLI->isFunctionVectorizable(FnName, VF) || CI->isNoBuiltin())
3020     return Cost;
3021
3022   // If the corresponding vector cost is cheaper, return its cost.
3023   unsigned VectorCallCost = TTI.getCallInstrCost(nullptr, RetTy, Tys);
3024   if (VectorCallCost < Cost) {
3025     NeedToScalarize = false;
3026     return VectorCallCost;
3027   }
3028   return Cost;
3029 }
3030
3031 // Estimate cost of an intrinsic call instruction CI if it were vectorized with
3032 // factor VF.  Return the cost of the instruction, including scalarization
3033 // overhead if it's needed.
3034 static unsigned getVectorIntrinsicCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3035                                        const TargetTransformInfo &TTI,
3036                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
3037   Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3038   assert(ID && "Expected intrinsic call!");
3039
3040   Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
3041   SmallVector<Type *, 4> Tys;
3042   for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i)
3043     Tys.push_back(ToVectorTy(CI->getArgOperand(i)->getType(), VF));
3044
3045   return TTI.getIntrinsicInstrCost(ID, RetTy, Tys);
3046 }
3047
3048 void InnerLoopVectorizer::vectorizeLoop() {
3049   //===------------------------------------------------===//
3050   //
3051   // Notice: any optimization or new instruction that go
3052   // into the code below should be also be implemented in
3053   // the cost-model.
3054   //
3055   //===------------------------------------------------===//
3056   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
3057
3058   // In order to support reduction variables we need to be able to vectorize
3059   // Phi nodes. Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two
3060   // stages. First, we create a new vector PHI node with no incoming edges.
3061   // We use this value when we vectorize all of the instructions that use the
3062   // PHI. Next, after all of the instructions in the block are complete we
3063   // add the new incoming edges to the PHI. At this point all of the
3064   // instructions in the basic block are vectorized, so we can use them to
3065   // construct the PHI.
3066   PhiVector RdxPHIsToFix;
3067
3068   // Scan the loop in a topological order to ensure that defs are vectorized
3069   // before users.
3070   LoopBlocksDFS DFS(OrigLoop);
3071   DFS.perform(LI);
3072
3073   // Vectorize all of the blocks in the original loop.
3074   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
3075        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb)
3076     vectorizeBlockInLoop(*bb, &RdxPHIsToFix);
3077
3078   // At this point every instruction in the original loop is widened to
3079   // a vector form. We are almost done. Now, we need to fix the PHI nodes
3080   // that we vectorized. The PHI nodes are currently empty because we did
3081   // not want to introduce cycles. Notice that the remaining PHI nodes
3082   // that we need to fix are reduction variables.
3083
3084   // Create the 'reduced' values for each of the induction vars.
3085   // The reduced values are the vector values that we scalarize and combine
3086   // after the loop is finished.
3087   for (PhiVector::iterator it = RdxPHIsToFix.begin(), e = RdxPHIsToFix.end();
3088        it != e; ++it) {
3089     PHINode *RdxPhi = *it;
3090     assert(RdxPhi && "Unable to recover vectorized PHI");
3091
3092     // Find the reduction variable descriptor.
3093     assert(Legal->getReductionVars()->count(RdxPhi) &&
3094            "Unable to find the reduction variable");
3095     RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[RdxPhi];
3096
3097     RecurrenceDescriptor::RecurrenceKind RK = RdxDesc.getRecurrenceKind();
3098     TrackingVH<Value> ReductionStartValue = RdxDesc.getRecurrenceStartValue();
3099     Instruction *LoopExitInst = RdxDesc.getLoopExitInstr();
3100     RecurrenceDescriptor::MinMaxRecurrenceKind MinMaxKind =
3101         RdxDesc.getMinMaxRecurrenceKind();
3102     setDebugLocFromInst(Builder, ReductionStartValue);
3103
3104     // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
3105     // To do so, we need to generate the 'identity' vector and override
3106     // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
3107     // to do it in the vector-loop preheader.
3108     Builder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks[1]->getTerminator());
3109
3110     // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
3111     VectorParts &VectorExit = getVectorValue(LoopExitInst);
3112     Type *VecTy = VectorExit[0]->getType();
3113
3114     // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
3115     // one for multiplication, -1 for And.
3116     Value *Identity;
3117     Value *VectorStart;
3118     if (RK == RecurrenceDescriptor::RK_IntegerMinMax ||
3119         RK == RecurrenceDescriptor::RK_FloatMinMax) {
3120       // MinMax reduction have the start value as their identify.
3121       if (VF == 1) {
3122         VectorStart = Identity = ReductionStartValue;
3123       } else {
3124         VectorStart = Identity =
3125             Builder.CreateVectorSplat(VF, ReductionStartValue, "minmax.ident");
3126       }
3127     } else {
3128       // Handle other reduction kinds:
3129       Constant *Iden = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceIdentity(
3130           RK, VecTy->getScalarType());
3131       if (VF == 1) {
3132         Identity = Iden;
3133         // This vector is the Identity vector where the first element is the
3134         // incoming scalar reduction.
3135         VectorStart = ReductionStartValue;
3136       } else {
3137         Identity = ConstantVector::getSplat(VF, Iden);
3138
3139         // This vector is the Identity vector where the first element is the
3140         // incoming scalar reduction.
3141         VectorStart =
3142             Builder.CreateInsertElement(Identity, ReductionStartValue, Zero);
3143       }
3144     }
3145
3146     // Fix the vector-loop phi.
3147
3148     // Reductions do not have to start at zero. They can start with
3149     // any loop invariant values.
3150     VectorParts &VecRdxPhi = WidenMap.get(RdxPhi);
3151     BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
3152     Value *LoopVal = RdxPhi->getIncomingValueForBlock(Latch);
3153     VectorParts &Val = getVectorValue(LoopVal);
3154     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3155       // Make sure to add the reduction stat value only to the
3156       // first unroll part.
3157       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
3158       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(StartVal,
3159                                                   LoopVectorPreHeader);
3160       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(Val[part],
3161                                                   LoopVectorBody.back());
3162     }
3163
3164     // Before each round, move the insertion point right between
3165     // the PHIs and the values we are going to write.
3166     // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
3167     // instructions.
3168     Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
3169
3170     VectorParts RdxParts;
3171     setDebugLocFromInst(Builder, LoopExitInst);
3172     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3173       // This PHINode contains the vectorized reduction variable, or
3174       // the initial value vector, if we bypass the vector loop.
3175       VectorParts &RdxExitVal = getVectorValue(LoopExitInst);
3176       PHINode *NewPhi = Builder.CreatePHI(VecTy, 2, "rdx.vec.exit.phi");
3177       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
3178       for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
3179         NewPhi->addIncoming(StartVal, LoopBypassBlocks[I]);
3180       NewPhi->addIncoming(RdxExitVal[part],
3181                           LoopVectorBody.back());
3182       RdxParts.push_back(NewPhi);
3183     }
3184
3185     // Reduce all of the unrolled parts into a single vector.
3186     Value *ReducedPartRdx = RdxParts[0];
3187     unsigned Op = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceBinOp(RK);
3188     setDebugLocFromInst(Builder, ReducedPartRdx);
3189     for (unsigned part = 1; part < UF; ++part) {
3190       if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
3191         // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
3192         ReducedPartRdx = addFastMathFlag(
3193             Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Op, RdxParts[part],
3194                                 ReducedPartRdx, "bin.rdx"));
3195       else
3196         ReducedPartRdx = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(
3197             Builder, MinMaxKind, ReducedPartRdx, RdxParts[part]);
3198     }
3199
3200     if (VF > 1) {
3201       // VF is a power of 2 so we can emit the reduction using log2(VF) shuffles
3202       // and vector ops, reducing the set of values being computed by half each
3203       // round.
3204       assert(isPowerOf2_32(VF) &&
3205              "Reduction emission only supported for pow2 vectors!");
3206       Value *TmpVec = ReducedPartRdx;
3207       SmallVector<Constant*, 32> ShuffleMask(VF, nullptr);
3208       for (unsigned i = VF; i != 1; i >>= 1) {
3209         // Move the upper half of the vector to the lower half.
3210         for (unsigned j = 0; j != i/2; ++j)
3211           ShuffleMask[j] = Builder.getInt32(i/2 + j);
3212
3213         // Fill the rest of the mask with undef.
3214         std::fill(&ShuffleMask[i/2], ShuffleMask.end(),
3215                   UndefValue::get(Builder.getInt32Ty()));
3216
3217         Value *Shuf =
3218         Builder.CreateShuffleVector(TmpVec,
3219                                     UndefValue::get(TmpVec->getType()),
3220                                     ConstantVector::get(ShuffleMask),
3221                                     "rdx.shuf");
3222
3223         if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
3224           // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
3225           TmpVec = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(
3226               (Instruction::BinaryOps)Op, TmpVec, Shuf, "bin.rdx"));
3227         else
3228           TmpVec = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(Builder, MinMaxKind,
3229                                                         TmpVec, Shuf);
3230       }
3231
3232       // The result is in the first element of the vector.
3233       ReducedPartRdx = Builder.CreateExtractElement(TmpVec,
3234                                                     Builder.getInt32(0));
3235     }
3236
3237     // Create a phi node that merges control-flow from the backedge-taken check
3238     // block and the middle block.
3239     PHINode *BCBlockPhi = PHINode::Create(RdxPhi->getType(), 2, "bc.merge.rdx",
3240                                           LoopScalarPreHeader->getTerminator());
3241     BCBlockPhi->addIncoming(ReductionStartValue, LoopBypassBlocks[0]);
3242     BCBlockPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
3243
3244     // Now, we need to fix the users of the reduction variable
3245     // inside and outside of the scalar remainder loop.
3246     // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
3247     // PHI nodes in the exit blocks.
3248     for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
3249          LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
3250       PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
3251       if (!LCSSAPhi) break;
3252
3253       // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
3254       // we already fixed them.
3255       assert(LCSSAPhi->getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
3256
3257       // We found our reduction value exit-PHI. Update it with the
3258       // incoming bypass edge.
3259       if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == LoopExitInst) {
3260         // Add an edge coming from the bypass.
3261         LCSSAPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
3262         break;
3263       }
3264     }// end of the LCSSA phi scan.
3265
3266     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
3267     // from the vector body and from the backedge value.
3268     int IncomingEdgeBlockIdx =
3269     (RdxPhi)->getBasicBlockIndex(OrigLoop->getLoopLatch());
3270     assert(IncomingEdgeBlockIdx >= 0 && "Invalid block index");
3271     // Pick the other block.
3272     int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1);
3273     (RdxPhi)->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, BCBlockPhi);
3274     (RdxPhi)->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, LoopExitInst);
3275   }// end of for each redux variable.
3276
3277   fixLCSSAPHIs();
3278
3279   // Remove redundant induction instructions.
3280   cse(LoopVectorBody);
3281 }
3282
3283 void InnerLoopVectorizer::fixLCSSAPHIs() {
3284   for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
3285        LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
3286     PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
3287     if (!LCSSAPhi) break;
3288     if (LCSSAPhi->getNumIncomingValues() == 1)
3289       LCSSAPhi->addIncoming(UndefValue::get(LCSSAPhi->getType()),
3290                             LoopMiddleBlock);
3291   }
3292 }
3293
3294 InnerLoopVectorizer::VectorParts
3295 InnerLoopVectorizer::createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst) {
3296   assert(std::find(pred_begin(Dst), pred_end(Dst), Src) != pred_end(Dst) &&
3297          "Invalid edge");
3298
3299   // Look for cached value.
3300   std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*> Edge(Src, Dst);
3301   EdgeMaskCache::iterator ECEntryIt = MaskCache.find(Edge);
3302   if (ECEntryIt != MaskCache.end())
3303     return ECEntryIt->second;
3304
3305   VectorParts SrcMask = createBlockInMask(Src);
3306
3307   // The terminator has to be a branch inst!
3308   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Src->getTerminator());
3309   assert(BI && "Unexpected terminator found");
3310
3311   if (BI->isConditional()) {
3312     VectorParts EdgeMask = getVectorValue(BI->getCondition());
3313
3314     if (BI->getSuccessor(0) != Dst)
3315       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3316         EdgeMask[part] = Builder.CreateNot(EdgeMask[part]);
3317
3318     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3319       EdgeMask[part] = Builder.CreateAnd(EdgeMask[part], SrcMask[part]);
3320
3321     MaskCache[Edge] = EdgeMask;
3322     return EdgeMask;
3323   }
3324
3325   MaskCache[Edge] = SrcMask;
3326   return SrcMask;
3327 }
3328
3329 InnerLoopVectorizer::VectorParts
3330 InnerLoopVectorizer::createBlockInMask(BasicBlock *BB) {
3331   assert(OrigLoop->contains(BB) && "Block is not a part of a loop");
3332
3333   // Loop incoming mask is all-one.
3334   if (OrigLoop->getHeader() == BB) {
3335     Value *C = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 1);
3336     return getVectorValue(C);
3337   }
3338
3339   // This is the block mask. We OR all incoming edges, and with zero.
3340   Value *Zero = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 0);
3341   VectorParts BlockMask = getVectorValue(Zero);
3342
3343   // For each pred:
3344   for (pred_iterator it = pred_begin(BB), e = pred_end(BB); it != e; ++it) {
3345     VectorParts EM = createEdgeMask(*it, BB);
3346     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3347       BlockMask[part] = Builder.CreateOr(BlockMask[part], EM[part]);
3348   }
3349
3350   return BlockMask;
3351 }
3352
3353 void InnerLoopVectorizer::widenPHIInstruction(Instruction *PN,
3354                                               InnerLoopVectorizer::VectorParts &Entry,
3355                                               unsigned UF, unsigned VF, PhiVector *PV) {
3356   PHINode* P = cast<PHINode>(PN);
3357   // Handle reduction variables:
3358   if (Legal->getReductionVars()->count(P)) {
3359     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3360       // This is phase one of vectorizing PHIs.
3361       Type *VecTy = (VF == 1) ? PN->getType() :
3362       VectorType::get(PN->getType(), VF);
3363       Entry[part] = PHINode::Create(VecTy, 2, "vec.phi",
3364                                     LoopVectorBody.back()-> getFirstInsertionPt());
3365     }
3366     PV->push_back(P);
3367     return;
3368   }
3369
3370   setDebugLocFromInst(Builder, P);
3371   // Check for PHI nodes that are lowered to vector selects.
3372   if (P->getParent() != OrigLoop->getHeader()) {
3373     // We know that all PHIs in non-header blocks are converted into
3374     // selects, so we don't have to worry about the insertion order and we
3375     // can just use the builder.
3376     // At this point we generate the predication tree. There may be
3377     // duplications since this is a simple recursive scan, but future
3378     // optimizations will clean it up.
3379
3380     unsigned NumIncoming = P->getNumIncomingValues();
3381
3382     // Generate a sequence of selects of the form:
3383     // SELECT(Mask3, In3,
3384     //      SELECT(Mask2, In2,
3385     //                   ( ...)))
3386     for (unsigned In = 0; In < NumIncoming; In++) {
3387       VectorParts Cond = createEdgeMask(P->getIncomingBlock(In),
3388                                         P->getParent());
3389       VectorParts &In0 = getVectorValue(P->getIncomingValue(In));
3390
3391       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3392         // We might have single edge PHIs (blocks) - use an identity
3393         // 'select' for the first PHI operand.
3394         if (In == 0)
3395           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
3396                                              In0[part]);
3397         else
3398           // Select between the current value and the previous incoming edge
3399           // based on the incoming mask.
3400           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
3401                                              Entry[part], "predphi");
3402       }
3403     }
3404     return;
3405   }
3406
3407   // This PHINode must be an induction variable.
3408   // Make sure that we know about it.
3409   assert(Legal->getInductionVars()->count(P) &&
3410          "Not an induction variable");
3411
3412   LoopVectorizationLegality::InductionInfo II =
3413   Legal->getInductionVars()->lookup(P);
3414
3415   // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
3416   // which can be found from the original scalar operations.
3417   switch (II.IK) {
3418     case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
3419       llvm_unreachable("Unknown induction");
3420     case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
3421       assert(P->getType() == II.StartValue->getType() && "Types must match");
3422       Type *PhiTy = P->getType();
3423       Value *Broadcasted;
3424       if (P == OldInduction) {
3425         // Handle the canonical induction variable. We might have had to
3426         // extend the type.
3427         Broadcasted = Builder.CreateTrunc(Induction, PhiTy);
3428       } else {
3429         // Handle other induction variables that are now based on the
3430         // canonical one.
3431         Value *NormalizedIdx = Builder.CreateSub(Induction, ExtendedIdx,
3432                                                  "normalized.idx");
3433         NormalizedIdx = Builder.CreateSExtOrTrunc(NormalizedIdx, PhiTy);
3434         Broadcasted = II.transform(Builder, NormalizedIdx);
3435         Broadcasted->setName("offset.idx");
3436       }
3437       Broadcasted = getBroadcastInstrs(Broadcasted);
3438       // After broadcasting the induction variable we need to make the vector
3439       // consecutive by adding 0, 1, 2, etc.
3440       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3441         Entry[part] = getStepVector(Broadcasted, VF * part, II.StepValue);
3442       return;
3443     }
3444     case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction:
3445       // Handle the pointer induction variable case.
3446       assert(P->getType()->isPointerTy() && "Unexpected type.");
3447       // This is the normalized GEP that starts counting at zero.
3448       Value *NormalizedIdx =
3449           Builder.CreateSub(Induction, ExtendedIdx, "normalized.idx");
3450       NormalizedIdx =
3451           Builder.CreateSExtOrTrunc(NormalizedIdx, II.StepValue->getType());
3452       // This is the vector of results. Notice that we don't generate
3453       // vector geps because scalar geps result in better code.
3454       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3455         if (VF == 1) {
3456           int EltIndex = part;
3457           Constant *Idx = ConstantInt::get(NormalizedIdx->getType(), EltIndex);
3458           Value *GlobalIdx = Builder.CreateAdd(NormalizedIdx, Idx);
3459           Value *SclrGep = II.transform(Builder, GlobalIdx);
3460           SclrGep->setName("next.gep");
3461           Entry[part] = SclrGep;
3462           continue;
3463         }
3464
3465         Value *VecVal = UndefValue::get(VectorType::get(P->getType(), VF));
3466         for (unsigned int i = 0; i < VF; ++i) {
3467           int EltIndex = i + part * VF;
3468           Constant *Idx = ConstantInt::get(NormalizedIdx->getType(), EltIndex);
3469           Value *GlobalIdx = Builder.CreateAdd(NormalizedIdx, Idx);
3470           Value *SclrGep = II.transform(Builder, GlobalIdx);
3471           SclrGep->setName("next.gep");
3472           VecVal = Builder.CreateInsertElement(VecVal, SclrGep,
3473                                                Builder.getInt32(i),
3474                                                "insert.gep");
3475         }
3476         Entry[part] = VecVal;
3477       }
3478       return;
3479   }
3480 }
3481
3482 void InnerLoopVectorizer::vectorizeBlockInLoop(BasicBlock *BB, PhiVector *PV) {
3483   // For each instruction in the old loop.
3484   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
3485     VectorParts &Entry = WidenMap.get(it);
3486     switch (it->getOpcode()) {
3487     case Instruction::Br:
3488       // Nothing to do for PHIs and BR, since we already took care of the
3489       // loop control flow instructions.
3490       continue;
3491     case Instruction::PHI: {
3492       // Vectorize PHINodes.
3493       widenPHIInstruction(it, Entry, UF, VF, PV);
3494       continue;
3495     }// End of PHI.
3496
3497     case Instruction::Add:
3498     case Instruction::FAdd:
3499     case Instruction::Sub:
3500     case Instruction::FSub:
3501     case Instruction::Mul:
3502     case Instruction::FMul:
3503     case Instruction::UDiv:
3504     case Instruction::SDiv:
3505     case Instruction::FDiv:
3506     case Instruction::URem:
3507     case Instruction::SRem:
3508     case Instruction::FRem:
3509     case Instruction::Shl:
3510     case Instruction::LShr:
3511     case Instruction::AShr:
3512     case Instruction::And:
3513     case Instruction::Or:
3514     case Instruction::Xor: {
3515       // Just widen binops.
3516       BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(it);
3517       setDebugLocFromInst(Builder, BinOp);
3518       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3519       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
3520
3521       // Use this vector value for all users of the original instruction.
3522       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3523         Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), A[Part], B[Part]);
3524
3525         if (BinaryOperator *VecOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
3526           VecOp->copyIRFlags(BinOp);
3527
3528         Entry[Part] = V;
3529       }
3530
3531       propagateMetadata(Entry, it);
3532       break;
3533     }
3534     case Instruction::Select: {
3535       // Widen selects.
3536       // If the selector is loop invariant we can create a select
3537       // instruction with a scalar condition. Otherwise, use vector-select.
3538       bool InvariantCond = SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(it->getOperand(0)),
3539                                                OrigLoop);
3540       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3541
3542       // The condition can be loop invariant  but still defined inside the
3543       // loop. This means that we can't just use the original 'cond' value.
3544       // We have to take the 'vectorized' value and pick the first lane.
3545       // Instcombine will make this a no-op.
3546       VectorParts &Cond = getVectorValue(it->getOperand(0));
3547       VectorParts &Op0  = getVectorValue(it->getOperand(1));
3548       VectorParts &Op1  = getVectorValue(it->getOperand(2));
3549
3550       Value *ScalarCond = (VF == 1) ? Cond[0] :
3551         Builder.CreateExtractElement(Cond[0], Builder.getInt32(0));
3552
3553       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3554         Entry[Part] = Builder.CreateSelect(
3555           InvariantCond ? ScalarCond : Cond[Part],
3556           Op0[Part],
3557           Op1[Part]);
3558       }
3559
3560       propagateMetadata(Entry, it);
3561       break;
3562     }
3563
3564     case Instruction::ICmp:
3565     case Instruction::FCmp: {
3566       // Widen compares. Generate vector compares.
3567       bool FCmp = (it->getOpcode() == Instruction::FCmp);
3568       CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(it);
3569       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3570       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3571       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
3572       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3573         Value *C = nullptr;
3574         if (FCmp)
3575           C = Builder.CreateFCmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
3576         else
3577           C = Builder.CreateICmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
3578         Entry[Part] = C;
3579       }
3580
3581       propagateMetadata(Entry, it);
3582       break;
3583     }
3584
3585     case Instruction::Store:
3586     case Instruction::Load:
3587       vectorizeMemoryInstruction(it);
3588         break;
3589     case Instruction::ZExt:
3590     case Instruction::SExt:
3591     case Instruction::FPToUI:
3592     case Instruction::FPToSI:
3593     case Instruction::FPExt:
3594     case Instruction::PtrToInt:
3595     case Instruction::IntToPtr:
3596     case Instruction::SIToFP:
3597     case Instruction::UIToFP:
3598     case Instruction::Trunc:
3599     case Instruction::FPTrunc:
3600     case Instruction::BitCast: {
3601       CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(it);
3602       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3603       /// Optimize the special case where the source is the induction
3604       /// variable. Notice that we can only optimize the 'trunc' case
3605       /// because: a. FP conversions lose precision, b. sext/zext may wrap,
3606       /// c. other casts depend on pointer size.
3607       if (CI->getOperand(0) == OldInduction &&
3608           it->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
3609         Value *ScalarCast = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), Induction,
3610                                                CI->getType());
3611         Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ScalarCast);
3612         LoopVectorizationLegality::InductionInfo II =
3613             Legal->getInductionVars()->lookup(OldInduction);
3614         Constant *Step =
3615             ConstantInt::getSigned(CI->getType(), II.StepValue->getSExtValue());
3616         for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
3617           Entry[Part] = getStepVector(Broadcasted, VF * Part, Step);
3618         propagateMetadata(Entry, it);
3619         break;
3620       }
3621       /// Vectorize casts.
3622       Type *DestTy = (VF == 1) ? CI->getType() :
3623                                  VectorType::get(CI->getType(), VF);
3624
3625       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3626       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
3627         Entry[Part] = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), A[Part], DestTy);
3628       propagateMetadata(Entry, it);
3629       break;
3630     }
3631
3632     case Instruction::Call: {
3633       // Ignore dbg intrinsics.
3634       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
3635         break;
3636       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3637
3638       Module *M = BB->getParent()->getParent();
3639       CallInst *CI = cast<CallInst>(it);
3640
3641       StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
3642       Function *F = CI->getCalledFunction();
3643       Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
3644       SmallVector<Type *, 4> Tys;
3645       for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i)
3646         Tys.push_back(ToVectorTy(CI->getArgOperand(i)->getType(), VF));
3647
3648       Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3649       if (ID &&
3650           (ID == Intrinsic::assume || ID == Intrinsic::lifetime_end ||
3651            ID == Intrinsic::lifetime_start)) {
3652         scalarizeInstruction(it);
3653         break;
3654       }
3655       // The flag shows whether we use Intrinsic or a usual Call for vectorized
3656       // version of the instruction.
3657       // Is it beneficial to perform intrinsic call compared to lib call?
3658       bool NeedToScalarize;
3659       unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, *TTI, TLI, NeedToScalarize);
3660       bool UseVectorIntrinsic =
3661           ID && getVectorIntrinsicCost(CI, VF, *TTI, TLI) <= CallCost;
3662       if (!UseVectorIntrinsic && NeedToScalarize) {
3663         scalarizeInstruction(it);
3664         break;
3665       }
3666
3667       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3668         SmallVector<Value *, 4> Args;
3669         for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i) {
3670           Value *Arg = CI->getArgOperand(i);
3671           // Some intrinsics have a scalar argument - don't replace it with a
3672           // vector.
3673           if (!UseVectorIntrinsic || !hasVectorInstrinsicScalarOpd(ID, i)) {
3674             VectorParts &VectorArg = getVectorValue(CI->getArgOperand(i));
3675             Arg = VectorArg[Part];
3676           }
3677           Args.push_back(Arg);
3678         }
3679
3680         Function *VectorF;
3681         if (UseVectorIntrinsic) {
3682           // Use vector version of the intrinsic.
3683           Type *TysForDecl[] = {CI->getType()};
3684           if (VF > 1)
3685             TysForDecl[0] = VectorType::get(CI->getType()->getScalarType(), VF);
3686           VectorF = Intrinsic::getDeclaration(M, ID, TysForDecl);
3687         } else {
3688           // Use vector version of the library call.
3689           StringRef VFnName = TLI->getVectorizedFunction(FnName, VF);
3690           assert(!VFnName.empty() && "Vector function name is empty.");
3691           VectorF = M->getFunction(VFnName);
3692           if (!VectorF) {
3693             // Generate a declaration
3694             FunctionType *FTy = FunctionType::get(RetTy, Tys, false);
3695             VectorF =
3696                 Function::Create(FTy, Function::ExternalLinkage, VFnName, M);
3697             VectorF->copyAttributesFrom(F);
3698           }
3699         }
3700         assert(VectorF && "Can't create vector function.");
3701         Entry[Part] = Builder.CreateCall(VectorF, Args);
3702       }
3703
3704       propagateMetadata(Entry, it);
3705       break;
3706     }
3707
3708     default:
3709       // All other instructions are unsupported. Scalarize them.
3710       scalarizeInstruction(it);
3711       break;
3712     }// end of switch.
3713   }// end of for_each instr.
3714 }
3715
3716 void InnerLoopVectorizer::updateAnalysis() {
3717   // Forget the original basic block.
3718   SE->forgetLoop(OrigLoop);
3719
3720   // Update the dominator tree information.
3721   assert(DT->properlyDominates(LoopBypassBlocks.front(), LoopExitBlock) &&
3722          "Entry does not dominate exit.");
3723
3724   for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
3725     DT->addNewBlock(LoopBypassBlocks[I], LoopBypassBlocks[I-1]);
3726   DT->addNewBlock(LoopVectorPreHeader, LoopBypassBlocks.back());
3727
3728   // Due to if predication of stores we might create a sequence of "if(pred)
3729   // a[i] = ...;  " blocks.
3730   for (unsigned i = 0, e = LoopVectorBody.size(); i != e; ++i) {
3731     if (i == 0)
3732       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[0], LoopVectorPreHeader);
3733     else if (isPredicatedBlock(i)) {
3734       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[i], LoopVectorBody[i-1]);
3735     } else {
3736       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[i], LoopVectorBody[i-2]);
3737     }
3738   }
3739
3740   DT->addNewBlock(LoopMiddleBlock, LoopBypassBlocks[1]);
3741   DT->addNewBlock(LoopScalarPreHeader, LoopBypassBlocks[0]);
3742   DT->changeImmediateDominator(LoopScalarBody, LoopScalarPreHeader);
3743   DT->changeImmediateDominator(LoopExitBlock, LoopBypassBlocks[0]);
3744
3745   DEBUG(DT->verifyDomTree());
3746 }
3747
3748 /// \brief Check whether it is safe to if-convert this phi node.
3749 ///
3750 /// Phi nodes with constant expressions that can trap are not safe to if
3751 /// convert.
3752 static bool canIfConvertPHINodes(BasicBlock *BB) {
3753   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3754     PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I);
3755     if (!Phi)
3756       return true;
3757     for (unsigned p = 0, e = Phi->getNumIncomingValues(); p != e; ++p)
3758       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Phi->getIncomingValue(p)))
3759         if (C->canTrap())
3760           return false;
3761   }
3762   return true;
3763 }
3764
3765 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeWithIfConvert() {
3766   if (!EnableIfConversion) {
3767     emitAnalysis(VectorizationReport() << "if-conversion is disabled");
3768     return false;
3769   }
3770
3771   assert(TheLoop->getNumBlocks() > 1 && "Single block loops are vectorizable");
3772
3773   // A list of pointers that we can safely read and write to.
3774   SmallPtrSet<Value *, 8> SafePointes;
3775
3776   // Collect safe addresses.
3777   for (Loop::block_iterator BI = TheLoop->block_begin(),
3778          BE = TheLoop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
3779     BasicBlock *BB = *BI;
3780
3781     if (blockNeedsPredication(BB))
3782       continue;
3783
3784     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3785       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
3786         SafePointes.insert(LI->getPointerOperand());
3787       else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
3788         SafePointes.insert(SI->getPointerOperand());
3789     }
3790   }
3791
3792   // Collect the blocks that need predication.
3793   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
3794   for (Loop::block_iterator BI = TheLoop->block_begin(),
3795          BE = TheLoop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
3796     BasicBlock *BB = *BI;
3797
3798     // We don't support switch statements inside loops.
3799     if (!isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
3800       emitAnalysis(VectorizationReport(BB->getTerminator())
3801                    << "loop contains a switch statement");
3802       return false;
3803     }
3804
3805     // We must be able to predicate all blocks that need to be predicated.
3806     if (blockNeedsPredication(BB)) {
3807       if (!blockCanBePredicated(BB, SafePointes)) {
3808         emitAnalysis(VectorizationReport(BB->getTerminator())
3809                      << "control flow cannot be substituted for a select");
3810         return false;
3811       }
3812     } else if (BB != Header && !canIfConvertPHINodes(BB)) {
3813       emitAnalysis(VectorizationReport(BB->getTerminator())
3814                    << "control flow cannot be substituted for a select");
3815       return false;
3816     }
3817   }
3818
3819   // We can if-convert this loop.
3820   return true;
3821 }
3822
3823 bool LoopVectorizationLegality::canVectorize() {
3824   // We must have a loop in canonical form. Loops with indirectbr in them cannot
3825   // be canonicalized.
3826   if (!TheLoop->getLoopPreheader()) {
3827     emitAnalysis(
3828         VectorizationReport() <<
3829         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3830     return false;
3831   }
3832
3833   // We can only vectorize innermost loops.
3834   if (!TheLoop->getSubLoopsVector().empty()) {
3835     emitAnalysis(VectorizationReport() << "loop is not the innermost loop");
3836     return false;
3837   }
3838
3839   // We must have a single backedge.
3840   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1) {
3841     emitAnalysis(
3842         VectorizationReport() <<
3843         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3844     return false;
3845   }
3846
3847   // We must have a single exiting block.
3848   if (!TheLoop->getExitingBlock()) {
3849     emitAnalysis(
3850         VectorizationReport() <<
3851         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3852     return false;
3853   }
3854
3855   // We only handle bottom-tested loops, i.e. loop in which the condition is
3856   // checked at the end of each iteration. With that we can assume that all
3857   // instructions in the loop are executed the same number of times.
3858   if (TheLoop->getExitingBlock() != TheLoop->getLoopLatch()) {
3859     emitAnalysis(
3860         VectorizationReport() <<
3861         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3862     return false;
3863   }
3864
3865   // We need to have a loop header.
3866   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop: " <<
3867         TheLoop->getHeader()->getName() << '\n');
3868
3869   // Check if we can if-convert non-single-bb loops.
3870   unsigned NumBlocks = TheLoop->getNumBlocks();
3871   if (NumBlocks != 1 && !canVectorizeWithIfConvert()) {
3872     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't if-convert the loop.\n");
3873     return false;
3874   }
3875
3876   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
3877   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(TheLoop);
3878   if (ExitCount == SE->getCouldNotCompute()) {
3879     emitAnalysis(VectorizationReport() <<
3880                  "could not determine number of loop iterations");
3881     DEBUG(dbgs() << "LV: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
3882     return false;
3883   }
3884
3885   // Check if we can vectorize the instructions and CFG in this loop.
3886   if (!canVectorizeInstrs()) {
3887     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize the instructions or CFG\n");
3888     return false;
3889   }
3890
3891   // Go over each instruction and look at memory deps.
3892   if (!canVectorizeMemory()) {
3893     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize due to memory conflicts\n");
3894     return false;
3895   }
3896
3897   // Collect all of the variables that remain uniform after vectorization.
3898   collectLoopUniforms();
3899
3900   DEBUG(dbgs() << "LV: We can vectorize this loop" <<
3901         (LAI->getRuntimePointerCheck()->Need ? " (with a runtime bound check)" :
3902          "")
3903         <<"!\n");
3904
3905   // Analyze interleaved memory accesses.
3906   if (EnableInterleavedMemAccesses)
3907     InterleaveInfo.analyzeInterleaving(Strides);
3908
3909   // Okay! We can vectorize. At this point we don't have any other mem analysis
3910   // which may limit our maximum vectorization factor, so just return true with
3911   // no restrictions.
3912   return true;
3913 }
3914
3915 static Type *convertPointerToIntegerType(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
3916   if (Ty->isPointerTy())
3917     return DL.getIntPtrType(Ty);
3918
3919   // It is possible that char's or short's overflow when we ask for the loop's
3920   // trip count, work around this by changing the type size.
3921   if (Ty->getScalarSizeInBits() < 32)
3922     return Type::getInt32Ty(Ty->getContext());
3923
3924   return Ty;
3925 }
3926
3927 static Type* getWiderType(const DataLayout &DL, Type *Ty0, Type *Ty1) {
3928   Ty0 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty0);
3929   Ty1 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty1);
3930   if (Ty0->getScalarSizeInBits() > Ty1->getScalarSizeInBits())
3931     return Ty0;
3932   return Ty1;
3933 }
3934
3935 /// \brief Check that the instruction has outside loop users and is not an
3936 /// identified reduction variable.
3937 static bool hasOutsideLoopUser(const Loop *TheLoop, Instruction *Inst,
3938                                SmallPtrSetImpl<Value *> &Reductions) {
3939   // Reduction instructions are allowed to have exit users. All other
3940   // instructions must not have external users.
3941   if (!Reductions.count(Inst))
3942     //Check that all of the users of the loop are inside the BB.
3943     for (User *U : Inst->users()) {
3944       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3945       // This user may be a reduction exit value.
3946       if (!TheLoop->contains(UI)) {
3947         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an outside user for : " << *UI << '\n');
3948         return true;
3949       }
3950     }
3951   return false;
3952 }
3953
3954 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeInstrs() {
3955   BasicBlock *PreHeader = TheLoop->getLoopPreheader();
3956   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
3957
3958   // Look for the attribute signaling the absence of NaNs.
3959   Function &F = *Header->getParent();
3960   const DataLayout &DL = F.getParent()->getDataLayout();
3961   if (F.hasFnAttribute("no-nans-fp-math"))
3962     HasFunNoNaNAttr =
3963         F.getFnAttribute("no-nans-fp-math").getValueAsString() == "true";
3964
3965   // For each block in the loop.
3966   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
3967        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
3968
3969     // Scan the instructions in the block and look for hazards.
3970     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
3971          ++it) {
3972
3973       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(it)) {
3974         Type *PhiTy = Phi->getType();
3975         // Check that this PHI type is allowed.
3976         if (!PhiTy->isIntegerTy() &&
3977             !PhiTy->isFloatingPointTy() &&
3978             !PhiTy->isPointerTy()) {
3979           emitAnalysis(VectorizationReport(it)
3980                        << "loop control flow is not understood by vectorizer");
3981           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an non-int non-pointer PHI.\n");
3982           return false;
3983         }
3984
3985         // If this PHINode is not in the header block, then we know that we
3986         // can convert it to select during if-conversion. No need to check if
3987         // the PHIs in this block are induction or reduction variables.
3988         if (*bb != Header) {
3989           // Check that this instruction has no outside users or is an
3990           // identified reduction value with an outside user.
3991           if (!hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit))
3992             continue;
3993           emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
3994                        "value could not be identified as "
3995                        "an induction or reduction variable");
3996           return false;
3997         }
3998
3999         // We only allow if-converted PHIs with exactly two incoming values.
4000         if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
4001           emitAnalysis(VectorizationReport(it)
4002                        << "control flow not understood by vectorizer");
4003           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an invalid PHI.\n");
4004           return false;
4005         }
4006
4007         // This is the value coming from the preheader.
4008         Value *StartValue = Phi->getIncomingValueForBlock(PreHeader);
4009         ConstantInt *StepValue = nullptr;
4010         // Check if this is an induction variable.
4011         InductionKind IK = isInductionVariable(Phi, StepValue);
4012
4013         if (IK_NoInduction != IK) {
4014           // Get the widest type.
4015           if (!WidestIndTy)
4016             WidestIndTy = convertPointerToIntegerType(DL, PhiTy);
4017           else
4018             WidestIndTy = getWiderType(DL, PhiTy, WidestIndTy);
4019
4020           // Int inductions are special because we only allow one IV.
4021           if (IK == IK_IntInduction && StepValue->isOne()) {
4022             // Use the phi node with the widest type as induction. Use the last
4023             // one if there are multiple (no good reason for doing this other
4024             // than it is expedient).
4025             if (!Induction || PhiTy == WidestIndTy)
4026               Induction = Phi;
4027           }
4028
4029           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an induction variable.\n");
4030           Inductions[Phi] = InductionInfo(StartValue, IK, StepValue);
4031
4032           // Until we explicitly handle the case of an induction variable with
4033           // an outside loop user we have to give up vectorizing this loop.
4034           if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit)) {
4035             emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4036                          "use of induction value outside of the "
4037                          "loop is not handled by vectorizer");
4038             return false;
4039           }
4040
4041           continue;
4042         }
4043
4044         if (RecurrenceDescriptor::isReductionPHI(Phi, TheLoop,
4045                                                  Reductions[Phi])) {
4046           AllowedExit.insert(Reductions[Phi].getLoopExitInstr());
4047           continue;
4048         }
4049
4050         emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4051                      "value that could not be identified as "
4052                      "reduction is used outside the loop");
4053         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified PHI."<< *Phi <<"\n");
4054         return false;
4055       }// end of PHI handling
4056
4057       // We handle calls that:
4058       //   * Are debug info intrinsics.
4059       //   * Have a mapping to an IR intrinsic.
4060       //   * Have a vector version available.
4061       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(it);
4062       if (CI && !getIntrinsicIDForCall(CI, TLI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(CI) &&
4063           !(CI->getCalledFunction() && TLI &&
4064             TLI->isFunctionVectorizable(CI->getCalledFunction()->getName()))) {
4065         emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4066                      "call instruction cannot be vectorized");
4067         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-intrinsic, non-libfunc callsite.\n");
4068         return false;
4069       }
4070
4071       // Intrinsics such as powi,cttz and ctlz are legal to vectorize if the
4072       // second argument is the same (i.e. loop invariant)
4073       if (CI &&
4074           hasVectorInstrinsicScalarOpd(getIntrinsicIDForCall(CI, TLI), 1)) {
4075         if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(CI->getOperand(1)), TheLoop)) {
4076           emitAnalysis(VectorizationReport(it)
4077                        << "intrinsic instruction cannot be vectorized");
4078           DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable intrinsic " << *CI << "\n");
4079           return false;
4080         }
4081       }
4082
4083       // Check that the instruction return type is vectorizable.
4084       // Also, we can't vectorize extractelement instructions.
4085       if ((!VectorType::isValidElementType(it->getType()) &&
4086            !it->getType()->isVoidTy()) || isa<ExtractElementInst>(it)) {
4087         emitAnalysis(VectorizationReport(it)
4088                      << "instruction return type cannot be vectorized");
4089         DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable type.\n");
4090         return false;
4091       }
4092
4093       // Check that the stored type is vectorizable.
4094       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it)) {
4095         Type *T = ST->getValueOperand()->getType();
4096         if (!VectorType::isValidElementType(T)) {
4097           emitAnalysis(VectorizationReport(ST) <<
4098                        "store instruction cannot be vectorized");
4099           return false;
4100         }
4101         if (EnableMemAccessVersioning)
4102           collectStridedAccess(ST);
4103       }
4104
4105       if (EnableMemAccessVersioning)
4106         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(it))
4107           collectStridedAccess(LI);
4108
4109       // Reduction instructions are allowed to have exit users.
4110       // All other instructions must not have external users.
4111       if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit)) {
4112         emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4113                      "value cannot be used outside the loop");
4114         return false;
4115       }
4116
4117     } // next instr.
4118
4119   }
4120
4121   if (!Induction) {
4122     DEBUG(dbgs() << "LV: Did not find one integer induction var.\n");
4123     if (Inductions.empty()) {
4124       emitAnalysis(VectorizationReport()
4125                    << "loop induction variable could not be identified");
4126       return false;
4127     }
4128   }
4129
4130   return true;
4131 }
4132
4133 ///\brief Remove GEPs whose indices but the last one are loop invariant and
4134 /// return the induction operand of the gep pointer.
4135 static Value *stripGetElementPtr(Value *Ptr, ScalarEvolution *SE, Loop *Lp) {
4136   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
4137   if (!GEP)
4138     return Ptr;
4139
4140   unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(GEP);
4141
4142   // Check that all of the gep indices are uniform except for our induction
4143   // operand.
4144   for (unsigned i = 0, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
4145     if (i != InductionOperand &&
4146         !SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(GEP->getOperand(i)), Lp))
4147       return Ptr;
4148   return GEP->getOperand(InductionOperand);
4149 }
4150
4151 ///\brief Look for a cast use of the passed value.
4152 static Value *getUniqueCastUse(Value *Ptr, Loop *Lp, Type *Ty) {
4153   Value *UniqueCast = nullptr;
4154   for (User *U : Ptr->users()) {
4155     CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(U);
4156     if (CI && CI->getType() == Ty) {
4157       if (!UniqueCast)
4158         UniqueCast = CI;
4159       else
4160         return nullptr;
4161     }
4162   }
4163   return UniqueCast;
4164 }
4165
4166 ///\brief Get the stride of a pointer access in a loop.
4167 /// Looks for symbolic strides "a[i*stride]". Returns the symbolic stride as a
4168 /// pointer to the Value, or null otherwise.
4169 static Value *getStrideFromPointer(Value *Ptr, ScalarEvolution *SE, Loop *Lp) {
4170   const PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(Ptr->getType());
4171   if (!PtrTy || PtrTy->isAggregateType())
4172     return nullptr;
4173
4174   // Try to remove a gep instruction to make the pointer (actually index at this
4175   // point) easier analyzable. If OrigPtr is equal to Ptr we are analzying the
4176   // pointer, otherwise, we are analyzing the index.
4177   Value *OrigPtr = Ptr;
4178
4179   // The size of the pointer access.
4180   int64_t PtrAccessSize = 1;
4181
4182   Ptr = stripGetElementPtr(Ptr, SE, Lp);
4183   const SCEV *V = SE->getSCEV(Ptr);
4184
4185   if (Ptr != OrigPtr)
4186     // Strip off casts.
4187     while (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(V))
4188       V = C->getOperand();
4189
4190   const SCEVAddRecExpr *S = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
4191   if (!S)
4192     return nullptr;
4193
4194   V = S->getStepRecurrence(*SE);
4195   if (!V)
4196     return nullptr;
4197
4198   // Strip off the size of access multiplication if we are still analyzing the
4199   // pointer.
4200   if (OrigPtr == Ptr) {
4201     const DataLayout &DL = Lp->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
4202     DL.getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
4203     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(V)) {
4204       if (M->getOperand(0)->getSCEVType() != scConstant)
4205         return nullptr;
4206
4207       const APInt &APStepVal =
4208           cast<SCEVConstant>(M->getOperand(0))->getValue()->getValue();
4209
4210       // Huge step value - give up.
4211       if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
4212         return nullptr;
4213
4214       int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
4215       if (PtrAccessSize != StepVal)
4216         return nullptr;
4217       V = M->getOperand(1);
4218     }
4219   }
4220
4221   // Strip off casts.
4222   Type *StripedOffRecurrenceCast = nullptr;
4223   if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(V)) {
4224     StripedOffRecurrenceCast = C->getType();
4225     V = C->getOperand();
4226   }
4227
4228   // Look for the loop invariant symbolic value.
4229   const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(V);
4230   if (!U)
4231     return nullptr;
4232
4233   Value *Stride = U->getValue();
4234   if (!Lp->isLoopInvariant(Stride))
4235     return nullptr;
4236
4237   // If we have stripped off the recurrence cast we have to make sure that we
4238   // return the value that is used in this loop so that we can replace it later.
4239   if (StripedOffRecurrenceCast)
4240     Stride = getUniqueCastUse(Stride, Lp, StripedOffRecurrenceCast);
4241
4242   return Stride;
4243 }
4244
4245 void LoopVectorizationLegality::collectStridedAccess(Value *MemAccess) {
4246   Value *Ptr = nullptr;
4247   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(MemAccess))
4248     Ptr = LI->getPointerOperand();
4249   else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(MemAccess))
4250     Ptr = SI->getPointerOperand();
4251   else
4252     return;
4253
4254   Value *Stride = getStrideFromPointer(Ptr, SE, TheLoop);
4255   if (!Stride)
4256     return;
4257
4258   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a strided access that we can version");
4259   DEBUG(dbgs() << "  Ptr: " << *Ptr << " Stride: " << *Stride << "\n");
4260   Strides[Ptr] = Stride;
4261   StrideSet.insert(Stride);
4262 }
4263
4264 void LoopVectorizationLegality::collectLoopUniforms() {
4265   // We now know that the loop is vectorizable!
4266   // Collect variables that will remain uniform after vectorization.
4267   std::vector<Value*> Worklist;
4268   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
4269
4270   // Start with the conditional branch and walk up the block.
4271   Worklist.push_back(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
4272
4273   // Also add all consecutive pointer values; these values will be uniform
4274   // after vectorization (and subsequent cleanup) and, until revectorization is
4275   // supported, all dependencies must also be uniform.
4276   for (Loop::block_iterator B = TheLoop->block_begin(),
4277        BE = TheLoop->block_end(); B != BE; ++B)
4278     for (BasicBlock::iterator I = (*B)->begin(), IE = (*B)->end();
4279          I != IE; ++I)
4280       if (I->getType()->isPointerTy() && isConsecutivePtr(I))
4281         Worklist.insert(Worklist.end(), I->op_begin(), I->op_end());
4282
4283   while (!Worklist.empty()) {
4284     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Worklist.back());
4285     Worklist.pop_back();
4286
4287     // Look at instructions inside this loop.
4288     // Stop when reaching PHI nodes.
4289     // TODO: we need to follow values all over the loop, not only in this block.
4290     if (!I || !TheLoop->contains(I) || isa<PHINode>(I))
4291       continue;
4292
4293     // This is a known uniform.
4294     Uniforms.insert(I);
4295
4296     // Insert all operands.
4297     Worklist.insert(Worklist.end(), I->op_begin(), I->op_end());
4298   }
4299 }
4300
4301 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeMemory() {
4302   LAI = &LAA->getInfo(TheLoop, Strides);
4303   auto &OptionalReport = LAI->getReport();
4304   if (OptionalReport)
4305     emitAnalysis(VectorizationReport(*OptionalReport));
4306   if (!LAI->canVectorizeMemory())
4307     return false;
4308
4309   if (LAI->hasStoreToLoopInvariantAddress()) {
4310     emitAnalysis(
4311         VectorizationReport()
4312         << "write to a loop invariant address could not be vectorized");
4313     DEBUG(dbgs() << "LV: We don't allow storing to uniform addresses\n");
4314     return false;
4315   }
4316
4317   if (LAI->getNumRuntimePointerChecks() >
4318       VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold) {
4319     emitAnalysis(VectorizationReport()
4320                  << LAI->getNumRuntimePointerChecks() << " exceeds limit of "
4321                  << VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold
4322                  << " dependent memory operations checked at runtime");
4323     DEBUG(dbgs() << "LV: Too many memory checks needed.\n");
4324     return false;
4325   }
4326   return true;
4327 }
4328
4329 LoopVectorizationLegality::InductionKind
4330 LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(PHINode *Phi,
4331                                                ConstantInt *&StepValue) {
4332   if (!isInductionPHI(Phi, SE, StepValue))
4333     return IK_NoInduction;
4334
4335   Type *PhiTy = Phi->getType();
4336   // Found an Integer induction variable.
4337   if (PhiTy->isIntegerTy())
4338     return IK_IntInduction;
4339   // Found an Pointer induction variable.
4340   return IK_PtrInduction;
4341 }
4342
4343 bool LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(const Value *V) {
4344   Value *In0 = const_cast<Value*>(V);
4345   PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(In0);
4346   if (!PN)
4347     return false;
4348
4349   return Inductions.count(PN);
4350 }
4351
4352 bool LoopVectorizationLegality::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB)  {
4353   return LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
4354 }
4355
4356 bool LoopVectorizationLegality::blockCanBePredicated(BasicBlock *BB,
4357                                            SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs) {
4358   
4359   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
4360     // Check that we don't have a constant expression that can trap as operand.
4361     for (Instruction::op_iterator OI = it->op_begin(), OE = it->op_end();
4362          OI != OE; ++OI) {
4363       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*OI))
4364         if (C->canTrap())
4365           return false;
4366     }
4367     // We might be able to hoist the load.
4368     if (it->mayReadFromMemory()) {
4369       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(it);
4370       if (!LI)
4371         return false;
4372       if (!SafePtrs.count(LI->getPointerOperand())) {
4373         if (isLegalMaskedLoad(LI->getType(), LI->getPointerOperand())) {
4374           MaskedOp.insert(LI);
4375           continue;
4376         }
4377         return false;
4378       }
4379     }
4380
4381     // We don't predicate stores at the moment.
4382     if (it->mayWriteToMemory()) {
4383       StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(it);
4384       // We only support predication of stores in basic blocks with one
4385       // predecessor.
4386       if (!SI)
4387         return false;
4388
4389       bool isSafePtr = (SafePtrs.count(SI->getPointerOperand()) != 0);
4390       bool isSinglePredecessor = SI->getParent()->getSinglePredecessor();
4391       
4392       if (++NumPredStores > NumberOfStoresToPredicate || !isSafePtr ||
4393           !isSinglePredecessor) {
4394         // Build a masked store if it is legal for the target, otherwise scalarize
4395         // the block.
4396         bool isLegalMaskedOp =
4397           isLegalMaskedStore(SI->getValueOperand()->getType(),
4398                              SI->getPointerOperand());
4399         if (isLegalMaskedOp) {
4400           --NumPredStores;
4401           MaskedOp.insert(SI);
4402           continue;
4403         }
4404         return false;
4405       }
4406     }
4407     if (it->mayThrow())
4408       return false;
4409
4410     // The instructions below can trap.
4411     switch (it->getOpcode()) {
4412     default: continue;
4413     case Instruction::UDiv:
4414     case Instruction::SDiv:
4415     case Instruction::URem:
4416     case Instruction::SRem:
4417       return false;
4418     }
4419   }
4420
4421   return true;
4422 }
4423
4424 void InterleavedAccessInfo::collectConstStridedAccesses(
4425     MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &StrideAccesses,
4426     const ValueToValueMap &Strides) {
4427   // Holds load/store instructions in program order.
4428   SmallVector<Instruction *, 16> AccessList;
4429
4430   for (auto *BB : TheLoop->getBlocks()) {
4431     bool IsPred = LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
4432
4433     for (auto &I : *BB) {
4434       if (!isa<LoadInst>(&I) && !isa<StoreInst>(&I))
4435         continue;
4436       // FIXME: Currently we can't handle mixed accesses and predicated accesses
4437       if (IsPred)
4438         return;
4439
4440       AccessList.push_back(&I);
4441     }
4442   }
4443
4444   if (AccessList.empty())
4445     return;
4446
4447   auto &DL = TheLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
4448   for (auto I : AccessList) {
4449     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
4450     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
4451
4452     Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
4453     int Stride = isStridedPtr(SE, Ptr, TheLoop, Strides);
4454
4455     // The factor of the corresponding interleave group.
4456     unsigned Factor = std::abs(Stride);
4457
4458     // Ignore the access if the factor is too small or too large.
4459     if (Factor < 2 || Factor > MaxInterleaveGroupFactor)
4460       continue;
4461
4462     const SCEV *Scev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, Ptr);
4463     PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(Ptr->getType());
4464     unsigned Size = DL.getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
4465
4466     // An alignment of 0 means target ABI alignment.
4467     unsigned Align = LI ? LI->getAlignment() : SI->getAlignment();
4468     if (!Align)
4469       Align = DL.getABITypeAlignment(PtrTy->getElementType());
4470
4471     StrideAccesses[I] = StrideDescriptor(Stride, Scev, Size, Align);
4472   }
4473 }
4474
4475 // Analyze interleaved accesses and collect them into interleave groups.
4476 //
4477 // Notice that the vectorization on interleaved groups will change instruction
4478 // orders and may break dependences. But the memory dependence check guarantees
4479 // that there is no overlap between two pointers of different strides, element
4480 // sizes or underlying bases.
4481 //
4482 // For pointers sharing the same stride, element size and underlying base, no
4483 // need to worry about Read-After-Write dependences and Write-After-Read
4484 // dependences.
4485 //
4486 // E.g. The RAW dependence:  A[i] = a;
4487 //                           b = A[i];
4488 // This won't exist as it is a store-load forwarding conflict, which has
4489 // already been checked and forbidden in the dependence check.
4490 //
4491 // E.g. The WAR dependence:  a = A[i];  // (1)
4492 //                           A[i] = b;  // (2)
4493 // The store group of (2) is always inserted at or below (2), and the load group
4494 // of (1) is always inserted at or above (1). The dependence is safe.
4495 void InterleavedAccessInfo::analyzeInterleaving(
4496     const ValueToValueMap &Strides) {
4497   DEBUG(dbgs() << "LV: Analyzing interleaved accesses...\n");
4498
4499   // Holds all the stride accesses.
4500   MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> StrideAccesses;
4501   collectConstStridedAccesses(StrideAccesses, Strides);
4502
4503   if (StrideAccesses.empty())
4504     return;
4505
4506   // Holds all interleaved store groups temporarily.
4507   SmallSetVector<InterleaveGroup *, 4> StoreGroups;
4508
4509   // Search the load-load/write-write pair B-A in bottom-up order and try to
4510   // insert B into the interleave group of A according to 3 rules:
4511   //   1. A and B have the same stride.
4512   //   2. A and B have the same memory object size.
4513   //   3. B belongs to the group according to the distance.
4514   //
4515   // The bottom-up order can avoid breaking the Write-After-Write dependences
4516   // between two pointers of the same base.
4517   // E.g.  A[i]   = a;   (1)
4518   //       A[i]   = b;   (2)
4519   //       A[i+1] = c    (3)
4520   // We form the group (2)+(3) in front, so (1) has to form groups with accesses
4521   // above (1), which guarantees that (1) is always above (2).
4522   for (auto I = StrideAccesses.rbegin(), E = StrideAccesses.rend(); I != E;
4523        ++I) {
4524     Instruction *A = I->first;
4525     StrideDescriptor DesA = I->second;
4526
4527     InterleaveGroup *Group = getInterleaveGroup(A);
4528     if (!Group) {
4529       DEBUG(dbgs() << "LV: Creating an interleave group with:" << *A << '\n');
4530       Group = createInterleaveGroup(A, DesA.Stride, DesA.Align);
4531     }
4532
4533     if (A->mayWriteToMemory())
4534       StoreGroups.insert(Group);
4535
4536     for (auto II = std::next(I); II != E; ++II) {
4537       Instruction *B = II->first;
4538       StrideDescriptor DesB = II->second;
4539
4540       // Ignore if B is already in a group or B is a different memory operation.
4541       if (isInterleaved(B) || A->mayReadFromMemory() != B->mayReadFromMemory())
4542         continue;
4543
4544       // Check the rule 1 and 2.
4545       if (DesB.Stride != DesA.Stride || DesB.Size != DesA.Size)
4546         continue;
4547
4548       // Calculate the distance and prepare for the rule 3.
4549       const SCEVConstant *DistToA =
4550           dyn_cast<SCEVConstant>(SE->getMinusSCEV(DesB.Scev, DesA.Scev));
4551       if (!DistToA)
4552         continue;
4553
4554       int DistanceToA = DistToA->getValue()->getValue().getSExtValue();
4555
4556       // Skip if the distance is not multiple of size as they are not in the
4557       // same group.
4558       if (DistanceToA % static_cast<int>(DesA.Size))
4559         continue;
4560
4561       // The index of B is the index of A plus the related index to A.
4562       int IndexB =
4563           Group->getIndex(A) + DistanceToA / static_cast<int>(DesA.Size);
4564
4565       // Try to insert B into the group.
4566       if (Group->insertMember(B, IndexB, DesB.Align)) {
4567         DEBUG(dbgs() << "LV: Inserted:" << *B << '\n'
4568                      << "    into the interleave group with" << *A << '\n');
4569         InterleaveGroupMap[B] = Group;
4570
4571         // Set the first load in program order as the insert position.
4572         if (B->mayReadFromMemory())
4573           Group->setInsertPos(B);
4574       }
4575     } // Iteration on instruction B
4576   }   // Iteration on instruction A
4577
4578   // Remove interleaved store groups with gaps.
4579   for (InterleaveGroup *Group : StoreGroups)
4580     if (Group->getNumMembers() != Group->getFactor())
4581       releaseGroup(Group);
4582 }
4583
4584 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
4585 LoopVectorizationCostModel::selectVectorizationFactor(bool OptForSize) {
4586   // Width 1 means no vectorize
4587   VectorizationFactor Factor = { 1U, 0U };
4588   if (OptForSize && Legal->getRuntimePointerCheck()->Need) {
4589     emitAnalysis(VectorizationReport() <<
4590                  "runtime pointer checks needed. Enable vectorization of this "
4591                  "loop with '#pragma clang loop vectorize(enable)' when "
4592                  "compiling with -Os");
4593     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. Runtime ptr check is required in Os.\n");
4594     return Factor;
4595   }
4596
4597   if (!EnableCondStoresVectorization && Legal->getNumPredStores()) {
4598     emitAnalysis(VectorizationReport() <<
4599                  "store that is conditionally executed prevents vectorization");
4600     DEBUG(dbgs() << "LV: No vectorization. There are conditional stores.\n");
4601     return Factor;
4602   }
4603
4604   // Find the trip count.
4605   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
4606   DEBUG(dbgs() << "LV: Found trip count: " << TC << '\n');
4607
4608   unsigned WidestType = getWidestType();
4609   unsigned WidestRegister = TTI.getRegisterBitWidth(true);
4610   unsigned MaxSafeDepDist = -1U;
4611   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
4612     MaxSafeDepDist = Legal->getMaxSafeDepDistBytes() * 8;
4613   WidestRegister = ((WidestRegister < MaxSafeDepDist) ?
4614                     WidestRegister : MaxSafeDepDist);
4615   unsigned MaxVectorSize = WidestRegister / WidestType;
4616   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest type: " << WidestType << " bits.\n");
4617   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest register is: "
4618           << WidestRegister << " bits.\n");
4619
4620   if (MaxVectorSize == 0) {
4621     DEBUG(dbgs() << "LV: The target has no vector registers.\n");
4622     MaxVectorSize = 1;
4623   }
4624
4625   assert(MaxVectorSize <= 64 && "Did not expect to pack so many elements"
4626          " into one vector!");
4627
4628   unsigned VF = MaxVectorSize;
4629
4630   // If we optimize the program for size, avoid creating the tail loop.
4631   if (OptForSize) {
4632     // If we are unable to calculate the trip count then don't try to vectorize.
4633     if (TC < 2) {
4634       emitAnalysis
4635         (VectorizationReport() <<
4636          "unable to calculate the loop count due to complex control flow");
4637       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required in Os.\n");
4638       return Factor;
4639     }
4640
4641     // Find the maximum SIMD width that can fit within the trip count.
4642     VF = TC % MaxVectorSize;
4643
4644     if (VF == 0)
4645       VF = MaxVectorSize;
4646     else {
4647       // If the trip count that we found modulo the vectorization factor is not
4648       // zero then we require a tail.
4649       emitAnalysis(VectorizationReport() <<
4650                    "cannot optimize for size and vectorize at the "
4651                    "same time. Enable vectorization of this loop "
4652                    "with '#pragma clang loop vectorize(enable)' "
4653                    "when compiling with -Os");
4654       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required in Os.\n");
4655       return Factor;
4656     }
4657   }
4658
4659   int UserVF = Hints->getWidth();
4660   if (UserVF != 0) {
4661     assert(isPowerOf2_32(UserVF) && "VF needs to be a power of two");
4662     DEBUG(dbgs() << "LV: Using user VF " << UserVF << ".\n");
4663
4664     Factor.Width = UserVF;
4665     return Factor;
4666   }
4667
4668   float Cost = expectedCost(1);
4669 #ifndef NDEBUG
4670   const float ScalarCost = Cost;
4671 #endif /* NDEBUG */
4672   unsigned Width = 1;
4673   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalar loop costs: " << (int)ScalarCost << ".\n");
4674
4675   bool ForceVectorization = Hints->getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled;
4676   // Ignore scalar width, because the user explicitly wants vectorization.
4677   if (ForceVectorization && VF > 1) {
4678     Width = 2;
4679     Cost = expectedCost(Width) / (float)Width;
4680   }
4681
4682   for (unsigned i=2; i <= VF; i*=2) {
4683     // Notice that the vector loop needs to be executed less times, so
4684     // we need to divide the cost of the vector loops by the width of
4685     // the vector elements.
4686     float VectorCost = expectedCost(i) / (float)i;
4687     DEBUG(dbgs() << "LV: Vector loop of width " << i << " costs: " <<
4688           (int)VectorCost << ".\n");
4689     if (VectorCost < Cost) {
4690       Cost = VectorCost;
4691       Width = i;
4692     }
4693   }
4694
4695   DEBUG(if (ForceVectorization && Width > 1 && Cost >= ScalarCost) dbgs()
4696         << "LV: Vectorization seems to be not beneficial, "
4697         << "but was forced by a user.\n");
4698   DEBUG(dbgs() << "LV: Selecting VF: "<< Width << ".\n");
4699   Factor.Width = Width;
4700   Factor.Cost = Width * Cost;
4701   return Factor;
4702 }
4703
4704 unsigned LoopVectorizationCostModel::getWidestType() {
4705   unsigned MaxWidth = 8;
4706   const DataLayout &DL = TheFunction->getParent()->getDataLayout();
4707
4708   // For each block.
4709   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
4710        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
4711     BasicBlock *BB = *bb;
4712
4713     // For each instruction in the loop.
4714     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
4715       Type *T = it->getType();
4716
4717       // Ignore ephemeral values.
4718       if (EphValues.count(it))
4719         continue;
4720
4721       // Only examine Loads, Stores and PHINodes.
4722       if (!isa<LoadInst>(it) && !isa<StoreInst>(it) && !isa<PHINode>(it))
4723         continue;
4724
4725       // Examine PHI nodes that are reduction variables.
4726       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(it))
4727         if (!Legal->getReductionVars()->count(PN))
4728           continue;
4729
4730       // Examine the stored values.
4731       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it))
4732         T = ST->getValueOperand()->getType();
4733
4734       // Ignore loaded pointer types and stored pointer types that are not
4735       // consecutive. However, we do want to take consecutive stores/loads of
4736       // pointer vectors into account.
4737       if (T->isPointerTy() && !isConsecutiveLoadOrStore(it))
4738         continue;
4739
4740       MaxWidth = std::max(MaxWidth,
4741                           (unsigned)DL.getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
4742     }
4743   }
4744
4745   return MaxWidth;
4746 }
4747
4748 unsigned
4749 LoopVectorizationCostModel::selectUnrollFactor(bool OptForSize,
4750                                                unsigned VF,
4751                                                unsigned LoopCost) {
4752
4753   // -- The unroll heuristics --
4754   // We unroll the loop in order to expose ILP and reduce the loop overhead.
4755   // There are many micro-architectural considerations that we can't predict
4756   // at this level. For example, frontend pressure (on decode or fetch) due to
4757   // code size, or the number and capabilities of the execution ports.
4758   //
4759   // We use the following heuristics to select the unroll factor:
4760   // 1. If the code has reductions, then we unroll in order to break the cross
4761   // iteration dependency.
4762   // 2. If the loop is really small, then we unroll in order to reduce the loop
4763   // overhead.
4764   // 3. We don't unroll if we think that we will spill registers to memory due
4765   // to the increased register pressure.
4766
4767   // Use the user preference, unless 'auto' is selected.
4768   int UserUF = Hints->getInterleave();
4769   if (UserUF != 0)
4770     return UserUF;
4771
4772   // When we optimize for size, we don't unroll.
4773   if (OptForSize)
4774     return 1;
4775
4776   // We used the distance for the unroll factor.
4777   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
4778     return 1;
4779
4780   // Do not unroll loops with a relatively small trip count.
4781   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
4782   if (TC > 1 && TC < TinyTripCountUnrollThreshold)
4783     return 1;
4784
4785   unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(VF > 1);
4786   DEBUG(dbgs() << "LV: The target has " << TargetNumRegisters <<
4787         " registers\n");
4788
4789   if (VF == 1) {
4790     if (ForceTargetNumScalarRegs.getNumOccurrences() > 0)
4791       TargetNumRegisters = ForceTargetNumScalarRegs;
4792   } else {
4793     if (ForceTargetNumVectorRegs.getNumOccurrences() > 0)
4794       TargetNumRegisters = ForceTargetNumVectorRegs;
4795   }
4796
4797   LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage R = calculateRegisterUsage();
4798   // We divide by these constants so assume that we have at least one
4799   // instruction that uses at least one register.
4800   R.MaxLocalUsers = std::max(R.MaxLocalUsers, 1U);
4801   R.NumInstructions = std::max(R.NumInstructions, 1U);
4802
4803   // We calculate the unroll factor using the following formula.
4804   // Subtract the number of loop invariants from the number of available
4805   // registers. These registers are used by all of the unrolled instances.
4806   // Next, divide the remaining registers by the number of registers that is
4807   // required by the loop, in order to estimate how many parallel instances
4808   // fit without causing spills. All of this is rounded down if necessary to be
4809   // a power of two. We want power of two unroll factors to simplify any
4810   // addressing operations or alignment considerations.
4811   unsigned UF = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs) /
4812                               R.MaxLocalUsers);
4813
4814   // Don't count the induction variable as unrolled.
4815   if (EnableIndVarRegisterHeur)
4816     UF = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs - 1) /
4817                        std::max(1U, (R.MaxLocalUsers - 1)));
4818
4819   // Clamp the unroll factor ranges to reasonable factors.
4820   unsigned MaxInterleaveSize = TTI.getMaxInterleaveFactor(VF);
4821
4822   // Check if the user has overridden the unroll max.
4823   if (VF == 1) {
4824     if (ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
4825       MaxInterleaveSize = ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor;
4826   } else {
4827     if (ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
4828       MaxInterleaveSize = ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor;
4829   }
4830
4831   // If we did not calculate the cost for VF (because the user selected the VF)
4832   // then we calculate the cost of VF here.
4833   if (LoopCost == 0)
4834     LoopCost = expectedCost(VF);
4835
4836   // Clamp the calculated UF to be between the 1 and the max unroll factor
4837   // that the target allows.
4838   if (UF > MaxInterleaveSize)
4839     UF = MaxInterleaveSize;
4840   else if (UF < 1)
4841     UF = 1;
4842
4843   // Unroll if we vectorized this loop and there is a reduction that could
4844   // benefit from unrolling.
4845   if (VF > 1 && Legal->getReductionVars()->size()) {
4846     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling because of reductions.\n");
4847     return UF;
4848   }
4849
4850   // Note that if we've already vectorized the loop we will have done the
4851   // runtime check and so unrolling won't require further checks.
4852   bool UnrollingRequiresRuntimePointerCheck =
4853       (VF == 1 && Legal->getRuntimePointerCheck()->Need);
4854
4855   // We want to unroll small loops in order to reduce the loop overhead and
4856   // potentially expose ILP opportunities.
4857   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop cost is " << LoopCost << '\n');
4858   if (!UnrollingRequiresRuntimePointerCheck &&
4859       LoopCost < SmallLoopCost) {
4860     // We assume that the cost overhead is 1 and we use the cost model
4861     // to estimate the cost of the loop and unroll until the cost of the
4862     // loop overhead is about 5% of the cost of the loop.
4863     unsigned SmallUF = std::min(UF, (unsigned)PowerOf2Floor(SmallLoopCost / LoopCost));
4864
4865     // Unroll until store/load ports (estimated by max unroll factor) are
4866     // saturated.
4867     unsigned NumStores = Legal->getNumStores();
4868     unsigned NumLoads = Legal->getNumLoads();
4869     unsigned StoresUF = UF / (NumStores ? NumStores : 1);
4870     unsigned LoadsUF = UF /  (NumLoads ? NumLoads : 1);
4871
4872     // If we have a scalar reduction (vector reductions are already dealt with
4873     // by this point), we can increase the critical path length if the loop
4874     // we're unrolling is inside another loop. Limit, by default to 2, so the
4875     // critical path only gets increased by one reduction operation.
4876     if (Legal->getReductionVars()->size() &&
4877         TheLoop->getLoopDepth() > 1) {
4878       unsigned F = static_cast<unsigned>(MaxNestedScalarReductionUF);
4879       SmallUF = std::min(SmallUF, F);
4880       StoresUF = std::min(StoresUF, F);
4881       LoadsUF = std::min(LoadsUF, F);
4882     }
4883
4884     if (EnableLoadStoreRuntimeUnroll && std::max(StoresUF, LoadsUF) > SmallUF) {
4885       DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling to saturate store or load ports.\n");
4886       return std::max(StoresUF, LoadsUF);
4887     }
4888
4889     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling to reduce branch cost.\n");
4890     return SmallUF;
4891   }
4892
4893   // Unroll if this is a large loop (small loops are already dealt with by this
4894   // point) that could benefit from interleaved unrolling.
4895   bool HasReductions = (Legal->getReductionVars()->size() > 0);
4896   if (TTI.enableAggressiveInterleaving(HasReductions)) {
4897     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling to expose ILP.\n");
4898     return UF;
4899   }
4900
4901   DEBUG(dbgs() << "LV: Not Unrolling.\n");
4902   return 1;
4903 }
4904
4905 LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage
4906 LoopVectorizationCostModel::calculateRegisterUsage() {
4907   // This function calculates the register usage by measuring the highest number
4908   // of values that are alive at a single location. Obviously, this is a very
4909   // rough estimation. We scan the loop in a topological order in order and
4910   // assign a number to each instruction. We use RPO to ensure that defs are
4911   // met before their users. We assume that each instruction that has in-loop
4912   // users starts an interval. We record every time that an in-loop value is
4913   // used, so we have a list of the first and last occurrences of each
4914   // instruction. Next, we transpose this data structure into a multi map that
4915   // holds the list of intervals that *end* at a specific location. This multi
4916   // map allows us to perform a linear search. We scan the instructions linearly
4917   // and record each time that a new interval starts, by placing it in a set.
4918   // If we find this value in the multi-map then we remove it from the set.
4919   // The max register usage is the maximum size of the set.
4920   // We also search for instructions that are defined outside the loop, but are
4921   // used inside the loop. We need this number separately from the max-interval
4922   // usage number because when we unroll, loop-invariant values do not take
4923   // more register.
4924   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
4925   DFS.perform(LI);
4926
4927   RegisterUsage R;
4928   R.NumInstructions = 0;
4929
4930   // Each 'key' in the map opens a new interval. The values
4931   // of the map are the index of the 'last seen' usage of the
4932   // instruction that is the key.
4933   typedef DenseMap<Instruction*, unsigned> IntervalMap;
4934   // Maps instruction to its index.
4935   DenseMap<unsigned, Instruction*> IdxToInstr;
4936   // Marks the end of each interval.
4937   IntervalMap EndPoint;
4938   // Saves the list of instruction indices that are used in the loop.
4939   SmallSet<Instruction*, 8> Ends;
4940   // Saves the list of values that are used in the loop but are
4941   // defined outside the loop, such as arguments and constants.
4942   SmallPtrSet<Value*, 8> LoopInvariants;
4943
4944   unsigned Index = 0;
4945   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
4946        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb) {
4947     R.NumInstructions += (*bb)->size();
4948     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
4949          ++it) {
4950       Instruction *I = it;
4951       IdxToInstr[Index++] = I;
4952
4953       // Save the end location of each USE.
4954       for (unsigned i = 0; i < I->getNumOperands(); ++i) {
4955         Value *U = I->getOperand(i);
4956         Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(U);
4957
4958         // Ignore non-instruction values such as arguments, constants, etc.
4959         if (!Instr) continue;
4960
4961         // If this instruction is outside the loop then record it and continue.
4962         if (!TheLoop->contains(Instr)) {
4963           LoopInvariants.insert(Instr);
4964           continue;
4965         }
4966
4967         // Overwrite previous end points.
4968         EndPoint[Instr] = Index;
4969         Ends.insert(Instr);
4970       }
4971     }
4972   }
4973
4974   // Saves the list of intervals that end with the index in 'key'.
4975   typedef SmallVector<Instruction*, 2> InstrList;
4976   DenseMap<unsigned, InstrList> TransposeEnds;
4977
4978   // Transpose the EndPoints to a list of values that end at each index.
4979   for (IntervalMap::iterator it = EndPoint.begin(), e = EndPoint.end();
4980        it != e; ++it)
4981     TransposeEnds[it->second].push_back(it->first);
4982
4983   SmallSet<Instruction*, 8> OpenIntervals;
4984   unsigned MaxUsage = 0;
4985
4986
4987   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Calculating max register usage:\n");
4988   for (unsigned int i = 0; i < Index; ++i) {
4989     Instruction *I = IdxToInstr[i];
4990     // Ignore instructions that are never used within the loop.
4991     if (!Ends.count(I)) continue;
4992
4993     // Ignore ephemeral values.
4994     if (EphValues.count(I))
4995       continue;
4996
4997     // Remove all of the instructions that end at this location.
4998     InstrList &List = TransposeEnds[i];
4999     for (unsigned int j=0, e = List.size(); j < e; ++j)
5000       OpenIntervals.erase(List[j]);
5001
5002     // Count the number of live interals.
5003     MaxUsage = std::max(MaxUsage, OpenIntervals.size());
5004
5005     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): At #" << i << " Interval # " <<
5006           OpenIntervals.size() << '\n');
5007
5008     // Add the current instruction to the list of open intervals.
5009     OpenIntervals.insert(I);
5010   }
5011
5012   unsigned Invariant = LoopInvariants.size();
5013   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found max usage: " << MaxUsage << '\n');
5014   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found invariant usage: " << Invariant << '\n');
5015   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): LoopSize: " << R.NumInstructions << '\n');
5016
5017   R.LoopInvariantRegs = Invariant;
5018   R.MaxLocalUsers = MaxUsage;
5019   return R;
5020 }
5021
5022 unsigned LoopVectorizationCostModel::expectedCost(unsigned VF) {
5023   unsigned Cost = 0;
5024
5025   // For each block.
5026   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
5027        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
5028     unsigned BlockCost = 0;
5029     BasicBlock *BB = *bb;
5030
5031     // For each instruction in the old loop.
5032     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
5033       // Skip dbg intrinsics.
5034       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
5035         continue;
5036
5037       // Ignore ephemeral values.
5038       if (EphValues.count(it))
5039         continue;
5040
5041       unsigned C = getInstructionCost(it, VF);
5042
5043       // Check if we should override the cost.
5044       if (ForceTargetInstructionCost.getNumOccurrences() > 0)
5045         C = ForceTargetInstructionCost;
5046
5047       BlockCost += C;
5048       DEBUG(dbgs() << "LV: Found an estimated cost of " << C << " for VF " <<
5049             VF << " For instruction: " << *it << '\n');
5050     }
5051
5052     // We assume that if-converted blocks have a 50% chance of being executed.
5053     // When the code is scalar then some of the blocks are avoided due to CF.
5054     // When the code is vectorized we execute all code paths.
5055     if (VF == 1 && Legal->blockNeedsPredication(*bb))
5056       BlockCost /= 2;
5057
5058     Cost += BlockCost;
5059   }
5060
5061   return Cost;
5062 }
5063
5064 /// \brief Check whether the address computation for a non-consecutive memory
5065 /// access looks like an unlikely candidate for being merged into the indexing
5066 /// mode.
5067 ///
5068 /// We look for a GEP which has one index that is an induction variable and all
5069 /// other indices are loop invariant. If the stride of this access is also
5070 /// within a small bound we decide that this address computation can likely be
5071 /// merged into the addressing mode.
5072 /// In all other cases, we identify the address computation as complex.
5073 static bool isLikelyComplexAddressComputation(Value *Ptr,
5074                                               LoopVectorizationLegality *Legal,
5075                                               ScalarEvolution *SE,
5076                                               const Loop *TheLoop) {
5077   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
5078   if (!Gep)
5079     return true;
5080
5081   // We are looking for a gep with all loop invariant indices except for one
5082   // which should be an induction variable.
5083   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
5084   for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i) {
5085     Value *Opd = Gep->getOperand(i);
5086     if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Opd), TheLoop) &&
5087         !Legal->isInductionVariable(Opd))
5088       return true;
5089   }
5090
5091   // Now we know we have a GEP ptr, %inv, %ind, %inv. Make sure that the step
5092   // can likely be merged into the address computation.
5093   unsigned MaxMergeDistance = 64;
5094
5095   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(Ptr));
5096   if (!AddRec)
5097     return true;
5098
5099   // Check the step is constant.
5100   const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*SE);
5101   // Calculate the pointer stride and check if it is consecutive.
5102   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
5103   if (!C)
5104     return true;
5105
5106   const APInt &APStepVal = C->getValue()->getValue();
5107
5108   // Huge step value - give up.
5109   if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
5110     return true;
5111
5112   int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
5113
5114   return StepVal > MaxMergeDistance;
5115 }
5116
5117 static bool isStrideMul(Instruction *I, LoopVectorizationLegality *Legal) {
5118   if (Legal->hasStride(I->getOperand(0)) || Legal->hasStride(I->getOperand(1)))
5119     return true;
5120   return false;
5121 }
5122
5123 unsigned
5124 LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF) {
5125   // If we know that this instruction will remain uniform, check the cost of
5126   // the scalar version.
5127   if (Legal->isUniformAfterVectorization(I))
5128     VF = 1;
5129
5130   Type *RetTy = I->getType();
5131   Type *VectorTy = ToVectorTy(RetTy, VF);
5132
5133   // TODO: We need to estimate the cost of intrinsic calls.
5134   switch (I->getOpcode()) {
5135   case Instruction::GetElementPtr:
5136     // We mark this instruction as zero-cost because the cost of GEPs in
5137     // vectorized code depends on whether the corresponding memory instruction
5138     // is scalarized or not. Therefore, we handle GEPs with the memory
5139     // instruction cost.
5140     return 0;
5141   case Instruction::Br: {
5142     return TTI.getCFInstrCost(I->getOpcode());
5143   }
5144   case Instruction::PHI:
5145     //TODO: IF-converted IFs become selects.
5146     return 0;
5147   case Instruction::Add:
5148   case Instruction::FAdd:
5149   case Instruction::Sub:
5150   case Instruction::FSub:
5151   case Instruction::Mul:
5152   case Instruction::FMul:
5153   case Instruction::UDiv:
5154   case Instruction::SDiv:
5155   case Instruction::FDiv:
5156   case Instruction::URem:
5157   case Instruction::SRem:
5158   case Instruction::FRem:
5159   case Instruction::Shl:
5160   case Instruction::LShr:
5161   case Instruction::AShr:
5162   case Instruction::And:
5163   case Instruction::Or:
5164   case Instruction::Xor: {
5165     // Since we will replace the stride by 1 the multiplication should go away.
5166     if (I->getOpcode() == Instruction::Mul && isStrideMul(I, Legal))
5167       return 0;
5168     // Certain instructions can be cheaper to vectorize if they have a constant
5169     // second vector operand. One example of this are shifts on x86.
5170     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
5171       TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5172     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
5173       TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5174     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op1VP =
5175         TargetTransformInfo::OP_None;
5176     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op2VP =
5177         TargetTransformInfo::OP_None;
5178     Value *Op2 = I->getOperand(1);
5179
5180     // Check for a splat of a constant or for a non uniform vector of constants.
5181     if (isa<ConstantInt>(Op2)) {
5182       ConstantInt *CInt = cast<ConstantInt>(Op2);
5183       if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
5184         Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
5185       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
5186     } else if (isa<ConstantVector>(Op2) || isa<ConstantDataVector>(Op2)) {
5187       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_NonUniformConstantValue;
5188       Constant *SplatValue = cast<Constant>(Op2)->getSplatValue();
5189       if (SplatValue) {
5190         ConstantInt *CInt = dyn_cast<ConstantInt>(SplatValue);
5191         if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
5192           Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
5193         Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
5194       }
5195     }
5196
5197     return TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, Op1VK, Op2VK,
5198                                       Op1VP, Op2VP);
5199   }
5200   case Instruction::Select: {
5201     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
5202     const SCEV *CondSCEV = SE->getSCEV(SI->getCondition());
5203     bool ScalarCond = (SE->isLoopInvariant(CondSCEV, TheLoop));
5204     Type *CondTy = SI->getCondition()->getType();
5205     if (!ScalarCond)
5206       CondTy = VectorType::get(CondTy, VF);
5207
5208     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, CondTy);
5209   }
5210   case Instruction::ICmp:
5211   case Instruction::FCmp: {
5212     Type *ValTy = I->getOperand(0)->getType();
5213     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
5214     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy);
5215   }
5216   case Instruction::Store:
5217   case Instruction::Load: {
5218     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
5219     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
5220     Type *ValTy = (SI ? SI->getValueOperand()->getType() :
5221                    LI->getType());
5222     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
5223
5224     unsigned Alignment = SI ? SI->getAlignment() : LI->getAlignment();
5225     unsigned AS = SI ? SI->getPointerAddressSpace() :
5226       LI->getPointerAddressSpace();
5227     Value *Ptr = SI ? SI->getPointerOperand() : LI->getPointerOperand();
5228     // We add the cost of address computation here instead of with the gep
5229     // instruction because only here we know whether the operation is
5230     // scalarized.
5231     if (VF == 1)
5232       return TTI.getAddressComputationCost(VectorTy) +
5233         TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
5234
5235     // For an interleaved access, calculate the total cost of the whole
5236     // interleave group.
5237     if (Legal->isAccessInterleaved(I)) {
5238       auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(I);
5239       assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
5240
5241       // Only calculate the cost once at the insert position.
5242       if (Group->getInsertPos() != I)
5243         return 0;
5244
5245       unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
5246       Type *WideVecTy =
5247           VectorType::get(VectorTy->getVectorElementType(),
5248                           VectorTy->getVectorNumElements() * InterleaveFactor);
5249
5250       // Holds the indices of existing members in an interleaved load group.
5251       // An interleaved store group doesn't need this as it dones't allow gaps.
5252       SmallVector<unsigned, 4> Indices;
5253       if (LI) {
5254         for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++)
5255           if (Group->getMember(i))
5256             Indices.push_back(i);
5257       }
5258
5259       // Calculate the cost of the whole interleaved group.
5260       unsigned Cost = TTI.getInterleavedMemoryOpCost(
5261           I->getOpcode(), WideVecTy, Group->getFactor(), Indices,
5262           Group->getAlignment(), AS);
5263
5264       if (Group->isReverse())
5265         Cost +=
5266             Group->getNumMembers() *
5267             TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse, VectorTy, 0);
5268
5269       // FIXME: The interleaved load group with a huge gap could be even more
5270       // expensive than scalar operations. Then we could ignore such group and
5271       // use scalar operations instead.
5272       return Cost;
5273     }
5274
5275     // Scalarized loads/stores.
5276     int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
5277     bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
5278     const DataLayout &DL = I->getModule()->getDataLayout();
5279     unsigned ScalarAllocatedSize = DL.getTypeAllocSize(ValTy);
5280     unsigned VectorElementSize = DL.getTypeStoreSize(VectorTy) / VF;
5281     if (!ConsecutiveStride || ScalarAllocatedSize != VectorElementSize) {
5282       bool IsComplexComputation =
5283         isLikelyComplexAddressComputation(Ptr, Legal, SE, TheLoop);
5284       unsigned Cost = 0;
5285       // The cost of extracting from the value vector and pointer vector.
5286       Type *PtrTy = ToVectorTy(Ptr->getType(), VF);
5287       for (unsigned i = 0; i < VF; ++i) {
5288         //  The cost of extracting the pointer operand.
5289         Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, PtrTy, i);
5290         // In case of STORE, the cost of ExtractElement from the vector.
5291         // In case of LOAD, the cost of InsertElement into the returned
5292         // vector.
5293         Cost += TTI.getVectorInstrCost(SI ? Instruction::ExtractElement :
5294                                             Instruction::InsertElement,
5295                                             VectorTy, i);
5296       }
5297
5298       // The cost of the scalar loads/stores.
5299       Cost += VF * TTI.getAddressComputationCost(PtrTy, IsComplexComputation);
5300       Cost += VF * TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy->getScalarType(),
5301                                        Alignment, AS);
5302       return Cost;
5303     }
5304
5305     // Wide load/stores.
5306     unsigned Cost = TTI.getAddressComputationCost(VectorTy);
5307     if (Legal->isMaskRequired(I))
5308       Cost += TTI.getMaskedMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment,
5309                                         AS);
5310     else
5311       Cost += TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
5312
5313     if (Reverse)
5314       Cost += TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse,
5315                                   VectorTy, 0);
5316     return Cost;
5317   }
5318   case Instruction::ZExt:
5319   case Instruction::SExt:
5320   case Instruction::FPToUI:
5321   case Instruction::FPToSI:
5322   case Instruction::FPExt:
5323   case Instruction::PtrToInt:
5324   case Instruction::IntToPtr:
5325   case Instruction::SIToFP:
5326   case Instruction::UIToFP:
5327   case Instruction::Trunc:
5328   case Instruction::FPTrunc:
5329   case Instruction::BitCast: {
5330     // We optimize the truncation of induction variable.
5331     // The cost of these is the same as the scalar operation.
5332     if (I->getOpcode() == Instruction::Trunc &&
5333         Legal->isInductionVariable(I->getOperand(0)))
5334       return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), I->getType(),
5335                                   I->getOperand(0)->getType());
5336
5337     Type *SrcVecTy = ToVectorTy(I->getOperand(0)->getType(), VF);
5338     return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, SrcVecTy);
5339   }
5340   case Instruction::Call: {
5341     bool NeedToScalarize;
5342     CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
5343     unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, TTI, TLI, NeedToScalarize);
5344     if (getIntrinsicIDForCall(CI, TLI))
5345       return std::min(CallCost, getVectorIntrinsicCost(CI, VF, TTI, TLI));
5346     return CallCost;
5347   }
5348   default: {
5349     // We are scalarizing the instruction. Return the cost of the scalar
5350     // instruction, plus the cost of insert and extract into vector
5351     // elements, times the vector width.
5352     unsigned Cost = 0;
5353
5354     if (!RetTy->isVoidTy() && VF != 1) {
5355       unsigned InsCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement,
5356                                                 VectorTy);
5357       unsigned ExtCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement,
5358                                                 VectorTy);
5359
5360       // The cost of inserting the results plus extracting each one of the
5361       // operands.
5362       Cost += VF * (InsCost + ExtCost * I->getNumOperands());
5363     }
5364
5365     // The cost of executing VF copies of the scalar instruction. This opcode
5366     // is unknown. Assume that it is the same as 'mul'.
5367     Cost += VF * TTI.getArithmeticInstrCost(Instruction::Mul, VectorTy);
5368     return Cost;
5369   }
5370   }// end of switch.
5371 }
5372
5373 char LoopVectorize::ID = 0;
5374 static const char lv_name[] = "Loop Vectorization";
5375 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
5376 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
5377 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
5378 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
5379 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BlockFrequencyInfo)
5380 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
5381 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
5382 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
5383 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
5384 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
5385 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopAccessAnalysis)
5386 INITIALIZE_PASS_END(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
5387
5388 namespace llvm {
5389   Pass *createLoopVectorizePass(bool NoUnrolling, bool AlwaysVectorize) {
5390     return new LoopVectorize(NoUnrolling, AlwaysVectorize);
5391   }
5392 }
5393
5394 bool LoopVectorizationCostModel::isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *Inst) {
5395   // Check for a store.
5396   if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
5397     return Legal->isConsecutivePtr(ST->getPointerOperand()) != 0;
5398
5399   // Check for a load.
5400   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
5401     return Legal->isConsecutivePtr(LI->getPointerOperand()) != 0;
5402
5403   return false;
5404 }
5405
5406
5407 void InnerLoopUnroller::scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
5408                                              bool IfPredicateStore) {
5409   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
5410   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
5411   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
5412
5413   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
5414
5415   // Find all of the vectorized parameters.
5416   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
5417     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
5418
5419     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
5420     if (SrcOp == OldInduction) {
5421       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
5422       continue;
5423     }
5424
5425     // Try using previously calculated values.
5426     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
5427
5428     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block
5429     // then it should already be vectorized.
5430     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
5431       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
5432       // The parameter is a vector value from earlier.
5433       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
5434     } else {
5435       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
5436       VectorParts Scalars;
5437       Scalars.append(UF, SrcOp);
5438       Params.push_back(Scalars);
5439     }
5440   }
5441
5442   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
5443          "Invalid number of operands");
5444
5445   // Does this instruction return a value ?
5446   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
5447
5448   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? nullptr :
5449   UndefValue::get(Instr->getType());
5450   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
5451   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
5452
5453   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
5454   BasicBlock *IfBlock = Builder.GetInsertBlock();
5455   BasicBlock *CondBlock = nullptr;
5456
5457   VectorParts Cond;
5458   Loop *VectorLp = nullptr;
5459   if (IfPredicateStore) {
5460     assert(Instr->getParent()->getSinglePredecessor() &&
5461            "Only support single predecessor blocks");
5462     Cond = createEdgeMask(Instr->getParent()->getSinglePredecessor(),
5463                           Instr->getParent());
5464     VectorLp = LI->getLoopFor(IfBlock);
5465     assert(VectorLp && "Must have a loop for this block");
5466   }
5467
5468   // For each vector unroll 'part':
5469   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
5470     // For each scalar that we create:
5471
5472     // Start an "if (pred) a[i] = ..." block.
5473     Value *Cmp = nullptr;
5474     if (IfPredicateStore) {
5475       if (Cond[Part]->getType()->isVectorTy())
5476         Cond[Part] =
5477             Builder.CreateExtractElement(Cond[Part], Builder.getInt32(0));
5478       Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cond[Part],
5479                                ConstantInt::get(Cond[Part]->getType(), 1));
5480       CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.store");
5481       LoopVectorBody.push_back(CondBlock);
5482       VectorLp->addBasicBlockToLoop(CondBlock, *LI);
5483       // Update Builder with newly created basic block.
5484       Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
5485     }
5486
5487     Instruction *Cloned = Instr->clone();
5488       if (!IsVoidRetTy)
5489         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
5490       // Replace the operands of the cloned instructions with extracted scalars.
5491       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
5492         Value *Op = Params[op][Part];
5493         Cloned->setOperand(op, Op);
5494       }
5495
5496       // Place the cloned scalar in the new loop.
5497       Builder.Insert(Cloned);
5498
5499       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
5500       // so that future users will be able to use it.
5501       if (!IsVoidRetTy)
5502         VecResults[Part] = Cloned;
5503
5504     // End if-block.
5505       if (IfPredicateStore) {
5506         BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
5507         LoopVectorBody.push_back(NewIfBlock);
5508         VectorLp->addBasicBlockToLoop(NewIfBlock, *LI);
5509         Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
5510         ReplaceInstWithInst(IfBlock->getTerminator(),
5511                             BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp));
5512         IfBlock = NewIfBlock;
5513       }
5514   }
5515 }
5516
5517 void InnerLoopUnroller::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
5518   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
5519   bool IfPredicateStore = (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()));
5520
5521   return scalarizeInstruction(Instr, IfPredicateStore);
5522 }
5523
5524 Value *InnerLoopUnroller::reverseVector(Value *Vec) {
5525   return Vec;
5526 }
5527
5528 Value *InnerLoopUnroller::getBroadcastInstrs(Value *V) {
5529   return V;
5530 }
5531
5532 Value *InnerLoopUnroller::getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step) {
5533   // When unrolling and the VF is 1, we only need to add a simple scalar.
5534   Type *ITy = Val->getType();
5535   assert(!ITy->isVectorTy() && "Val must be a scalar");
5536   Constant *C = ConstantInt::get(ITy, StartIdx);
5537   return Builder.CreateAdd(Val, Builder.CreateMul(C, Step), "induction");
5538 }