c956a55a1009a497016324d62eebceef209047ed
[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/Hashing.h"
52 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
53 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
54 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
55 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
56 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
57 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
58 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
59 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
60 #include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.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/DemandedBits.h"
66 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
67 #include "llvm/Analysis/LoopAccessAnalysis.h"
68 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
69 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
70 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
71 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
72 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
73 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
74 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
75 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
76 #include "llvm/IR/Constants.h"
77 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
78 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
79 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
80 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
81 #include "llvm/IR/Dominators.h"
82 #include "llvm/IR/Function.h"
83 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
84 #include "llvm/IR/Instructions.h"
85 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
86 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
87 #include "llvm/IR/Module.h"
88 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
89 #include "llvm/IR/Type.h"
90 #include "llvm/IR/Value.h"
91 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
92 #include "llvm/IR/Verifier.h"
93 #include "llvm/Pass.h"
94 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
95 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
96 #include "llvm/Support/Debug.h"
97 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
98 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
99 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
100 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
101 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
102 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
103 #include <algorithm>
104 #include <functional>
105 #include <map>
106 #include <tuple>
107
108 using namespace llvm;
109 using namespace llvm::PatternMatch;
110
111 #define LV_NAME "loop-vectorize"
112 #define DEBUG_TYPE LV_NAME
113
114 STATISTIC(LoopsVectorized, "Number of loops vectorized");
115 STATISTIC(LoopsAnalyzed, "Number of loops analyzed for vectorization");
116
117 static cl::opt<bool>
118 EnableIfConversion("enable-if-conversion", cl::init(true), cl::Hidden,
119                    cl::desc("Enable if-conversion during vectorization."));
120
121 /// We don't vectorize loops with a known constant trip count below this number.
122 static cl::opt<unsigned>
123 TinyTripCountVectorThreshold("vectorizer-min-trip-count", cl::init(16),
124                              cl::Hidden,
125                              cl::desc("Don't vectorize loops with a constant "
126                                       "trip count that is smaller than this "
127                                       "value."));
128
129 static cl::opt<bool> MaximizeBandwidth(
130     "vectorizer-maximize-bandwidth", cl::init(false), cl::Hidden,
131     cl::desc("Maximize bandwidth when selecting vectorization factor which "
132              "will be determined by the smallest type in loop."));
133
134 /// This enables versioning on the strides of symbolically striding memory
135 /// accesses in code like the following.
136 ///   for (i = 0; i < N; ++i)
137 ///     A[i * Stride1] += B[i * Stride2] ...
138 ///
139 /// Will be roughly translated to
140 ///    if (Stride1 == 1 && Stride2 == 1) {
141 ///      for (i = 0; i < N; i+=4)
142 ///       A[i:i+3] += ...
143 ///    } else
144 ///      ...
145 static cl::opt<bool> EnableMemAccessVersioning(
146     "enable-mem-access-versioning", cl::init(true), cl::Hidden,
147     cl::desc("Enable symbolic stride memory access versioning"));
148
149 static cl::opt<bool> EnableInterleavedMemAccesses(
150     "enable-interleaved-mem-accesses", cl::init(false), cl::Hidden,
151     cl::desc("Enable vectorization on interleaved memory accesses in a loop"));
152
153 /// Maximum factor for an interleaved memory access.
154 static cl::opt<unsigned> MaxInterleaveGroupFactor(
155     "max-interleave-group-factor", cl::Hidden,
156     cl::desc("Maximum factor for an interleaved access group (default = 8)"),
157     cl::init(8));
158
159 /// We don't interleave loops with a known constant trip count below this
160 /// number.
161 static const unsigned TinyTripCountInterleaveThreshold = 128;
162
163 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumScalarRegs(
164     "force-target-num-scalar-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
165     cl::desc("A flag that overrides the target's number of scalar registers."));
166
167 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumVectorRegs(
168     "force-target-num-vector-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
169     cl::desc("A flag that overrides the target's number of vector registers."));
170
171 /// Maximum vectorization interleave count.
172 static const unsigned MaxInterleaveFactor = 16;
173
174 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor(
175     "force-target-max-scalar-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
176     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
177              "scalar loops."));
178
179 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor(
180     "force-target-max-vector-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
181     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
182              "vectorized loops."));
183
184 static cl::opt<unsigned> ForceTargetInstructionCost(
185     "force-target-instruction-cost", cl::init(0), cl::Hidden,
186     cl::desc("A flag that overrides the target's expected cost for "
187              "an instruction to a single constant value. Mostly "
188              "useful for getting consistent testing."));
189
190 static cl::opt<unsigned> SmallLoopCost(
191     "small-loop-cost", cl::init(20), cl::Hidden,
192     cl::desc(
193         "The cost of a loop that is considered 'small' by the interleaver."));
194
195 static cl::opt<bool> LoopVectorizeWithBlockFrequency(
196     "loop-vectorize-with-block-frequency", cl::init(false), cl::Hidden,
197     cl::desc("Enable the use of the block frequency analysis to access PGO "
198              "heuristics minimizing code growth in cold regions and being more "
199              "aggressive in hot regions."));
200
201 // Runtime interleave loops for load/store throughput.
202 static cl::opt<bool> EnableLoadStoreRuntimeInterleave(
203     "enable-loadstore-runtime-interleave", cl::init(true), cl::Hidden,
204     cl::desc(
205         "Enable runtime interleaving until load/store ports are saturated"));
206
207 /// The number of stores in a loop that are allowed to need predication.
208 static cl::opt<unsigned> NumberOfStoresToPredicate(
209     "vectorize-num-stores-pred", cl::init(1), cl::Hidden,
210     cl::desc("Max number of stores to be predicated behind an if."));
211
212 static cl::opt<bool> EnableIndVarRegisterHeur(
213     "enable-ind-var-reg-heur", cl::init(true), cl::Hidden,
214     cl::desc("Count the induction variable only once when interleaving"));
215
216 static cl::opt<bool> EnableCondStoresVectorization(
217     "enable-cond-stores-vec", cl::init(false), cl::Hidden,
218     cl::desc("Enable if predication of stores during vectorization."));
219
220 static cl::opt<unsigned> MaxNestedScalarReductionIC(
221     "max-nested-scalar-reduction-interleave", cl::init(2), cl::Hidden,
222     cl::desc("The maximum interleave count to use when interleaving a scalar "
223              "reduction in a nested loop."));
224
225 static cl::opt<unsigned> PragmaVectorizeMemoryCheckThreshold(
226     "pragma-vectorize-memory-check-threshold", cl::init(128), cl::Hidden,
227     cl::desc("The maximum allowed number of runtime memory checks with a "
228              "vectorize(enable) pragma."));
229
230 static cl::opt<unsigned> VectorizeSCEVCheckThreshold(
231     "vectorize-scev-check-threshold", cl::init(16), cl::Hidden,
232     cl::desc("The maximum number of SCEV checks allowed."));
233
234 static cl::opt<unsigned> PragmaVectorizeSCEVCheckThreshold(
235     "pragma-vectorize-scev-check-threshold", cl::init(128), cl::Hidden,
236     cl::desc("The maximum number of SCEV checks allowed with a "
237              "vectorize(enable) pragma"));
238
239 namespace {
240
241 // Forward declarations.
242 class LoopVectorizeHints;
243 class LoopVectorizationLegality;
244 class LoopVectorizationCostModel;
245 class LoopVectorizationRequirements;
246
247 /// \brief This modifies LoopAccessReport to initialize message with
248 /// loop-vectorizer-specific part.
249 class VectorizationReport : public LoopAccessReport {
250 public:
251   VectorizationReport(Instruction *I = nullptr)
252       : LoopAccessReport("loop not vectorized: ", I) {}
253
254   /// \brief This allows promotion of the loop-access analysis report into the
255   /// loop-vectorizer report.  It modifies the message to add the
256   /// loop-vectorizer-specific part of the message.
257   explicit VectorizationReport(const LoopAccessReport &R)
258       : LoopAccessReport(Twine("loop not vectorized: ") + R.str(),
259                          R.getInstr()) {}
260 };
261
262 /// A helper function for converting Scalar types to vector types.
263 /// If the incoming type is void, we return void. If the VF is 1, we return
264 /// the scalar type.
265 static Type* ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF) {
266   if (Scalar->isVoidTy() || VF == 1)
267     return Scalar;
268   return VectorType::get(Scalar, VF);
269 }
270
271 /// A helper function that returns GEP instruction and knows to skip a
272 /// 'bitcast'. The 'bitcast' may be skipped if the source and the destination
273 /// pointee types of the 'bitcast' have the same size.
274 /// For example:
275 ///   bitcast double** %var to i64* - can be skipped
276 ///   bitcast double** %var to i8*  - can not
277 static GetElementPtrInst *getGEPInstruction(Value *Ptr) {
278
279   if (isa<GetElementPtrInst>(Ptr))
280     return cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
281
282   if (isa<BitCastInst>(Ptr) &&
283       isa<GetElementPtrInst>(cast<BitCastInst>(Ptr)->getOperand(0))) {
284     Type *BitcastTy = Ptr->getType();
285     Type *GEPTy = cast<BitCastInst>(Ptr)->getSrcTy();
286     if (!isa<PointerType>(BitcastTy) || !isa<PointerType>(GEPTy))
287       return nullptr;
288     Type *Pointee1Ty = cast<PointerType>(BitcastTy)->getPointerElementType();
289     Type *Pointee2Ty = cast<PointerType>(GEPTy)->getPointerElementType();
290     const DataLayout &DL = cast<BitCastInst>(Ptr)->getModule()->getDataLayout();
291     if (DL.getTypeSizeInBits(Pointee1Ty) == DL.getTypeSizeInBits(Pointee2Ty))
292       return cast<GetElementPtrInst>(cast<BitCastInst>(Ptr)->getOperand(0));
293   }
294   return nullptr;
295 }
296
297 /// InnerLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
298 /// block to a specified vectorization factor (VF).
299 /// This class performs the widening of scalars into vectors, or multiple
300 /// scalars. This class also implements the following features:
301 /// * It inserts an epilogue loop for handling loops that don't have iteration
302 ///   counts that are known to be a multiple of the vectorization factor.
303 /// * It handles the code generation for reduction variables.
304 /// * Scalarization (implementation using scalars) of un-vectorizable
305 ///   instructions.
306 /// InnerLoopVectorizer does not perform any vectorization-legality
307 /// checks, and relies on the caller to check for the different legality
308 /// aspects. The InnerLoopVectorizer relies on the
309 /// LoopVectorizationLegality class to provide information about the induction
310 /// and reduction variables that were found to a given vectorization factor.
311 class InnerLoopVectorizer {
312 public:
313   InnerLoopVectorizer(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
314                       DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI,
315                       const TargetTransformInfo *TTI, unsigned VecWidth,
316                       unsigned UnrollFactor, SCEVUnionPredicate &Preds)
317       : OrigLoop(OrigLoop), SE(SE), LI(LI), DT(DT), TLI(TLI), TTI(TTI),
318         VF(VecWidth), UF(UnrollFactor), Builder(SE->getContext()),
319         Induction(nullptr), OldInduction(nullptr), WidenMap(UnrollFactor),
320         TripCount(nullptr), VectorTripCount(nullptr), Legal(nullptr),
321         AddedSafetyChecks(false), Preds(Preds) {}
322
323   // Perform the actual loop widening (vectorization).
324   // MinimumBitWidths maps scalar integer values to the smallest bitwidth they
325   // can be validly truncated to. The cost model has assumed this truncation
326   // will happen when vectorizing.
327   void vectorize(LoopVectorizationLegality *L,
328                  MapVector<Instruction*,uint64_t> MinimumBitWidths) {
329     MinBWs = MinimumBitWidths;
330     Legal = L;
331     // Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
332     createEmptyLoop();
333     // Widen each instruction in the old loop to a new one in the new loop.
334     // Use the Legality module to find the induction and reduction variables.
335     vectorizeLoop();
336   }
337
338   // Return true if any runtime check is added.
339   bool IsSafetyChecksAdded() {
340     return AddedSafetyChecks;
341   }
342
343   virtual ~InnerLoopVectorizer() {}
344
345 protected:
346   /// A small list of PHINodes.
347   typedef SmallVector<PHINode*, 4> PhiVector;
348   /// When we unroll loops we have multiple vector values for each scalar.
349   /// This data structure holds the unrolled and vectorized values that
350   /// originated from one scalar instruction.
351   typedef SmallVector<Value*, 2> VectorParts;
352
353   // When we if-convert we need to create edge masks. We have to cache values
354   // so that we don't end up with exponential recursion/IR.
355   typedef DenseMap<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>,
356                    VectorParts> EdgeMaskCache;
357
358   /// Create an empty loop, based on the loop ranges of the old loop.
359   void createEmptyLoop();
360   /// Create a new induction variable inside L.
361   PHINode *createInductionVariable(Loop *L, Value *Start, Value *End,
362                                    Value *Step, Instruction *DL);
363   /// Copy and widen the instructions from the old loop.
364   virtual void vectorizeLoop();
365
366   /// \brief The Loop exit block may have single value PHI nodes where the
367   /// incoming value is 'Undef'. While vectorizing we only handled real values
368   /// that were defined inside the loop. Here we fix the 'undef case'.
369   /// See PR14725.
370   void fixLCSSAPHIs();
371
372   /// Shrinks vector element sizes based on information in "MinBWs".
373   void truncateToMinimalBitwidths();
374   
375   /// A helper function that computes the predicate of the block BB, assuming
376   /// that the header block of the loop is set to True. It returns the *entry*
377   /// mask for the block BB.
378   VectorParts createBlockInMask(BasicBlock *BB);
379   /// A helper function that computes the predicate of the edge between SRC
380   /// and DST.
381   VectorParts createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst);
382
383   /// A helper function to vectorize a single BB within the innermost loop.
384   void vectorizeBlockInLoop(BasicBlock *BB, PhiVector *PV);
385   
386   /// Vectorize a single PHINode in a block. This method handles the induction
387   /// variable canonicalization. It supports both VF = 1 for unrolled loops and
388   /// arbitrary length vectors.
389   void widenPHIInstruction(Instruction *PN, VectorParts &Entry,
390                            unsigned UF, unsigned VF, PhiVector *PV);
391
392   /// Insert the new loop to the loop hierarchy and pass manager
393   /// and update the analysis passes.
394   void updateAnalysis();
395
396   /// This instruction is un-vectorizable. Implement it as a sequence
397   /// of scalars. If \p IfPredicateStore is true we need to 'hide' each
398   /// scalarized instruction behind an if block predicated on the control
399   /// dependence of the instruction.
400   virtual void scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
401                                     bool IfPredicateStore=false);
402
403   /// Vectorize Load and Store instructions,
404   virtual void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr);
405
406   /// Create a broadcast instruction. This method generates a broadcast
407   /// instruction (shuffle) for loop invariant values and for the induction
408   /// value. If this is the induction variable then we extend it to N, N+1, ...
409   /// this is needed because each iteration in the loop corresponds to a SIMD
410   /// element.
411   virtual Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
412
413   /// This function adds (StartIdx, StartIdx + Step, StartIdx + 2*Step, ...)
414   /// to each vector element of Val. The sequence starts at StartIndex.
415   virtual Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step);
416
417   /// When we go over instructions in the basic block we rely on previous
418   /// values within the current basic block or on loop invariant values.
419   /// When we widen (vectorize) values we place them in the map. If the values
420   /// are not within the map, they have to be loop invariant, so we simply
421   /// broadcast them into a vector.
422   VectorParts &getVectorValue(Value *V);
423
424   /// Try to vectorize the interleaved access group that \p Instr belongs to.
425   void vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr);
426
427   /// Generate a shuffle sequence that will reverse the vector Vec.
428   virtual Value *reverseVector(Value *Vec);
429
430   /// Returns (and creates if needed) the original loop trip count.
431   Value *getOrCreateTripCount(Loop *NewLoop);
432
433   /// Returns (and creates if needed) the trip count of the widened loop.
434   Value *getOrCreateVectorTripCount(Loop *NewLoop);
435
436   /// Emit a bypass check to see if the trip count would overflow, or we
437   /// wouldn't have enough iterations to execute one vector loop.
438   void emitMinimumIterationCountCheck(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
439   /// Emit a bypass check to see if the vector trip count is nonzero.
440   void emitVectorLoopEnteredCheck(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
441   /// Emit a bypass check to see if all of the SCEV assumptions we've
442   /// had to make are correct.
443   void emitSCEVChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
444   /// Emit bypass checks to check any memory assumptions we may have made.
445   void emitMemRuntimeChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
446
447   /// This is a helper class that holds the vectorizer state. It maps scalar
448   /// instructions to vector instructions. When the code is 'unrolled' then
449   /// then a single scalar value is mapped to multiple vector parts. The parts
450   /// are stored in the VectorPart type.
451   struct ValueMap {
452     /// C'tor.  UnrollFactor controls the number of vectors ('parts') that
453     /// are mapped.
454     ValueMap(unsigned UnrollFactor) : UF(UnrollFactor) {}
455
456     /// \return True if 'Key' is saved in the Value Map.
457     bool has(Value *Key) const { return MapStorage.count(Key); }
458
459     /// Initializes a new entry in the map. Sets all of the vector parts to the
460     /// save value in 'Val'.
461     /// \return A reference to a vector with splat values.
462     VectorParts &splat(Value *Key, Value *Val) {
463       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
464       Entry.assign(UF, Val);
465       return Entry;
466     }
467
468     ///\return A reference to the value that is stored at 'Key'.
469     VectorParts &get(Value *Key) {
470       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
471       if (Entry.empty())
472         Entry.resize(UF);
473       assert(Entry.size() == UF);
474       return Entry;
475     }
476
477   private:
478     /// The unroll factor. Each entry in the map stores this number of vector
479     /// elements.
480     unsigned UF;
481
482     /// Map storage. We use std::map and not DenseMap because insertions to a
483     /// dense map invalidates its iterators.
484     std::map<Value *, VectorParts> MapStorage;
485   };
486
487   /// The original loop.
488   Loop *OrigLoop;
489   /// Scev analysis to use.
490   ScalarEvolution *SE;
491   /// Loop Info.
492   LoopInfo *LI;
493   /// Dominator Tree.
494   DominatorTree *DT;
495   /// Alias Analysis.
496   AliasAnalysis *AA;
497   /// Target Library Info.
498   const TargetLibraryInfo *TLI;
499   /// Target Transform Info.
500   const TargetTransformInfo *TTI;
501
502   /// The vectorization SIMD factor to use. Each vector will have this many
503   /// vector elements.
504   unsigned VF;
505
506 protected:
507   /// The vectorization unroll factor to use. Each scalar is vectorized to this
508   /// many different vector instructions.
509   unsigned UF;
510
511   /// The builder that we use
512   IRBuilder<> Builder;
513
514   // --- Vectorization state ---
515
516   /// The vector-loop preheader.
517   BasicBlock *LoopVectorPreHeader;
518   /// The scalar-loop preheader.
519   BasicBlock *LoopScalarPreHeader;
520   /// Middle Block between the vector and the scalar.
521   BasicBlock *LoopMiddleBlock;
522   ///The ExitBlock of the scalar loop.
523   BasicBlock *LoopExitBlock;
524   ///The vector loop body.
525   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopVectorBody;
526   ///The scalar loop body.
527   BasicBlock *LoopScalarBody;
528   /// A list of all bypass blocks. The first block is the entry of the loop.
529   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopBypassBlocks;
530
531   /// The new Induction variable which was added to the new block.
532   PHINode *Induction;
533   /// The induction variable of the old basic block.
534   PHINode *OldInduction;
535   /// Maps scalars to widened vectors.
536   ValueMap WidenMap;
537   /// Store instructions that should be predicated, as a pair
538   ///   <StoreInst, Predicate>
539   SmallVector<std::pair<StoreInst*,Value*>, 4> PredicatedStores;
540   EdgeMaskCache MaskCache;
541   /// Trip count of the original loop.
542   Value *TripCount;
543   /// Trip count of the widened loop (TripCount - TripCount % (VF*UF))
544   Value *VectorTripCount;
545
546   /// Map of scalar integer values to the smallest bitwidth they can be legally
547   /// represented as. The vector equivalents of these values should be truncated
548   /// to this type.
549   MapVector<Instruction*,uint64_t> MinBWs;
550   LoopVectorizationLegality *Legal;
551
552   // Record whether runtime check is added.
553   bool AddedSafetyChecks;
554
555   /// The SCEV predicate containing all the SCEV-related assumptions.
556   /// The predicate is used to simplify existing expressions in the
557   /// context of existing SCEV assumptions. Since legality checking is
558   /// not done here, we don't need to use this predicate to record
559   /// further assumptions.
560   SCEVUnionPredicate &Preds;
561 };
562
563 class InnerLoopUnroller : public InnerLoopVectorizer {
564 public:
565   InnerLoopUnroller(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
566                     DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI,
567                     const TargetTransformInfo *TTI, unsigned UnrollFactor,
568                     SCEVUnionPredicate &Preds)
569       : InnerLoopVectorizer(OrigLoop, SE, LI, DT, TLI, TTI, 1, UnrollFactor,
570                             Preds) {}
571
572 private:
573   void scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
574                             bool IfPredicateStore = false) override;
575   void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) override;
576   Value *getBroadcastInstrs(Value *V) override;
577   Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step) override;
578   Value *reverseVector(Value *Vec) override;
579 };
580
581 /// \brief Look for a meaningful debug location on the instruction or it's
582 /// operands.
583 static Instruction *getDebugLocFromInstOrOperands(Instruction *I) {
584   if (!I)
585     return I;
586
587   DebugLoc Empty;
588   if (I->getDebugLoc() != Empty)
589     return I;
590
591   for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end(); OI != OE; ++OI) {
592     if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OI))
593       if (OpInst->getDebugLoc() != Empty)
594         return OpInst;
595   }
596
597   return I;
598 }
599
600 /// \brief Set the debug location in the builder using the debug location in the
601 /// instruction.
602 static void setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr) {
603   if (const Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(Ptr))
604     B.SetCurrentDebugLocation(Inst->getDebugLoc());
605   else
606     B.SetCurrentDebugLocation(DebugLoc());
607 }
608
609 #ifndef NDEBUG
610 /// \return string containing a file name and a line # for the given loop.
611 static std::string getDebugLocString(const Loop *L) {
612   std::string Result;
613   if (L) {
614     raw_string_ostream OS(Result);
615     if (const DebugLoc LoopDbgLoc = L->getStartLoc())
616       LoopDbgLoc.print(OS);
617     else
618       // Just print the module name.
619       OS << L->getHeader()->getParent()->getParent()->getModuleIdentifier();
620     OS.flush();
621   }
622   return Result;
623 }
624 #endif
625
626 /// \brief Propagate known metadata from one instruction to another.
627 static void propagateMetadata(Instruction *To, const Instruction *From) {
628   SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 4> Metadata;
629   From->getAllMetadataOtherThanDebugLoc(Metadata);
630
631   for (auto M : Metadata) {
632     unsigned Kind = M.first;
633
634     // These are safe to transfer (this is safe for TBAA, even when we
635     // if-convert, because should that metadata have had a control dependency
636     // on the condition, and thus actually aliased with some other
637     // non-speculated memory access when the condition was false, this would be
638     // caught by the runtime overlap checks).
639     if (Kind != LLVMContext::MD_tbaa &&
640         Kind != LLVMContext::MD_alias_scope &&
641         Kind != LLVMContext::MD_noalias &&
642         Kind != LLVMContext::MD_fpmath &&
643         Kind != LLVMContext::MD_nontemporal)
644       continue;
645
646     To->setMetadata(Kind, M.second);
647   }
648 }
649
650 /// \brief Propagate known metadata from one instruction to a vector of others.
651 static void propagateMetadata(SmallVectorImpl<Value *> &To,
652                               const Instruction *From) {
653   for (Value *V : To)
654     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
655       propagateMetadata(I, From);
656 }
657
658 /// \brief The group of interleaved loads/stores sharing the same stride and
659 /// close to each other.
660 ///
661 /// Each member in this group has an index starting from 0, and the largest
662 /// index should be less than interleaved factor, which is equal to the absolute
663 /// value of the access's stride.
664 ///
665 /// E.g. An interleaved load group of factor 4:
666 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
667 ///          a = A[i];                           // Member of index 0
668 ///          b = A[i+1];                         // Member of index 1
669 ///          d = A[i+3];                         // Member of index 3
670 ///          ...
671 ///        }
672 ///
673 ///      An interleaved store group of factor 4:
674 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
675 ///          ...
676 ///          A[i]   = a;                         // Member of index 0
677 ///          A[i+1] = b;                         // Member of index 1
678 ///          A[i+2] = c;                         // Member of index 2
679 ///          A[i+3] = d;                         // Member of index 3
680 ///        }
681 ///
682 /// Note: the interleaved load group could have gaps (missing members), but
683 /// the interleaved store group doesn't allow gaps.
684 class InterleaveGroup {
685 public:
686   InterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride, unsigned Align)
687       : Align(Align), SmallestKey(0), LargestKey(0), InsertPos(Instr) {
688     assert(Align && "The alignment should be non-zero");
689
690     Factor = std::abs(Stride);
691     assert(Factor > 1 && "Invalid interleave factor");
692
693     Reverse = Stride < 0;
694     Members[0] = Instr;
695   }
696
697   bool isReverse() const { return Reverse; }
698   unsigned getFactor() const { return Factor; }
699   unsigned getAlignment() const { return Align; }
700   unsigned getNumMembers() const { return Members.size(); }
701
702   /// \brief Try to insert a new member \p Instr with index \p Index and
703   /// alignment \p NewAlign. The index is related to the leader and it could be
704   /// negative if it is the new leader.
705   ///
706   /// \returns false if the instruction doesn't belong to the group.
707   bool insertMember(Instruction *Instr, int Index, unsigned NewAlign) {
708     assert(NewAlign && "The new member's alignment should be non-zero");
709
710     int Key = Index + SmallestKey;
711
712     // Skip if there is already a member with the same index.
713     if (Members.count(Key))
714       return false;
715
716     if (Key > LargestKey) {
717       // The largest index is always less than the interleave factor.
718       if (Index >= static_cast<int>(Factor))
719         return false;
720
721       LargestKey = Key;
722     } else if (Key < SmallestKey) {
723       // The largest index is always less than the interleave factor.
724       if (LargestKey - Key >= static_cast<int>(Factor))
725         return false;
726
727       SmallestKey = Key;
728     }
729
730     // It's always safe to select the minimum alignment.
731     Align = std::min(Align, NewAlign);
732     Members[Key] = Instr;
733     return true;
734   }
735
736   /// \brief Get the member with the given index \p Index
737   ///
738   /// \returns nullptr if contains no such member.
739   Instruction *getMember(unsigned Index) const {
740     int Key = SmallestKey + Index;
741     if (!Members.count(Key))
742       return nullptr;
743
744     return Members.find(Key)->second;
745   }
746
747   /// \brief Get the index for the given member. Unlike the key in the member
748   /// map, the index starts from 0.
749   unsigned getIndex(Instruction *Instr) const {
750     for (auto I : Members)
751       if (I.second == Instr)
752         return I.first - SmallestKey;
753
754     llvm_unreachable("InterleaveGroup contains no such member");
755   }
756
757   Instruction *getInsertPos() const { return InsertPos; }
758   void setInsertPos(Instruction *Inst) { InsertPos = Inst; }
759
760 private:
761   unsigned Factor; // Interleave Factor.
762   bool Reverse;
763   unsigned Align;
764   DenseMap<int, Instruction *> Members;
765   int SmallestKey;
766   int LargestKey;
767
768   // To avoid breaking dependences, vectorized instructions of an interleave
769   // group should be inserted at either the first load or the last store in
770   // program order.
771   //
772   // E.g. %even = load i32             // Insert Position
773   //      %add = add i32 %even         // Use of %even
774   //      %odd = load i32
775   //
776   //      store i32 %even
777   //      %odd = add i32               // Def of %odd
778   //      store i32 %odd               // Insert Position
779   Instruction *InsertPos;
780 };
781
782 /// \brief Drive the analysis of interleaved memory accesses in the loop.
783 ///
784 /// Use this class to analyze interleaved accesses only when we can vectorize
785 /// a loop. Otherwise it's meaningless to do analysis as the vectorization
786 /// on interleaved accesses is unsafe.
787 ///
788 /// The analysis collects interleave groups and records the relationships
789 /// between the member and the group in a map.
790 class InterleavedAccessInfo {
791 public:
792   InterleavedAccessInfo(ScalarEvolution *SE, Loop *L, DominatorTree *DT,
793                         SCEVUnionPredicate &Preds)
794       : SE(SE), TheLoop(L), DT(DT), Preds(Preds) {}
795
796   ~InterleavedAccessInfo() {
797     SmallSet<InterleaveGroup *, 4> DelSet;
798     // Avoid releasing a pointer twice.
799     for (auto &I : InterleaveGroupMap)
800       DelSet.insert(I.second);
801     for (auto *Ptr : DelSet)
802       delete Ptr;
803   }
804
805   /// \brief Analyze the interleaved accesses and collect them in interleave
806   /// groups. Substitute symbolic strides using \p Strides.
807   void analyzeInterleaving(const ValueToValueMap &Strides);
808
809   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleave group.
810   bool isInterleaved(Instruction *Instr) const {
811     return InterleaveGroupMap.count(Instr);
812   }
813
814   /// \brief Get the interleave group that \p Instr belongs to.
815   ///
816   /// \returns nullptr if doesn't have such group.
817   InterleaveGroup *getInterleaveGroup(Instruction *Instr) const {
818     if (InterleaveGroupMap.count(Instr))
819       return InterleaveGroupMap.find(Instr)->second;
820     return nullptr;
821   }
822
823 private:
824   ScalarEvolution *SE;
825   Loop *TheLoop;
826   DominatorTree *DT;
827
828   /// The SCEV predicate containing all the SCEV-related assumptions.
829   /// The predicate is used to simplify SCEV expressions in the
830   /// context of existing SCEV assumptions. The interleaved access
831   /// analysis can also add new predicates (for example by versioning
832   /// strides of pointers).
833   SCEVUnionPredicate &Preds;
834
835   /// Holds the relationships between the members and the interleave group.
836   DenseMap<Instruction *, InterleaveGroup *> InterleaveGroupMap;
837
838   /// \brief The descriptor for a strided memory access.
839   struct StrideDescriptor {
840     StrideDescriptor(int Stride, const SCEV *Scev, unsigned Size,
841                      unsigned Align)
842         : Stride(Stride), Scev(Scev), Size(Size), Align(Align) {}
843
844     StrideDescriptor() : Stride(0), Scev(nullptr), Size(0), Align(0) {}
845
846     int Stride; // The access's stride. It is negative for a reverse access.
847     const SCEV *Scev; // The scalar expression of this access
848     unsigned Size;    // The size of the memory object.
849     unsigned Align;   // The alignment of this access.
850   };
851
852   /// \brief Create a new interleave group with the given instruction \p Instr,
853   /// stride \p Stride and alignment \p Align.
854   ///
855   /// \returns the newly created interleave group.
856   InterleaveGroup *createInterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride,
857                                          unsigned Align) {
858     assert(!InterleaveGroupMap.count(Instr) &&
859            "Already in an interleaved access group");
860     InterleaveGroupMap[Instr] = new InterleaveGroup(Instr, Stride, Align);
861     return InterleaveGroupMap[Instr];
862   }
863
864   /// \brief Release the group and remove all the relationships.
865   void releaseGroup(InterleaveGroup *Group) {
866     for (unsigned i = 0; i < Group->getFactor(); i++)
867       if (Instruction *Member = Group->getMember(i))
868         InterleaveGroupMap.erase(Member);
869
870     delete Group;
871   }
872
873   /// \brief Collect all the accesses with a constant stride in program order.
874   void collectConstStridedAccesses(
875       MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &StrideAccesses,
876       const ValueToValueMap &Strides);
877 };
878
879 /// Utility class for getting and setting loop vectorizer hints in the form
880 /// of loop metadata.
881 /// This class keeps a number of loop annotations locally (as member variables)
882 /// and can, upon request, write them back as metadata on the loop. It will
883 /// initially scan the loop for existing metadata, and will update the local
884 /// values based on information in the loop.
885 /// We cannot write all values to metadata, as the mere presence of some info,
886 /// for example 'force', means a decision has been made. So, we need to be
887 /// careful NOT to add them if the user hasn't specifically asked so.
888 class LoopVectorizeHints {
889   enum HintKind {
890     HK_WIDTH,
891     HK_UNROLL,
892     HK_FORCE
893   };
894
895   /// Hint - associates name and validation with the hint value.
896   struct Hint {
897     const char * Name;
898     unsigned Value; // This may have to change for non-numeric values.
899     HintKind Kind;
900
901     Hint(const char * Name, unsigned Value, HintKind Kind)
902       : Name(Name), Value(Value), Kind(Kind) { }
903
904     bool validate(unsigned Val) {
905       switch (Kind) {
906       case HK_WIDTH:
907         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= VectorizerParams::MaxVectorWidth;
908       case HK_UNROLL:
909         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= MaxInterleaveFactor;
910       case HK_FORCE:
911         return (Val <= 1);
912       }
913       return false;
914     }
915   };
916
917   /// Vectorization width.
918   Hint Width;
919   /// Vectorization interleave factor.
920   Hint Interleave;
921   /// Vectorization forced
922   Hint Force;
923
924   /// Return the loop metadata prefix.
925   static StringRef Prefix() { return "llvm.loop."; }
926
927 public:
928   enum ForceKind {
929     FK_Undefined = -1, ///< Not selected.
930     FK_Disabled = 0,   ///< Forcing disabled.
931     FK_Enabled = 1,    ///< Forcing enabled.
932   };
933
934   LoopVectorizeHints(const Loop *L, bool DisableInterleaving)
935       : Width("vectorize.width", VectorizerParams::VectorizationFactor,
936               HK_WIDTH),
937         Interleave("interleave.count", DisableInterleaving, HK_UNROLL),
938         Force("vectorize.enable", FK_Undefined, HK_FORCE),
939         TheLoop(L) {
940     // Populate values with existing loop metadata.
941     getHintsFromMetadata();
942
943     // force-vector-interleave overrides DisableInterleaving.
944     if (VectorizerParams::isInterleaveForced())
945       Interleave.Value = VectorizerParams::VectorizationInterleave;
946
947     DEBUG(if (DisableInterleaving && Interleave.Value == 1) dbgs()
948           << "LV: Interleaving disabled by the pass manager\n");
949   }
950
951   /// Mark the loop L as already vectorized by setting the width to 1.
952   void setAlreadyVectorized() {
953     Width.Value = Interleave.Value = 1;
954     Hint Hints[] = {Width, Interleave};
955     writeHintsToMetadata(Hints);
956   }
957
958   bool allowVectorization(Function *F, Loop *L, bool AlwaysVectorize) const {
959     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled) {
960       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: #pragma vectorize disable.\n");
961       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(),
962                                      vectorizeAnalysisPassName(), *F,
963                                      L->getStartLoc(), emitRemark());
964       return false;
965     }
966
967     if (!AlwaysVectorize && getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
968       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: No #pragma vectorize enable.\n");
969       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(),
970                                      vectorizeAnalysisPassName(), *F,
971                                      L->getStartLoc(), emitRemark());
972       return false;
973     }
974
975     if (getWidth() == 1 && getInterleave() == 1) {
976       // FIXME: Add a separate metadata to indicate when the loop has already
977       // been vectorized instead of setting width and count to 1.
978       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Disabled/already vectorized.\n");
979       // FIXME: Add interleave.disable metadata. This will allow
980       // vectorize.disable to be used without disabling the pass and errors
981       // to differentiate between disabled vectorization and a width of 1.
982       emitOptimizationRemarkAnalysis(
983           F->getContext(), vectorizeAnalysisPassName(), *F, L->getStartLoc(),
984           "loop not vectorized: vectorization and interleaving are explicitly "
985           "disabled, or vectorize width and interleave count are both set to "
986           "1");
987       return false;
988     }
989
990     return true;
991   }
992
993   /// Dumps all the hint information.
994   std::string emitRemark() const {
995     VectorizationReport R;
996     if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Disabled)
997       R << "vectorization is explicitly disabled";
998     else {
999       R << "use -Rpass-analysis=loop-vectorize for more info";
1000       if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1001         R << " (Force=true";
1002         if (Width.Value != 0)
1003           R << ", Vector Width=" << Width.Value;
1004         if (Interleave.Value != 0)
1005           R << ", Interleave Count=" << Interleave.Value;
1006         R << ")";
1007       }
1008     }
1009
1010     return R.str();
1011   }
1012
1013   unsigned getWidth() const { return Width.Value; }
1014   unsigned getInterleave() const { return Interleave.Value; }
1015   enum ForceKind getForce() const { return (ForceKind)Force.Value; }
1016   const char *vectorizeAnalysisPassName() const {
1017     // If hints are provided that don't disable vectorization use the
1018     // AlwaysPrint pass name to force the frontend to print the diagnostic.
1019     if (getWidth() == 1)
1020       return LV_NAME;
1021     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled)
1022       return LV_NAME;
1023     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Undefined && getWidth() == 0)
1024       return LV_NAME;
1025     return DiagnosticInfo::AlwaysPrint;
1026   }
1027
1028   bool allowReordering() const {
1029     // When enabling loop hints are provided we allow the vectorizer to change
1030     // the order of operations that is given by the scalar loop. This is not
1031     // enabled by default because can be unsafe or inefficient. For example,
1032     // reordering floating-point operations will change the way round-off
1033     // error accumulates in the loop.
1034     return getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled || getWidth() > 1;
1035   }
1036
1037 private:
1038   /// Find hints specified in the loop metadata and update local values.
1039   void getHintsFromMetadata() {
1040     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1041     if (!LoopID)
1042       return;
1043
1044     // First operand should refer to the loop id itself.
1045     assert(LoopID->getNumOperands() > 0 && "requires at least one operand");
1046     assert(LoopID->getOperand(0) == LoopID && "invalid loop id");
1047
1048     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1049       const MDString *S = nullptr;
1050       SmallVector<Metadata *, 4> Args;
1051
1052       // The expected hint is either a MDString or a MDNode with the first
1053       // operand a MDString.
1054       if (const MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i))) {
1055         if (!MD || MD->getNumOperands() == 0)
1056           continue;
1057         S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
1058         for (unsigned i = 1, ie = MD->getNumOperands(); i < ie; ++i)
1059           Args.push_back(MD->getOperand(i));
1060       } else {
1061         S = dyn_cast<MDString>(LoopID->getOperand(i));
1062         assert(Args.size() == 0 && "too many arguments for MDString");
1063       }
1064
1065       if (!S)
1066         continue;
1067
1068       // Check if the hint starts with the loop metadata prefix.
1069       StringRef Name = S->getString();
1070       if (Args.size() == 1)
1071         setHint(Name, Args[0]);
1072     }
1073   }
1074
1075   /// Checks string hint with one operand and set value if valid.
1076   void setHint(StringRef Name, Metadata *Arg) {
1077     if (!Name.startswith(Prefix()))
1078       return;
1079     Name = Name.substr(Prefix().size(), StringRef::npos);
1080
1081     const ConstantInt *C = mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(Arg);
1082     if (!C) return;
1083     unsigned Val = C->getZExtValue();
1084
1085     Hint *Hints[] = {&Width, &Interleave, &Force};
1086     for (auto H : Hints) {
1087       if (Name == H->Name) {
1088         if (H->validate(Val))
1089           H->Value = Val;
1090         else
1091           DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid hint '" << Name << "'\n");
1092         break;
1093       }
1094     }
1095   }
1096
1097   /// Create a new hint from name / value pair.
1098   MDNode *createHintMetadata(StringRef Name, unsigned V) const {
1099     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1100     Metadata *MDs[] = {MDString::get(Context, Name),
1101                        ConstantAsMetadata::get(
1102                            ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), V))};
1103     return MDNode::get(Context, MDs);
1104   }
1105
1106   /// Matches metadata with hint name.
1107   bool matchesHintMetadataName(MDNode *Node, ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1108     MDString* Name = dyn_cast<MDString>(Node->getOperand(0));
1109     if (!Name)
1110       return false;
1111
1112     for (auto H : HintTypes)
1113       if (Name->getString().endswith(H.Name))
1114         return true;
1115     return false;
1116   }
1117
1118   /// Sets current hints into loop metadata, keeping other values intact.
1119   void writeHintsToMetadata(ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1120     if (HintTypes.size() == 0)
1121       return;
1122
1123     // Reserve the first element to LoopID (see below).
1124     SmallVector<Metadata *, 4> MDs(1);
1125     // If the loop already has metadata, then ignore the existing operands.
1126     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1127     if (LoopID) {
1128       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1129         MDNode *Node = cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
1130         // If node in update list, ignore old value.
1131         if (!matchesHintMetadataName(Node, HintTypes))
1132           MDs.push_back(Node);
1133       }
1134     }
1135
1136     // Now, add the missing hints.
1137     for (auto H : HintTypes)
1138       MDs.push_back(createHintMetadata(Twine(Prefix(), H.Name).str(), H.Value));
1139
1140     // Replace current metadata node with new one.
1141     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1142     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
1143     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
1144     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
1145
1146     TheLoop->setLoopID(NewLoopID);
1147   }
1148
1149   /// The loop these hints belong to.
1150   const Loop *TheLoop;
1151 };
1152
1153 static void emitAnalysisDiag(const Function *TheFunction, const Loop *TheLoop,
1154                              const LoopVectorizeHints &Hints,
1155                              const LoopAccessReport &Message) {
1156   const char *Name = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
1157   LoopAccessReport::emitAnalysis(Message, TheFunction, TheLoop, Name);
1158 }
1159
1160 static void emitMissedWarning(Function *F, Loop *L,
1161                               const LoopVectorizeHints &LH) {
1162   emitOptimizationRemarkMissed(F->getContext(), LV_NAME, *F, L->getStartLoc(),
1163                                LH.emitRemark());
1164
1165   if (LH.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1166     if (LH.getWidth() != 1)
1167       emitLoopVectorizeWarning(
1168           F->getContext(), *F, L->getStartLoc(),
1169           "failed explicitly specified loop vectorization");
1170     else if (LH.getInterleave() != 1)
1171       emitLoopInterleaveWarning(
1172           F->getContext(), *F, L->getStartLoc(),
1173           "failed explicitly specified loop interleaving");
1174   }
1175 }
1176
1177 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
1178 /// to what vectorization factor.
1179 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
1180 /// legality. This class has two main kinds of checks:
1181 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
1182 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
1183 ///   correctness of the program.
1184 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeInstrs and canVectorizeMemory
1185 /// checks for a number of different conditions, such as the availability of a
1186 /// single induction variable, that all types are supported and vectorize-able,
1187 /// etc. This code reflects the capabilities of InnerLoopVectorizer.
1188 /// This class is also used by InnerLoopVectorizer for identifying
1189 /// induction variable and the different reduction variables.
1190 class LoopVectorizationLegality {
1191 public:
1192   LoopVectorizationLegality(Loop *L, ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT,
1193                             TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA,
1194                             Function *F, const TargetTransformInfo *TTI,
1195                             LoopAccessAnalysis *LAA,
1196                             LoopVectorizationRequirements *R,
1197                             const LoopVectorizeHints *H,
1198                             SCEVUnionPredicate &Preds)
1199       : NumPredStores(0), TheLoop(L), SE(SE), TLI(TLI), TheFunction(F),
1200         TTI(TTI), DT(DT), LAA(LAA), LAI(nullptr),
1201         InterleaveInfo(SE, L, DT, Preds), Induction(nullptr),
1202         WidestIndTy(nullptr), HasFunNoNaNAttr(false), Requirements(R), Hints(H),
1203         Preds(Preds) {}
1204
1205   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
1206   /// of the reductions that were found in the loop.
1207   typedef DenseMap<PHINode *, RecurrenceDescriptor> ReductionList;
1208
1209   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
1210   /// induction descriptor.
1211   typedef MapVector<PHINode*, InductionDescriptor> InductionList;
1212
1213   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
1214   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
1215   /// loop, only that it is legal to do so.
1216   bool canVectorize();
1217
1218   /// Returns the Induction variable.
1219   PHINode *getInduction() { return Induction; }
1220
1221   /// Returns the reduction variables found in the loop.
1222   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
1223
1224   /// Returns the induction variables found in the loop.
1225   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
1226
1227   /// Returns the widest induction type.
1228   Type *getWidestInductionType() { return WidestIndTy; }
1229
1230   /// Returns True if V is an induction variable in this loop.
1231   bool isInductionVariable(const Value *V);
1232
1233   /// Returns True if PN is a reduction variable in this loop.
1234   bool isReductionVariable(PHINode *PN) { return Reductions.count(PN); }
1235
1236   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
1237   /// to be vectorized.
1238   bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB);
1239
1240   /// Check if this  pointer is consecutive when vectorizing. This happens
1241   /// when the last index of the GEP is the induction variable, or that the
1242   /// pointer itself is an induction variable.
1243   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
1244   /// Returns:
1245   /// 0 - Stride is unknown or non-consecutive.
1246   /// 1 - Address is consecutive.
1247   /// -1 - Address is consecutive, and decreasing.
1248   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
1249
1250   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
1251   bool isUniform(Value *V);
1252
1253   /// Returns true if this instruction will remain scalar after vectorization.
1254   bool isUniformAfterVectorization(Instruction* I) { return Uniforms.count(I); }
1255
1256   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
1257   const RuntimePointerChecking *getRuntimePointerChecking() const {
1258     return LAI->getRuntimePointerChecking();
1259   }
1260
1261   const LoopAccessInfo *getLAI() const {
1262     return LAI;
1263   }
1264
1265   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleaved access group.
1266   bool isAccessInterleaved(Instruction *Instr) {
1267     return InterleaveInfo.isInterleaved(Instr);
1268   }
1269
1270   /// \brief Get the interleaved access group that \p Instr belongs to.
1271   const InterleaveGroup *getInterleavedAccessGroup(Instruction *Instr) {
1272     return InterleaveInfo.getInterleaveGroup(Instr);
1273   }
1274
1275   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return LAI->getMaxSafeDepDistBytes(); }
1276
1277   bool hasStride(Value *V) { return StrideSet.count(V); }
1278   bool mustCheckStrides() { return !StrideSet.empty(); }
1279   SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator strides_begin() {
1280     return StrideSet.begin();
1281   }
1282   SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator strides_end() { return StrideSet.end(); }
1283
1284   /// Returns true if the target machine supports masked store operation
1285   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1286   bool isLegalMaskedStore(Type *DataType, Value *Ptr) {
1287     return isConsecutivePtr(Ptr) && TTI->isLegalMaskedStore(DataType);
1288   }
1289   /// Returns true if the target machine supports masked load operation
1290   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1291   bool isLegalMaskedLoad(Type *DataType, Value *Ptr) {
1292     return isConsecutivePtr(Ptr) && TTI->isLegalMaskedLoad(DataType);
1293   }
1294   /// Returns true if vector representation of the instruction \p I
1295   /// requires mask.
1296   bool isMaskRequired(const Instruction* I) {
1297     return (MaskedOp.count(I) != 0);
1298   }
1299   unsigned getNumStores() const {
1300     return LAI->getNumStores();
1301   }
1302   unsigned getNumLoads() const {
1303     return LAI->getNumLoads();
1304   }
1305   unsigned getNumPredStores() const {
1306     return NumPredStores;
1307   }
1308 private:
1309   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
1310   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
1311   /// and we only need to check individual instructions.
1312   bool canVectorizeInstrs();
1313
1314   /// When we vectorize loops we may change the order in which
1315   /// we read and write from memory. This method checks if it is
1316   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
1317   /// Returns true if the loop is vectorizable
1318   bool canVectorizeMemory();
1319
1320   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
1321   /// transformation.
1322   bool canVectorizeWithIfConvert();
1323
1324   /// Collect the variables that need to stay uniform after vectorization.
1325   void collectLoopUniforms();
1326
1327   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
1328   /// executed. \p SafePtrs is a list of addresses that are known to be legal
1329   /// and we know that we can read from them without segfault.
1330   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs);
1331
1332   /// \brief Collect memory access with loop invariant strides.
1333   ///
1334   /// Looks for accesses like "a[i * StrideA]" where "StrideA" is loop
1335   /// invariant.
1336   void collectStridedAccess(Value *LoadOrStoreInst);
1337
1338   /// Report an analysis message to assist the user in diagnosing loops that are
1339   /// not vectorized.  These are handled as LoopAccessReport rather than
1340   /// VectorizationReport because the << operator of VectorizationReport returns
1341   /// LoopAccessReport.
1342   void emitAnalysis(const LoopAccessReport &Message) const {
1343     emitAnalysisDiag(TheFunction, TheLoop, *Hints, Message);
1344   }
1345
1346   unsigned NumPredStores;
1347
1348   /// The loop that we evaluate.
1349   Loop *TheLoop;
1350   /// Scev analysis.
1351   ScalarEvolution *SE;
1352   /// Target Library Info.
1353   TargetLibraryInfo *TLI;
1354   /// Parent function
1355   Function *TheFunction;
1356   /// Target Transform Info
1357   const TargetTransformInfo *TTI;
1358   /// Dominator Tree.
1359   DominatorTree *DT;
1360   // LoopAccess analysis.
1361   LoopAccessAnalysis *LAA;
1362   // And the loop-accesses info corresponding to this loop.  This pointer is
1363   // null until canVectorizeMemory sets it up.
1364   const LoopAccessInfo *LAI;
1365
1366   /// The interleave access information contains groups of interleaved accesses
1367   /// with the same stride and close to each other.
1368   InterleavedAccessInfo InterleaveInfo;
1369
1370   //  ---  vectorization state --- //
1371
1372   /// Holds the integer induction variable. This is the counter of the
1373   /// loop.
1374   PHINode *Induction;
1375   /// Holds the reduction variables.
1376   ReductionList Reductions;
1377   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
1378   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
1379   /// variables can be pointers.
1380   InductionList Inductions;
1381   /// Holds the widest induction type encountered.
1382   Type *WidestIndTy;
1383
1384   /// Allowed outside users. This holds the reduction
1385   /// vars which can be accessed from outside the loop.
1386   SmallPtrSet<Value*, 4> AllowedExit;
1387   /// This set holds the variables which are known to be uniform after
1388   /// vectorization.
1389   SmallPtrSet<Instruction*, 4> Uniforms;
1390
1391   /// Can we assume the absence of NaNs.
1392   bool HasFunNoNaNAttr;
1393
1394   /// Vectorization requirements that will go through late-evaluation.
1395   LoopVectorizationRequirements *Requirements;
1396
1397   /// Used to emit an analysis of any legality issues.
1398   const LoopVectorizeHints *Hints;
1399
1400   ValueToValueMap Strides;
1401   SmallPtrSet<Value *, 8> StrideSet;
1402
1403   /// While vectorizing these instructions we have to generate a
1404   /// call to the appropriate masked intrinsic
1405   SmallPtrSet<const Instruction *, 8> MaskedOp;
1406
1407   /// The SCEV predicate containing all the SCEV-related assumptions.
1408   /// The predicate is used to simplify SCEV expressions in the
1409   /// context of existing SCEV assumptions. The analysis will also
1410   /// add a minimal set of new predicates if this is required to
1411   /// enable vectorization/unrolling.
1412   SCEVUnionPredicate &Preds;
1413 };
1414
1415 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
1416 /// vectorization.
1417 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because of
1418 /// a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict the
1419 /// expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set. We use the
1420 /// TargetTransformInfo to query the different backends for the cost of
1421 /// different operations.
1422 class LoopVectorizationCostModel {
1423 public:
1424   LoopVectorizationCostModel(Loop *L, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
1425                              LoopVectorizationLegality *Legal,
1426                              const TargetTransformInfo &TTI,
1427                              const TargetLibraryInfo *TLI, DemandedBits *DB,
1428                              AssumptionCache *AC, const Function *F,
1429                              const LoopVectorizeHints *Hints,
1430                              SmallPtrSetImpl<const Value *> &ValuesToIgnore,
1431                              SCEVUnionPredicate &Preds)
1432       : TheLoop(L), SE(SE), LI(LI), Legal(Legal), TTI(TTI), TLI(TLI), DB(DB),
1433         TheFunction(F), Hints(Hints), ValuesToIgnore(ValuesToIgnore) {}
1434
1435   /// Information about vectorization costs
1436   struct VectorizationFactor {
1437     unsigned Width; // Vector width with best cost
1438     unsigned Cost; // Cost of the loop with that width
1439   };
1440   /// \return The most profitable vectorization factor and the cost of that VF.
1441   /// This method checks every power of two up to VF. If UserVF is not ZERO
1442   /// then this vectorization factor will be selected if vectorization is
1443   /// possible.
1444   VectorizationFactor selectVectorizationFactor(bool OptForSize);
1445
1446   /// \return The size (in bits) of the smallest and widest types in the code
1447   /// that needs to be vectorized. We ignore values that remain scalar such as
1448   /// 64 bit loop indices.
1449   std::pair<unsigned, unsigned> getSmallestAndWidestTypes();
1450
1451   /// \return The desired interleave count.
1452   /// If interleave count has been specified by metadata it will be returned.
1453   /// Otherwise, the interleave count is computed and returned. VF and LoopCost
1454   /// are the selected vectorization factor and the cost of the selected VF.
1455   unsigned selectInterleaveCount(bool OptForSize, unsigned VF,
1456                                  unsigned LoopCost);
1457
1458   /// \return The most profitable unroll factor.
1459   /// This method finds the best unroll-factor based on register pressure and
1460   /// other parameters. VF and LoopCost are the selected vectorization factor
1461   /// and the cost of the selected VF.
1462   unsigned computeInterleaveCount(bool OptForSize, unsigned VF,
1463                                   unsigned LoopCost);
1464
1465   /// \brief A struct that represents some properties of the register usage
1466   /// of a loop.
1467   struct RegisterUsage {
1468     /// Holds the number of loop invariant values that are used in the loop.
1469     unsigned LoopInvariantRegs;
1470     /// Holds the maximum number of concurrent live intervals in the loop.
1471     unsigned MaxLocalUsers;
1472     /// Holds the number of instructions in the loop.
1473     unsigned NumInstructions;
1474   };
1475
1476   /// \return Returns information about the register usages of the loop for the
1477   /// given vectorization factors.
1478   SmallVector<RegisterUsage, 8>
1479   calculateRegisterUsage(const SmallVector<unsigned, 8> &VFs);
1480
1481 private:
1482   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
1483   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
1484   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
1485   /// the factor width.
1486   unsigned expectedCost(unsigned VF);
1487
1488   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
1489   /// width. Vector width of one means scalar.
1490   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
1491
1492   /// Returns whether the instruction is a load or store and will be a emitted
1493   /// as a vector operation.
1494   bool isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *I);
1495
1496   /// Report an analysis message to assist the user in diagnosing loops that are
1497   /// not vectorized.  These are handled as LoopAccessReport rather than
1498   /// VectorizationReport because the << operator of VectorizationReport returns
1499   /// LoopAccessReport.
1500   void emitAnalysis(const LoopAccessReport &Message) const {
1501     emitAnalysisDiag(TheFunction, TheLoop, *Hints, Message);
1502   }
1503
1504 public:
1505   /// Map of scalar integer values to the smallest bitwidth they can be legally
1506   /// represented as. The vector equivalents of these values should be truncated
1507   /// to this type.
1508   MapVector<Instruction*,uint64_t> MinBWs;
1509
1510   /// The loop that we evaluate.
1511   Loop *TheLoop;
1512   /// Scev analysis.
1513   ScalarEvolution *SE;
1514   /// Loop Info analysis.
1515   LoopInfo *LI;
1516   /// Vectorization legality.
1517   LoopVectorizationLegality *Legal;
1518   /// Vector target information.
1519   const TargetTransformInfo &TTI;
1520   /// Target Library Info.
1521   const TargetLibraryInfo *TLI;
1522   /// Demanded bits analysis
1523   DemandedBits *DB;
1524   const Function *TheFunction;
1525   // Loop Vectorize Hint.
1526   const LoopVectorizeHints *Hints;
1527   // Values to ignore in the cost model.
1528   const SmallPtrSetImpl<const Value *> &ValuesToIgnore;
1529 };
1530
1531 /// \brief This holds vectorization requirements that must be verified late in
1532 /// the process. The requirements are set by legalize and costmodel. Once
1533 /// vectorization has been determined to be possible and profitable the
1534 /// requirements can be verified by looking for metadata or compiler options.
1535 /// For example, some loops require FP commutativity which is only allowed if
1536 /// vectorization is explicitly specified or if the fast-math compiler option
1537 /// has been provided.
1538 /// Late evaluation of these requirements allows helpful diagnostics to be
1539 /// composed that tells the user what need to be done to vectorize the loop. For
1540 /// example, by specifying #pragma clang loop vectorize or -ffast-math. Late
1541 /// evaluation should be used only when diagnostics can generated that can be
1542 /// followed by a non-expert user.
1543 class LoopVectorizationRequirements {
1544 public:
1545   LoopVectorizationRequirements()
1546       : NumRuntimePointerChecks(0), UnsafeAlgebraInst(nullptr) {}
1547
1548   void addUnsafeAlgebraInst(Instruction *I) {
1549     // First unsafe algebra instruction.
1550     if (!UnsafeAlgebraInst)
1551       UnsafeAlgebraInst = I;
1552   }
1553
1554   void addRuntimePointerChecks(unsigned Num) { NumRuntimePointerChecks = Num; }
1555
1556   bool doesNotMeet(Function *F, Loop *L, const LoopVectorizeHints &Hints) {
1557     const char *Name = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
1558     bool Failed = false;
1559     if (UnsafeAlgebraInst && !Hints.allowReordering()) {
1560       emitOptimizationRemarkAnalysisFPCommute(
1561           F->getContext(), Name, *F, UnsafeAlgebraInst->getDebugLoc(),
1562           VectorizationReport() << "cannot prove it is safe to reorder "
1563                                    "floating-point operations");
1564       Failed = true;
1565     }
1566
1567     // Test if runtime memcheck thresholds are exceeded.
1568     bool PragmaThresholdReached =
1569         NumRuntimePointerChecks > PragmaVectorizeMemoryCheckThreshold;
1570     bool ThresholdReached =
1571         NumRuntimePointerChecks > VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold;
1572     if ((ThresholdReached && !Hints.allowReordering()) ||
1573         PragmaThresholdReached) {
1574       emitOptimizationRemarkAnalysisAliasing(
1575           F->getContext(), Name, *F, L->getStartLoc(),
1576           VectorizationReport()
1577               << "cannot prove it is safe to reorder memory operations");
1578       DEBUG(dbgs() << "LV: Too many memory checks needed.\n");
1579       Failed = true;
1580     }
1581
1582     return Failed;
1583   }
1584
1585 private:
1586   unsigned NumRuntimePointerChecks;
1587   Instruction *UnsafeAlgebraInst;
1588 };
1589
1590 static void addInnerLoop(Loop &L, SmallVectorImpl<Loop *> &V) {
1591   if (L.empty())
1592     return V.push_back(&L);
1593
1594   for (Loop *InnerL : L)
1595     addInnerLoop(*InnerL, V);
1596 }
1597
1598 /// The LoopVectorize Pass.
1599 struct LoopVectorize : public FunctionPass {
1600   /// Pass identification, replacement for typeid
1601   static char ID;
1602
1603   explicit LoopVectorize(bool NoUnrolling = false, bool AlwaysVectorize = true)
1604     : FunctionPass(ID),
1605       DisableUnrolling(NoUnrolling),
1606       AlwaysVectorize(AlwaysVectorize) {
1607     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1608   }
1609
1610   ScalarEvolution *SE;
1611   LoopInfo *LI;
1612   TargetTransformInfo *TTI;
1613   DominatorTree *DT;
1614   BlockFrequencyInfo *BFI;
1615   TargetLibraryInfo *TLI;
1616   DemandedBits *DB;
1617   AliasAnalysis *AA;
1618   AssumptionCache *AC;
1619   LoopAccessAnalysis *LAA;
1620   bool DisableUnrolling;
1621   bool AlwaysVectorize;
1622
1623   BlockFrequency ColdEntryFreq;
1624
1625   bool runOnFunction(Function &F) override {
1626     SE = &getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
1627     LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
1628     TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
1629     DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1630     BFI = &getAnalysis<BlockFrequencyInfoWrapperPass>().getBFI();
1631     auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
1632     TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
1633     AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
1634     AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
1635     LAA = &getAnalysis<LoopAccessAnalysis>();
1636     DB = &getAnalysis<DemandedBits>();
1637
1638     // Compute some weights outside of the loop over the loops. Compute this
1639     // using a BranchProbability to re-use its scaling math.
1640     const BranchProbability ColdProb(1, 5); // 20%
1641     ColdEntryFreq = BlockFrequency(BFI->getEntryFreq()) * ColdProb;
1642
1643     // Don't attempt if
1644     // 1. the target claims to have no vector registers, and
1645     // 2. interleaving won't help ILP.
1646     //
1647     // The second condition is necessary because, even if the target has no
1648     // vector registers, loop vectorization may still enable scalar
1649     // interleaving.
1650     if (!TTI->getNumberOfRegisters(true) && TTI->getMaxInterleaveFactor(1) < 2)
1651       return false;
1652
1653     // Build up a worklist of inner-loops to vectorize. This is necessary as
1654     // the act of vectorizing or partially unrolling a loop creates new loops
1655     // and can invalidate iterators across the loops.
1656     SmallVector<Loop *, 8> Worklist;
1657
1658     for (Loop *L : *LI)
1659       addInnerLoop(*L, Worklist);
1660
1661     LoopsAnalyzed += Worklist.size();
1662
1663     // Now walk the identified inner loops.
1664     bool Changed = false;
1665     while (!Worklist.empty())
1666       Changed |= processLoop(Worklist.pop_back_val());
1667
1668     // Process each loop nest in the function.
1669     return Changed;
1670   }
1671
1672   static void AddRuntimeUnrollDisableMetaData(Loop *L) {
1673     SmallVector<Metadata *, 4> MDs;
1674     // Reserve first location for self reference to the LoopID metadata node.
1675     MDs.push_back(nullptr);
1676     bool IsUnrollMetadata = false;
1677     MDNode *LoopID = L->getLoopID();
1678     if (LoopID) {
1679       // First find existing loop unrolling disable metadata.
1680       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1681         MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
1682         if (MD) {
1683           const MDString *S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
1684           IsUnrollMetadata =
1685               S && S->getString().startswith("llvm.loop.unroll.disable");
1686         }
1687         MDs.push_back(LoopID->getOperand(i));
1688       }
1689     }
1690
1691     if (!IsUnrollMetadata) {
1692       // Add runtime unroll disable metadata.
1693       LLVMContext &Context = L->getHeader()->getContext();
1694       SmallVector<Metadata *, 1> DisableOperands;
1695       DisableOperands.push_back(
1696           MDString::get(Context, "llvm.loop.unroll.runtime.disable"));
1697       MDNode *DisableNode = MDNode::get(Context, DisableOperands);
1698       MDs.push_back(DisableNode);
1699       MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
1700       // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
1701       NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
1702       L->setLoopID(NewLoopID);
1703     }
1704   }
1705
1706   bool processLoop(Loop *L) {
1707     assert(L->empty() && "Only process inner loops.");
1708
1709 #ifndef NDEBUG
1710     const std::string DebugLocStr = getDebugLocString(L);
1711 #endif /* NDEBUG */
1712
1713     DEBUG(dbgs() << "\nLV: Checking a loop in \""
1714                  << L->getHeader()->getParent()->getName() << "\" from "
1715                  << DebugLocStr << "\n");
1716
1717     LoopVectorizeHints Hints(L, DisableUnrolling);
1718
1719     DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints:"
1720                  << " force="
1721                  << (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled
1722                          ? "disabled"
1723                          : (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled
1724                                 ? "enabled"
1725                                 : "?")) << " width=" << Hints.getWidth()
1726                  << " unroll=" << Hints.getInterleave() << "\n");
1727
1728     // Function containing loop
1729     Function *F = L->getHeader()->getParent();
1730
1731     // Looking at the diagnostic output is the only way to determine if a loop
1732     // was vectorized (other than looking at the IR or machine code), so it
1733     // is important to generate an optimization remark for each loop. Most of
1734     // these messages are generated by emitOptimizationRemarkAnalysis. Remarks
1735     // generated by emitOptimizationRemark and emitOptimizationRemarkMissed are
1736     // less verbose reporting vectorized loops and unvectorized loops that may
1737     // benefit from vectorization, respectively.
1738
1739     if (!Hints.allowVectorization(F, L, AlwaysVectorize)) {
1740       DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints prevent vectorization.\n");
1741       return false;
1742     }
1743
1744     // Check the loop for a trip count threshold:
1745     // do not vectorize loops with a tiny trip count.
1746     const unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(L);
1747     if (TC > 0u && TC < TinyTripCountVectorThreshold) {
1748       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop with a very small trip count. "
1749                    << "This loop is not worth vectorizing.");
1750       if (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled)
1751         DEBUG(dbgs() << " But vectorizing was explicitly forced.\n");
1752       else {
1753         DEBUG(dbgs() << "\n");
1754         emitAnalysisDiag(F, L, Hints, VectorizationReport()
1755                                           << "vectorization is not beneficial "
1756                                              "and is not explicitly forced");
1757         return false;
1758       }
1759     }
1760
1761     SCEVUnionPredicate Preds;
1762
1763     // Check if it is legal to vectorize the loop.
1764     LoopVectorizationRequirements Requirements;
1765     LoopVectorizationLegality LVL(L, SE, DT, TLI, AA, F, TTI, LAA,
1766                                   &Requirements, &Hints, Preds);
1767     if (!LVL.canVectorize()) {
1768       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Cannot prove legality.\n");
1769       emitMissedWarning(F, L, Hints);
1770       return false;
1771     }
1772
1773     // Collect values we want to ignore in the cost model. This includes
1774     // type-promoting instructions we identified during reduction detection.
1775     SmallPtrSet<const Value *, 32> ValuesToIgnore;
1776     CodeMetrics::collectEphemeralValues(L, AC, ValuesToIgnore);
1777     for (auto &Reduction : *LVL.getReductionVars()) {
1778       RecurrenceDescriptor &RedDes = Reduction.second;
1779       SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Casts = RedDes.getCastInsts();
1780       ValuesToIgnore.insert(Casts.begin(), Casts.end());
1781     }
1782
1783     // Use the cost model.
1784     LoopVectorizationCostModel CM(L, SE, LI, &LVL, *TTI, TLI, DB, AC, F, &Hints,
1785                                   ValuesToIgnore, Preds);
1786
1787     // Check the function attributes to find out if this function should be
1788     // optimized for size.
1789     bool OptForSize = Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled &&
1790                       F->optForSize();
1791
1792     // Compute the weighted frequency of this loop being executed and see if it
1793     // is less than 20% of the function entry baseline frequency. Note that we
1794     // always have a canonical loop here because we think we *can* vectorize.
1795     // FIXME: This is hidden behind a flag due to pervasive problems with
1796     // exactly what block frequency models.
1797     if (LoopVectorizeWithBlockFrequency) {
1798       BlockFrequency LoopEntryFreq = BFI->getBlockFreq(L->getLoopPreheader());
1799       if (Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled &&
1800           LoopEntryFreq < ColdEntryFreq)
1801         OptForSize = true;
1802     }
1803
1804     // Check the function attributes to see if implicit floats are allowed.
1805     // FIXME: This check doesn't seem possibly correct -- what if the loop is
1806     // an integer loop and the vector instructions selected are purely integer
1807     // vector instructions?
1808     if (F->hasFnAttribute(Attribute::NoImplicitFloat)) {
1809       DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize when the NoImplicitFloat"
1810             "attribute is used.\n");
1811       emitAnalysisDiag(
1812           F, L, Hints,
1813           VectorizationReport()
1814               << "loop not vectorized due to NoImplicitFloat attribute");
1815       emitMissedWarning(F, L, Hints);
1816       return false;
1817     }
1818
1819     // Select the optimal vectorization factor.
1820     const LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor VF =
1821         CM.selectVectorizationFactor(OptForSize);
1822
1823     // Select the interleave count.
1824     unsigned IC = CM.selectInterleaveCount(OptForSize, VF.Width, VF.Cost);
1825
1826     // Get user interleave count.
1827     unsigned UserIC = Hints.getInterleave();
1828
1829     // Identify the diagnostic messages that should be produced.
1830     std::string VecDiagMsg, IntDiagMsg;
1831     bool VectorizeLoop = true, InterleaveLoop = true;
1832
1833     if (Requirements.doesNotMeet(F, L, Hints)) {
1834       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: loop did not meet vectorization "
1835                       "requirements.\n");
1836       emitMissedWarning(F, L, Hints);
1837       return false;
1838     }
1839
1840     if (VF.Width == 1) {
1841       DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial.\n");
1842       VecDiagMsg =
1843           "the cost-model indicates that vectorization is not beneficial";
1844       VectorizeLoop = false;
1845     }
1846
1847     if (IC == 1 && UserIC <= 1) {
1848       // Tell the user interleaving is not beneficial.
1849       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving is not beneficial.\n");
1850       IntDiagMsg =
1851           "the cost-model indicates that interleaving is not beneficial";
1852       InterleaveLoop = false;
1853       if (UserIC == 1)
1854         IntDiagMsg +=
1855             " and is explicitly disabled or interleave count is set to 1";
1856     } else if (IC > 1 && UserIC == 1) {
1857       // Tell the user interleaving is beneficial, but it explicitly disabled.
1858       DEBUG(dbgs()
1859             << "LV: Interleaving is beneficial but is explicitly disabled.");
1860       IntDiagMsg = "the cost-model indicates that interleaving is beneficial "
1861                    "but is explicitly disabled or interleave count is set to 1";
1862       InterleaveLoop = false;
1863     }
1864
1865     // Override IC if user provided an interleave count.
1866     IC = UserIC > 0 ? UserIC : IC;
1867
1868     // Emit diagnostic messages, if any.
1869     const char *VAPassName = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
1870     if (!VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
1871       // Do not vectorize or interleaving the loop.
1872       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), VAPassName, *F,
1873                                      L->getStartLoc(), VecDiagMsg);
1874       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), LV_NAME, *F,
1875                                      L->getStartLoc(), IntDiagMsg);
1876       return false;
1877     } else if (!VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
1878       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
1879       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), VAPassName, *F,
1880                                      L->getStartLoc(), VecDiagMsg);
1881     } else if (VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
1882       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
1883                    << DebugLocStr << '\n');
1884       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), LV_NAME, *F,
1885                                      L->getStartLoc(), IntDiagMsg);
1886     } else if (VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
1887       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
1888                    << DebugLocStr << '\n');
1889       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
1890     }
1891
1892     if (!VectorizeLoop) {
1893       assert(IC > 1 && "interleave count should not be 1 or 0");
1894       // If we decided that it is not legal to vectorize the loop then
1895       // interleave it.
1896       InnerLoopUnroller Unroller(L, SE, LI, DT, TLI, TTI, IC, Preds);
1897       Unroller.vectorize(&LVL, CM.MinBWs);
1898
1899       emitOptimizationRemark(F->getContext(), LV_NAME, *F, L->getStartLoc(),
1900                              Twine("interleaved loop (interleaved count: ") +
1901                                  Twine(IC) + ")");
1902     } else {
1903       // If we decided that it is *legal* to vectorize the loop then do it.
1904       InnerLoopVectorizer LB(L, SE, LI, DT, TLI, TTI, VF.Width, IC, Preds);
1905       LB.vectorize(&LVL, CM.MinBWs);
1906       ++LoopsVectorized;
1907
1908       // Add metadata to disable runtime unrolling scalar loop when there's no
1909       // runtime check about strides and memory. Because at this situation,
1910       // scalar loop is rarely used not worthy to be unrolled.
1911       if (!LB.IsSafetyChecksAdded())
1912         AddRuntimeUnrollDisableMetaData(L);
1913
1914       // Report the vectorization decision.
1915       emitOptimizationRemark(F->getContext(), LV_NAME, *F, L->getStartLoc(),
1916                              Twine("vectorized loop (vectorization width: ") +
1917                                  Twine(VF.Width) + ", interleaved count: " +
1918                                  Twine(IC) + ")");
1919     }
1920
1921     // Mark the loop as already vectorized to avoid vectorizing again.
1922     Hints.setAlreadyVectorized();
1923
1924     DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
1925     return true;
1926   }
1927
1928   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
1929     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
1930     AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
1931     AU.addRequiredID(LCSSAID);
1932     AU.addRequired<BlockFrequencyInfoWrapperPass>();
1933     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
1934     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
1935     AU.addRequired<ScalarEvolutionWrapperPass>();
1936     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
1937     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
1938     AU.addRequired<LoopAccessAnalysis>();
1939     AU.addRequired<DemandedBits>();
1940     AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
1941     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
1942     AU.addPreserved<BasicAAWrapperPass>();
1943     AU.addPreserved<AAResultsWrapperPass>();
1944     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
1945   }
1946
1947 };
1948
1949 } // end anonymous namespace
1950
1951 //===----------------------------------------------------------------------===//
1952 // Implementation of LoopVectorizationLegality, InnerLoopVectorizer and
1953 // LoopVectorizationCostModel.
1954 //===----------------------------------------------------------------------===//
1955
1956 Value *InnerLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
1957   // We need to place the broadcast of invariant variables outside the loop.
1958   Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(V);
1959   bool NewInstr =
1960       (Instr && std::find(LoopVectorBody.begin(), LoopVectorBody.end(),
1961                           Instr->getParent()) != LoopVectorBody.end());
1962   bool Invariant = OrigLoop->isLoopInvariant(V) && !NewInstr;
1963
1964   // Place the code for broadcasting invariant variables in the new preheader.
1965   IRBuilder<>::InsertPointGuard Guard(Builder);
1966   if (Invariant)
1967     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
1968
1969   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
1970   Value *Shuf = Builder.CreateVectorSplat(VF, V, "broadcast");
1971
1972   return Shuf;
1973 }
1974
1975 Value *InnerLoopVectorizer::getStepVector(Value *Val, int StartIdx,
1976                                           Value *Step) {
1977   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
1978   assert(Val->getType()->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1979          "Elem must be an integer");
1980   assert(Step->getType() == Val->getType()->getScalarType() &&
1981          "Step has wrong type");
1982   // Create the types.
1983   Type *ITy = Val->getType()->getScalarType();
1984   VectorType *Ty = cast<VectorType>(Val->getType());
1985   int VLen = Ty->getNumElements();
1986   SmallVector<Constant*, 8> Indices;
1987
1988   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
1989   for (int i = 0; i < VLen; ++i)
1990     Indices.push_back(ConstantInt::get(ITy, StartIdx + i));
1991
1992   // Add the consecutive indices to the vector value.
1993   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
1994   assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
1995   Step = Builder.CreateVectorSplat(VLen, Step);
1996   assert(Step->getType() == Val->getType() && "Invalid step vec");
1997   // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
1998   // which can be found from the original scalar operations.
1999   Step = Builder.CreateMul(Cv, Step);
2000   return Builder.CreateAdd(Val, Step, "induction");
2001 }
2002
2003 int LoopVectorizationLegality::isConsecutivePtr(Value *Ptr) {
2004   assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected non-ptr");
2005   // Make sure that the pointer does not point to structs.
2006   if (Ptr->getType()->getPointerElementType()->isAggregateType())
2007     return 0;
2008
2009   // If this value is a pointer induction variable we know it is consecutive.
2010   PHINode *Phi = dyn_cast_or_null<PHINode>(Ptr);
2011   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
2012     InductionDescriptor II = Inductions[Phi];
2013     return II.getConsecutiveDirection();
2014   }
2015
2016   GetElementPtrInst *Gep = getGEPInstruction(Ptr);
2017   if (!Gep)
2018     return 0;
2019
2020   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
2021   Value *GpPtr = Gep->getPointerOperand();
2022   // If this GEP value is a consecutive pointer induction variable and all of
2023   // the indices are constant then we know it is consecutive. We can
2024   Phi = dyn_cast<PHINode>(GpPtr);
2025   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
2026
2027     // Make sure that the pointer does not point to structs.
2028     PointerType *GepPtrType = cast<PointerType>(GpPtr->getType());
2029     if (GepPtrType->getElementType()->isAggregateType())
2030       return 0;
2031
2032     // Make sure that all of the index operands are loop invariant.
2033     for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i)
2034       if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
2035         return 0;
2036
2037     InductionDescriptor II = Inductions[Phi];
2038     return II.getConsecutiveDirection();
2039   }
2040
2041   unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(Gep);
2042
2043   // Check that all of the gep indices are uniform except for our induction
2044   // operand.
2045   for (unsigned i = 0; i != NumOperands; ++i)
2046     if (i != InductionOperand &&
2047         !SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
2048       return 0;
2049
2050   // We can emit wide load/stores only if the last non-zero index is the
2051   // induction variable.
2052   const SCEV *Last = nullptr;
2053   if (!Strides.count(Gep))
2054     Last = SE->getSCEV(Gep->getOperand(InductionOperand));
2055   else {
2056     // Because of the multiplication by a stride we can have a s/zext cast.
2057     // We are going to replace this stride by 1 so the cast is safe to ignore.
2058     //
2059     //  %indvars.iv = phi i64 [ 0, %entry ], [ %indvars.iv.next, %for.body ]
2060     //  %0 = trunc i64 %indvars.iv to i32
2061     //  %mul = mul i32 %0, %Stride1
2062     //  %idxprom = zext i32 %mul to i64  << Safe cast.
2063     //  %arrayidx = getelementptr inbounds i32* %B, i64 %idxprom
2064     //
2065     Last = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, Preds,
2066                                      Gep->getOperand(InductionOperand), Gep);
2067     if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(Last))
2068       Last =
2069           (C->getSCEVType() == scSignExtend || C->getSCEVType() == scZeroExtend)
2070               ? C->getOperand()
2071               : Last;
2072   }
2073   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Last)) {
2074     const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
2075
2076     // The memory is consecutive because the last index is consecutive
2077     // and all other indices are loop invariant.
2078     if (Step->isOne())
2079       return 1;
2080     if (Step->isAllOnesValue())
2081       return -1;
2082   }
2083
2084   return 0;
2085 }
2086
2087 bool LoopVectorizationLegality::isUniform(Value *V) {
2088   return LAI->isUniform(V);
2089 }
2090
2091 InnerLoopVectorizer::VectorParts&
2092 InnerLoopVectorizer::getVectorValue(Value *V) {
2093   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
2094   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
2095
2096   // If we have a stride that is replaced by one, do it here.
2097   if (Legal->hasStride(V))
2098     V = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
2099
2100   // If we have this scalar in the map, return it.
2101   if (WidenMap.has(V))
2102     return WidenMap.get(V);
2103
2104   // If this scalar is unknown, assume that it is a constant or that it is
2105   // loop invariant. Broadcast V and save the value for future uses.
2106   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
2107   return WidenMap.splat(V, B);
2108 }
2109
2110 Value *InnerLoopVectorizer::reverseVector(Value *Vec) {
2111   assert(Vec->getType()->isVectorTy() && "Invalid type");
2112   SmallVector<Constant*, 8> ShuffleMask;
2113   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
2114     ShuffleMask.push_back(Builder.getInt32(VF - i - 1));
2115
2116   return Builder.CreateShuffleVector(Vec, UndefValue::get(Vec->getType()),
2117                                      ConstantVector::get(ShuffleMask),
2118                                      "reverse");
2119 }
2120
2121 // Get a mask to interleave \p NumVec vectors into a wide vector.
2122 // I.e.  <0, VF, VF*2, ..., VF*(NumVec-1), 1, VF+1, VF*2+1, ...>
2123 // E.g. For 2 interleaved vectors, if VF is 4, the mask is:
2124 //      <0, 4, 1, 5, 2, 6, 3, 7>
2125 static Constant *getInterleavedMask(IRBuilder<> &Builder, unsigned VF,
2126                                     unsigned NumVec) {
2127   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
2128   for (unsigned i = 0; i < VF; i++)
2129     for (unsigned j = 0; j < NumVec; j++)
2130       Mask.push_back(Builder.getInt32(j * VF + i));
2131
2132   return ConstantVector::get(Mask);
2133 }
2134
2135 // Get the strided mask starting from index \p Start.
2136 // I.e.  <Start, Start + Stride, ..., Start + Stride*(VF-1)>
2137 static Constant *getStridedMask(IRBuilder<> &Builder, unsigned Start,
2138                                 unsigned Stride, unsigned VF) {
2139   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
2140   for (unsigned i = 0; i < VF; i++)
2141     Mask.push_back(Builder.getInt32(Start + i * Stride));
2142
2143   return ConstantVector::get(Mask);
2144 }
2145
2146 // Get a mask of two parts: The first part consists of sequential integers
2147 // starting from 0, The second part consists of UNDEFs.
2148 // I.e. <0, 1, 2, ..., NumInt - 1, undef, ..., undef>
2149 static Constant *getSequentialMask(IRBuilder<> &Builder, unsigned NumInt,
2150                                    unsigned NumUndef) {
2151   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
2152   for (unsigned i = 0; i < NumInt; i++)
2153     Mask.push_back(Builder.getInt32(i));
2154
2155   Constant *Undef = UndefValue::get(Builder.getInt32Ty());
2156   for (unsigned i = 0; i < NumUndef; i++)
2157     Mask.push_back(Undef);
2158
2159   return ConstantVector::get(Mask);
2160 }
2161
2162 // Concatenate two vectors with the same element type. The 2nd vector should
2163 // not have more elements than the 1st vector. If the 2nd vector has less
2164 // elements, extend it with UNDEFs.
2165 static Value *ConcatenateTwoVectors(IRBuilder<> &Builder, Value *V1,
2166                                     Value *V2) {
2167   VectorType *VecTy1 = dyn_cast<VectorType>(V1->getType());
2168   VectorType *VecTy2 = dyn_cast<VectorType>(V2->getType());
2169   assert(VecTy1 && VecTy2 &&
2170          VecTy1->getScalarType() == VecTy2->getScalarType() &&
2171          "Expect two vectors with the same element type");
2172
2173   unsigned NumElts1 = VecTy1->getNumElements();
2174   unsigned NumElts2 = VecTy2->getNumElements();
2175   assert(NumElts1 >= NumElts2 && "Unexpect the first vector has less elements");
2176
2177   if (NumElts1 > NumElts2) {
2178     // Extend with UNDEFs.
2179     Constant *ExtMask =
2180         getSequentialMask(Builder, NumElts2, NumElts1 - NumElts2);
2181     V2 = Builder.CreateShuffleVector(V2, UndefValue::get(VecTy2), ExtMask);
2182   }
2183
2184   Constant *Mask = getSequentialMask(Builder, NumElts1 + NumElts2, 0);
2185   return Builder.CreateShuffleVector(V1, V2, Mask);
2186 }
2187
2188 // Concatenate vectors in the given list. All vectors have the same type.
2189 static Value *ConcatenateVectors(IRBuilder<> &Builder,
2190                                  ArrayRef<Value *> InputList) {
2191   unsigned NumVec = InputList.size();
2192   assert(NumVec > 1 && "Should be at least two vectors");
2193
2194   SmallVector<Value *, 8> ResList;
2195   ResList.append(InputList.begin(), InputList.end());
2196   do {
2197     SmallVector<Value *, 8> TmpList;
2198     for (unsigned i = 0; i < NumVec - 1; i += 2) {
2199       Value *V0 = ResList[i], *V1 = ResList[i + 1];
2200       assert((V0->getType() == V1->getType() || i == NumVec - 2) &&
2201              "Only the last vector may have a different type");
2202
2203       TmpList.push_back(ConcatenateTwoVectors(Builder, V0, V1));
2204     }
2205
2206     // Push the last vector if the total number of vectors is odd.
2207     if (NumVec % 2 != 0)
2208       TmpList.push_back(ResList[NumVec - 1]);
2209
2210     ResList = TmpList;
2211     NumVec = ResList.size();
2212   } while (NumVec > 1);
2213
2214   return ResList[0];
2215 }
2216
2217 // Try to vectorize the interleave group that \p Instr belongs to.
2218 //
2219 // E.g. Translate following interleaved load group (factor = 3):
2220 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2221 //     R = Pic[i];             // Member of index 0
2222 //     G = Pic[i+1];           // Member of index 1
2223 //     B = Pic[i+2];           // Member of index 2
2224 //     ... // do something to R, G, B
2225 //   }
2226 // To:
2227 //   %wide.vec = load <12 x i32>                       ; Read 4 tuples of R,G,B
2228 //   %R.vec = shuffle %wide.vec, undef, <0, 3, 6, 9>   ; R elements
2229 //   %G.vec = shuffle %wide.vec, undef, <1, 4, 7, 10>  ; G elements
2230 //   %B.vec = shuffle %wide.vec, undef, <2, 5, 8, 11>  ; B elements
2231 //
2232 // Or translate following interleaved store group (factor = 3):
2233 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2234 //     ... do something to R, G, B
2235 //     Pic[i]   = R;           // Member of index 0
2236 //     Pic[i+1] = G;           // Member of index 1
2237 //     Pic[i+2] = B;           // Member of index 2
2238 //   }
2239 // To:
2240 //   %R_G.vec = shuffle %R.vec, %G.vec, <0, 1, 2, ..., 7>
2241 //   %B_U.vec = shuffle %B.vec, undef, <0, 1, 2, 3, u, u, u, u>
2242 //   %interleaved.vec = shuffle %R_G.vec, %B_U.vec,
2243 //        <0, 4, 8, 1, 5, 9, 2, 6, 10, 3, 7, 11>    ; Interleave R,G,B elements
2244 //   store <12 x i32> %interleaved.vec              ; Write 4 tuples of R,G,B
2245 void InnerLoopVectorizer::vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr) {
2246   const InterleaveGroup *Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(Instr);
2247   assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
2248
2249   // Skip if current instruction is not the insert position.
2250   if (Instr != Group->getInsertPos())
2251     return;
2252
2253   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
2254   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
2255   Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
2256
2257   // Prepare for the vector type of the interleaved load/store.
2258   Type *ScalarTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
2259   unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
2260   Type *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, InterleaveFactor * VF);
2261   Type *PtrTy = VecTy->getPointerTo(Ptr->getType()->getPointerAddressSpace());
2262
2263   // Prepare for the new pointers.
2264   setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
2265   VectorParts &PtrParts = getVectorValue(Ptr);
2266   SmallVector<Value *, 2> NewPtrs;
2267   unsigned Index = Group->getIndex(Instr);
2268   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2269     // Extract the pointer for current instruction from the pointer vector. A
2270     // reverse access uses the pointer in the last lane.
2271     Value *NewPtr = Builder.CreateExtractElement(
2272         PtrParts[Part],
2273         Group->isReverse() ? Builder.getInt32(VF - 1) : Builder.getInt32(0));
2274
2275     // Notice current instruction could be any index. Need to adjust the address
2276     // to the member of index 0.
2277     //
2278     // E.g.  a = A[i+1];     // Member of index 1 (Current instruction)
2279     //       b = A[i];       // Member of index 0
2280     // Current pointer is pointed to A[i+1], adjust it to A[i].
2281     //
2282     // E.g.  A[i+1] = a;     // Member of index 1
2283     //       A[i]   = b;     // Member of index 0
2284     //       A[i+2] = c;     // Member of index 2 (Current instruction)
2285     // Current pointer is pointed to A[i+2], adjust it to A[i].
2286     NewPtr = Builder.CreateGEP(NewPtr, Builder.getInt32(-Index));
2287
2288     // Cast to the vector pointer type.
2289     NewPtrs.push_back(Builder.CreateBitCast(NewPtr, PtrTy));
2290   }
2291
2292   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
2293   Value *UndefVec = UndefValue::get(VecTy);
2294
2295   // Vectorize the interleaved load group.
2296   if (LI) {
2297     for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2298       Instruction *NewLoadInstr = Builder.CreateAlignedLoad(
2299           NewPtrs[Part], Group->getAlignment(), "wide.vec");
2300
2301       for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++) {
2302         Instruction *Member = Group->getMember(i);
2303
2304         // Skip the gaps in the group.
2305         if (!Member)
2306           continue;
2307
2308         Constant *StrideMask = getStridedMask(Builder, i, InterleaveFactor, VF);
2309         Value *StridedVec = Builder.CreateShuffleVector(
2310             NewLoadInstr, UndefVec, StrideMask, "strided.vec");
2311
2312         // If this member has different type, cast the result type.
2313         if (Member->getType() != ScalarTy) {
2314           VectorType *OtherVTy = VectorType::get(Member->getType(), VF);
2315           StridedVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StridedVec, OtherVTy);
2316         }
2317
2318         VectorParts &Entry = WidenMap.get(Member);
2319         Entry[Part] =
2320             Group->isReverse() ? reverseVector(StridedVec) : StridedVec;
2321       }
2322
2323       propagateMetadata(NewLoadInstr, Instr);
2324     }
2325     return;
2326   }
2327
2328   // The sub vector type for current instruction.
2329   VectorType *SubVT = VectorType::get(ScalarTy, VF);
2330
2331   // Vectorize the interleaved store group.
2332   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2333     // Collect the stored vector from each member.
2334     SmallVector<Value *, 4> StoredVecs;
2335     for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++) {
2336       // Interleaved store group doesn't allow a gap, so each index has a member
2337       Instruction *Member = Group->getMember(i);
2338       assert(Member && "Fail to get a member from an interleaved store group");
2339
2340       Value *StoredVec =
2341           getVectorValue(dyn_cast<StoreInst>(Member)->getValueOperand())[Part];
2342       if (Group->isReverse())
2343         StoredVec = reverseVector(StoredVec);
2344
2345       // If this member has different type, cast it to an unified type.
2346       if (StoredVec->getType() != SubVT)
2347         StoredVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StoredVec, SubVT);
2348
2349       StoredVecs.push_back(StoredVec);
2350     }
2351
2352     // Concatenate all vectors into a wide vector.
2353     Value *WideVec = ConcatenateVectors(Builder, StoredVecs);
2354
2355     // Interleave the elements in the wide vector.
2356     Constant *IMask = getInterleavedMask(Builder, VF, InterleaveFactor);
2357     Value *IVec = Builder.CreateShuffleVector(WideVec, UndefVec, IMask,
2358                                               "interleaved.vec");
2359
2360     Instruction *NewStoreInstr =
2361         Builder.CreateAlignedStore(IVec, NewPtrs[Part], Group->getAlignment());
2362     propagateMetadata(NewStoreInstr, Instr);
2363   }
2364 }
2365
2366 void InnerLoopVectorizer::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
2367   // Attempt to issue a wide load.
2368   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
2369   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
2370
2371   assert((LI || SI) && "Invalid Load/Store instruction");
2372
2373   // Try to vectorize the interleave group if this access is interleaved.
2374   if (Legal->isAccessInterleaved(Instr))
2375     return vectorizeInterleaveGroup(Instr);
2376
2377   Type *ScalarDataTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
2378   Type *DataTy = VectorType::get(ScalarDataTy, VF);
2379   Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
2380   unsigned Alignment = LI ? LI->getAlignment() : SI->getAlignment();
2381   // An alignment of 0 means target abi alignment. We need to use the scalar's
2382   // target abi alignment in such a case.
2383   const DataLayout &DL = Instr->getModule()->getDataLayout();
2384   if (!Alignment)
2385     Alignment = DL.getABITypeAlignment(ScalarDataTy);
2386   unsigned AddressSpace = Ptr->getType()->getPointerAddressSpace();
2387   unsigned ScalarAllocatedSize = DL.getTypeAllocSize(ScalarDataTy);
2388   unsigned VectorElementSize = DL.getTypeStoreSize(DataTy) / VF;
2389
2390   if (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()) &&
2391       !Legal->isMaskRequired(SI))
2392     return scalarizeInstruction(Instr, true);
2393
2394   if (ScalarAllocatedSize != VectorElementSize)
2395     return scalarizeInstruction(Instr);
2396
2397   // If the pointer is loop invariant or if it is non-consecutive,
2398   // scalarize the load.
2399   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
2400   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
2401   bool UniformLoad = LI && Legal->isUniform(Ptr);
2402   if (!ConsecutiveStride || UniformLoad)
2403     return scalarizeInstruction(Instr);
2404
2405   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
2406   VectorParts &Entry = WidenMap.get(Instr);
2407
2408   // Handle consecutive loads/stores.
2409   GetElementPtrInst *Gep = getGEPInstruction(Ptr);
2410   if (Gep && Legal->isInductionVariable(Gep->getPointerOperand())) {
2411     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
2412     Value *PtrOperand = Gep->getPointerOperand();
2413     Value *FirstBasePtr = getVectorValue(PtrOperand)[0];
2414     FirstBasePtr = Builder.CreateExtractElement(FirstBasePtr, Zero);
2415
2416     // Create the new GEP with the new induction variable.
2417     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
2418     Gep2->setOperand(0, FirstBasePtr);
2419     Gep2->setName("gep.indvar.base");
2420     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
2421   } else if (Gep) {
2422     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
2423     assert(SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getPointerOperand()),
2424                                OrigLoop) && "Base ptr must be invariant");
2425
2426     // The last index does not have to be the induction. It can be
2427     // consecutive and be a function of the index. For example A[I+1];
2428     unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
2429     unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(Gep);
2430     // Create the new GEP with the new induction variable.
2431     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
2432
2433     for (unsigned i = 0; i < NumOperands; ++i) {
2434       Value *GepOperand = Gep->getOperand(i);
2435       Instruction *GepOperandInst = dyn_cast<Instruction>(GepOperand);
2436
2437       // Update last index or loop invariant instruction anchored in loop.
2438       if (i == InductionOperand ||
2439           (GepOperandInst && OrigLoop->contains(GepOperandInst))) {
2440         assert((i == InductionOperand ||
2441                SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(GepOperandInst), OrigLoop)) &&
2442                "Must be last index or loop invariant");
2443
2444         VectorParts &GEPParts = getVectorValue(GepOperand);
2445         Value *Index = GEPParts[0];
2446         Index = Builder.CreateExtractElement(Index, Zero);
2447         Gep2->setOperand(i, Index);
2448         Gep2->setName("gep.indvar.idx");
2449       }
2450     }
2451     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
2452   } else {
2453     // Use the induction element ptr.
2454     assert(isa<PHINode>(Ptr) && "Invalid induction ptr");
2455     setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
2456     VectorParts &PtrVal = getVectorValue(Ptr);
2457     Ptr = Builder.CreateExtractElement(PtrVal[0], Zero);
2458   }
2459
2460   VectorParts Mask = createBlockInMask(Instr->getParent());
2461   // Handle Stores:
2462   if (SI) {
2463     assert(!Legal->isUniform(SI->getPointerOperand()) &&
2464            "We do not allow storing to uniform addresses");
2465     setDebugLocFromInst(Builder, SI);
2466     // We don't want to update the value in the map as it might be used in
2467     // another expression. So don't use a reference type for "StoredVal".
2468     VectorParts StoredVal = getVectorValue(SI->getValueOperand());
2469
2470     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2471       // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
2472       Value *PartPtr =
2473           Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
2474
2475       if (Reverse) {
2476         // If we store to reverse consecutive memory locations, then we need
2477         // to reverse the order of elements in the stored value.
2478         StoredVal[Part] = reverseVector(StoredVal[Part]);
2479         // If the address is consecutive but reversed, then the
2480         // wide store needs to start at the last vector element.
2481         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
2482         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
2483         Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
2484       }
2485
2486       Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
2487                                             DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
2488
2489       Instruction *NewSI;
2490       if (Legal->isMaskRequired(SI))
2491         NewSI = Builder.CreateMaskedStore(StoredVal[Part], VecPtr, Alignment,
2492                                           Mask[Part]);
2493       else 
2494         NewSI = Builder.CreateAlignedStore(StoredVal[Part], VecPtr, Alignment);
2495       propagateMetadata(NewSI, SI);
2496     }
2497     return;
2498   }
2499
2500   // Handle loads.
2501   assert(LI && "Must have a load instruction");
2502   setDebugLocFromInst(Builder, LI);
2503   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2504     // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
2505     Value *PartPtr =
2506         Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
2507
2508     if (Reverse) {
2509       // If the address is consecutive but reversed, then the
2510       // wide load needs to start at the last vector element.
2511       PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
2512       PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
2513       Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
2514     }
2515
2516     Instruction* NewLI;
2517     Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
2518                                           DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
2519     if (Legal->isMaskRequired(LI))
2520       NewLI = Builder.CreateMaskedLoad(VecPtr, Alignment, Mask[Part],
2521                                        UndefValue::get(DataTy),
2522                                        "wide.masked.load");
2523     else
2524       NewLI = Builder.CreateAlignedLoad(VecPtr, Alignment, "wide.load");
2525     propagateMetadata(NewLI, LI);
2526     Entry[Part] = Reverse ? reverseVector(NewLI) :  NewLI;
2527   }
2528 }
2529
2530 void InnerLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
2531                                                bool IfPredicateStore) {
2532   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
2533   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
2534   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
2535
2536   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
2537
2538   // Find all of the vectorized parameters.
2539   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
2540     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
2541
2542     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
2543     if (SrcOp == OldInduction) {
2544       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
2545       continue;
2546     }
2547
2548     // Try using previously calculated values.
2549     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
2550
2551     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block,
2552     // then it should already be vectorized.
2553     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
2554       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
2555       // The parameter is a vector value from earlier.
2556       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
2557     } else {
2558       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
2559       VectorParts Scalars;
2560       Scalars.append(UF, SrcOp);
2561       Params.push_back(Scalars);
2562     }
2563   }
2564
2565   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
2566          "Invalid number of operands");
2567
2568   // Does this instruction return a value ?
2569   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
2570
2571   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? nullptr :
2572     UndefValue::get(VectorType::get(Instr->getType(), VF));
2573   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
2574   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
2575
2576   VectorParts Cond;
2577   if (IfPredicateStore) {
2578     assert(Instr->getParent()->getSinglePredecessor() &&
2579            "Only support single predecessor blocks");
2580     Cond = createEdgeMask(Instr->getParent()->getSinglePredecessor(),
2581                           Instr->getParent());
2582   }
2583
2584   // For each vector unroll 'part':
2585   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2586     // For each scalar that we create:
2587     for (unsigned Width = 0; Width < VF; ++Width) {
2588
2589       // Start if-block.
2590       Value *Cmp = nullptr;
2591       if (IfPredicateStore) {
2592         Cmp = Builder.CreateExtractElement(Cond[Part], Builder.getInt32(Width));
2593         Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cmp,
2594                                  ConstantInt::get(Cmp->getType(), 1));
2595       }
2596
2597       Instruction *Cloned = Instr->clone();
2598       if (!IsVoidRetTy)
2599         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
2600       // Replace the operands of the cloned instructions with extracted scalars.
2601       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
2602         Value *Op = Params[op][Part];
2603         // Param is a vector. Need to extract the right lane.
2604         if (Op->getType()->isVectorTy())
2605           Op = Builder.CreateExtractElement(Op, Builder.getInt32(Width));
2606         Cloned->setOperand(op, Op);
2607       }
2608
2609       // Place the cloned scalar in the new loop.
2610       Builder.Insert(Cloned);
2611
2612       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
2613       // so that future users will be able to use it.
2614       if (!IsVoidRetTy)
2615         VecResults[Part] = Builder.CreateInsertElement(VecResults[Part], Cloned,
2616                                                        Builder.getInt32(Width));
2617       // End if-block.
2618       if (IfPredicateStore)
2619         PredicatedStores.push_back(std::make_pair(cast<StoreInst>(Cloned),
2620                                                   Cmp));
2621     }
2622   }
2623 }
2624
2625 PHINode *InnerLoopVectorizer::createInductionVariable(Loop *L, Value *Start,
2626                                                       Value *End, Value *Step,
2627                                                       Instruction *DL) {
2628   BasicBlock *Header = L->getHeader();
2629   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
2630   // As we're just creating this loop, it's possible no latch exists
2631   // yet. If so, use the header as this will be a single block loop.
2632   if (!Latch)
2633     Latch = Header;
2634
2635   IRBuilder<> Builder(&*Header->getFirstInsertionPt());
2636   setDebugLocFromInst(Builder, getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
2637   auto *Induction = Builder.CreatePHI(Start->getType(), 2, "index");
2638
2639   Builder.SetInsertPoint(Latch->getTerminator());
2640   
2641   // Create i+1 and fill the PHINode.
2642   Value *Next = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
2643   Induction->addIncoming(Start, L->getLoopPreheader());
2644   Induction->addIncoming(Next, Latch);
2645   // Create the compare.
2646   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(Next, End);
2647   Builder.CreateCondBr(ICmp, L->getExitBlock(), Header);
2648   
2649   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
2650   Latch->getTerminator()->eraseFromParent();
2651
2652   return Induction;
2653 }
2654
2655 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateTripCount(Loop *L) {
2656   if (TripCount)
2657     return TripCount;
2658
2659   IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
2660   // Find the loop boundaries.
2661   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(OrigLoop);
2662   assert(BackedgeTakenCount != SE->getCouldNotCompute() &&
2663          "Invalid loop count");
2664
2665   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
2666   
2667   // The exit count might have the type of i64 while the phi is i32. This can
2668   // happen if we have an induction variable that is sign extended before the
2669   // compare. The only way that we get a backedge taken count is that the
2670   // induction variable was signed and as such will not overflow. In such a case
2671   // truncation is legal.
2672   if (BackedgeTakenCount->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2673       IdxTy->getPrimitiveSizeInBits())
2674     BackedgeTakenCount = SE->getTruncateOrNoop(BackedgeTakenCount, IdxTy);
2675   BackedgeTakenCount = SE->getNoopOrZeroExtend(BackedgeTakenCount, IdxTy);
2676   
2677   // Get the total trip count from the count by adding 1.
2678   const SCEV *ExitCount = SE->getAddExpr(
2679       BackedgeTakenCount, SE->getOne(BackedgeTakenCount->getType()));
2680
2681   const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
2682
2683   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
2684   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
2685   SCEVExpander Exp(*SE, DL, "induction");
2686
2687   // Count holds the overall loop count (N).
2688   TripCount = Exp.expandCodeFor(ExitCount, ExitCount->getType(),
2689                                 L->getLoopPreheader()->getTerminator());
2690
2691   if (TripCount->getType()->isPointerTy())
2692     TripCount =
2693       CastInst::CreatePointerCast(TripCount, IdxTy,
2694                                   "exitcount.ptrcnt.to.int",
2695                                   L->getLoopPreheader()->getTerminator());
2696
2697   return TripCount;
2698 }
2699
2700 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateVectorTripCount(Loop *L) {
2701   if (VectorTripCount)
2702     return VectorTripCount;
2703   
2704   Value *TC = getOrCreateTripCount(L);
2705   IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
2706   
2707   // Now we need to generate the expression for N - (N % VF), which is
2708   // the part that the vectorized body will execute.
2709   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
2710   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
2711   Constant *Step = ConstantInt::get(TC->getType(), VF * UF);
2712   Value *R = Builder.CreateURem(TC, Step, "n.mod.vf");
2713   VectorTripCount = Builder.CreateSub(TC, R, "n.vec");
2714
2715   return VectorTripCount;
2716 }
2717
2718 void InnerLoopVectorizer::emitMinimumIterationCountCheck(Loop *L,
2719                                                          BasicBlock *Bypass) {
2720   Value *Count = getOrCreateTripCount(L);
2721   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
2722   IRBuilder<> Builder(BB->getTerminator());
2723
2724   // Generate code to check that the loop's trip count that we computed by
2725   // adding one to the backedge-taken count will not overflow.
2726   Value *CheckMinIters =
2727     Builder.CreateICmpULT(Count,
2728                           ConstantInt::get(Count->getType(), VF * UF),
2729                           "min.iters.check");
2730   
2731   BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(),
2732                                           "min.iters.checked");
2733   if (L->getParentLoop())
2734     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
2735   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
2736                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, CheckMinIters));
2737   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
2738 }
2739
2740 void InnerLoopVectorizer::emitVectorLoopEnteredCheck(Loop *L,
2741                                                      BasicBlock *Bypass) {
2742   Value *TC = getOrCreateVectorTripCount(L);
2743   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
2744   IRBuilder<> Builder(BB->getTerminator());
2745   
2746   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
2747   // jump to the scalar loop.
2748   Value *Cmp = Builder.CreateICmpEQ(TC, Constant::getNullValue(TC->getType()),
2749                                     "cmp.zero");
2750
2751   // Generate code to check that the loop's trip count that we computed by
2752   // adding one to the backedge-taken count will not overflow.
2753   BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(),
2754                                           "vector.ph");
2755   if (L->getParentLoop())
2756     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
2757   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
2758                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, Cmp));
2759   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
2760 }
2761
2762 void InnerLoopVectorizer::emitSCEVChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass) {
2763   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
2764
2765   // Generate the code to check that the SCEV assumptions that we made.
2766   // We want the new basic block to start at the first instruction in a
2767   // sequence of instructions that form a check.
2768   SCEVExpander Exp(*SE, Bypass->getModule()->getDataLayout(), "scev.check");
2769   Value *SCEVCheck = Exp.expandCodeForPredicate(&Preds, BB->getTerminator());
2770
2771   if (auto *C = dyn_cast<ConstantInt>(SCEVCheck))
2772     if (C->isZero())
2773       return;
2774
2775   // Create a new block containing the stride check.
2776   BB->setName("vector.scevcheck");
2777   auto *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
2778   if (L->getParentLoop())
2779     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
2780   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
2781                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, SCEVCheck));
2782   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
2783   AddedSafetyChecks = true;
2784 }
2785
2786 void InnerLoopVectorizer::emitMemRuntimeChecks(Loop *L,
2787                                                BasicBlock *Bypass) {
2788   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
2789
2790   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
2791   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
2792   // faster.
2793   Instruction *FirstCheckInst;
2794   Instruction *MemRuntimeCheck;
2795   std::tie(FirstCheckInst, MemRuntimeCheck) =
2796       Legal->getLAI()->addRuntimeChecks(BB->getTerminator());
2797   if (!MemRuntimeCheck)
2798     return;
2799
2800   // Create a new block containing the memory check.
2801   BB->setName("vector.memcheck");
2802   auto *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
2803   if (L->getParentLoop())
2804     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
2805   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
2806                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, MemRuntimeCheck));
2807   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
2808   AddedSafetyChecks = true;
2809 }
2810
2811
2812 void InnerLoopVectorizer::createEmptyLoop() {
2813   /*
2814    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
2815    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
2816    scalar remainder.
2817
2818        [ ] <-- loop iteration number check.
2819     /   |
2820    /    v
2821   |    [ ] <-- vector loop bypass (may consist of multiple blocks).
2822   |  /  |
2823   | /   v
2824   ||   [ ]     <-- vector pre header.
2825   |/    |
2826   |     v
2827   |    [  ] \
2828   |    [  ]_|   <-- vector loop.
2829   |     |
2830   |     v
2831   |   -[ ]   <--- middle-block.
2832   |  /  |
2833   | /   v
2834   -|- >[ ]     <--- new preheader.
2835    |    |
2836    |    v
2837    |   [ ] \
2838    |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
2839     \   |
2840      \  v
2841       >[ ]     <-- exit block.
2842    ...
2843    */
2844
2845   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
2846   BasicBlock *VectorPH = OrigLoop->getLoopPreheader();
2847   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
2848   assert(VectorPH && "Invalid loop structure");
2849   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
2850
2851   // Some loops have a single integer induction variable, while other loops
2852   // don't. One example is c++ iterators that often have multiple pointer
2853   // induction variables. In the code below we also support a case where we
2854   // don't have a single induction variable.
2855   //
2856   // We try to obtain an induction variable from the original loop as hard
2857   // as possible. However if we don't find one that:
2858   //   - is an integer
2859   //   - counts from zero, stepping by one
2860   //   - is the size of the widest induction variable type
2861   // then we create a new one.
2862   OldInduction = Legal->getInduction();
2863   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
2864
2865   // Split the single block loop into the two loop structure described above.
2866   BasicBlock *VecBody =
2867       VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.body");
2868   BasicBlock *MiddleBlock =
2869   VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(), "middle.block");
2870   BasicBlock *ScalarPH =
2871   MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(), "scalar.ph");
2872
2873   // Create and register the new vector loop.
2874   Loop* Lp = new Loop();
2875   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
2876
2877   // Insert the new loop into the loop nest and register the new basic blocks
2878   // before calling any utilities such as SCEV that require valid LoopInfo.
2879   if (ParentLoop) {
2880     ParentLoop->addChildLoop(Lp);
2881     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, *LI);
2882     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, *LI);
2883   } else {
2884     LI->addTopLevelLoop(Lp);
2885   }
2886   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, *LI);
2887
2888   // Find the loop boundaries.
2889   Value *Count = getOrCreateTripCount(Lp);
2890
2891   Value *StartIdx = ConstantInt::get(IdxTy, 0);
2892
2893   // We need to test whether the backedge-taken count is uint##_max. Adding one
2894   // to it will cause overflow and an incorrect loop trip count in the vector
2895   // body. In case of overflow we want to directly jump to the scalar remainder
2896   // loop.
2897   emitMinimumIterationCountCheck(Lp, ScalarPH);
2898   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
2899   // jump to the scalar loop.
2900   emitVectorLoopEnteredCheck(Lp, ScalarPH);
2901   // Generate the code to check any assumptions that we've made for SCEV
2902   // expressions.
2903   emitSCEVChecks(Lp, ScalarPH);
2904
2905   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
2906   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
2907   // faster.
2908   emitMemRuntimeChecks(Lp, ScalarPH);
2909   
2910   // Generate the induction variable.
2911   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
2912   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
2913   Value *CountRoundDown = getOrCreateVectorTripCount(Lp);
2914   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF * UF);
2915   Induction =
2916     createInductionVariable(Lp, StartIdx, CountRoundDown, Step,
2917                             getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
2918
2919   // We are going to resume the execution of the scalar loop.
2920   // Go over all of the induction variables that we found and fix the
2921   // PHIs that are left in the scalar version of the loop.
2922   // The starting values of PHI nodes depend on the counter of the last
2923   // iteration in the vectorized loop.
2924   // If we come from a bypass edge then we need to start from the original
2925   // start value.
2926
2927   // This variable saves the new starting index for the scalar loop. It is used
2928   // to test if there are any tail iterations left once the vector loop has
2929   // completed.
2930   LoopVectorizationLegality::InductionList::iterator I, E;
2931   LoopVectorizationLegality::InductionList *List = Legal->getInductionVars();
2932   for (I = List->begin(), E = List->end(); I != E; ++I) {
2933     PHINode *OrigPhi = I->first;
2934     InductionDescriptor II = I->second;
2935
2936     // Create phi nodes to merge from the  backedge-taken check block.
2937     PHINode *BCResumeVal = PHINode::Create(OrigPhi->getType(), 3,
2938                                            "bc.resume.val",
2939                                            ScalarPH->getTerminator());
2940     Value *EndValue;
2941     if (OrigPhi == OldInduction) {
2942       // We know what the end value is.
2943       EndValue = CountRoundDown;
2944     } else {
2945       IRBuilder<> B(LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
2946       Value *CRD = B.CreateSExtOrTrunc(CountRoundDown,
2947                                        II.getStepValue()->getType(),
2948                                        "cast.crd");
2949       EndValue = II.transform(B, CRD);
2950       EndValue->setName("ind.end");
2951     }
2952
2953     // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
2954     // or the value at the end of the vectorized loop.
2955     BCResumeVal->addIncoming(EndValue, MiddleBlock);
2956
2957     // Fix the scalar body counter (PHI node).
2958     unsigned BlockIdx = OrigPhi->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
2959
2960     // The old induction's phi node in the scalar body needs the truncated
2961     // value.
2962     for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2963       BCResumeVal->addIncoming(II.getStartValue(), LoopBypassBlocks[I]);
2964     OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, BCResumeVal);
2965   }
2966
2967   // Add a check in the middle block to see if we have completed
2968   // all of the iterations in the first vector loop.
2969   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
2970   Value *CmpN = CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, Count,
2971                                 CountRoundDown, "cmp.n",
2972                                 MiddleBlock->getTerminator());
2973   ReplaceInstWithInst(MiddleBlock->getTerminator(),
2974                       BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN));
2975
2976   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
2977   Builder.SetInsertPoint(&*VecBody->getFirstInsertionPt());
2978
2979   // Save the state.
2980   LoopVectorPreHeader = Lp->getLoopPreheader();
2981   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
2982   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
2983   LoopExitBlock = ExitBlock;
2984   LoopVectorBody.push_back(VecBody);
2985   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
2986
2987   LoopVectorizeHints Hints(Lp, true);
2988   Hints.setAlreadyVectorized();
2989 }
2990
2991 namespace {
2992 struct CSEDenseMapInfo {
2993   static bool canHandle(Instruction *I) {
2994     return isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
2995            isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I);
2996   }
2997   static inline Instruction *getEmptyKey() {
2998     return DenseMapInfo<Instruction *>::getEmptyKey();
2999   }
3000   static inline Instruction *getTombstoneKey() {
3001     return DenseMapInfo<Instruction *>::getTombstoneKey();
3002   }
3003   static unsigned getHashValue(Instruction *I) {
3004     assert(canHandle(I) && "Unknown instruction!");
3005     return hash_combine(I->getOpcode(), hash_combine_range(I->value_op_begin(),
3006                                                            I->value_op_end()));
3007   }
3008   static bool isEqual(Instruction *LHS, Instruction *RHS) {
3009     if (LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey() ||
3010         LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey())
3011       return LHS == RHS;
3012     return LHS->isIdenticalTo(RHS);
3013   }
3014 };
3015 }
3016
3017 /// \brief Check whether this block is a predicated block.
3018 /// Due to if predication of stores we might create a sequence of "if(pred) a[i]
3019 /// = ...;  " blocks. We start with one vectorized basic block. For every
3020 /// conditional block we split this vectorized block. Therefore, every second
3021 /// block will be a predicated one.
3022 static bool isPredicatedBlock(unsigned BlockNum) {
3023   return BlockNum % 2;
3024 }
3025
3026 ///\brief Perform cse of induction variable instructions.
3027 static void cse(SmallVector<BasicBlock *, 4> &BBs) {
3028   // Perform simple cse.
3029   SmallDenseMap<Instruction *, Instruction *, 4, CSEDenseMapInfo> CSEMap;
3030   for (unsigned i = 0, e = BBs.size(); i != e; ++i) {
3031     BasicBlock *BB = BBs[i];
3032     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
3033       Instruction *In = &*I++;
3034
3035       if (!CSEDenseMapInfo::canHandle(In))
3036         continue;
3037
3038       // Check if we can replace this instruction with any of the
3039       // visited instructions.
3040       if (Instruction *V = CSEMap.lookup(In)) {
3041         In->replaceAllUsesWith(V);
3042         In->eraseFromParent();
3043         continue;
3044       }
3045       // Ignore instructions in conditional blocks. We create "if (pred) a[i] =
3046       // ...;" blocks for predicated stores. Every second block is a predicated
3047       // block.
3048       if (isPredicatedBlock(i))
3049         continue;
3050
3051       CSEMap[In] = In;
3052     }
3053   }
3054 }
3055
3056 /// \brief Adds a 'fast' flag to floating point operations.
3057 static Value *addFastMathFlag(Value *V) {
3058   if (isa<FPMathOperator>(V)){
3059     FastMathFlags Flags;
3060     Flags.setUnsafeAlgebra();
3061     cast<Instruction>(V)->setFastMathFlags(Flags);
3062   }
3063   return V;
3064 }
3065
3066 /// Estimate the overhead of scalarizing a value. Insert and Extract are set if
3067 /// the result needs to be inserted and/or extracted from vectors.
3068 static unsigned getScalarizationOverhead(Type *Ty, bool Insert, bool Extract,
3069                                          const TargetTransformInfo &TTI) {
3070   if (Ty->isVoidTy())
3071     return 0;
3072
3073   assert(Ty->isVectorTy() && "Can only scalarize vectors");
3074   unsigned Cost = 0;
3075
3076   for (int i = 0, e = Ty->getVectorNumElements(); i < e; ++i) {
3077     if (Insert)
3078       Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement, Ty, i);
3079     if (Extract)
3080       Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, Ty, i);
3081   }
3082
3083   return Cost;
3084 }
3085
3086 // Estimate cost of a call instruction CI if it were vectorized with factor VF.
3087 // Return the cost of the instruction, including scalarization overhead if it's
3088 // needed. The flag NeedToScalarize shows if the call needs to be scalarized -
3089 // i.e. either vector version isn't available, or is too expensive.
3090 static unsigned getVectorCallCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3091                                   const TargetTransformInfo &TTI,
3092                                   const TargetLibraryInfo *TLI,
3093                                   bool &NeedToScalarize) {
3094   Function *F = CI->getCalledFunction();
3095   StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
3096   Type *ScalarRetTy = CI->getType();
3097   SmallVector<Type *, 4> Tys, ScalarTys;
3098   for (auto &ArgOp : CI->arg_operands())
3099     ScalarTys.push_back(ArgOp->getType());
3100
3101   // Estimate cost of scalarized vector call. The source operands are assumed
3102   // to be vectors, so we need to extract individual elements from there,
3103   // execute VF scalar calls, and then gather the result into the vector return
3104   // value.
3105   unsigned ScalarCallCost = TTI.getCallInstrCost(F, ScalarRetTy, ScalarTys);
3106   if (VF == 1)
3107     return ScalarCallCost;
3108
3109   // Compute corresponding vector type for return value and arguments.
3110   Type *RetTy = ToVectorTy(ScalarRetTy, VF);
3111   for (unsigned i = 0, ie = ScalarTys.size(); i != ie; ++i)
3112     Tys.push_back(ToVectorTy(ScalarTys[i], VF));
3113
3114   // Compute costs of unpacking argument values for the scalar calls and
3115   // packing the return values to a vector.
3116   unsigned ScalarizationCost =
3117       getScalarizationOverhead(RetTy, true, false, TTI);
3118   for (unsigned i = 0, ie = Tys.size(); i != ie; ++i)
3119     ScalarizationCost += getScalarizationOverhead(Tys[i], false, true, TTI);
3120
3121   unsigned Cost = ScalarCallCost * VF + ScalarizationCost;
3122
3123   // If we can't emit a vector call for this function, then the currently found
3124   // cost is the cost we need to return.
3125   NeedToScalarize = true;
3126   if (!TLI || !TLI->isFunctionVectorizable(FnName, VF) || CI->isNoBuiltin())
3127     return Cost;
3128
3129   // If the corresponding vector cost is cheaper, return its cost.
3130   unsigned VectorCallCost = TTI.getCallInstrCost(nullptr, RetTy, Tys);
3131   if (VectorCallCost < Cost) {
3132     NeedToScalarize = false;
3133     return VectorCallCost;
3134   }
3135   return Cost;
3136 }
3137
3138 // Estimate cost of an intrinsic call instruction CI if it were vectorized with
3139 // factor VF.  Return the cost of the instruction, including scalarization
3140 // overhead if it's needed.
3141 static unsigned getVectorIntrinsicCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3142                                        const TargetTransformInfo &TTI,
3143                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
3144   Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3145   assert(ID && "Expected intrinsic call!");
3146
3147   Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
3148   SmallVector<Type *, 4> Tys;
3149   for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i)
3150     Tys.push_back(ToVectorTy(CI->getArgOperand(i)->getType(), VF));
3151
3152   return TTI.getIntrinsicInstrCost(ID, RetTy, Tys);
3153 }
3154
3155 static Type *smallestIntegerVectorType(Type *T1, Type *T2) {
3156   IntegerType *I1 = cast<IntegerType>(T1->getVectorElementType());
3157   IntegerType *I2 = cast<IntegerType>(T2->getVectorElementType());
3158   return I1->getBitWidth() < I2->getBitWidth() ? T1 : T2;
3159 }
3160 static Type *largestIntegerVectorType(Type *T1, Type *T2) {
3161   IntegerType *I1 = cast<IntegerType>(T1->getVectorElementType());
3162   IntegerType *I2 = cast<IntegerType>(T2->getVectorElementType());
3163   return I1->getBitWidth() > I2->getBitWidth() ? T1 : T2;
3164 }
3165
3166 void InnerLoopVectorizer::truncateToMinimalBitwidths() {
3167   // For every instruction `I` in MinBWs, truncate the operands, create a
3168   // truncated version of `I` and reextend its result. InstCombine runs
3169   // later and will remove any ext/trunc pairs.
3170   //
3171   for (auto &KV : MinBWs) {
3172     VectorParts &Parts = WidenMap.get(KV.first);
3173     for (Value *&I : Parts) {
3174       if (I->use_empty())
3175         continue;
3176       Type *OriginalTy = I->getType();
3177       Type *ScalarTruncatedTy = IntegerType::get(OriginalTy->getContext(),
3178                                                  KV.second);
3179       Type *TruncatedTy = VectorType::get(ScalarTruncatedTy,
3180                                           OriginalTy->getVectorNumElements());
3181       if (TruncatedTy == OriginalTy)
3182         continue;
3183
3184       IRBuilder<> B(cast<Instruction>(I));
3185       auto ShrinkOperand = [&](Value *V) -> Value* {
3186         if (auto *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
3187           if (ZI->getSrcTy() == TruncatedTy)
3188             return ZI->getOperand(0);
3189         return B.CreateZExtOrTrunc(V, TruncatedTy);
3190       };
3191
3192       // The actual instruction modification depends on the instruction type,
3193       // unfortunately.
3194       Value *NewI = nullptr;
3195       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
3196         NewI = B.CreateBinOp(BO->getOpcode(),
3197                              ShrinkOperand(BO->getOperand(0)),
3198                              ShrinkOperand(BO->getOperand(1)));
3199         cast<BinaryOperator>(NewI)->copyIRFlags(I);
3200       } else if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
3201         NewI = B.CreateICmp(CI->getPredicate(),
3202                             ShrinkOperand(CI->getOperand(0)),
3203                             ShrinkOperand(CI->getOperand(1)));
3204       } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3205         NewI = B.CreateSelect(SI->getCondition(),
3206                               ShrinkOperand(SI->getTrueValue()),
3207                               ShrinkOperand(SI->getFalseValue()));
3208       } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
3209         switch (CI->getOpcode()) {
3210         default: llvm_unreachable("Unhandled cast!");
3211         case Instruction::Trunc:
3212           NewI = ShrinkOperand(CI->getOperand(0));
3213           break;
3214         case Instruction::SExt:
3215           NewI = B.CreateSExtOrTrunc(CI->getOperand(0),
3216                                      smallestIntegerVectorType(OriginalTy,
3217                                                                TruncatedTy));
3218           break;
3219         case Instruction::ZExt:
3220           NewI = B.CreateZExtOrTrunc(CI->getOperand(0),
3221                                      smallestIntegerVectorType(OriginalTy,
3222                                                                TruncatedTy));
3223           break;
3224         }
3225       } else if (ShuffleVectorInst *SI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I)) {
3226         auto Elements0 = SI->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
3227         auto *O0 =
3228           B.CreateZExtOrTrunc(SI->getOperand(0),
3229                               VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements0));
3230         auto Elements1 = SI->getOperand(1)->getType()->getVectorNumElements();
3231         auto *O1 =
3232           B.CreateZExtOrTrunc(SI->getOperand(1),
3233                               VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements1));
3234
3235         NewI = B.CreateShuffleVector(O0, O1, SI->getMask());
3236       } else if (isa<LoadInst>(I)) {
3237         // Don't do anything with the operands, just extend the result.
3238         continue;
3239       } else {
3240         llvm_unreachable("Unhandled instruction type!");
3241       }
3242
3243       // Lastly, extend the result.
3244       NewI->takeName(cast<Instruction>(I));
3245       Value *Res = B.CreateZExtOrTrunc(NewI, OriginalTy);
3246       I->replaceAllUsesWith(Res);
3247       cast<Instruction>(I)->eraseFromParent();
3248       I = Res;
3249     }
3250   }
3251
3252   // We'll have created a bunch of ZExts that are now parentless. Clean up.
3253   for (auto &KV : MinBWs) {
3254     VectorParts &Parts = WidenMap.get(KV.first);
3255     for (Value *&I : Parts) {
3256       ZExtInst *Inst = dyn_cast<ZExtInst>(I);
3257       if (Inst && Inst->use_empty()) {
3258         Value *NewI = Inst->getOperand(0);
3259         Inst->eraseFromParent();
3260         I = NewI;
3261       }
3262     }
3263   }
3264 }
3265
3266 void InnerLoopVectorizer::vectorizeLoop() {
3267   //===------------------------------------------------===//
3268   //
3269   // Notice: any optimization or new instruction that go
3270   // into the code below should be also be implemented in
3271   // the cost-model.
3272   //
3273   //===------------------------------------------------===//
3274   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
3275
3276   // In order to support reduction variables we need to be able to vectorize
3277   // Phi nodes. Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two
3278   // stages. First, we create a new vector PHI node with no incoming edges.
3279   // We use this value when we vectorize all of the instructions that use the
3280   // PHI. Next, after all of the instructions in the block are complete we
3281   // add the new incoming edges to the PHI. At this point all of the
3282   // instructions in the basic block are vectorized, so we can use them to
3283   // construct the PHI.
3284   PhiVector RdxPHIsToFix;
3285
3286   // Scan the loop in a topological order to ensure that defs are vectorized
3287   // before users.
3288   LoopBlocksDFS DFS(OrigLoop);
3289   DFS.perform(LI);
3290
3291   // Vectorize all of the blocks in the original loop.
3292   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
3293        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb)
3294     vectorizeBlockInLoop(*bb, &RdxPHIsToFix);
3295
3296   // Insert truncates and extends for any truncated instructions as hints to
3297   // InstCombine.
3298   if (VF > 1)
3299     truncateToMinimalBitwidths();
3300   
3301   // At this point every instruction in the original loop is widened to
3302   // a vector form. We are almost done. Now, we need to fix the PHI nodes
3303   // that we vectorized. The PHI nodes are currently empty because we did
3304   // not want to introduce cycles. Notice that the remaining PHI nodes
3305   // that we need to fix are reduction variables.
3306
3307   // Create the 'reduced' values for each of the induction vars.
3308   // The reduced values are the vector values that we scalarize and combine
3309   // after the loop is finished.
3310   for (PhiVector::iterator it = RdxPHIsToFix.begin(), e = RdxPHIsToFix.end();
3311        it != e; ++it) {
3312     PHINode *RdxPhi = *it;
3313     assert(RdxPhi && "Unable to recover vectorized PHI");
3314
3315     // Find the reduction variable descriptor.
3316     assert(Legal->isReductionVariable(RdxPhi) &&
3317            "Unable to find the reduction variable");
3318     RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[RdxPhi];
3319
3320     RecurrenceDescriptor::RecurrenceKind RK = RdxDesc.getRecurrenceKind();
3321     TrackingVH<Value> ReductionStartValue = RdxDesc.getRecurrenceStartValue();
3322     Instruction *LoopExitInst = RdxDesc.getLoopExitInstr();
3323     RecurrenceDescriptor::MinMaxRecurrenceKind MinMaxKind =
3324         RdxDesc.getMinMaxRecurrenceKind();
3325     setDebugLocFromInst(Builder, ReductionStartValue);
3326
3327     // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
3328     // To do so, we need to generate the 'identity' vector and override
3329     // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
3330     // to do it in the vector-loop preheader.
3331     Builder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks[1]->getTerminator());
3332
3333     // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
3334     VectorParts &VectorExit = getVectorValue(LoopExitInst);
3335     Type *VecTy = VectorExit[0]->getType();
3336
3337     // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
3338     // one for multiplication, -1 for And.
3339     Value *Identity;
3340     Value *VectorStart;
3341     if (RK == RecurrenceDescriptor::RK_IntegerMinMax ||
3342         RK == RecurrenceDescriptor::RK_FloatMinMax) {
3343       // MinMax reduction have the start value as their identify.
3344       if (VF == 1) {
3345         VectorStart = Identity = ReductionStartValue;
3346       } else {
3347         VectorStart = Identity =
3348             Builder.CreateVectorSplat(VF, ReductionStartValue, "minmax.ident");
3349       }
3350     } else {
3351       // Handle other reduction kinds:
3352       Constant *Iden = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceIdentity(
3353           RK, VecTy->getScalarType());
3354       if (VF == 1) {
3355         Identity = Iden;
3356         // This vector is the Identity vector where the first element is the
3357         // incoming scalar reduction.
3358         VectorStart = ReductionStartValue;
3359       } else {
3360         Identity = ConstantVector::getSplat(VF, Iden);
3361
3362         // This vector is the Identity vector where the first element is the
3363         // incoming scalar reduction.
3364         VectorStart =
3365             Builder.CreateInsertElement(Identity, ReductionStartValue, Zero);
3366       }
3367     }
3368
3369     // Fix the vector-loop phi.
3370
3371     // Reductions do not have to start at zero. They can start with
3372     // any loop invariant values.
3373     VectorParts &VecRdxPhi = WidenMap.get(RdxPhi);
3374     BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
3375     Value *LoopVal = RdxPhi->getIncomingValueForBlock(Latch);
3376     VectorParts &Val = getVectorValue(LoopVal);
3377     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3378       // Make sure to add the reduction stat value only to the
3379       // first unroll part.
3380       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
3381       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(StartVal,
3382                                                   LoopVectorPreHeader);
3383       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(Val[part],
3384                                                   LoopVectorBody.back());
3385     }
3386
3387     // Before each round, move the insertion point right between
3388     // the PHIs and the values we are going to write.
3389     // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
3390     // instructions.
3391     Builder.SetInsertPoint(&*LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
3392
3393     VectorParts RdxParts = getVectorValue(LoopExitInst);
3394     setDebugLocFromInst(Builder, LoopExitInst);
3395
3396     // If the vector reduction can be performed in a smaller type, we truncate
3397     // then extend the loop exit value to enable InstCombine to evaluate the
3398     // entire expression in the smaller type.
3399     if (VF > 1 && RdxPhi->getType() != RdxDesc.getRecurrenceType()) {
3400       Type *RdxVecTy = VectorType::get(RdxDesc.getRecurrenceType(), VF);
3401       Builder.SetInsertPoint(LoopVectorBody.back()->getTerminator());
3402       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3403         Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(RdxParts[part], RdxVecTy);
3404         Value *Extnd = RdxDesc.isSigned() ? Builder.CreateSExt(Trunc, VecTy)
3405                                           : Builder.CreateZExt(Trunc, VecTy);
3406         for (Value::user_iterator UI = RdxParts[part]->user_begin();
3407              UI != RdxParts[part]->user_end();)
3408           if (*UI != Trunc) {
3409             (*UI++)->replaceUsesOfWith(RdxParts[part], Extnd);
3410             RdxParts[part] = Extnd;
3411           } else {
3412             ++UI;
3413           }
3414       }
3415       Builder.SetInsertPoint(&*LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
3416       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3417         RdxParts[part] = Builder.CreateTrunc(RdxParts[part], RdxVecTy);
3418     }
3419
3420     // Reduce all of the unrolled parts into a single vector.
3421     Value *ReducedPartRdx = RdxParts[0];
3422     unsigned Op = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceBinOp(RK);
3423     setDebugLocFromInst(Builder, ReducedPartRdx);
3424     for (unsigned part = 1; part < UF; ++part) {
3425       if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
3426         // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
3427         ReducedPartRdx = addFastMathFlag(
3428             Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Op, RdxParts[part],
3429                                 ReducedPartRdx, "bin.rdx"));
3430       else
3431         ReducedPartRdx = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(
3432             Builder, MinMaxKind, ReducedPartRdx, RdxParts[part]);
3433     }
3434
3435     if (VF > 1) {
3436       // VF is a power of 2 so we can emit the reduction using log2(VF) shuffles
3437       // and vector ops, reducing the set of values being computed by half each
3438       // round.
3439       assert(isPowerOf2_32(VF) &&
3440              "Reduction emission only supported for pow2 vectors!");
3441       Value *TmpVec = ReducedPartRdx;
3442       SmallVector<Constant*, 32> ShuffleMask(VF, nullptr);
3443       for (unsigned i = VF; i != 1; i >>= 1) {
3444         // Move the upper half of the vector to the lower half.
3445         for (unsigned j = 0; j != i/2; ++j)
3446           ShuffleMask[j] = Builder.getInt32(i/2 + j);
3447
3448         // Fill the rest of the mask with undef.
3449         std::fill(&ShuffleMask[i/2], ShuffleMask.end(),
3450                   UndefValue::get(Builder.getInt32Ty()));
3451
3452         Value *Shuf =
3453         Builder.CreateShuffleVector(TmpVec,
3454                                     UndefValue::get(TmpVec->getType()),
3455                                     ConstantVector::get(ShuffleMask),
3456                                     "rdx.shuf");
3457
3458         if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
3459           // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
3460           TmpVec = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(
3461               (Instruction::BinaryOps)Op, TmpVec, Shuf, "bin.rdx"));
3462         else
3463           TmpVec = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(Builder, MinMaxKind,
3464                                                         TmpVec, Shuf);
3465       }
3466
3467       // The result is in the first element of the vector.
3468       ReducedPartRdx = Builder.CreateExtractElement(TmpVec,
3469                                                     Builder.getInt32(0));
3470
3471       // If the reduction can be performed in a smaller type, we need to extend
3472       // the reduction to the wider type before we branch to the original loop.
3473       if (RdxPhi->getType() != RdxDesc.getRecurrenceType())
3474         ReducedPartRdx =
3475             RdxDesc.isSigned()
3476                 ? Builder.CreateSExt(ReducedPartRdx, RdxPhi->getType())
3477                 : Builder.CreateZExt(ReducedPartRdx, RdxPhi->getType());
3478     }
3479
3480     // Create a phi node that merges control-flow from the backedge-taken check
3481     // block and the middle block.
3482     PHINode *BCBlockPhi = PHINode::Create(RdxPhi->getType(), 2, "bc.merge.rdx",
3483                                           LoopScalarPreHeader->getTerminator());
3484     for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
3485       BCBlockPhi->addIncoming(ReductionStartValue, LoopBypassBlocks[I]);
3486     BCBlockPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
3487
3488     // Now, we need to fix the users of the reduction variable
3489     // inside and outside of the scalar remainder loop.
3490     // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
3491     // PHI nodes in the exit blocks.
3492     for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
3493          LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
3494       PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
3495       if (!LCSSAPhi) break;
3496
3497       // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
3498       // we already fixed them.
3499       assert(LCSSAPhi->getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
3500
3501       // We found our reduction value exit-PHI. Update it with the
3502       // incoming bypass edge.
3503       if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == LoopExitInst) {
3504         // Add an edge coming from the bypass.
3505         LCSSAPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
3506         break;
3507       }
3508     }// end of the LCSSA phi scan.
3509
3510     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
3511     // from the vector body and from the backedge value.
3512     int IncomingEdgeBlockIdx =
3513     (RdxPhi)->getBasicBlockIndex(OrigLoop->getLoopLatch());
3514     assert(IncomingEdgeBlockIdx >= 0 && "Invalid block index");
3515     // Pick the other block.
3516     int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1);
3517     (RdxPhi)->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, BCBlockPhi);
3518     (RdxPhi)->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, LoopExitInst);
3519   }// end of for each redux variable.
3520
3521   fixLCSSAPHIs();
3522
3523   // Make sure DomTree is updated.
3524   updateAnalysis();
3525   
3526   // Predicate any stores.
3527   for (auto KV : PredicatedStores) {
3528     BasicBlock::iterator I(KV.first);
3529     auto *BB = SplitBlock(I->getParent(), &*std::next(I), DT, LI);
3530     auto *T = SplitBlockAndInsertIfThen(KV.second, &*I, /*Unreachable=*/false,
3531                                         /*BranchWeights=*/nullptr, DT);
3532     I->moveBefore(T);
3533     I->getParent()->setName("pred.store.if");
3534     BB->setName("pred.store.continue");
3535   }
3536   DEBUG(DT->verifyDomTree());
3537   // Remove redundant induction instructions.
3538   cse(LoopVectorBody);
3539 }
3540
3541 void InnerLoopVectorizer::fixLCSSAPHIs() {
3542   for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
3543        LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
3544     PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
3545     if (!LCSSAPhi) break;
3546     if (LCSSAPhi->getNumIncomingValues() == 1)
3547       LCSSAPhi->addIncoming(UndefValue::get(LCSSAPhi->getType()),
3548                             LoopMiddleBlock);
3549   }
3550 }
3551
3552 InnerLoopVectorizer::VectorParts
3553 InnerLoopVectorizer::createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst) {
3554   assert(std::find(pred_begin(Dst), pred_end(Dst), Src) != pred_end(Dst) &&
3555          "Invalid edge");
3556
3557   // Look for cached value.
3558   std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*> Edge(Src, Dst);
3559   EdgeMaskCache::iterator ECEntryIt = MaskCache.find(Edge);
3560   if (ECEntryIt != MaskCache.end())
3561     return ECEntryIt->second;
3562
3563   VectorParts SrcMask = createBlockInMask(Src);
3564
3565   // The terminator has to be a branch inst!
3566   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Src->getTerminator());
3567   assert(BI && "Unexpected terminator found");
3568
3569   if (BI->isConditional()) {
3570     VectorParts EdgeMask = getVectorValue(BI->getCondition());
3571
3572     if (BI->getSuccessor(0) != Dst)
3573       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3574         EdgeMask[part] = Builder.CreateNot(EdgeMask[part]);
3575
3576     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3577       EdgeMask[part] = Builder.CreateAnd(EdgeMask[part], SrcMask[part]);
3578
3579     MaskCache[Edge] = EdgeMask;
3580     return EdgeMask;
3581   }
3582
3583   MaskCache[Edge] = SrcMask;
3584   return SrcMask;
3585 }
3586
3587 InnerLoopVectorizer::VectorParts
3588 InnerLoopVectorizer::createBlockInMask(BasicBlock *BB) {
3589   assert(OrigLoop->contains(BB) && "Block is not a part of a loop");
3590
3591   // Loop incoming mask is all-one.
3592   if (OrigLoop->getHeader() == BB) {
3593     Value *C = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 1);
3594     return getVectorValue(C);
3595   }
3596
3597   // This is the block mask. We OR all incoming edges, and with zero.
3598   Value *Zero = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 0);
3599   VectorParts BlockMask = getVectorValue(Zero);
3600
3601   // For each pred:
3602   for (pred_iterator it = pred_begin(BB), e = pred_end(BB); it != e; ++it) {
3603     VectorParts EM = createEdgeMask(*it, BB);
3604     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3605       BlockMask[part] = Builder.CreateOr(BlockMask[part], EM[part]);
3606   }
3607
3608   return BlockMask;
3609 }
3610
3611 void InnerLoopVectorizer::widenPHIInstruction(
3612     Instruction *PN, InnerLoopVectorizer::VectorParts &Entry, unsigned UF,
3613     unsigned VF, PhiVector *PV) {
3614   PHINode* P = cast<PHINode>(PN);
3615   // Handle reduction variables:
3616   if (Legal->isReductionVariable(P)) {
3617     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3618       // This is phase one of vectorizing PHIs.
3619       Type *VecTy = (VF == 1) ? PN->getType() :
3620       VectorType::get(PN->getType(), VF);
3621       Entry[part] = PHINode::Create(
3622           VecTy, 2, "vec.phi", &*LoopVectorBody.back()->getFirstInsertionPt());
3623     }
3624     PV->push_back(P);
3625     return;
3626   }
3627
3628   setDebugLocFromInst(Builder, P);
3629   // Check for PHI nodes that are lowered to vector selects.
3630   if (P->getParent() != OrigLoop->getHeader()) {
3631     // We know that all PHIs in non-header blocks are converted into
3632     // selects, so we don't have to worry about the insertion order and we
3633     // can just use the builder.
3634     // At this point we generate the predication tree. There may be
3635     // duplications since this is a simple recursive scan, but future
3636     // optimizations will clean it up.
3637
3638     unsigned NumIncoming = P->getNumIncomingValues();
3639
3640     // Generate a sequence of selects of the form:
3641     // SELECT(Mask3, In3,
3642     //      SELECT(Mask2, In2,
3643     //                   ( ...)))
3644     for (unsigned In = 0; In < NumIncoming; In++) {
3645       VectorParts Cond = createEdgeMask(P->getIncomingBlock(In),
3646                                         P->getParent());
3647       VectorParts &In0 = getVectorValue(P->getIncomingValue(In));
3648
3649       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3650         // We might have single edge PHIs (blocks) - use an identity
3651         // 'select' for the first PHI operand.
3652         if (In == 0)
3653           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
3654                                              In0[part]);
3655         else
3656           // Select between the current value and the previous incoming edge
3657           // based on the incoming mask.
3658           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
3659                                              Entry[part], "predphi");
3660       }
3661     }
3662     return;
3663   }
3664
3665   // This PHINode must be an induction variable.
3666   // Make sure that we know about it.
3667   assert(Legal->getInductionVars()->count(P) &&
3668          "Not an induction variable");
3669
3670   InductionDescriptor II = Legal->getInductionVars()->lookup(P);
3671
3672   // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
3673   // which can be found from the original scalar operations.
3674   switch (II.getKind()) {
3675     case InductionDescriptor::IK_NoInduction:
3676       llvm_unreachable("Unknown induction");
3677     case InductionDescriptor::IK_IntInduction: {
3678       assert(P->getType() == II.getStartValue()->getType() &&
3679              "Types must match");
3680       // Handle other induction variables that are now based on the
3681       // canonical one.
3682       Value *V = Induction;
3683       if (P != OldInduction) {
3684         V = Builder.CreateSExtOrTrunc(Induction, P->getType());
3685         V = II.transform(Builder, V);
3686         V->setName("offset.idx");
3687       }
3688       Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(V);
3689       // After broadcasting the induction variable we need to make the vector
3690       // consecutive by adding 0, 1, 2, etc.
3691       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3692         Entry[part] = getStepVector(Broadcasted, VF * part, II.getStepValue());
3693       return;
3694     }
3695     case InductionDescriptor::IK_PtrInduction:
3696       // Handle the pointer induction variable case.
3697       assert(P->getType()->isPointerTy() && "Unexpected type.");
3698       // This is the normalized GEP that starts counting at zero.
3699       Value *PtrInd = Induction;
3700       PtrInd = Builder.CreateSExtOrTrunc(PtrInd, II.getStepValue()->getType());
3701       // This is the vector of results. Notice that we don't generate
3702       // vector geps because scalar geps result in better code.
3703       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3704         if (VF == 1) {
3705           int EltIndex = part;
3706           Constant *Idx = ConstantInt::get(PtrInd->getType(), EltIndex);
3707           Value *GlobalIdx = Builder.CreateAdd(PtrInd, Idx);
3708           Value *SclrGep = II.transform(Builder, GlobalIdx);
3709           SclrGep->setName("next.gep");
3710           Entry[part] = SclrGep;
3711           continue;
3712         }
3713
3714         Value *VecVal = UndefValue::get(VectorType::get(P->getType(), VF));
3715         for (unsigned int i = 0; i < VF; ++i) {
3716           int EltIndex = i + part * VF;
3717           Constant *Idx = ConstantInt::get(PtrInd->getType(), EltIndex);
3718           Value *GlobalIdx = Builder.CreateAdd(PtrInd, Idx);
3719           Value *SclrGep = II.transform(Builder, GlobalIdx);
3720           SclrGep->setName("next.gep");
3721           VecVal = Builder.CreateInsertElement(VecVal, SclrGep,
3722                                                Builder.getInt32(i),
3723                                                "insert.gep");
3724         }
3725         Entry[part] = VecVal;
3726       }
3727       return;
3728   }
3729 }
3730
3731 void InnerLoopVectorizer::vectorizeBlockInLoop(BasicBlock *BB, PhiVector *PV) {
3732   // For each instruction in the old loop.
3733   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
3734     VectorParts &Entry = WidenMap.get(&*it);
3735
3736     switch (it->getOpcode()) {
3737     case Instruction::Br:
3738       // Nothing to do for PHIs and BR, since we already took care of the
3739       // loop control flow instructions.
3740       continue;
3741     case Instruction::PHI: {
3742       // Vectorize PHINodes.
3743       widenPHIInstruction(&*it, Entry, UF, VF, PV);
3744       continue;
3745     }// End of PHI.
3746
3747     case Instruction::Add:
3748     case Instruction::FAdd:
3749     case Instruction::Sub:
3750     case Instruction::FSub:
3751     case Instruction::Mul:
3752     case Instruction::FMul:
3753     case Instruction::UDiv:
3754     case Instruction::SDiv:
3755     case Instruction::FDiv:
3756     case Instruction::URem:
3757     case Instruction::SRem:
3758     case Instruction::FRem:
3759     case Instruction::Shl:
3760     case Instruction::LShr:
3761     case Instruction::AShr:
3762     case Instruction::And:
3763     case Instruction::Or:
3764     case Instruction::Xor: {
3765       // Just widen binops.
3766       BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(it);
3767       setDebugLocFromInst(Builder, BinOp);
3768       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3769       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
3770
3771       // Use this vector value for all users of the original instruction.
3772       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3773         Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), A[Part], B[Part]);
3774
3775         if (BinaryOperator *VecOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
3776           VecOp->copyIRFlags(BinOp);
3777
3778         Entry[Part] = V;
3779       }
3780
3781       propagateMetadata(Entry, &*it);
3782       break;
3783     }
3784     case Instruction::Select: {
3785       // Widen selects.
3786       // If the selector is loop invariant we can create a select
3787       // instruction with a scalar condition. Otherwise, use vector-select.
3788       bool InvariantCond = SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(it->getOperand(0)),
3789                                                OrigLoop);
3790       setDebugLocFromInst(Builder, &*it);
3791
3792       // The condition can be loop invariant  but still defined inside the
3793       // loop. This means that we can't just use the original 'cond' value.
3794       // We have to take the 'vectorized' value and pick the first lane.
3795       // Instcombine will make this a no-op.
3796       VectorParts &Cond = getVectorValue(it->getOperand(0));
3797       VectorParts &Op0  = getVectorValue(it->getOperand(1));
3798       VectorParts &Op1  = getVectorValue(it->getOperand(2));
3799       
3800       Value *ScalarCond = (VF == 1) ? Cond[0] :
3801         Builder.CreateExtractElement(Cond[0], Builder.getInt32(0));
3802
3803       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3804         Entry[Part] = Builder.CreateSelect(
3805           InvariantCond ? ScalarCond : Cond[Part],
3806           Op0[Part],
3807           Op1[Part]);
3808       }
3809
3810       propagateMetadata(Entry, &*it);
3811       break;
3812     }
3813
3814     case Instruction::ICmp:
3815     case Instruction::FCmp: {
3816       // Widen compares. Generate vector compares.
3817       bool FCmp = (it->getOpcode() == Instruction::FCmp);
3818       CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(it);
3819       setDebugLocFromInst(Builder, &*it);
3820       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3821       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
3822       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3823         Value *C = nullptr;
3824         if (FCmp) {
3825           C = Builder.CreateFCmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
3826           cast<FCmpInst>(C)->copyFastMathFlags(&*it);
3827    &n