dd9edf442a58c59102cedfc0414dcef7743554ce
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Vectorize / LoopVectorize.cpp
1 //===- LoopVectorize.cpp - A Loop Vectorizer ------------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This is the LLVM loop vectorizer. This pass modifies 'vectorizable' loops
11 // and generates target-independent LLVM-IR.
12 // The vectorizer uses the TargetTransformInfo analysis to estimate the costs
13 // of instructions in order to estimate the profitability of vectorization.
14 //
15 // The loop vectorizer combines consecutive loop iterations into a single
16 // 'wide' iteration. After this transformation the index is incremented
17 // by the SIMD vector width, and not by one.
18 //
19 // This pass has three parts:
20 // 1. The main loop pass that drives the different parts.
21 // 2. LoopVectorizationLegality - A unit that checks for the legality
22 //    of the vectorization.
23 // 3. InnerLoopVectorizer - A unit that performs the actual
24 //    widening of instructions.
25 // 4. LoopVectorizationCostModel - A unit that checks for the profitability
26 //    of vectorization. It decides on the optimal vector width, which
27 //    can be one, if vectorization is not profitable.
28 //
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30 //
31 // The reduction-variable vectorization is based on the paper:
32 //  D. Nuzman and R. Henderson. Multi-platform Auto-vectorization.
33 //
34 // Variable uniformity checks are inspired by:
35 //  Karrenberg, R. and Hack, S. Whole Function Vectorization.
36 //
37 // The interleaved access vectorization is based on the paper:
38 //  Dorit Nuzman, Ira Rosen and Ayal Zaks.  Auto-Vectorization of Interleaved
39 //  Data for SIMD
40 //
41 // Other ideas/concepts are from:
42 //  A. Zaks and D. Nuzman. Autovectorization in GCC-two years later.
43 //
44 //  S. Maleki, Y. Gao, M. Garzaran, T. Wong and D. Padua.  An Evaluation of
45 //  Vectorizing Compilers.
46 //
47 //===----------------------------------------------------------------------===//
48
49 #include "llvm/Transforms/Vectorize.h"
50 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
51 #include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
52 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
53 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
54 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
55 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
56 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
57 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
58 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
59 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
60 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
61 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
62 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
63 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfo.h"
64 #include "llvm/Analysis/CodeMetrics.h"
65 #include "llvm/Analysis/LoopAccessAnalysis.h"
66 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
67 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
68 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
69 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
70 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
71 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
72 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
73 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
74 #include "llvm/IR/Constants.h"
75 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
76 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
77 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
78 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
79 #include "llvm/IR/Dominators.h"
80 #include "llvm/IR/Function.h"
81 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
82 #include "llvm/IR/Instructions.h"
83 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
84 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
85 #include "llvm/IR/Module.h"
86 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
87 #include "llvm/IR/Type.h"
88 #include "llvm/IR/Value.h"
89 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
90 #include "llvm/IR/Verifier.h"
91 #include "llvm/Pass.h"
92 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
93 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
94 #include "llvm/Support/Debug.h"
95 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
96 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
97 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
98 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
99 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
100 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
101 #include <algorithm>
102 #include <map>
103 #include <tuple>
104
105 using namespace llvm;
106 using namespace llvm::PatternMatch;
107
108 #define LV_NAME "loop-vectorize"
109 #define DEBUG_TYPE LV_NAME
110
111 STATISTIC(LoopsVectorized, "Number of loops vectorized");
112 STATISTIC(LoopsAnalyzed, "Number of loops analyzed for vectorization");
113
114 static cl::opt<bool>
115 EnableIfConversion("enable-if-conversion", cl::init(true), cl::Hidden,
116                    cl::desc("Enable if-conversion during vectorization."));
117
118 /// We don't vectorize loops with a known constant trip count below this number.
119 static cl::opt<unsigned>
120 TinyTripCountVectorThreshold("vectorizer-min-trip-count", cl::init(16),
121                              cl::Hidden,
122                              cl::desc("Don't vectorize loops with a constant "
123                                       "trip count that is smaller than this "
124                                       "value."));
125
126 /// This enables versioning on the strides of symbolically striding memory
127 /// accesses in code like the following.
128 ///   for (i = 0; i < N; ++i)
129 ///     A[i * Stride1] += B[i * Stride2] ...
130 ///
131 /// Will be roughly translated to
132 ///    if (Stride1 == 1 && Stride2 == 1) {
133 ///      for (i = 0; i < N; i+=4)
134 ///       A[i:i+3] += ...
135 ///    } else
136 ///      ...
137 static cl::opt<bool> EnableMemAccessVersioning(
138     "enable-mem-access-versioning", cl::init(true), cl::Hidden,
139     cl::desc("Enable symblic stride memory access versioning"));
140
141 static cl::opt<bool> EnableInterleavedMemAccesses(
142     "enable-interleaved-mem-accesses", cl::init(false), cl::Hidden,
143     cl::desc("Enable vectorization on interleaved memory accesses in a loop"));
144
145 /// Maximum factor for an interleaved memory access.
146 static cl::opt<unsigned> MaxInterleaveGroupFactor(
147     "max-interleave-group-factor", cl::Hidden,
148     cl::desc("Maximum factor for an interleaved access group (default = 8)"),
149     cl::init(8));
150
151 /// We don't interleave loops with a known constant trip count below this
152 /// number.
153 static const unsigned TinyTripCountInterleaveThreshold = 128;
154
155 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumScalarRegs(
156     "force-target-num-scalar-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
157     cl::desc("A flag that overrides the target's number of scalar registers."));
158
159 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumVectorRegs(
160     "force-target-num-vector-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
161     cl::desc("A flag that overrides the target's number of vector registers."));
162
163 /// Maximum vectorization interleave count.
164 static const unsigned MaxInterleaveFactor = 16;
165
166 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor(
167     "force-target-max-scalar-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
168     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
169              "scalar loops."));
170
171 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor(
172     "force-target-max-vector-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
173     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
174              "vectorized loops."));
175
176 static cl::opt<unsigned> ForceTargetInstructionCost(
177     "force-target-instruction-cost", cl::init(0), cl::Hidden,
178     cl::desc("A flag that overrides the target's expected cost for "
179              "an instruction to a single constant value. Mostly "
180              "useful for getting consistent testing."));
181
182 static cl::opt<unsigned> SmallLoopCost(
183     "small-loop-cost", cl::init(20), cl::Hidden,
184     cl::desc(
185         "The cost of a loop that is considered 'small' by the interleaver."));
186
187 static cl::opt<bool> LoopVectorizeWithBlockFrequency(
188     "loop-vectorize-with-block-frequency", cl::init(false), cl::Hidden,
189     cl::desc("Enable the use of the block frequency analysis to access PGO "
190              "heuristics minimizing code growth in cold regions and being more "
191              "aggressive in hot regions."));
192
193 // Runtime interleave loops for load/store throughput.
194 static cl::opt<bool> EnableLoadStoreRuntimeInterleave(
195     "enable-loadstore-runtime-interleave", cl::init(true), cl::Hidden,
196     cl::desc(
197         "Enable runtime interleaving until load/store ports are saturated"));
198
199 /// The number of stores in a loop that are allowed to need predication.
200 static cl::opt<unsigned> NumberOfStoresToPredicate(
201     "vectorize-num-stores-pred", cl::init(1), cl::Hidden,
202     cl::desc("Max number of stores to be predicated behind an if."));
203
204 static cl::opt<bool> EnableIndVarRegisterHeur(
205     "enable-ind-var-reg-heur", cl::init(true), cl::Hidden,
206     cl::desc("Count the induction variable only once when interleaving"));
207
208 static cl::opt<bool> EnableCondStoresVectorization(
209     "enable-cond-stores-vec", cl::init(false), cl::Hidden,
210     cl::desc("Enable if predication of stores during vectorization."));
211
212 static cl::opt<unsigned> MaxNestedScalarReductionIC(
213     "max-nested-scalar-reduction-interleave", cl::init(2), cl::Hidden,
214     cl::desc("The maximum interleave count to use when interleaving a scalar "
215              "reduction in a nested loop."));
216
217 static cl::opt<unsigned> PragmaVectorizeMemoryCheckThreshold(
218     "pragma-vectorize-memory-check-threshold", cl::init(128), cl::Hidden,
219     cl::desc("The maximum allowed number of runtime memory checks with a "
220              "vectorize(enable) pragma."));
221
222 namespace {
223
224 // Forward declarations.
225 class LoopVectorizeHints;
226 class LoopVectorizationLegality;
227 class LoopVectorizationCostModel;
228 class LoopVectorizationRequirements;
229
230 /// \brief This modifies LoopAccessReport to initialize message with
231 /// loop-vectorizer-specific part.
232 class VectorizationReport : public LoopAccessReport {
233 public:
234   VectorizationReport(Instruction *I = nullptr)
235       : LoopAccessReport("loop not vectorized: ", I) {}
236
237   /// \brief This allows promotion of the loop-access analysis report into the
238   /// loop-vectorizer report.  It modifies the message to add the
239   /// loop-vectorizer-specific part of the message.
240   explicit VectorizationReport(const LoopAccessReport &R)
241       : LoopAccessReport(Twine("loop not vectorized: ") + R.str(),
242                          R.getInstr()) {}
243 };
244
245 /// A helper function for converting Scalar types to vector types.
246 /// If the incoming type is void, we return void. If the VF is 1, we return
247 /// the scalar type.
248 static Type* ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF) {
249   if (Scalar->isVoidTy() || VF == 1)
250     return Scalar;
251   return VectorType::get(Scalar, VF);
252 }
253
254 /// InnerLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
255 /// block to a specified vectorization factor (VF).
256 /// This class performs the widening of scalars into vectors, or multiple
257 /// scalars. This class also implements the following features:
258 /// * It inserts an epilogue loop for handling loops that don't have iteration
259 ///   counts that are known to be a multiple of the vectorization factor.
260 /// * It handles the code generation for reduction variables.
261 /// * Scalarization (implementation using scalars) of un-vectorizable
262 ///   instructions.
263 /// InnerLoopVectorizer does not perform any vectorization-legality
264 /// checks, and relies on the caller to check for the different legality
265 /// aspects. The InnerLoopVectorizer relies on the
266 /// LoopVectorizationLegality class to provide information about the induction
267 /// and reduction variables that were found to a given vectorization factor.
268 class InnerLoopVectorizer {
269 public:
270   InnerLoopVectorizer(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
271                       DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI,
272                       const TargetTransformInfo *TTI, unsigned VecWidth,
273                       unsigned UnrollFactor)
274       : OrigLoop(OrigLoop), SE(SE), LI(LI), DT(DT), TLI(TLI), TTI(TTI),
275         VF(VecWidth), UF(UnrollFactor), Builder(SE->getContext()),
276         Induction(nullptr), OldInduction(nullptr), WidenMap(UnrollFactor),
277         TripCount(nullptr), VectorTripCount(nullptr), Legal(nullptr),
278         AddedSafetyChecks(false) {}
279
280   // Perform the actual loop widening (vectorization).
281   void vectorize(LoopVectorizationLegality *L) {
282     Legal = L;
283     // Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
284     createEmptyLoop();
285     // Widen each instruction in the old loop to a new one in the new loop.
286     // Use the Legality module to find the induction and reduction variables.
287     vectorizeLoop();
288     // Register the new loop and update the analysis passes.
289     updateAnalysis();
290   }
291
292   // Return true if any runtime check is added.
293   bool IsSafetyChecksAdded() {
294     return AddedSafetyChecks;
295   }
296
297   virtual ~InnerLoopVectorizer() {}
298
299 protected:
300   /// A small list of PHINodes.
301   typedef SmallVector<PHINode*, 4> PhiVector;
302   /// When we unroll loops we have multiple vector values for each scalar.
303   /// This data structure holds the unrolled and vectorized values that
304   /// originated from one scalar instruction.
305   typedef SmallVector<Value*, 2> VectorParts;
306
307   // When we if-convert we need to create edge masks. We have to cache values
308   // so that we don't end up with exponential recursion/IR.
309   typedef DenseMap<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>,
310                    VectorParts> EdgeMaskCache;
311
312   /// \brief Add checks for strides that were assumed to be 1.
313   ///
314   /// Returns the last check instruction and the first check instruction in the
315   /// pair as (first, last).
316   std::pair<Instruction *, Instruction *> addStrideCheck(Instruction *Loc);
317
318   /// Create an empty loop, based on the loop ranges of the old loop.
319   void createEmptyLoop();
320   /// Create a new induction variable inside L.
321   PHINode *createInductionVariable(Loop *L, Value *Start, Value *End,
322                                    Value *Step, Instruction *DL);
323   /// Copy and widen the instructions from the old loop.
324   virtual void vectorizeLoop();
325
326   /// \brief The Loop exit block may have single value PHI nodes where the
327   /// incoming value is 'Undef'. While vectorizing we only handled real values
328   /// that were defined inside the loop. Here we fix the 'undef case'.
329   /// See PR14725.
330   void fixLCSSAPHIs();
331
332   /// A helper function that computes the predicate of the block BB, assuming
333   /// that the header block of the loop is set to True. It returns the *entry*
334   /// mask for the block BB.
335   VectorParts createBlockInMask(BasicBlock *BB);
336   /// A helper function that computes the predicate of the edge between SRC
337   /// and DST.
338   VectorParts createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst);
339
340   /// A helper function to vectorize a single BB within the innermost loop.
341   void vectorizeBlockInLoop(BasicBlock *BB, PhiVector *PV);
342
343   /// Vectorize a single PHINode in a block. This method handles the induction
344   /// variable canonicalization. It supports both VF = 1 for unrolled loops and
345   /// arbitrary length vectors.
346   void widenPHIInstruction(Instruction *PN, VectorParts &Entry,
347                            unsigned UF, unsigned VF, PhiVector *PV);
348
349   /// Insert the new loop to the loop hierarchy and pass manager
350   /// and update the analysis passes.
351   void updateAnalysis();
352
353   /// This instruction is un-vectorizable. Implement it as a sequence
354   /// of scalars. If \p IfPredicateStore is true we need to 'hide' each
355   /// scalarized instruction behind an if block predicated on the control
356   /// dependence of the instruction.
357   virtual void scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
358                                     bool IfPredicateStore=false);
359
360   /// Vectorize Load and Store instructions,
361   virtual void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr);
362
363   /// Create a broadcast instruction. This method generates a broadcast
364   /// instruction (shuffle) for loop invariant values and for the induction
365   /// value. If this is the induction variable then we extend it to N, N+1, ...
366   /// this is needed because each iteration in the loop corresponds to a SIMD
367   /// element.
368   virtual Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
369
370   /// This function adds (StartIdx, StartIdx + Step, StartIdx + 2*Step, ...)
371   /// to each vector element of Val. The sequence starts at StartIndex.
372   virtual Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step);
373
374   /// When we go over instructions in the basic block we rely on previous
375   /// values within the current basic block or on loop invariant values.
376   /// When we widen (vectorize) values we place them in the map. If the values
377   /// are not within the map, they have to be loop invariant, so we simply
378   /// broadcast them into a vector.
379   VectorParts &getVectorValue(Value *V);
380
381   /// Try to vectorize the interleaved access group that \p Instr belongs to.
382   void vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr);
383
384   /// Generate a shuffle sequence that will reverse the vector Vec.
385   virtual Value *reverseVector(Value *Vec);
386
387   /// Returns (and creates if needed) the original loop trip count.
388   Value *getOrCreateTripCount(Loop *NewLoop);
389
390   /// Returns (and creates if needed) the trip count of the widened loop.
391   Value *getOrCreateVectorTripCount(Loop *NewLoop);
392
393   /// Emit a bypass check to see if the trip count would overflow, or we
394   /// wouldn't have enough iterations to execute one vector loop.
395   void emitMinimumIterationCountCheck(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
396   /// Emit a bypass check to see if the vector trip count is nonzero.
397   void emitVectorLoopEnteredCheck(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
398   /// Emit bypass checks to check if strides we've assumed to be one really are.
399   void emitStrideChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
400   /// Emit bypass checks to check any memory assumptions we may have made.
401   void emitMemRuntimeChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
402   
403   /// This is a helper class that holds the vectorizer state. It maps scalar
404   /// instructions to vector instructions. When the code is 'unrolled' then
405   /// then a single scalar value is mapped to multiple vector parts. The parts
406   /// are stored in the VectorPart type.
407   struct ValueMap {
408     /// C'tor.  UnrollFactor controls the number of vectors ('parts') that
409     /// are mapped.
410     ValueMap(unsigned UnrollFactor) : UF(UnrollFactor) {}
411
412     /// \return True if 'Key' is saved in the Value Map.
413     bool has(Value *Key) const { return MapStorage.count(Key); }
414
415     /// Initializes a new entry in the map. Sets all of the vector parts to the
416     /// save value in 'Val'.
417     /// \return A reference to a vector with splat values.
418     VectorParts &splat(Value *Key, Value *Val) {
419       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
420       Entry.assign(UF, Val);
421       return Entry;
422     }
423
424     ///\return A reference to the value that is stored at 'Key'.
425     VectorParts &get(Value *Key) {
426       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
427       if (Entry.empty())
428         Entry.resize(UF);
429       assert(Entry.size() == UF);
430       return Entry;
431     }
432
433   private:
434     /// The unroll factor. Each entry in the map stores this number of vector
435     /// elements.
436     unsigned UF;
437
438     /// Map storage. We use std::map and not DenseMap because insertions to a
439     /// dense map invalidates its iterators.
440     std::map<Value *, VectorParts> MapStorage;
441   };
442
443   /// The original loop.
444   Loop *OrigLoop;
445   /// Scev analysis to use.
446   ScalarEvolution *SE;
447   /// Loop Info.
448   LoopInfo *LI;
449   /// Dominator Tree.
450   DominatorTree *DT;
451   /// Alias Analysis.
452   AliasAnalysis *AA;
453   /// Target Library Info.
454   const TargetLibraryInfo *TLI;
455   /// Target Transform Info.
456   const TargetTransformInfo *TTI;
457
458   /// The vectorization SIMD factor to use. Each vector will have this many
459   /// vector elements.
460   unsigned VF;
461
462 protected:
463   /// The vectorization unroll factor to use. Each scalar is vectorized to this
464   /// many different vector instructions.
465   unsigned UF;
466
467   /// The builder that we use
468   IRBuilder<> Builder;
469
470   // --- Vectorization state ---
471
472   /// The vector-loop preheader.
473   BasicBlock *LoopVectorPreHeader;
474   /// The scalar-loop preheader.
475   BasicBlock *LoopScalarPreHeader;
476   /// Middle Block between the vector and the scalar.
477   BasicBlock *LoopMiddleBlock;
478   ///The ExitBlock of the scalar loop.
479   BasicBlock *LoopExitBlock;
480   ///The vector loop body.
481   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopVectorBody;
482   ///The scalar loop body.
483   BasicBlock *LoopScalarBody;
484   /// A list of all bypass blocks. The first block is the entry of the loop.
485   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopBypassBlocks;
486
487   /// The new Induction variable which was added to the new block.
488   PHINode *Induction;
489   /// The induction variable of the old basic block.
490   PHINode *OldInduction;
491   /// Maps scalars to widened vectors.
492   ValueMap WidenMap;
493   EdgeMaskCache MaskCache;
494   /// Trip count of the original loop.
495   Value *TripCount;
496   /// Trip count of the widened loop (TripCount - TripCount % (VF*UF))
497   Value *VectorTripCount;
498
499   LoopVectorizationLegality *Legal;
500
501   // Record whether runtime check is added.
502   bool AddedSafetyChecks;
503 };
504
505 class InnerLoopUnroller : public InnerLoopVectorizer {
506 public:
507   InnerLoopUnroller(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
508                     DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI,
509                     const TargetTransformInfo *TTI, unsigned UnrollFactor)
510       : InnerLoopVectorizer(OrigLoop, SE, LI, DT, TLI, TTI, 1, UnrollFactor) {}
511
512 private:
513   void scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
514                             bool IfPredicateStore = false) override;
515   void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) override;
516   Value *getBroadcastInstrs(Value *V) override;
517   Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step) override;
518   Value *reverseVector(Value *Vec) override;
519 };
520
521 /// \brief Look for a meaningful debug location on the instruction or it's
522 /// operands.
523 static Instruction *getDebugLocFromInstOrOperands(Instruction *I) {
524   if (!I)
525     return I;
526
527   DebugLoc Empty;
528   if (I->getDebugLoc() != Empty)
529     return I;
530
531   for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end(); OI != OE; ++OI) {
532     if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OI))
533       if (OpInst->getDebugLoc() != Empty)
534         return OpInst;
535   }
536
537   return I;
538 }
539
540 /// \brief Set the debug location in the builder using the debug location in the
541 /// instruction.
542 static void setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr) {
543   if (const Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(Ptr))
544     B.SetCurrentDebugLocation(Inst->getDebugLoc());
545   else
546     B.SetCurrentDebugLocation(DebugLoc());
547 }
548
549 #ifndef NDEBUG
550 /// \return string containing a file name and a line # for the given loop.
551 static std::string getDebugLocString(const Loop *L) {
552   std::string Result;
553   if (L) {
554     raw_string_ostream OS(Result);
555     if (const DebugLoc LoopDbgLoc = L->getStartLoc())
556       LoopDbgLoc.print(OS);
557     else
558       // Just print the module name.
559       OS << L->getHeader()->getParent()->getParent()->getModuleIdentifier();
560     OS.flush();
561   }
562   return Result;
563 }
564 #endif
565
566 /// \brief Propagate known metadata from one instruction to another.
567 static void propagateMetadata(Instruction *To, const Instruction *From) {
568   SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 4> Metadata;
569   From->getAllMetadataOtherThanDebugLoc(Metadata);
570
571   for (auto M : Metadata) {
572     unsigned Kind = M.first;
573
574     // These are safe to transfer (this is safe for TBAA, even when we
575     // if-convert, because should that metadata have had a control dependency
576     // on the condition, and thus actually aliased with some other
577     // non-speculated memory access when the condition was false, this would be
578     // caught by the runtime overlap checks).
579     if (Kind != LLVMContext::MD_tbaa &&
580         Kind != LLVMContext::MD_alias_scope &&
581         Kind != LLVMContext::MD_noalias &&
582         Kind != LLVMContext::MD_fpmath &&
583         Kind != LLVMContext::MD_nontemporal)
584       continue;
585
586     To->setMetadata(Kind, M.second);
587   }
588 }
589
590 /// \brief Propagate known metadata from one instruction to a vector of others.
591 static void propagateMetadata(SmallVectorImpl<Value *> &To, const Instruction *From) {
592   for (Value *V : To)
593     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
594       propagateMetadata(I, From);
595 }
596
597 /// \brief The group of interleaved loads/stores sharing the same stride and
598 /// close to each other.
599 ///
600 /// Each member in this group has an index starting from 0, and the largest
601 /// index should be less than interleaved factor, which is equal to the absolute
602 /// value of the access's stride.
603 ///
604 /// E.g. An interleaved load group of factor 4:
605 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
606 ///          a = A[i];                           // Member of index 0
607 ///          b = A[i+1];                         // Member of index 1
608 ///          d = A[i+3];                         // Member of index 3
609 ///          ...
610 ///        }
611 ///
612 ///      An interleaved store group of factor 4:
613 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
614 ///          ...
615 ///          A[i]   = a;                         // Member of index 0
616 ///          A[i+1] = b;                         // Member of index 1
617 ///          A[i+2] = c;                         // Member of index 2
618 ///          A[i+3] = d;                         // Member of index 3
619 ///        }
620 ///
621 /// Note: the interleaved load group could have gaps (missing members), but
622 /// the interleaved store group doesn't allow gaps.
623 class InterleaveGroup {
624 public:
625   InterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride, unsigned Align)
626       : Align(Align), SmallestKey(0), LargestKey(0), InsertPos(Instr) {
627     assert(Align && "The alignment should be non-zero");
628
629     Factor = std::abs(Stride);
630     assert(Factor > 1 && "Invalid interleave factor");
631
632     Reverse = Stride < 0;
633     Members[0] = Instr;
634   }
635
636   bool isReverse() const { return Reverse; }
637   unsigned getFactor() const { return Factor; }
638   unsigned getAlignment() const { return Align; }
639   unsigned getNumMembers() const { return Members.size(); }
640
641   /// \brief Try to insert a new member \p Instr with index \p Index and
642   /// alignment \p NewAlign. The index is related to the leader and it could be
643   /// negative if it is the new leader.
644   ///
645   /// \returns false if the instruction doesn't belong to the group.
646   bool insertMember(Instruction *Instr, int Index, unsigned NewAlign) {
647     assert(NewAlign && "The new member's alignment should be non-zero");
648
649     int Key = Index + SmallestKey;
650
651     // Skip if there is already a member with the same index.
652     if (Members.count(Key))
653       return false;
654
655     if (Key > LargestKey) {
656       // The largest index is always less than the interleave factor.
657       if (Index >= static_cast<int>(Factor))
658         return false;
659
660       LargestKey = Key;
661     } else if (Key < SmallestKey) {
662       // The largest index is always less than the interleave factor.
663       if (LargestKey - Key >= static_cast<int>(Factor))
664         return false;
665
666       SmallestKey = Key;
667     }
668
669     // It's always safe to select the minimum alignment.
670     Align = std::min(Align, NewAlign);
671     Members[Key] = Instr;
672     return true;
673   }
674
675   /// \brief Get the member with the given index \p Index
676   ///
677   /// \returns nullptr if contains no such member.
678   Instruction *getMember(unsigned Index) const {
679     int Key = SmallestKey + Index;
680     if (!Members.count(Key))
681       return nullptr;
682
683     return Members.find(Key)->second;
684   }
685
686   /// \brief Get the index for the given member. Unlike the key in the member
687   /// map, the index starts from 0.
688   unsigned getIndex(Instruction *Instr) const {
689     for (auto I : Members)
690       if (I.second == Instr)
691         return I.first - SmallestKey;
692
693     llvm_unreachable("InterleaveGroup contains no such member");
694   }
695
696   Instruction *getInsertPos() const { return InsertPos; }
697   void setInsertPos(Instruction *Inst) { InsertPos = Inst; }
698
699 private:
700   unsigned Factor; // Interleave Factor.
701   bool Reverse;
702   unsigned Align;
703   DenseMap<int, Instruction *> Members;
704   int SmallestKey;
705   int LargestKey;
706
707   // To avoid breaking dependences, vectorized instructions of an interleave
708   // group should be inserted at either the first load or the last store in
709   // program order.
710   //
711   // E.g. %even = load i32             // Insert Position
712   //      %add = add i32 %even         // Use of %even
713   //      %odd = load i32
714   //
715   //      store i32 %even
716   //      %odd = add i32               // Def of %odd
717   //      store i32 %odd               // Insert Position
718   Instruction *InsertPos;
719 };
720
721 /// \brief Drive the analysis of interleaved memory accesses in the loop.
722 ///
723 /// Use this class to analyze interleaved accesses only when we can vectorize
724 /// a loop. Otherwise it's meaningless to do analysis as the vectorization
725 /// on interleaved accesses is unsafe.
726 ///
727 /// The analysis collects interleave groups and records the relationships
728 /// between the member and the group in a map.
729 class InterleavedAccessInfo {
730 public:
731   InterleavedAccessInfo(ScalarEvolution *SE, Loop *L, DominatorTree *DT)
732       : SE(SE), TheLoop(L), DT(DT) {}
733
734   ~InterleavedAccessInfo() {
735     SmallSet<InterleaveGroup *, 4> DelSet;
736     // Avoid releasing a pointer twice.
737     for (auto &I : InterleaveGroupMap)
738       DelSet.insert(I.second);
739     for (auto *Ptr : DelSet)
740       delete Ptr;
741   }
742
743   /// \brief Analyze the interleaved accesses and collect them in interleave
744   /// groups. Substitute symbolic strides using \p Strides.
745   void analyzeInterleaving(const ValueToValueMap &Strides);
746
747   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleave group.
748   bool isInterleaved(Instruction *Instr) const {
749     return InterleaveGroupMap.count(Instr);
750   }
751
752   /// \brief Get the interleave group that \p Instr belongs to.
753   ///
754   /// \returns nullptr if doesn't have such group.
755   InterleaveGroup *getInterleaveGroup(Instruction *Instr) const {
756     if (InterleaveGroupMap.count(Instr))
757       return InterleaveGroupMap.find(Instr)->second;
758     return nullptr;
759   }
760
761 private:
762   ScalarEvolution *SE;
763   Loop *TheLoop;
764   DominatorTree *DT;
765
766   /// Holds the relationships between the members and the interleave group.
767   DenseMap<Instruction *, InterleaveGroup *> InterleaveGroupMap;
768
769   /// \brief The descriptor for a strided memory access.
770   struct StrideDescriptor {
771     StrideDescriptor(int Stride, const SCEV *Scev, unsigned Size,
772                      unsigned Align)
773         : Stride(Stride), Scev(Scev), Size(Size), Align(Align) {}
774
775     StrideDescriptor() : Stride(0), Scev(nullptr), Size(0), Align(0) {}
776
777     int Stride; // The access's stride. It is negative for a reverse access.
778     const SCEV *Scev; // The scalar expression of this access
779     unsigned Size;    // The size of the memory object.
780     unsigned Align;   // The alignment of this access.
781   };
782
783   /// \brief Create a new interleave group with the given instruction \p Instr,
784   /// stride \p Stride and alignment \p Align.
785   ///
786   /// \returns the newly created interleave group.
787   InterleaveGroup *createInterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride,
788                                          unsigned Align) {
789     assert(!InterleaveGroupMap.count(Instr) &&
790            "Already in an interleaved access group");
791     InterleaveGroupMap[Instr] = new InterleaveGroup(Instr, Stride, Align);
792     return InterleaveGroupMap[Instr];
793   }
794
795   /// \brief Release the group and remove all the relationships.
796   void releaseGroup(InterleaveGroup *Group) {
797     for (unsigned i = 0; i < Group->getFactor(); i++)
798       if (Instruction *Member = Group->getMember(i))
799         InterleaveGroupMap.erase(Member);
800
801     delete Group;
802   }
803
804   /// \brief Collect all the accesses with a constant stride in program order.
805   void collectConstStridedAccesses(
806       MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &StrideAccesses,
807       const ValueToValueMap &Strides);
808 };
809
810 /// Utility class for getting and setting loop vectorizer hints in the form
811 /// of loop metadata.
812 /// This class keeps a number of loop annotations locally (as member variables)
813 /// and can, upon request, write them back as metadata on the loop. It will
814 /// initially scan the loop for existing metadata, and will update the local
815 /// values based on information in the loop.
816 /// We cannot write all values to metadata, as the mere presence of some info,
817 /// for example 'force', means a decision has been made. So, we need to be
818 /// careful NOT to add them if the user hasn't specifically asked so.
819 class LoopVectorizeHints {
820   enum HintKind {
821     HK_WIDTH,
822     HK_UNROLL,
823     HK_FORCE
824   };
825
826   /// Hint - associates name and validation with the hint value.
827   struct Hint {
828     const char * Name;
829     unsigned Value; // This may have to change for non-numeric values.
830     HintKind Kind;
831
832     Hint(const char * Name, unsigned Value, HintKind Kind)
833       : Name(Name), Value(Value), Kind(Kind) { }
834
835     bool validate(unsigned Val) {
836       switch (Kind) {
837       case HK_WIDTH:
838         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= VectorizerParams::MaxVectorWidth;
839       case HK_UNROLL:
840         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= MaxInterleaveFactor;
841       case HK_FORCE:
842         return (Val <= 1);
843       }
844       return false;
845     }
846   };
847
848   /// Vectorization width.
849   Hint Width;
850   /// Vectorization interleave factor.
851   Hint Interleave;
852   /// Vectorization forced
853   Hint Force;
854
855   /// Return the loop metadata prefix.
856   static StringRef Prefix() { return "llvm.loop."; }
857
858 public:
859   enum ForceKind {
860     FK_Undefined = -1, ///< Not selected.
861     FK_Disabled = 0,   ///< Forcing disabled.
862     FK_Enabled = 1,    ///< Forcing enabled.
863   };
864
865   LoopVectorizeHints(const Loop *L, bool DisableInterleaving)
866       : Width("vectorize.width", VectorizerParams::VectorizationFactor,
867               HK_WIDTH),
868         Interleave("interleave.count", DisableInterleaving, HK_UNROLL),
869         Force("vectorize.enable", FK_Undefined, HK_FORCE),
870         TheLoop(L) {
871     // Populate values with existing loop metadata.
872     getHintsFromMetadata();
873
874     // force-vector-interleave overrides DisableInterleaving.
875     if (VectorizerParams::isInterleaveForced())
876       Interleave.Value = VectorizerParams::VectorizationInterleave;
877
878     DEBUG(if (DisableInterleaving && Interleave.Value == 1) dbgs()
879           << "LV: Interleaving disabled by the pass manager\n");
880   }
881
882   /// Mark the loop L as already vectorized by setting the width to 1.
883   void setAlreadyVectorized() {
884     Width.Value = Interleave.Value = 1;
885     Hint Hints[] = {Width, Interleave};
886     writeHintsToMetadata(Hints);
887   }
888
889   bool allowVectorization(Function *F, Loop *L, bool AlwaysVectorize) const {
890     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled) {
891       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: #pragma vectorize disable.\n");
892       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(),
893                                      vectorizeAnalysisPassName(), *F,
894                                      L->getStartLoc(), emitRemark());
895       return false;
896     }
897
898     if (!AlwaysVectorize && getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
899       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: No #pragma vectorize enable.\n");
900       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(),
901                                      vectorizeAnalysisPassName(), *F,
902                                      L->getStartLoc(), emitRemark());
903       return false;
904     }
905
906     if (getWidth() == 1 && getInterleave() == 1) {
907       // FIXME: Add a separate metadata to indicate when the loop has already
908       // been vectorized instead of setting width and count to 1.
909       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Disabled/already vectorized.\n");
910       // FIXME: Add interleave.disable metadata. This will allow
911       // vectorize.disable to be used without disabling the pass and errors
912       // to differentiate between disabled vectorization and a width of 1.
913       emitOptimizationRemarkAnalysis(
914           F->getContext(), vectorizeAnalysisPassName(), *F, L->getStartLoc(),
915           "loop not vectorized: vectorization and interleaving are explicitly "
916           "disabled, or vectorize width and interleave count are both set to "
917           "1");
918       return false;
919     }
920
921     return true;
922   }
923
924   /// Dumps all the hint information.
925   std::string emitRemark() const {
926     VectorizationReport R;
927     if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Disabled)
928       R << "vectorization is explicitly disabled";
929     else {
930       R << "use -Rpass-analysis=loop-vectorize for more info";
931       if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
932         R << " (Force=true";
933         if (Width.Value != 0)
934           R << ", Vector Width=" << Width.Value;
935         if (Interleave.Value != 0)
936           R << ", Interleave Count=" << Interleave.Value;
937         R << ")";
938       }
939     }
940
941     return R.str();
942   }
943
944   unsigned getWidth() const { return Width.Value; }
945   unsigned getInterleave() const { return Interleave.Value; }
946   enum ForceKind getForce() const { return (ForceKind)Force.Value; }
947   const char *vectorizeAnalysisPassName() const {
948     // If hints are provided that don't disable vectorization use the
949     // AlwaysPrint pass name to force the frontend to print the diagnostic.
950     if (getWidth() == 1)
951       return LV_NAME;
952     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled)
953       return LV_NAME;
954     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Undefined && getWidth() == 0)
955       return LV_NAME;
956     return DiagnosticInfo::AlwaysPrint;
957   }
958
959   bool allowReordering() const {
960     // When enabling loop hints are provided we allow the vectorizer to change
961     // the order of operations that is given by the scalar loop. This is not
962     // enabled by default because can be unsafe or inefficient. For example,
963     // reordering floating-point operations will change the way round-off
964     // error accumulates in the loop.
965     return getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled || getWidth() > 1;
966   }
967
968 private:
969   /// Find hints specified in the loop metadata and update local values.
970   void getHintsFromMetadata() {
971     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
972     if (!LoopID)
973       return;
974
975     // First operand should refer to the loop id itself.
976     assert(LoopID->getNumOperands() > 0 && "requires at least one operand");
977     assert(LoopID->getOperand(0) == LoopID && "invalid loop id");
978
979     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
980       const MDString *S = nullptr;
981       SmallVector<Metadata *, 4> Args;
982
983       // The expected hint is either a MDString or a MDNode with the first
984       // operand a MDString.
985       if (const MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i))) {
986         if (!MD || MD->getNumOperands() == 0)
987           continue;
988         S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
989         for (unsigned i = 1, ie = MD->getNumOperands(); i < ie; ++i)
990           Args.push_back(MD->getOperand(i));
991       } else {
992         S = dyn_cast<MDString>(LoopID->getOperand(i));
993         assert(Args.size() == 0 && "too many arguments for MDString");
994       }
995
996       if (!S)
997         continue;
998
999       // Check if the hint starts with the loop metadata prefix.
1000       StringRef Name = S->getString();
1001       if (Args.size() == 1)
1002         setHint(Name, Args[0]);
1003     }
1004   }
1005
1006   /// Checks string hint with one operand and set value if valid.
1007   void setHint(StringRef Name, Metadata *Arg) {
1008     if (!Name.startswith(Prefix()))
1009       return;
1010     Name = Name.substr(Prefix().size(), StringRef::npos);
1011
1012     const ConstantInt *C = mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(Arg);
1013     if (!C) return;
1014     unsigned Val = C->getZExtValue();
1015
1016     Hint *Hints[] = {&Width, &Interleave, &Force};
1017     for (auto H : Hints) {
1018       if (Name == H->Name) {
1019         if (H->validate(Val))
1020           H->Value = Val;
1021         else
1022           DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid hint '" << Name << "'\n");
1023         break;
1024       }
1025     }
1026   }
1027
1028   /// Create a new hint from name / value pair.
1029   MDNode *createHintMetadata(StringRef Name, unsigned V) const {
1030     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1031     Metadata *MDs[] = {MDString::get(Context, Name),
1032                        ConstantAsMetadata::get(
1033                            ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), V))};
1034     return MDNode::get(Context, MDs);
1035   }
1036
1037   /// Matches metadata with hint name.
1038   bool matchesHintMetadataName(MDNode *Node, ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1039     MDString* Name = dyn_cast<MDString>(Node->getOperand(0));
1040     if (!Name)
1041       return false;
1042
1043     for (auto H : HintTypes)
1044       if (Name->getString().endswith(H.Name))
1045         return true;
1046     return false;
1047   }
1048
1049   /// Sets current hints into loop metadata, keeping other values intact.
1050   void writeHintsToMetadata(ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1051     if (HintTypes.size() == 0)
1052       return;
1053
1054     // Reserve the first element to LoopID (see below).
1055     SmallVector<Metadata *, 4> MDs(1);
1056     // If the loop already has metadata, then ignore the existing operands.
1057     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1058     if (LoopID) {
1059       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1060         MDNode *Node = cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
1061         // If node in update list, ignore old value.
1062         if (!matchesHintMetadataName(Node, HintTypes))
1063           MDs.push_back(Node);
1064       }
1065     }
1066
1067     // Now, add the missing hints.
1068     for (auto H : HintTypes)
1069       MDs.push_back(createHintMetadata(Twine(Prefix(), H.Name).str(), H.Value));
1070
1071     // Replace current metadata node with new one.
1072     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1073     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
1074     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
1075     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
1076
1077     TheLoop->setLoopID(NewLoopID);
1078   }
1079
1080   /// The loop these hints belong to.
1081   const Loop *TheLoop;
1082 };
1083
1084 static void emitAnalysisDiag(const Function *TheFunction, const Loop *TheLoop,
1085                              const LoopVectorizeHints &Hints,
1086                              const LoopAccessReport &Message) {
1087   const char *Name = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
1088   LoopAccessReport::emitAnalysis(Message, TheFunction, TheLoop, Name);
1089 }
1090
1091 static void emitMissedWarning(Function *F, Loop *L,
1092                               const LoopVectorizeHints &LH) {
1093   emitOptimizationRemarkMissed(F->getContext(), LV_NAME, *F, L->getStartLoc(),
1094                                LH.emitRemark());
1095
1096   if (LH.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1097     if (LH.getWidth() != 1)
1098       emitLoopVectorizeWarning(
1099           F->getContext(), *F, L->getStartLoc(),
1100           "failed explicitly specified loop vectorization");
1101     else if (LH.getInterleave() != 1)
1102       emitLoopInterleaveWarning(
1103           F->getContext(), *F, L->getStartLoc(),
1104           "failed explicitly specified loop interleaving");
1105   }
1106 }
1107
1108 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
1109 /// to what vectorization factor.
1110 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
1111 /// legality. This class has two main kinds of checks:
1112 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
1113 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
1114 ///   correctness of the program.
1115 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeInstrs and canVectorizeMemory
1116 /// checks for a number of different conditions, such as the availability of a
1117 /// single induction variable, that all types are supported and vectorize-able,
1118 /// etc. This code reflects the capabilities of InnerLoopVectorizer.
1119 /// This class is also used by InnerLoopVectorizer for identifying
1120 /// induction variable and the different reduction variables.
1121 class LoopVectorizationLegality {
1122 public:
1123   LoopVectorizationLegality(Loop *L, ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT,
1124                             TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA,
1125                             Function *F, const TargetTransformInfo *TTI,
1126                             LoopAccessAnalysis *LAA,
1127                             LoopVectorizationRequirements *R,
1128                             const LoopVectorizeHints *H)
1129       : NumPredStores(0), TheLoop(L), SE(SE), TLI(TLI), TheFunction(F),
1130         TTI(TTI), DT(DT), LAA(LAA), LAI(nullptr), InterleaveInfo(SE, L, DT),
1131         Induction(nullptr), WidestIndTy(nullptr), HasFunNoNaNAttr(false),
1132         Requirements(R), Hints(H) {}
1133
1134   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
1135   /// of the reductions that were found in the loop.
1136   typedef DenseMap<PHINode *, RecurrenceDescriptor> ReductionList;
1137
1138   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
1139   /// induction descriptor.
1140   typedef MapVector<PHINode*, InductionDescriptor> InductionList;
1141
1142   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
1143   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
1144   /// loop, only that it is legal to do so.
1145   bool canVectorize();
1146
1147   /// Returns the Induction variable.
1148   PHINode *getInduction() { return Induction; }
1149
1150   /// Returns the reduction variables found in the loop.
1151   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
1152
1153   /// Returns the induction variables found in the loop.
1154   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
1155
1156   /// Returns the widest induction type.
1157   Type *getWidestInductionType() { return WidestIndTy; }
1158
1159   /// Returns True if V is an induction variable in this loop.
1160   bool isInductionVariable(const Value *V);
1161
1162   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
1163   /// to be vectorized.
1164   bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB);
1165
1166   /// Check if this  pointer is consecutive when vectorizing. This happens
1167   /// when the last index of the GEP is the induction variable, or that the
1168   /// pointer itself is an induction variable.
1169   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
1170   /// Returns:
1171   /// 0 - Stride is unknown or non-consecutive.
1172   /// 1 - Address is consecutive.
1173   /// -1 - Address is consecutive, and decreasing.
1174   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
1175
1176   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
1177   bool isUniform(Value *V);
1178
1179   /// Returns true if this instruction will remain scalar after vectorization.
1180   bool isUniformAfterVectorization(Instruction* I) { return Uniforms.count(I); }
1181
1182   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
1183   const RuntimePointerChecking *getRuntimePointerChecking() const {
1184     return LAI->getRuntimePointerChecking();
1185   }
1186
1187   const LoopAccessInfo *getLAI() const {
1188     return LAI;
1189   }
1190
1191   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleaved access group.
1192   bool isAccessInterleaved(Instruction *Instr) {
1193     return InterleaveInfo.isInterleaved(Instr);
1194   }
1195
1196   /// \brief Get the interleaved access group that \p Instr belongs to.
1197   const InterleaveGroup *getInterleavedAccessGroup(Instruction *Instr) {
1198     return InterleaveInfo.getInterleaveGroup(Instr);
1199   }
1200
1201   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return LAI->getMaxSafeDepDistBytes(); }
1202
1203   bool hasStride(Value *V) { return StrideSet.count(V); }
1204   bool mustCheckStrides() { return !StrideSet.empty(); }
1205   SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator strides_begin() {
1206     return StrideSet.begin();
1207   }
1208   SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator strides_end() { return StrideSet.end(); }
1209
1210   /// Returns true if the target machine supports masked store operation
1211   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1212   bool isLegalMaskedStore(Type *DataType, Value *Ptr) {
1213     return TTI->isLegalMaskedStore(DataType, isConsecutivePtr(Ptr));
1214   }
1215   /// Returns true if the target machine supports masked load operation
1216   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1217   bool isLegalMaskedLoad(Type *DataType, Value *Ptr) {
1218     return TTI->isLegalMaskedLoad(DataType, isConsecutivePtr(Ptr));
1219   }
1220   /// Returns true if vector representation of the instruction \p I
1221   /// requires mask.
1222   bool isMaskRequired(const Instruction* I) {
1223     return (MaskedOp.count(I) != 0);
1224   }
1225   unsigned getNumStores() const {
1226     return LAI->getNumStores();
1227   }
1228   unsigned getNumLoads() const {
1229     return LAI->getNumLoads();
1230   }
1231   unsigned getNumPredStores() const {
1232     return NumPredStores;
1233   }
1234 private:
1235   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
1236   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
1237   /// and we only need to check individual instructions.
1238   bool canVectorizeInstrs();
1239
1240   /// When we vectorize loops we may change the order in which
1241   /// we read and write from memory. This method checks if it is
1242   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
1243   /// Returns true if the loop is vectorizable
1244   bool canVectorizeMemory();
1245
1246   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
1247   /// transformation.
1248   bool canVectorizeWithIfConvert();
1249
1250   /// Collect the variables that need to stay uniform after vectorization.
1251   void collectLoopUniforms();
1252
1253   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
1254   /// executed. \p SafePtrs is a list of addresses that are known to be legal
1255   /// and we know that we can read from them without segfault.
1256   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs);
1257
1258   /// \brief Collect memory access with loop invariant strides.
1259   ///
1260   /// Looks for accesses like "a[i * StrideA]" where "StrideA" is loop
1261   /// invariant.
1262   void collectStridedAccess(Value *LoadOrStoreInst);
1263
1264   /// Report an analysis message to assist the user in diagnosing loops that are
1265   /// not vectorized.  These are handled as LoopAccessReport rather than
1266   /// VectorizationReport because the << operator of VectorizationReport returns
1267   /// LoopAccessReport.
1268   void emitAnalysis(const LoopAccessReport &Message) const {
1269     emitAnalysisDiag(TheFunction, TheLoop, *Hints, Message);
1270   }
1271
1272   unsigned NumPredStores;
1273
1274   /// The loop that we evaluate.
1275   Loop *TheLoop;
1276   /// Scev analysis.
1277   ScalarEvolution *SE;
1278   /// Target Library Info.
1279   TargetLibraryInfo *TLI;
1280   /// Parent function
1281   Function *TheFunction;
1282   /// Target Transform Info
1283   const TargetTransformInfo *TTI;
1284   /// Dominator Tree.
1285   DominatorTree *DT;
1286   // LoopAccess analysis.
1287   LoopAccessAnalysis *LAA;
1288   // And the loop-accesses info corresponding to this loop.  This pointer is
1289   // null until canVectorizeMemory sets it up.
1290   const LoopAccessInfo *LAI;
1291
1292   /// The interleave access information contains groups of interleaved accesses
1293   /// with the same stride and close to each other.
1294   InterleavedAccessInfo InterleaveInfo;
1295
1296   //  ---  vectorization state --- //
1297
1298   /// Holds the integer induction variable. This is the counter of the
1299   /// loop.
1300   PHINode *Induction;
1301   /// Holds the reduction variables.
1302   ReductionList Reductions;
1303   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
1304   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
1305   /// variables can be pointers.
1306   InductionList Inductions;
1307   /// Holds the widest induction type encountered.
1308   Type *WidestIndTy;
1309
1310   /// Allowed outside users. This holds the reduction
1311   /// vars which can be accessed from outside the loop.
1312   SmallPtrSet<Value*, 4> AllowedExit;
1313   /// This set holds the variables which are known to be uniform after
1314   /// vectorization.
1315   SmallPtrSet<Instruction*, 4> Uniforms;
1316
1317   /// Can we assume the absence of NaNs.
1318   bool HasFunNoNaNAttr;
1319
1320   /// Vectorization requirements that will go through late-evaluation.
1321   LoopVectorizationRequirements *Requirements;
1322
1323   /// Used to emit an analysis of any legality issues.
1324   const LoopVectorizeHints *Hints;
1325
1326   ValueToValueMap Strides;
1327   SmallPtrSet<Value *, 8> StrideSet;
1328
1329   /// While vectorizing these instructions we have to generate a
1330   /// call to the appropriate masked intrinsic
1331   SmallPtrSet<const Instruction*, 8> MaskedOp;
1332 };
1333
1334 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
1335 /// vectorization.
1336 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because of
1337 /// a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict the
1338 /// expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set. We use the
1339 /// TargetTransformInfo to query the different backends for the cost of
1340 /// different operations.
1341 class LoopVectorizationCostModel {
1342 public:
1343   LoopVectorizationCostModel(Loop *L, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
1344                              LoopVectorizationLegality *Legal,
1345                              const TargetTransformInfo &TTI,
1346                              const TargetLibraryInfo *TLI, AssumptionCache *AC,
1347                              const Function *F, const LoopVectorizeHints *Hints,
1348                              SmallPtrSetImpl<const Value *> &ValuesToIgnore)
1349       : TheLoop(L), SE(SE), LI(LI), Legal(Legal), TTI(TTI), TLI(TLI),
1350         TheFunction(F), Hints(Hints), ValuesToIgnore(ValuesToIgnore) {}
1351
1352   /// Information about vectorization costs
1353   struct VectorizationFactor {
1354     unsigned Width; // Vector width with best cost
1355     unsigned Cost; // Cost of the loop with that width
1356   };
1357   /// \return The most profitable vectorization factor and the cost of that VF.
1358   /// This method checks every power of two up to VF. If UserVF is not ZERO
1359   /// then this vectorization factor will be selected if vectorization is
1360   /// possible.
1361   VectorizationFactor selectVectorizationFactor(bool OptForSize);
1362
1363   /// \return The size (in bits) of the widest type in the code that
1364   /// needs to be vectorized. We ignore values that remain scalar such as
1365   /// 64 bit loop indices.
1366   unsigned getWidestType();
1367
1368   /// \return The desired interleave count.
1369   /// If interleave count has been specified by metadata it will be returned.
1370   /// Otherwise, the interleave count is computed and returned. VF and LoopCost
1371   /// are the selected vectorization factor and the cost of the selected VF.
1372   unsigned selectInterleaveCount(bool OptForSize, unsigned VF,
1373                                  unsigned LoopCost);
1374
1375   /// \return The most profitable unroll factor.
1376   /// This method finds the best unroll-factor based on register pressure and
1377   /// other parameters. VF and LoopCost are the selected vectorization factor
1378   /// and the cost of the selected VF.
1379   unsigned computeInterleaveCount(bool OptForSize, unsigned VF,
1380                                   unsigned LoopCost);
1381
1382   /// \brief A struct that represents some properties of the register usage
1383   /// of a loop.
1384   struct RegisterUsage {
1385     /// Holds the number of loop invariant values that are used in the loop.
1386     unsigned LoopInvariantRegs;
1387     /// Holds the maximum number of concurrent live intervals in the loop.
1388     unsigned MaxLocalUsers;
1389     /// Holds the number of instructions in the loop.
1390     unsigned NumInstructions;
1391   };
1392
1393   /// \return  information about the register usage of the loop.
1394   RegisterUsage calculateRegisterUsage();
1395
1396 private:
1397   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
1398   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
1399   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
1400   /// the factor width.
1401   unsigned expectedCost(unsigned VF);
1402
1403   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
1404   /// width. Vector width of one means scalar.
1405   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
1406
1407   /// Returns whether the instruction is a load or store and will be a emitted
1408   /// as a vector operation.
1409   bool isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *I);
1410
1411   /// Report an analysis message to assist the user in diagnosing loops that are
1412   /// not vectorized.  These are handled as LoopAccessReport rather than
1413   /// VectorizationReport because the << operator of VectorizationReport returns
1414   /// LoopAccessReport.
1415   void emitAnalysis(const LoopAccessReport &Message) const {
1416     emitAnalysisDiag(TheFunction, TheLoop, *Hints, Message);
1417   }
1418
1419   /// The loop that we evaluate.
1420   Loop *TheLoop;
1421   /// Scev analysis.
1422   ScalarEvolution *SE;
1423   /// Loop Info analysis.
1424   LoopInfo *LI;
1425   /// Vectorization legality.
1426   LoopVectorizationLegality *Legal;
1427   /// Vector target information.
1428   const TargetTransformInfo &TTI;
1429   /// Target Library Info.
1430   const TargetLibraryInfo *TLI;
1431   const Function *TheFunction;
1432   // Loop Vectorize Hint.
1433   const LoopVectorizeHints *Hints;
1434   // Values to ignore in the cost model.
1435   const SmallPtrSetImpl<const Value *> &ValuesToIgnore;
1436 };
1437
1438 /// \brief This holds vectorization requirements that must be verified late in
1439 /// the process. The requirements are set by legalize and costmodel. Once
1440 /// vectorization has been determined to be possible and profitable the
1441 /// requirements can be verified by looking for metadata or compiler options.
1442 /// For example, some loops require FP commutativity which is only allowed if
1443 /// vectorization is explicitly specified or if the fast-math compiler option
1444 /// has been provided.
1445 /// Late evaluation of these requirements allows helpful diagnostics to be
1446 /// composed that tells the user what need to be done to vectorize the loop. For
1447 /// example, by specifying #pragma clang loop vectorize or -ffast-math. Late
1448 /// evaluation should be used only when diagnostics can generated that can be
1449 /// followed by a non-expert user.
1450 class LoopVectorizationRequirements {
1451 public:
1452   LoopVectorizationRequirements()
1453       : NumRuntimePointerChecks(0), UnsafeAlgebraInst(nullptr) {}
1454
1455   void addUnsafeAlgebraInst(Instruction *I) {
1456     // First unsafe algebra instruction.
1457     if (!UnsafeAlgebraInst)
1458       UnsafeAlgebraInst = I;
1459   }
1460
1461   void addRuntimePointerChecks(unsigned Num) { NumRuntimePointerChecks = Num; }
1462
1463   bool doesNotMeet(Function *F, Loop *L, const LoopVectorizeHints &Hints) {
1464     const char *Name = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
1465     bool Failed = false;
1466     if (UnsafeAlgebraInst && !Hints.allowReordering()) {
1467       emitOptimizationRemarkAnalysisFPCommute(
1468           F->getContext(), Name, *F, UnsafeAlgebraInst->getDebugLoc(),
1469           VectorizationReport() << "cannot prove it is safe to reorder "
1470                                    "floating-point operations");
1471       Failed = true;
1472     }
1473
1474     // Test if runtime memcheck thresholds are exceeded.
1475     bool PragmaThresholdReached =
1476         NumRuntimePointerChecks > PragmaVectorizeMemoryCheckThreshold;
1477     bool ThresholdReached =
1478         NumRuntimePointerChecks > VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold;
1479     if ((ThresholdReached && !Hints.allowReordering()) ||
1480         PragmaThresholdReached) {
1481       emitOptimizationRemarkAnalysisAliasing(
1482           F->getContext(), Name, *F, L->getStartLoc(),
1483           VectorizationReport()
1484               << "cannot prove it is safe to reorder memory operations");
1485       DEBUG(dbgs() << "LV: Too many memory checks needed.\n");
1486       Failed = true;
1487     }
1488
1489     return Failed;
1490   }
1491
1492 private:
1493   unsigned NumRuntimePointerChecks;
1494   Instruction *UnsafeAlgebraInst;
1495 };
1496
1497 static void addInnerLoop(Loop &L, SmallVectorImpl<Loop *> &V) {
1498   if (L.empty())
1499     return V.push_back(&L);
1500
1501   for (Loop *InnerL : L)
1502     addInnerLoop(*InnerL, V);
1503 }
1504
1505 /// The LoopVectorize Pass.
1506 struct LoopVectorize : public FunctionPass {
1507   /// Pass identification, replacement for typeid
1508   static char ID;
1509
1510   explicit LoopVectorize(bool NoUnrolling = false, bool AlwaysVectorize = true)
1511     : FunctionPass(ID),
1512       DisableUnrolling(NoUnrolling),
1513       AlwaysVectorize(AlwaysVectorize) {
1514     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1515   }
1516
1517   ScalarEvolution *SE;
1518   LoopInfo *LI;
1519   TargetTransformInfo *TTI;
1520   DominatorTree *DT;
1521   BlockFrequencyInfo *BFI;
1522   TargetLibraryInfo *TLI;
1523   AliasAnalysis *AA;
1524   AssumptionCache *AC;
1525   LoopAccessAnalysis *LAA;
1526   bool DisableUnrolling;
1527   bool AlwaysVectorize;
1528
1529   BlockFrequency ColdEntryFreq;
1530
1531   bool runOnFunction(Function &F) override {
1532     SE = &getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
1533     LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
1534     TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
1535     DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1536     BFI = &getAnalysis<BlockFrequencyInfoWrapperPass>().getBFI();
1537     auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
1538     TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
1539     AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
1540     AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
1541     LAA = &getAnalysis<LoopAccessAnalysis>();
1542
1543     // Compute some weights outside of the loop over the loops. Compute this
1544     // using a BranchProbability to re-use its scaling math.
1545     const BranchProbability ColdProb(1, 5); // 20%
1546     ColdEntryFreq = BlockFrequency(BFI->getEntryFreq()) * ColdProb;
1547
1548     // Don't attempt if
1549     // 1. the target claims to have no vector registers, and
1550     // 2. interleaving won't help ILP.
1551     //
1552     // The second condition is necessary because, even if the target has no
1553     // vector registers, loop vectorization may still enable scalar
1554     // interleaving.
1555     if (!TTI->getNumberOfRegisters(true) && TTI->getMaxInterleaveFactor(1) < 2)
1556       return false;
1557
1558     // Build up a worklist of inner-loops to vectorize. This is necessary as
1559     // the act of vectorizing or partially unrolling a loop creates new loops
1560     // and can invalidate iterators across the loops.
1561     SmallVector<Loop *, 8> Worklist;
1562
1563     for (Loop *L : *LI)
1564       addInnerLoop(*L, Worklist);
1565
1566     LoopsAnalyzed += Worklist.size();
1567
1568     // Now walk the identified inner loops.
1569     bool Changed = false;
1570     while (!Worklist.empty())
1571       Changed |= processLoop(Worklist.pop_back_val());
1572
1573     // Process each loop nest in the function.
1574     return Changed;
1575   }
1576
1577   static void AddRuntimeUnrollDisableMetaData(Loop *L) {
1578     SmallVector<Metadata *, 4> MDs;
1579     // Reserve first location for self reference to the LoopID metadata node.
1580     MDs.push_back(nullptr);
1581     bool IsUnrollMetadata = false;
1582     MDNode *LoopID = L->getLoopID();
1583     if (LoopID) {
1584       // First find existing loop unrolling disable metadata.
1585       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1586         MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
1587         if (MD) {
1588           const MDString *S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
1589           IsUnrollMetadata =
1590               S && S->getString().startswith("llvm.loop.unroll.disable");
1591         }
1592         MDs.push_back(LoopID->getOperand(i));
1593       }
1594     }
1595
1596     if (!IsUnrollMetadata) {
1597       // Add runtime unroll disable metadata.
1598       LLVMContext &Context = L->getHeader()->getContext();
1599       SmallVector<Metadata *, 1> DisableOperands;
1600       DisableOperands.push_back(
1601           MDString::get(Context, "llvm.loop.unroll.runtime.disable"));
1602       MDNode *DisableNode = MDNode::get(Context, DisableOperands);
1603       MDs.push_back(DisableNode);
1604       MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
1605       // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
1606       NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
1607       L->setLoopID(NewLoopID);
1608     }
1609   }
1610
1611   bool processLoop(Loop *L) {
1612     assert(L->empty() && "Only process inner loops.");
1613
1614 #ifndef NDEBUG
1615     const std::string DebugLocStr = getDebugLocString(L);
1616 #endif /* NDEBUG */
1617
1618     DEBUG(dbgs() << "\nLV: Checking a loop in \""
1619                  << L->getHeader()->getParent()->getName() << "\" from "
1620                  << DebugLocStr << "\n");
1621
1622     LoopVectorizeHints Hints(L, DisableUnrolling);
1623
1624     DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints:"
1625                  << " force="
1626                  << (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled
1627                          ? "disabled"
1628                          : (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled
1629                                 ? "enabled"
1630                                 : "?")) << " width=" << Hints.getWidth()
1631                  << " unroll=" << Hints.getInterleave() << "\n");
1632
1633     // Function containing loop
1634     Function *F = L->getHeader()->getParent();
1635
1636     // Looking at the diagnostic output is the only way to determine if a loop
1637     // was vectorized (other than looking at the IR or machine code), so it
1638     // is important to generate an optimization remark for each loop. Most of
1639     // these messages are generated by emitOptimizationRemarkAnalysis. Remarks
1640     // generated by emitOptimizationRemark and emitOptimizationRemarkMissed are
1641     // less verbose reporting vectorized loops and unvectorized loops that may
1642     // benefit from vectorization, respectively.
1643
1644     if (!Hints.allowVectorization(F, L, AlwaysVectorize)) {
1645       DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints prevent vectorization.\n");
1646       return false;
1647     }
1648
1649     // Check the loop for a trip count threshold:
1650     // do not vectorize loops with a tiny trip count.
1651     const unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(L);
1652     if (TC > 0u && TC < TinyTripCountVectorThreshold) {
1653       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop with a very small trip count. "
1654                    << "This loop is not worth vectorizing.");
1655       if (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled)
1656         DEBUG(dbgs() << " But vectorizing was explicitly forced.\n");
1657       else {
1658         DEBUG(dbgs() << "\n");
1659         emitAnalysisDiag(F, L, Hints, VectorizationReport()
1660                                           << "vectorization is not beneficial "
1661                                              "and is not explicitly forced");
1662         return false;
1663       }
1664     }
1665
1666     // Check if it is legal to vectorize the loop.
1667     LoopVectorizationRequirements Requirements;
1668     LoopVectorizationLegality LVL(L, SE, DT, TLI, AA, F, TTI, LAA,
1669                                   &Requirements, &Hints);
1670     if (!LVL.canVectorize()) {
1671       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Cannot prove legality.\n");
1672       emitMissedWarning(F, L, Hints);
1673       return false;
1674     }
1675
1676     // Collect values we want to ignore in the cost model. This includes
1677     // type-promoting instructions we identified during reduction detection.
1678     SmallPtrSet<const Value *, 32> ValuesToIgnore;
1679     CodeMetrics::collectEphemeralValues(L, AC, ValuesToIgnore);
1680     for (auto &Reduction : *LVL.getReductionVars()) {
1681       RecurrenceDescriptor &RedDes = Reduction.second;
1682       SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Casts = RedDes.getCastInsts();
1683       ValuesToIgnore.insert(Casts.begin(), Casts.end());
1684     }
1685
1686     // Use the cost model.
1687     LoopVectorizationCostModel CM(L, SE, LI, &LVL, *TTI, TLI, AC, F, &Hints,
1688                                   ValuesToIgnore);
1689
1690     // Check the function attributes to find out if this function should be
1691     // optimized for size.
1692     bool OptForSize = Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled &&
1693                       F->optForSize();
1694
1695     // Compute the weighted frequency of this loop being executed and see if it
1696     // is less than 20% of the function entry baseline frequency. Note that we
1697     // always have a canonical loop here because we think we *can* vectorize.
1698     // FIXME: This is hidden behind a flag due to pervasive problems with
1699     // exactly what block frequency models.
1700     if (LoopVectorizeWithBlockFrequency) {
1701       BlockFrequency LoopEntryFreq = BFI->getBlockFreq(L->getLoopPreheader());
1702       if (Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled &&
1703           LoopEntryFreq < ColdEntryFreq)
1704         OptForSize = true;
1705     }
1706
1707     // Check the function attributes to see if implicit floats are allowed.
1708     // FIXME: This check doesn't seem possibly correct -- what if the loop is
1709     // an integer loop and the vector instructions selected are purely integer
1710     // vector instructions?
1711     if (F->hasFnAttribute(Attribute::NoImplicitFloat)) {
1712       DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize when the NoImplicitFloat"
1713             "attribute is used.\n");
1714       emitAnalysisDiag(
1715           F, L, Hints,
1716           VectorizationReport()
1717               << "loop not vectorized due to NoImplicitFloat attribute");
1718       emitMissedWarning(F, L, Hints);
1719       return false;
1720     }
1721
1722     // Select the optimal vectorization factor.
1723     const LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor VF =
1724         CM.selectVectorizationFactor(OptForSize);
1725
1726     // Select the interleave count.
1727     unsigned IC = CM.selectInterleaveCount(OptForSize, VF.Width, VF.Cost);
1728
1729     // Get user interleave count.
1730     unsigned UserIC = Hints.getInterleave();
1731
1732     // Identify the diagnostic messages that should be produced.
1733     std::string VecDiagMsg, IntDiagMsg;
1734     bool VectorizeLoop = true, InterleaveLoop = true;
1735
1736     if (Requirements.doesNotMeet(F, L, Hints)) {
1737       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: loop did not meet vectorization "
1738                       "requirements.\n");
1739       emitMissedWarning(F, L, Hints);
1740       return false;
1741     }
1742
1743     if (VF.Width == 1) {
1744       DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial.\n");
1745       VecDiagMsg =
1746           "the cost-model indicates that vectorization is not beneficial";
1747       VectorizeLoop = false;
1748     }
1749
1750     if (IC == 1 && UserIC <= 1) {
1751       // Tell the user interleaving is not beneficial.
1752       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving is not beneficial.\n");
1753       IntDiagMsg =
1754           "the cost-model indicates that interleaving is not beneficial";
1755       InterleaveLoop = false;
1756       if (UserIC == 1)
1757         IntDiagMsg +=
1758             " and is explicitly disabled or interleave count is set to 1";
1759     } else if (IC > 1 && UserIC == 1) {
1760       // Tell the user interleaving is beneficial, but it explicitly disabled.
1761       DEBUG(dbgs()
1762             << "LV: Interleaving is beneficial but is explicitly disabled.");
1763       IntDiagMsg = "the cost-model indicates that interleaving is beneficial "
1764                    "but is explicitly disabled or interleave count is set to 1";
1765       InterleaveLoop = false;
1766     }
1767
1768     // Override IC if user provided an interleave count.
1769     IC = UserIC > 0 ? UserIC : IC;
1770
1771     // Emit diagnostic messages, if any.
1772     const char *VAPassName = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
1773     if (!VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
1774       // Do not vectorize or interleaving the loop.
1775       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), VAPassName, *F,
1776                                      L->getStartLoc(), VecDiagMsg);
1777       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), LV_NAME, *F,
1778                                      L->getStartLoc(), IntDiagMsg);
1779       return false;
1780     } else if (!VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
1781       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
1782       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), VAPassName, *F,
1783                                      L->getStartLoc(), VecDiagMsg);
1784     } else if (VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
1785       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
1786                    << DebugLocStr << '\n');
1787       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), LV_NAME, *F,
1788                                      L->getStartLoc(), IntDiagMsg);
1789     } else if (VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
1790       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
1791                    << DebugLocStr << '\n');
1792       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
1793     }
1794
1795     if (!VectorizeLoop) {
1796       assert(IC > 1 && "interleave count should not be 1 or 0");
1797       // If we decided that it is not legal to vectorize the loop then
1798       // interleave it.
1799       InnerLoopUnroller Unroller(L, SE, LI, DT, TLI, TTI, IC);
1800       Unroller.vectorize(&LVL);
1801
1802       emitOptimizationRemark(F->getContext(), LV_NAME, *F, L->getStartLoc(),
1803                              Twine("interleaved loop (interleaved count: ") +
1804                                  Twine(IC) + ")");
1805     } else {
1806       // If we decided that it is *legal* to vectorize the loop then do it.
1807       InnerLoopVectorizer LB(L, SE, LI, DT, TLI, TTI, VF.Width, IC);
1808       LB.vectorize(&LVL);
1809       ++LoopsVectorized;
1810
1811       // Add metadata to disable runtime unrolling scalar loop when there's no
1812       // runtime check about strides and memory. Because at this situation,
1813       // scalar loop is rarely used not worthy to be unrolled.
1814       if (!LB.IsSafetyChecksAdded())
1815         AddRuntimeUnrollDisableMetaData(L);
1816
1817       // Report the vectorization decision.
1818       emitOptimizationRemark(F->getContext(), LV_NAME, *F, L->getStartLoc(),
1819                              Twine("vectorized loop (vectorization width: ") +
1820                                  Twine(VF.Width) + ", interleaved count: " +
1821                                  Twine(IC) + ")");
1822     }
1823
1824     // Mark the loop as already vectorized to avoid vectorizing again.
1825     Hints.setAlreadyVectorized();
1826
1827     DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
1828     return true;
1829   }
1830
1831   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
1832     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
1833     AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
1834     AU.addRequiredID(LCSSAID);
1835     AU.addRequired<BlockFrequencyInfoWrapperPass>();
1836     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
1837     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
1838     AU.addRequired<ScalarEvolutionWrapperPass>();
1839     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
1840     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1841     AU.addRequired<LoopAccessAnalysis>();
1842     AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
1843     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
1844     AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
1845   }
1846
1847 };
1848
1849 } // end anonymous namespace
1850
1851 //===----------------------------------------------------------------------===//
1852 // Implementation of LoopVectorizationLegality, InnerLoopVectorizer and
1853 // LoopVectorizationCostModel.
1854 //===----------------------------------------------------------------------===//
1855
1856 Value *InnerLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
1857   // We need to place the broadcast of invariant variables outside the loop.
1858   Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(V);
1859   bool NewInstr =
1860       (Instr && std::find(LoopVectorBody.begin(), LoopVectorBody.end(),
1861                           Instr->getParent()) != LoopVectorBody.end());
1862   bool Invariant = OrigLoop->isLoopInvariant(V) && !NewInstr;
1863
1864   // Place the code for broadcasting invariant variables in the new preheader.
1865   IRBuilder<>::InsertPointGuard Guard(Builder);
1866   if (Invariant)
1867     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
1868
1869   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
1870   Value *Shuf = Builder.CreateVectorSplat(VF, V, "broadcast");
1871
1872   return Shuf;
1873 }
1874
1875 Value *InnerLoopVectorizer::getStepVector(Value *Val, int StartIdx,
1876                                           Value *Step) {
1877   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
1878   assert(Val->getType()->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1879          "Elem must be an integer");
1880   assert(Step->getType() == Val->getType()->getScalarType() &&
1881          "Step has wrong type");
1882   // Create the types.
1883   Type *ITy = Val->getType()->getScalarType();
1884   VectorType *Ty = cast<VectorType>(Val->getType());
1885   int VLen = Ty->getNumElements();
1886   SmallVector<Constant*, 8> Indices;
1887
1888   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
1889   for (int i = 0; i < VLen; ++i)
1890     Indices.push_back(ConstantInt::get(ITy, StartIdx + i));
1891
1892   // Add the consecutive indices to the vector value.
1893   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
1894   assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
1895   Step = Builder.CreateVectorSplat(VLen, Step);
1896   assert(Step->getType() == Val->getType() && "Invalid step vec");
1897   // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
1898   // which can be found from the original scalar operations.
1899   Step = Builder.CreateMul(Cv, Step);
1900   return Builder.CreateAdd(Val, Step, "induction");
1901 }
1902
1903 int LoopVectorizationLegality::isConsecutivePtr(Value *Ptr) {
1904   assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected non-ptr");
1905   // Make sure that the pointer does not point to structs.
1906   if (Ptr->getType()->getPointerElementType()->isAggregateType())
1907     return 0;
1908
1909   // If this value is a pointer induction variable we know it is consecutive.
1910   PHINode *Phi = dyn_cast_or_null<PHINode>(Ptr);
1911   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
1912     InductionDescriptor II = Inductions[Phi];
1913     return II.getConsecutiveDirection();
1914   }
1915
1916   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast_or_null<GetElementPtrInst>(Ptr);
1917   if (!Gep)
1918     return 0;
1919
1920   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
1921   Value *GpPtr = Gep->getPointerOperand();
1922   // If this GEP value is a consecutive pointer induction variable and all of
1923   // the indices are constant then we know it is consecutive. We can
1924   Phi = dyn_cast<PHINode>(GpPtr);
1925   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
1926
1927     // Make sure that the pointer does not point to structs.
1928     PointerType *GepPtrType = cast<PointerType>(GpPtr->getType());
1929     if (GepPtrType->getElementType()->isAggregateType())
1930       return 0;
1931
1932     // Make sure that all of the index operands are loop invariant.
1933     for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i)
1934       if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
1935         return 0;
1936
1937     InductionDescriptor II = Inductions[Phi];
1938     return II.getConsecutiveDirection();
1939   }
1940
1941   unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(Gep);
1942
1943   // Check that all of the gep indices are uniform except for our induction
1944   // operand.
1945   for (unsigned i = 0; i != NumOperands; ++i)
1946     if (i != InductionOperand &&
1947         !SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
1948       return 0;
1949
1950   // We can emit wide load/stores only if the last non-zero index is the
1951   // induction variable.
1952   const SCEV *Last = nullptr;
1953   if (!Strides.count(Gep))
1954     Last = SE->getSCEV(Gep->getOperand(InductionOperand));
1955   else {
1956     // Because of the multiplication by a stride we can have a s/zext cast.
1957     // We are going to replace this stride by 1 so the cast is safe to ignore.
1958     //
1959     //  %indvars.iv = phi i64 [ 0, %entry ], [ %indvars.iv.next, %for.body ]
1960     //  %0 = trunc i64 %indvars.iv to i32
1961     //  %mul = mul i32 %0, %Stride1
1962     //  %idxprom = zext i32 %mul to i64  << Safe cast.
1963     //  %arrayidx = getelementptr inbounds i32* %B, i64 %idxprom
1964     //
1965     Last = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides,
1966                                      Gep->getOperand(InductionOperand), Gep);
1967     if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(Last))
1968       Last =
1969           (C->getSCEVType() == scSignExtend || C->getSCEVType() == scZeroExtend)
1970               ? C->getOperand()
1971               : Last;
1972   }
1973   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Last)) {
1974     const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
1975
1976     // The memory is consecutive because the last index is consecutive
1977     // and all other indices are loop invariant.
1978     if (Step->isOne())
1979       return 1;
1980     if (Step->isAllOnesValue())
1981       return -1;
1982   }
1983
1984   return 0;
1985 }
1986
1987 bool LoopVectorizationLegality::isUniform(Value *V) {
1988   return LAI->isUniform(V);
1989 }
1990
1991 InnerLoopVectorizer::VectorParts&
1992 InnerLoopVectorizer::getVectorValue(Value *V) {
1993   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
1994   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
1995
1996   // If we have a stride that is replaced by one, do it here.
1997   if (Legal->hasStride(V))
1998     V = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
1999
2000   // If we have this scalar in the map, return it.
2001   if (WidenMap.has(V))
2002     return WidenMap.get(V);
2003
2004   // If this scalar is unknown, assume that it is a constant or that it is
2005   // loop invariant. Broadcast V and save the value for future uses.
2006   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
2007   return WidenMap.splat(V, B);
2008 }
2009
2010 Value *InnerLoopVectorizer::reverseVector(Value *Vec) {
2011   assert(Vec->getType()->isVectorTy() && "Invalid type");
2012   SmallVector<Constant*, 8> ShuffleMask;
2013   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
2014     ShuffleMask.push_back(Builder.getInt32(VF - i - 1));
2015
2016   return Builder.CreateShuffleVector(Vec, UndefValue::get(Vec->getType()),
2017                                      ConstantVector::get(ShuffleMask),
2018                                      "reverse");
2019 }
2020
2021 // Get a mask to interleave \p NumVec vectors into a wide vector.
2022 // I.e.  <0, VF, VF*2, ..., VF*(NumVec-1), 1, VF+1, VF*2+1, ...>
2023 // E.g. For 2 interleaved vectors, if VF is 4, the mask is:
2024 //      <0, 4, 1, 5, 2, 6, 3, 7>
2025 static Constant *getInterleavedMask(IRBuilder<> &Builder, unsigned VF,
2026                                     unsigned NumVec) {
2027   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
2028   for (unsigned i = 0; i < VF; i++)
2029     for (unsigned j = 0; j < NumVec; j++)
2030       Mask.push_back(Builder.getInt32(j * VF + i));
2031
2032   return ConstantVector::get(Mask);
2033 }
2034
2035 // Get the strided mask starting from index \p Start.
2036 // I.e.  <Start, Start + Stride, ..., Start + Stride*(VF-1)>
2037 static Constant *getStridedMask(IRBuilder<> &Builder, unsigned Start,
2038                                 unsigned Stride, unsigned VF) {
2039   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
2040   for (unsigned i = 0; i < VF; i++)
2041     Mask.push_back(Builder.getInt32(Start + i * Stride));
2042
2043   return ConstantVector::get(Mask);
2044 }
2045
2046 // Get a mask of two parts: The first part consists of sequential integers
2047 // starting from 0, The second part consists of UNDEFs.
2048 // I.e. <0, 1, 2, ..., NumInt - 1, undef, ..., undef>
2049 static Constant *getSequentialMask(IRBuilder<> &Builder, unsigned NumInt,
2050                                    unsigned NumUndef) {
2051   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
2052   for (unsigned i = 0; i < NumInt; i++)
2053     Mask.push_back(Builder.getInt32(i));
2054
2055   Constant *Undef = UndefValue::get(Builder.getInt32Ty());
2056   for (unsigned i = 0; i < NumUndef; i++)
2057     Mask.push_back(Undef);
2058
2059   return ConstantVector::get(Mask);
2060 }
2061
2062 // Concatenate two vectors with the same element type. The 2nd vector should
2063 // not have more elements than the 1st vector. If the 2nd vector has less
2064 // elements, extend it with UNDEFs.
2065 static Value *ConcatenateTwoVectors(IRBuilder<> &Builder, Value *V1,
2066                                     Value *V2) {
2067   VectorType *VecTy1 = dyn_cast<VectorType>(V1->getType());
2068   VectorType *VecTy2 = dyn_cast<VectorType>(V2->getType());
2069   assert(VecTy1 && VecTy2 &&
2070          VecTy1->getScalarType() == VecTy2->getScalarType() &&
2071          "Expect two vectors with the same element type");
2072
2073   unsigned NumElts1 = VecTy1->getNumElements();
2074   unsigned NumElts2 = VecTy2->getNumElements();
2075   assert(NumElts1 >= NumElts2 && "Unexpect the first vector has less elements");
2076
2077   if (NumElts1 > NumElts2) {
2078     // Extend with UNDEFs.
2079     Constant *ExtMask =
2080         getSequentialMask(Builder, NumElts2, NumElts1 - NumElts2);
2081     V2 = Builder.CreateShuffleVector(V2, UndefValue::get(VecTy2), ExtMask);
2082   }
2083
2084   Constant *Mask = getSequentialMask(Builder, NumElts1 + NumElts2, 0);
2085   return Builder.CreateShuffleVector(V1, V2, Mask);
2086 }
2087
2088 // Concatenate vectors in the given list. All vectors have the same type.
2089 static Value *ConcatenateVectors(IRBuilder<> &Builder,
2090                                  ArrayRef<Value *> InputList) {
2091   unsigned NumVec = InputList.size();
2092   assert(NumVec > 1 && "Should be at least two vectors");
2093
2094   SmallVector<Value *, 8> ResList;
2095   ResList.append(InputList.begin(), InputList.end());
2096   do {
2097     SmallVector<Value *, 8> TmpList;
2098     for (unsigned i = 0; i < NumVec - 1; i += 2) {
2099       Value *V0 = ResList[i], *V1 = ResList[i + 1];
2100       assert((V0->getType() == V1->getType() || i == NumVec - 2) &&
2101              "Only the last vector may have a different type");
2102
2103       TmpList.push_back(ConcatenateTwoVectors(Builder, V0, V1));
2104     }
2105
2106     // Push the last vector if the total number of vectors is odd.
2107     if (NumVec % 2 != 0)
2108       TmpList.push_back(ResList[NumVec - 1]);
2109
2110     ResList = TmpList;
2111     NumVec = ResList.size();
2112   } while (NumVec > 1);
2113
2114   return ResList[0];
2115 }
2116
2117 // Try to vectorize the interleave group that \p Instr belongs to.
2118 //
2119 // E.g. Translate following interleaved load group (factor = 3):
2120 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2121 //     R = Pic[i];             // Member of index 0
2122 //     G = Pic[i+1];           // Member of index 1
2123 //     B = Pic[i+2];           // Member of index 2
2124 //     ... // do something to R, G, B
2125 //   }
2126 // To:
2127 //   %wide.vec = load <12 x i32>                       ; Read 4 tuples of R,G,B
2128 //   %R.vec = shuffle %wide.vec, undef, <0, 3, 6, 9>   ; R elements
2129 //   %G.vec = shuffle %wide.vec, undef, <1, 4, 7, 10>  ; G elements
2130 //   %B.vec = shuffle %wide.vec, undef, <2, 5, 8, 11>  ; B elements
2131 //
2132 // Or translate following interleaved store group (factor = 3):
2133 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2134 //     ... do something to R, G, B
2135 //     Pic[i]   = R;           // Member of index 0
2136 //     Pic[i+1] = G;           // Member of index 1
2137 //     Pic[i+2] = B;           // Member of index 2
2138 //   }
2139 // To:
2140 //   %R_G.vec = shuffle %R.vec, %G.vec, <0, 1, 2, ..., 7>
2141 //   %B_U.vec = shuffle %B.vec, undef, <0, 1, 2, 3, u, u, u, u>
2142 //   %interleaved.vec = shuffle %R_G.vec, %B_U.vec,
2143 //        <0, 4, 8, 1, 5, 9, 2, 6, 10, 3, 7, 11>    ; Interleave R,G,B elements
2144 //   store <12 x i32> %interleaved.vec              ; Write 4 tuples of R,G,B
2145 void InnerLoopVectorizer::vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr) {
2146   const InterleaveGroup *Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(Instr);
2147   assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
2148
2149   // Skip if current instruction is not the insert position.
2150   if (Instr != Group->getInsertPos())
2151     return;
2152
2153   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
2154   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
2155   Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
2156
2157   // Prepare for the vector type of the interleaved load/store.
2158   Type *ScalarTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
2159   unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
2160   Type *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, InterleaveFactor * VF);
2161   Type *PtrTy = VecTy->getPointerTo(Ptr->getType()->getPointerAddressSpace());
2162
2163   // Prepare for the new pointers.
2164   setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
2165   VectorParts &PtrParts = getVectorValue(Ptr);
2166   SmallVector<Value *, 2> NewPtrs;
2167   unsigned Index = Group->getIndex(Instr);
2168   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2169     // Extract the pointer for current instruction from the pointer vector. A
2170     // reverse access uses the pointer in the last lane.
2171     Value *NewPtr = Builder.CreateExtractElement(
2172         PtrParts[Part],
2173         Group->isReverse() ? Builder.getInt32(VF - 1) : Builder.getInt32(0));
2174
2175     // Notice current instruction could be any index. Need to adjust the address
2176     // to the member of index 0.
2177     //
2178     // E.g.  a = A[i+1];     // Member of index 1 (Current instruction)
2179     //       b = A[i];       // Member of index 0
2180     // Current pointer is pointed to A[i+1], adjust it to A[i].
2181     //
2182     // E.g.  A[i+1] = a;     // Member of index 1
2183     //       A[i]   = b;     // Member of index 0
2184     //       A[i+2] = c;     // Member of index 2 (Current instruction)
2185     // Current pointer is pointed to A[i+2], adjust it to A[i].
2186     NewPtr = Builder.CreateGEP(NewPtr, Builder.getInt32(-Index));
2187
2188     // Cast to the vector pointer type.
2189     NewPtrs.push_back(Builder.CreateBitCast(NewPtr, PtrTy));
2190   }
2191
2192   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
2193   Value *UndefVec = UndefValue::get(VecTy);
2194
2195   // Vectorize the interleaved load group.
2196   if (LI) {
2197     for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2198       Instruction *NewLoadInstr = Builder.CreateAlignedLoad(
2199           NewPtrs[Part], Group->getAlignment(), "wide.vec");
2200
2201       for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++) {
2202         Instruction *Member = Group->getMember(i);
2203
2204         // Skip the gaps in the group.
2205         if (!Member)
2206           continue;
2207
2208         Constant *StrideMask = getStridedMask(Builder, i, InterleaveFactor, VF);
2209         Value *StridedVec = Builder.CreateShuffleVector(
2210             NewLoadInstr, UndefVec, StrideMask, "strided.vec");
2211
2212         // If this member has different type, cast the result type.
2213         if (Member->getType() != ScalarTy) {
2214           VectorType *OtherVTy = VectorType::get(Member->getType(), VF);
2215           StridedVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StridedVec, OtherVTy);
2216         }
2217
2218         VectorParts &Entry = WidenMap.get(Member);
2219         Entry[Part] =
2220             Group->isReverse() ? reverseVector(StridedVec) : StridedVec;
2221       }
2222
2223       propagateMetadata(NewLoadInstr, Instr);
2224     }
2225     return;
2226   }
2227
2228   // The sub vector type for current instruction.
2229   VectorType *SubVT = VectorType::get(ScalarTy, VF);
2230
2231   // Vectorize the interleaved store group.
2232   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2233     // Collect the stored vector from each member.
2234     SmallVector<Value *, 4> StoredVecs;
2235     for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++) {
2236       // Interleaved store group doesn't allow a gap, so each index has a member
2237       Instruction *Member = Group->getMember(i);
2238       assert(Member && "Fail to get a member from an interleaved store group");
2239
2240       Value *StoredVec =
2241           getVectorValue(dyn_cast<StoreInst>(Member)->getValueOperand())[Part];
2242       if (Group->isReverse())
2243         StoredVec = reverseVector(StoredVec);
2244
2245       // If this member has different type, cast it to an unified type.
2246       if (StoredVec->getType() != SubVT)
2247         StoredVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StoredVec, SubVT);
2248
2249       StoredVecs.push_back(StoredVec);
2250     }
2251
2252     // Concatenate all vectors into a wide vector.
2253     Value *WideVec = ConcatenateVectors(Builder, StoredVecs);
2254
2255     // Interleave the elements in the wide vector.
2256     Constant *IMask = getInterleavedMask(Builder, VF, InterleaveFactor);
2257     Value *IVec = Builder.CreateShuffleVector(WideVec, UndefVec, IMask,
2258                                               "interleaved.vec");
2259
2260     Instruction *NewStoreInstr =
2261         Builder.CreateAlignedStore(IVec, NewPtrs[Part], Group->getAlignment());
2262     propagateMetadata(NewStoreInstr, Instr);
2263   }
2264 }
2265
2266 void InnerLoopVectorizer::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
2267   // Attempt to issue a wide load.
2268   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
2269   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
2270
2271   assert((LI || SI) && "Invalid Load/Store instruction");
2272
2273   // Try to vectorize the interleave group if this access is interleaved.
2274   if (Legal->isAccessInterleaved(Instr))
2275     return vectorizeInterleaveGroup(Instr);
2276
2277   Type *ScalarDataTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
2278   Type *DataTy = VectorType::get(ScalarDataTy, VF);
2279   Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
2280   unsigned Alignment = LI ? LI->getAlignment() : SI->getAlignment();
2281   // An alignment of 0 means target abi alignment. We need to use the scalar's
2282   // target abi alignment in such a case.
2283   const DataLayout &DL = Instr->getModule()->getDataLayout();
2284   if (!Alignment)
2285     Alignment = DL.getABITypeAlignment(ScalarDataTy);
2286   unsigned AddressSpace = Ptr->getType()->getPointerAddressSpace();
2287   unsigned ScalarAllocatedSize = DL.getTypeAllocSize(ScalarDataTy);
2288   unsigned VectorElementSize = DL.getTypeStoreSize(DataTy) / VF;
2289
2290   if (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()) &&
2291       !Legal->isMaskRequired(SI))
2292     return scalarizeInstruction(Instr, true);
2293
2294   if (ScalarAllocatedSize != VectorElementSize)
2295     return scalarizeInstruction(Instr);
2296
2297   // If the pointer is loop invariant or if it is non-consecutive,
2298   // scalarize the load.
2299   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
2300   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
2301   bool UniformLoad = LI && Legal->isUniform(Ptr);
2302   if (!ConsecutiveStride || UniformLoad)
2303     return scalarizeInstruction(Instr);
2304
2305   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
2306   VectorParts &Entry = WidenMap.get(Instr);
2307
2308   // Handle consecutive loads/stores.
2309   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
2310   if (Gep && Legal->isInductionVariable(Gep->getPointerOperand())) {
2311     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
2312     Value *PtrOperand = Gep->getPointerOperand();
2313     Value *FirstBasePtr = getVectorValue(PtrOperand)[0];
2314     FirstBasePtr = Builder.CreateExtractElement(FirstBasePtr, Zero);
2315
2316     // Create the new GEP with the new induction variable.
2317     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
2318     Gep2->setOperand(0, FirstBasePtr);
2319     Gep2->setName("gep.indvar.base");
2320     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
2321   } else if (Gep) {
2322     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
2323     assert(SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getPointerOperand()),
2324                                OrigLoop) && "Base ptr must be invariant");
2325
2326     // The last index does not have to be the induction. It can be
2327     // consecutive and be a function of the index. For example A[I+1];
2328     unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
2329     unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(Gep);
2330     // Create the new GEP with the new induction variable.
2331     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
2332
2333     for (unsigned i = 0; i < NumOperands; ++i) {
2334       Value *GepOperand = Gep->getOperand(i);
2335       Instruction *GepOperandInst = dyn_cast<Instruction>(GepOperand);
2336
2337       // Update last index or loop invariant instruction anchored in loop.
2338       if (i == InductionOperand ||
2339           (GepOperandInst && OrigLoop->contains(GepOperandInst))) {
2340         assert((i == InductionOperand ||
2341                SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(GepOperandInst), OrigLoop)) &&
2342                "Must be last index or loop invariant");
2343
2344         VectorParts &GEPParts = getVectorValue(GepOperand);
2345         Value *Index = GEPParts[0];
2346         Index = Builder.CreateExtractElement(Index, Zero);
2347         Gep2->setOperand(i, Index);
2348         Gep2->setName("gep.indvar.idx");
2349       }
2350     }
2351     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
2352   } else {
2353     // Use the induction element ptr.
2354     assert(isa<PHINode>(Ptr) && "Invalid induction ptr");
2355     setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
2356     VectorParts &PtrVal = getVectorValue(Ptr);
2357     Ptr = Builder.CreateExtractElement(PtrVal[0], Zero);
2358   }
2359
2360   VectorParts Mask = createBlockInMask(Instr->getParent());
2361   // Handle Stores:
2362   if (SI) {
2363     assert(!Legal->isUniform(SI->getPointerOperand()) &&
2364            "We do not allow storing to uniform addresses");
2365     setDebugLocFromInst(Builder, SI);
2366     // We don't want to update the value in the map as it might be used in
2367     // another expression. So don't use a reference type for "StoredVal".
2368     VectorParts StoredVal = getVectorValue(SI->getValueOperand());
2369     
2370     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2371       // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
2372       Value *PartPtr =
2373           Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
2374
2375       if (Reverse) {
2376         // If we store to reverse consecutive memory locations, then we need
2377         // to reverse the order of elements in the stored value.
2378         StoredVal[Part] = reverseVector(StoredVal[Part]);
2379         // If the address is consecutive but reversed, then the
2380         // wide store needs to start at the last vector element.
2381         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
2382         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
2383         Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
2384       }
2385
2386       Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
2387                                             DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
2388
2389       Instruction *NewSI;
2390       if (Legal->isMaskRequired(SI))
2391         NewSI = Builder.CreateMaskedStore(StoredVal[Part], VecPtr, Alignment,
2392                                           Mask[Part]);
2393       else 
2394         NewSI = Builder.CreateAlignedStore(StoredVal[Part], VecPtr, Alignment);
2395       propagateMetadata(NewSI, SI);
2396     }
2397     return;
2398   }
2399
2400   // Handle loads.
2401   assert(LI && "Must have a load instruction");
2402   setDebugLocFromInst(Builder, LI);
2403   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2404     // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
2405     Value *PartPtr =
2406         Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
2407
2408     if (Reverse) {
2409       // If the address is consecutive but reversed, then the
2410       // wide load needs to start at the last vector element.
2411       PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
2412       PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
2413       Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
2414     }
2415
2416     Instruction* NewLI;
2417     Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
2418                                           DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
2419     if (Legal->isMaskRequired(LI))
2420       NewLI = Builder.CreateMaskedLoad(VecPtr, Alignment, Mask[Part],
2421                                        UndefValue::get(DataTy),
2422                                        "wide.masked.load");
2423     else
2424       NewLI = Builder.CreateAlignedLoad(VecPtr, Alignment, "wide.load");
2425     propagateMetadata(NewLI, LI);
2426     Entry[Part] = Reverse ? reverseVector(NewLI) :  NewLI;
2427   }
2428 }
2429
2430 void InnerLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr, bool IfPredicateStore) {
2431   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
2432   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
2433   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
2434
2435   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
2436
2437   // Find all of the vectorized parameters.
2438   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
2439     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
2440
2441     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
2442     if (SrcOp == OldInduction) {
2443       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
2444       continue;
2445     }
2446
2447     // Try using previously calculated values.
2448     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
2449
2450     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block,
2451     // then it should already be vectorized.
2452     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
2453       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
2454       // The parameter is a vector value from earlier.
2455       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
2456     } else {
2457       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
2458       VectorParts Scalars;
2459       Scalars.append(UF, SrcOp);
2460       Params.push_back(Scalars);
2461     }
2462   }
2463
2464   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
2465          "Invalid number of operands");
2466
2467   // Does this instruction return a value ?
2468   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
2469
2470   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? nullptr :
2471     UndefValue::get(VectorType::get(Instr->getType(), VF));
2472   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
2473   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
2474
2475   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
2476   BasicBlock *IfBlock = Builder.GetInsertBlock();
2477   BasicBlock *CondBlock = nullptr;
2478
2479   VectorParts Cond;
2480   Loop *VectorLp = nullptr;
2481   if (IfPredicateStore) {
2482     assert(Instr->getParent()->getSinglePredecessor() &&
2483            "Only support single predecessor blocks");
2484     Cond = createEdgeMask(Instr->getParent()->getSinglePredecessor(),
2485                           Instr->getParent());
2486     VectorLp = LI->getLoopFor(IfBlock);
2487     assert(VectorLp && "Must have a loop for this block");
2488   }
2489
2490   // For each vector unroll 'part':
2491   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2492     // For each scalar that we create:
2493     for (unsigned Width = 0; Width < VF; ++Width) {
2494
2495       // Start if-block.
2496       Value *Cmp = nullptr;
2497       if (IfPredicateStore) {
2498         Cmp = Builder.CreateExtractElement(Cond[Part], Builder.getInt32(Width));
2499         Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cmp, ConstantInt::get(Cmp->getType(), 1));
2500         CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.store");
2501         LoopVectorBody.push_back(CondBlock);
2502         VectorLp->addBasicBlockToLoop(CondBlock, *LI);
2503         // Update Builder with newly created basic block.
2504         Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
2505       }
2506
2507       Instruction *Cloned = Instr->clone();
2508       if (!IsVoidRetTy)
2509         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
2510       // Replace the operands of the cloned instructions with extracted scalars.
2511       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
2512         Value *Op = Params[op][Part];
2513         // Param is a vector. Need to extract the right lane.
2514         if (Op->getType()->isVectorTy())
2515           Op = Builder.CreateExtractElement(Op, Builder.getInt32(Width));
2516         Cloned->setOperand(op, Op);
2517       }
2518
2519       // Place the cloned scalar in the new loop.
2520       Builder.Insert(Cloned);
2521
2522       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
2523       // so that future users will be able to use it.
2524       if (!IsVoidRetTy)
2525         VecResults[Part] = Builder.CreateInsertElement(VecResults[Part], Cloned,
2526                                                        Builder.getInt32(Width));
2527       // End if-block.
2528       if (IfPredicateStore) {
2529          BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
2530          LoopVectorBody.push_back(NewIfBlock);
2531          VectorLp->addBasicBlockToLoop(NewIfBlock, *LI);
2532          Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
2533          ReplaceInstWithInst(IfBlock->getTerminator(),
2534                              BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp));
2535          IfBlock = NewIfBlock;
2536       }
2537     }
2538   }
2539 }
2540
2541 static Instruction *getFirstInst(Instruction *FirstInst, Value *V,
2542                                  Instruction *Loc) {
2543   if (FirstInst)
2544     return FirstInst;
2545   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2546     return I->getParent() == Loc->getParent() ? I : nullptr;
2547   return nullptr;
2548 }
2549
2550 std::pair<Instruction *, Instruction *>
2551 InnerLoopVectorizer::addStrideCheck(Instruction *Loc) {
2552   Instruction *tnullptr = nullptr;
2553   if (!Legal->mustCheckStrides())
2554     return std::pair<Instruction *, Instruction *>(tnullptr, tnullptr);
2555
2556   IRBuilder<> ChkBuilder(Loc);
2557
2558   // Emit checks.
2559   Value *Check = nullptr;
2560   Instruction *FirstInst = nullptr;
2561   for (SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator SI = Legal->strides_begin(),
2562                                          SE = Legal->strides_end();
2563        SI != SE; ++SI) {
2564     Value *Ptr = stripIntegerCast(*SI);
2565     Value *C = ChkBuilder.CreateICmpNE(Ptr, ConstantInt::get(Ptr->getType(), 1),
2566                                        "stride.chk");
2567     // Store the first instruction we create.
2568     FirstInst = getFirstInst(FirstInst, C, Loc);
2569     if (Check)
2570       Check = ChkBuilder.CreateOr(Check, C);
2571     else
2572       Check = C;
2573   }
2574
2575   // We have to do this trickery because the IRBuilder might fold the check to a
2576   // constant expression in which case there is no Instruction anchored in a
2577   // the block.
2578   LLVMContext &Ctx = Loc->getContext();
2579   Instruction *TheCheck =
2580       BinaryOperator::CreateAnd(Check, ConstantInt::getTrue(Ctx));
2581   ChkBuilder.Insert(TheCheck, "stride.not.one");
2582   FirstInst = getFirstInst(FirstInst, TheCheck, Loc);
2583
2584   return std::make_pair(FirstInst, TheCheck);
2585 }
2586
2587 PHINode *InnerLoopVectorizer::createInductionVariable(Loop *L,
2588                                                       Value *Start,
2589                                                       Value *End,
2590                                                       Value *Step,
2591                                                       Instruction *DL) {
2592   BasicBlock *Header = L->getHeader();
2593   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
2594   // As we're just creating this loop, it's possible no latch exists
2595   // yet. If so, use the header as this will be a single block loop.
2596   if (!Latch)
2597     Latch = Header;
2598     
2599   IRBuilder<> Builder(Header->getFirstInsertionPt());
2600   setDebugLocFromInst(Builder, getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
2601   auto *Induction = Builder.CreatePHI(Start->getType(), 2, "index");
2602
2603   Builder.SetInsertPoint(Latch->getTerminator());
2604   
2605   // Create i+1 and fill the PHINode.
2606   Value *Next = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
2607   Induction->addIncoming(Start, L->getLoopPreheader());
2608   Induction->addIncoming(Next, Latch);
2609   // Create the compare.
2610   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(Next, End);
2611   Builder.CreateCondBr(ICmp, L->getExitBlock(), Header);
2612   
2613   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
2614   Latch->getTerminator()->eraseFromParent();
2615
2616   return Induction;
2617 }
2618
2619 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateTripCount(Loop *L) {
2620   if (TripCount)
2621     return TripCount;
2622
2623   IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
2624   // Find the loop boundaries.
2625   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(OrigLoop);
2626   assert(ExitCount != SE->getCouldNotCompute() && "Invalid loop count");
2627
2628   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
2629   
2630   // The exit count might have the type of i64 while the phi is i32. This can
2631   // happen if we have an induction variable that is sign extended before the
2632   // compare. The only way that we get a backedge taken count is that the
2633   // induction variable was signed and as such will not overflow. In such a case
2634   // truncation is legal.
2635   if (ExitCount->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2636       IdxTy->getPrimitiveSizeInBits())
2637     ExitCount = SE->getTruncateOrNoop(ExitCount, IdxTy);
2638
2639   const SCEV *BackedgeTakeCount = SE->getNoopOrZeroExtend(ExitCount, IdxTy);
2640   // Get the total trip count from the count by adding 1.
2641   ExitCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakeCount,
2642                              SE->getConstant(BackedgeTakeCount->getType(), 1));
2643
2644   const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
2645
2646   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
2647   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
2648   SCEVExpander Exp(*SE, DL, "induction");
2649
2650   // Count holds the overall loop count (N).
2651   TripCount = Exp.expandCodeFor(ExitCount, ExitCount->getType(),
2652                                 L->getLoopPreheader()->getTerminator());
2653
2654   if (TripCount->getType()->isPointerTy())
2655     TripCount =
2656       CastInst::CreatePointerCast(TripCount, IdxTy,
2657                                   "exitcount.ptrcnt.to.int",
2658                                   L->getLoopPreheader()->getTerminator());
2659
2660   return TripCount;
2661 }
2662
2663 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateVectorTripCount(Loop *L) {
2664   if (VectorTripCount)
2665     return VectorTripCount;
2666   
2667   Value *TC = getOrCreateTripCount(L);
2668   IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
2669   
2670   // Now we need to generate the expression for N - (N % VF), which is
2671   // the part that the vectorized body will execute.
2672   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
2673   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
2674   Constant *Step = ConstantInt::get(TC->getType(), VF * UF);
2675   Value *R = Builder.CreateURem(TC, Step, "n.mod.vf");
2676   VectorTripCount = Builder.CreateSub(TC, R, "n.vec");
2677
2678   return VectorTripCount;
2679 }
2680
2681 void InnerLoopVectorizer::emitMinimumIterationCountCheck(Loop *L,
2682                                                          BasicBlock *Bypass) {
2683   Value *Count = getOrCreateTripCount(L);
2684   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
2685   IRBuilder<> Builder(BB->getTerminator());
2686
2687   // Generate code to check that the loop's trip count that we computed by
2688   // adding one to the backedge-taken count will not overflow.
2689   Value *CheckMinIters =
2690     Builder.CreateICmpULT(Count,
2691                           ConstantInt::get(Count->getType(), VF * UF),
2692                           "min.iters.check");
2693   
2694   BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(),
2695                                           "min.iters.checked");
2696   if (L->getParentLoop())
2697     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
2698   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
2699                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, CheckMinIters));
2700   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
2701 }
2702
2703 void InnerLoopVectorizer::emitVectorLoopEnteredCheck(Loop *L,
2704                                                      BasicBlock *Bypass) {
2705   Value *TC = getOrCreateVectorTripCount(L);
2706   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
2707   IRBuilder<> Builder(BB->getTerminator());
2708   
2709   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
2710   // jump to the scalar loop.
2711   Value *Cmp = Builder.CreateICmpEQ(TC, Constant::getNullValue(TC->getType()),
2712                                     "cmp.zero");
2713
2714   // Generate code to check that the loop's trip count that we computed by
2715   // adding one to the backedge-taken count will not overflow.
2716   BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(),
2717                                           "vector.ph");
2718   if (L->getParentLoop())
2719     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
2720   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
2721                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, Cmp));
2722   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
2723 }
2724
2725 void InnerLoopVectorizer::emitStrideChecks(Loop *L,
2726                                            BasicBlock *Bypass) {
2727   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
2728   
2729   // Generate the code to check that the strides we assumed to be one are really
2730   // one. We want the new basic block to start at the first instruction in a
2731   // sequence of instructions that form a check.
2732   Instruction *StrideCheck;
2733   Instruction *FirstCheckInst;
2734   std::tie(FirstCheckInst, StrideCheck) = addStrideCheck(BB->getTerminator());
2735   if (!StrideCheck)
2736     return;
2737
2738   // Create a new block containing the stride check.
2739   BB->setName("vector.stridecheck");
2740   auto *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
2741   if (L->getParentLoop())
2742     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
2743   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
2744                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, StrideCheck));
2745   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
2746   AddedSafetyChecks = true;
2747 }
2748
2749 void InnerLoopVectorizer::emitMemRuntimeChecks(Loop *L,
2750                                                BasicBlock *Bypass) {
2751   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
2752
2753   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
2754   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
2755   // faster.
2756   Instruction *FirstCheckInst;
2757   Instruction *MemRuntimeCheck;
2758   std::tie(FirstCheckInst, MemRuntimeCheck) =
2759       Legal->getLAI()->addRuntimeChecks(BB->getTerminator());
2760   if (!MemRuntimeCheck)
2761     return;
2762
2763   // Create a new block containing the memory check.
2764   BB->setName("vector.memcheck");
2765   auto *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
2766   if (L->getParentLoop())
2767     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
2768   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
2769                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, MemRuntimeCheck));
2770   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
2771   AddedSafetyChecks = true;
2772 }
2773
2774
2775 void InnerLoopVectorizer::createEmptyLoop() {
2776   /*
2777    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
2778    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
2779    scalar remainder.
2780
2781        [ ] <-- loop iteration number check.
2782     /   |
2783    /    v
2784   |    [ ] <-- vector loop bypass (may consist of multiple blocks).
2785   |  /  |
2786   | /   v
2787   ||   [ ]     <-- vector pre header.
2788   |/    |
2789   |     v
2790   |    [  ] \
2791   |    [  ]_|   <-- vector loop.
2792   |     |
2793   |     v
2794   |   -[ ]   <--- middle-block.
2795   |  /  |
2796   | /   v
2797   -|- >[ ]     <--- new preheader.
2798    |    |
2799    |    v
2800    |   [ ] \
2801    |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
2802     \   |
2803      \  v
2804       >[ ]     <-- exit block.
2805    ...
2806    */
2807
2808   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
2809   BasicBlock *VectorPH = OrigLoop->getLoopPreheader();
2810   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
2811   assert(VectorPH && "Invalid loop structure");
2812   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
2813
2814   // Some loops have a single integer induction variable, while other loops
2815   // don't. One example is c++ iterators that often have multiple pointer
2816   // induction variables. In the code below we also support a case where we
2817   // don't have a single induction variable.
2818   //
2819   // We try to obtain an induction variable from the original loop as hard
2820   // as possible. However if we don't find one that:
2821   //   - is an integer
2822   //   - counts from zero, stepping by one
2823   //   - is the size of the widest induction variable type
2824   // then we create a new one.
2825   OldInduction = Legal->getInduction();
2826   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
2827
2828   // Split the single block loop into the two loop structure described above.
2829   BasicBlock *VecBody =
2830       VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.body");
2831   BasicBlock *MiddleBlock =
2832   VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(), "middle.block");
2833   BasicBlock *ScalarPH =
2834   MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(), "scalar.ph");
2835
2836   // Create and register the new vector loop.
2837   Loop* Lp = new Loop();
2838   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
2839
2840   // Insert the new loop into the loop nest and register the new basic blocks
2841   // before calling any utilities such as SCEV that require valid LoopInfo.
2842   if (ParentLoop) {
2843     ParentLoop->addChildLoop(Lp);
2844     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, *LI);
2845     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, *LI);
2846   } else {
2847     LI->addTopLevelLoop(Lp);
2848   }
2849   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, *LI);
2850
2851   // Find the loop boundaries.
2852   Value *Count = getOrCreateTripCount(Lp);
2853
2854   Value *StartIdx = ConstantInt::get(IdxTy, 0);
2855
2856   // We need to test whether the backedge-taken count is uint##_max. Adding one
2857   // to it will cause overflow and an incorrect loop trip count in the vector
2858   // body. In case of overflow we want to directly jump to the scalar remainder
2859   // loop.
2860   emitMinimumIterationCountCheck(Lp, ScalarPH);
2861   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
2862   // jump to the scalar loop.
2863   emitVectorLoopEnteredCheck(Lp, ScalarPH);
2864   // Generate the code to check that the strides we assumed to be one are really
2865   // one. We want the new basic block to start at the first instruction in a
2866   // sequence of instructions that form a check.
2867   emitStrideChecks(Lp, ScalarPH);
2868   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
2869   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
2870   // faster.
2871   emitMemRuntimeChecks(Lp, ScalarPH);
2872   
2873   // Generate the induction variable.
2874   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
2875   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
2876   Value *CountRoundDown = getOrCreateVectorTripCount(Lp);
2877   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF * UF);
2878   Induction =
2879     createInductionVariable(Lp, StartIdx, CountRoundDown, Step,
2880                             getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
2881
2882   // We are going to resume the execution of the scalar loop.
2883   // Go over all of the induction variables that we found and fix the
2884   // PHIs that are left in the scalar version of the loop.
2885   // The starting values of PHI nodes depend on the counter of the last
2886   // iteration in the vectorized loop.
2887   // If we come from a bypass edge then we need to start from the original
2888   // start value.
2889
2890   // This variable saves the new starting index for the scalar loop. It is used
2891   // to test if there are any tail iterations left once the vector loop has
2892   // completed.
2893   LoopVectorizationLegality::InductionList::iterator I, E;
2894   LoopVectorizationLegality::InductionList *List = Legal->getInductionVars();
2895   for (I = List->begin(), E = List->end(); I != E; ++I) {
2896     PHINode *OrigPhi = I->first;
2897     InductionDescriptor II = I->second;
2898
2899     // Create phi nodes to merge from the  backedge-taken check block.
2900     PHINode *BCResumeVal = PHINode::Create(OrigPhi->getType(), 3,
2901                                            "bc.resume.val",
2902                                            ScalarPH->getTerminator());
2903     Value *EndValue;
2904     if (OrigPhi == OldInduction) {
2905       // We know what the end value is.
2906       EndValue = CountRoundDown;
2907     } else {
2908       IRBuilder<> B(LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
2909       Value *CRD = B.CreateSExtOrTrunc(CountRoundDown,
2910                                        II.getStepValue()->getType(),
2911                                        "cast.crd");
2912       EndValue = II.transform(B, CRD);
2913       EndValue->setName("ind.end");
2914     }
2915
2916     // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
2917     // or the value at the end of the vectorized loop.
2918     BCResumeVal->addIncoming(EndValue, MiddleBlock);
2919
2920     // Fix the scalar body counter (PHI node).
2921     unsigned BlockIdx = OrigPhi->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
2922
2923     // The old induction's phi node in the scalar body needs the truncated
2924     // value.
2925     for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2926       BCResumeVal->addIncoming(II.getStartValue(), LoopBypassBlocks[I]);
2927     OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, BCResumeVal);
2928   }
2929
2930   // Add a check in the middle block to see if we have completed
2931   // all of the iterations in the first vector loop.
2932   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
2933   Value *CmpN = CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, Count,
2934                                 CountRoundDown, "cmp.n",
2935                                 MiddleBlock->getTerminator());
2936   ReplaceInstWithInst(MiddleBlock->getTerminator(),
2937                       BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN));
2938
2939   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
2940   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstInsertionPt());
2941
2942   // Save the state.
2943   LoopVectorPreHeader = Lp->getLoopPreheader();
2944   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
2945   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
2946   LoopExitBlock = ExitBlock;
2947   LoopVectorBody.push_back(VecBody);
2948   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
2949
2950   LoopVectorizeHints Hints(Lp, true);
2951   Hints.setAlreadyVectorized();
2952 }
2953
2954 namespace {
2955 struct CSEDenseMapInfo {
2956   static bool canHandle(Instruction *I) {
2957     return isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
2958            isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I);
2959   }
2960   static inline Instruction *getEmptyKey() {
2961     return DenseMapInfo<Instruction *>::getEmptyKey();
2962   }
2963   static inline Instruction *getTombstoneKey() {
2964     return DenseMapInfo<Instruction *>::getTombstoneKey();
2965   }
2966   static unsigned getHashValue(Instruction *I) {
2967     assert(canHandle(I) && "Unknown instruction!");
2968     return hash_combine(I->getOpcode(), hash_combine_range(I->value_op_begin(),
2969                                                            I->value_op_end()));
2970   }
2971   static bool isEqual(Instruction *LHS, Instruction *RHS) {
2972     if (LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey() ||
2973         LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey())
2974       return LHS == RHS;
2975     return LHS->isIdenticalTo(RHS);
2976   }
2977 };
2978 }
2979
2980 /// \brief Check whether this block is a predicated block.
2981 /// Due to if predication of stores we might create a sequence of "if(pred) a[i]
2982 /// = ...;  " blocks. We start with one vectorized basic block. For every
2983 /// conditional block we split this vectorized block. Therefore, every second
2984 /// block will be a predicated one.
2985 static bool isPredicatedBlock(unsigned BlockNum) {
2986   return BlockNum % 2;
2987 }
2988
2989 ///\brief Perform cse of induction variable instructions.
2990 static void cse(SmallVector<BasicBlock *, 4> &BBs) {
2991   // Perform simple cse.
2992   SmallDenseMap<Instruction *, Instruction *, 4, CSEDenseMapInfo> CSEMap;
2993   for (unsigned i = 0, e = BBs.size(); i != e; ++i) {
2994     BasicBlock *BB = BBs[i];
2995     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
2996       Instruction *In = I++;
2997
2998       if (!CSEDenseMapInfo::canHandle(In))
2999         continue;
3000
3001       // Check if we can replace this instruction with any of the
3002       // visited instructions.
3003       if (Instruction *V = CSEMap.lookup(In)) {
3004         In->replaceAllUsesWith(V);
3005         In->eraseFromParent();
3006         continue;
3007       }
3008       // Ignore instructions in conditional blocks. We create "if (pred) a[i] =
3009       // ...;" blocks for predicated stores. Every second block is a predicated
3010       // block.
3011       if (isPredicatedBlock(i))
3012         continue;
3013
3014       CSEMap[In] = In;
3015     }
3016   }
3017 }
3018
3019 /// \brief Adds a 'fast' flag to floating point operations.
3020 static Value *addFastMathFlag(Value *V) {
3021   if (isa<FPMathOperator>(V)){
3022     FastMathFlags Flags;
3023     Flags.setUnsafeAlgebra();
3024     cast<Instruction>(V)->setFastMathFlags(Flags);
3025   }
3026   return V;
3027 }
3028
3029 /// Estimate the overhead of scalarizing a value. Insert and Extract are set if
3030 /// the result needs to be inserted and/or extracted from vectors.
3031 static unsigned getScalarizationOverhead(Type *Ty, bool Insert, bool Extract,
3032                                          const TargetTransformInfo &TTI) {
3033   if (Ty->isVoidTy())
3034     return 0;
3035
3036   assert(Ty->isVectorTy() && "Can only scalarize vectors");
3037   unsigned Cost = 0;
3038
3039   for (int i = 0, e = Ty->getVectorNumElements(); i < e; ++i) {
3040     if (Insert)
3041       Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement, Ty, i);
3042     if (Extract)
3043       Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, Ty, i);
3044   }
3045
3046   return Cost;
3047 }
3048
3049 // Estimate cost of a call instruction CI if it were vectorized with factor VF.
3050 // Return the cost of the instruction, including scalarization overhead if it's
3051 // needed. The flag NeedToScalarize shows if the call needs to be scalarized -
3052 // i.e. either vector version isn't available, or is too expensive.
3053 static unsigned getVectorCallCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3054                                   const TargetTransformInfo &TTI,
3055                                   const TargetLibraryInfo *TLI,
3056                                   bool &NeedToScalarize) {
3057   Function *F = CI->getCalledFunction();
3058   StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
3059   Type *ScalarRetTy = CI->getType();
3060   SmallVector<Type *, 4> Tys, ScalarTys;
3061   for (auto &ArgOp : CI->arg_operands())
3062     ScalarTys.push_back(ArgOp->getType());
3063
3064   // Estimate cost of scalarized vector call. The source operands are assumed
3065   // to be vectors, so we need to extract individual elements from there,
3066   // execute VF scalar calls, and then gather the result into the vector return
3067   // value.
3068   unsigned ScalarCallCost = TTI.getCallInstrCost(F, ScalarRetTy, ScalarTys);
3069   if (VF == 1)
3070     return ScalarCallCost;
3071
3072   // Compute corresponding vector type for return value and arguments.
3073   Type *RetTy = ToVectorTy(ScalarRetTy, VF);
3074   for (unsigned i = 0, ie = ScalarTys.size(); i != ie; ++i)
3075     Tys.push_back(ToVectorTy(ScalarTys[i], VF));
3076
3077   // Compute costs of unpacking argument values for the scalar calls and
3078   // packing the return values to a vector.
3079   unsigned ScalarizationCost =
3080       getScalarizationOverhead(RetTy, true, false, TTI);
3081   for (unsigned i = 0, ie = Tys.size(); i != ie; ++i)
3082     ScalarizationCost += getScalarizationOverhead(Tys[i], false, true, TTI);
3083
3084   unsigned Cost = ScalarCallCost * VF + ScalarizationCost;
3085
3086   // If we can't emit a vector call for this function, then the currently found
3087   // cost is the cost we need to return.
3088   NeedToScalarize = true;
3089   if (!TLI || !TLI->isFunctionVectorizable(FnName, VF) || CI->isNoBuiltin())
3090     return Cost;
3091
3092   // If the corresponding vector cost is cheaper, return its cost.
3093   unsigned VectorCallCost = TTI.getCallInstrCost(nullptr, RetTy, Tys);
3094   if (VectorCallCost < Cost) {
3095     NeedToScalarize = false;
3096     return VectorCallCost;
3097   }
3098   return Cost;
3099 }
3100
3101 // Estimate cost of an intrinsic call instruction CI if it were vectorized with
3102 // factor VF.  Return the cost of the instruction, including scalarization
3103 // overhead if it's needed.
3104 static unsigned getVectorIntrinsicCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3105                                        const TargetTransformInfo &TTI,
3106                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
3107   Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3108   assert(ID && "Expected intrinsic call!");
3109
3110   Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
3111   SmallVector<Type *, 4> Tys;
3112   for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i)
3113     Tys.push_back(ToVectorTy(CI->getArgOperand(i)->getType(), VF));
3114
3115   return TTI.getIntrinsicInstrCost(ID, RetTy, Tys);
3116 }
3117
3118 void InnerLoopVectorizer::vectorizeLoop() {
3119   //===------------------------------------------------===//
3120   //
3121   // Notice: any optimization or new instruction that go
3122   // into the code below should be also be implemented in
3123   // the cost-model.
3124   //
3125   //===------------------------------------------------===//
3126   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
3127
3128   // In order to support reduction variables we need to be able to vectorize
3129   // Phi nodes. Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two
3130   // stages. First, we create a new vector PHI node with no incoming edges.
3131   // We use this value when we vectorize all of the instructions that use the
3132   // PHI. Next, after all of the instructions in the block are complete we
3133   // add the new incoming edges to the PHI. At this point all of the
3134   // instructions in the basic block are vectorized, so we can use them to
3135   // construct the PHI.
3136   PhiVector RdxPHIsToFix;
3137
3138   // Scan the loop in a topological order to ensure that defs are vectorized
3139   // before users.
3140   LoopBlocksDFS DFS(OrigLoop);
3141   DFS.perform(LI);
3142
3143   // Vectorize all of the blocks in the original loop.
3144   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
3145        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb)
3146     vectorizeBlockInLoop(*bb, &RdxPHIsToFix);
3147
3148   // At this point every instruction in the original loop is widened to
3149   // a vector form. We are almost done. Now, we need to fix the PHI nodes
3150   // that we vectorized. The PHI nodes are currently empty because we did
3151   // not want to introduce cycles. Notice that the remaining PHI nodes
3152   // that we need to fix are reduction variables.
3153
3154   // Create the 'reduced' values for each of the induction vars.
3155   // The reduced values are the vector values that we scalarize and combine
3156   // after the loop is finished.
3157   for (PhiVector::iterator it = RdxPHIsToFix.begin(), e = RdxPHIsToFix.end();
3158        it != e; ++it) {
3159     PHINode *RdxPhi = *it;
3160     assert(RdxPhi && "Unable to recover vectorized PHI");
3161
3162     // Find the reduction variable descriptor.
3163     assert(Legal->getReductionVars()->count(RdxPhi) &&
3164            "Unable to find the reduction variable");
3165     RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[RdxPhi];
3166
3167     RecurrenceDescriptor::RecurrenceKind RK = RdxDesc.getRecurrenceKind();
3168     TrackingVH<Value> ReductionStartValue = RdxDesc.getRecurrenceStartValue();
3169     Instruction *LoopExitInst = RdxDesc.getLoopExitInstr();
3170     RecurrenceDescriptor::MinMaxRecurrenceKind MinMaxKind =
3171         RdxDesc.getMinMaxRecurrenceKind();
3172     setDebugLocFromInst(Builder, ReductionStartValue);
3173
3174     // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
3175     // To do so, we need to generate the 'identity' vector and override
3176     // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
3177     // to do it in the vector-loop preheader.
3178     Builder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks[1]->getTerminator());
3179
3180     // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
3181     VectorParts &VectorExit = getVectorValue(LoopExitInst);
3182     Type *VecTy = VectorExit[0]->getType();
3183
3184     // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
3185     // one for multiplication, -1 for And.
3186     Value *Identity;
3187     Value *VectorStart;
3188     if (RK == RecurrenceDescriptor::RK_IntegerMinMax ||
3189         RK == RecurrenceDescriptor::RK_FloatMinMax) {
3190       // MinMax reduction have the start value as their identify.
3191       if (VF == 1) {
3192         VectorStart = Identity = ReductionStartValue;
3193       } else {
3194         VectorStart = Identity =
3195             Builder.CreateVectorSplat(VF, ReductionStartValue, "minmax.ident");
3196       }
3197     } else {
3198       // Handle other reduction kinds:
3199       Constant *Iden = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceIdentity(
3200           RK, VecTy->getScalarType());
3201       if (VF == 1) {
3202         Identity = Iden;
3203         // This vector is the Identity vector where the first element is the
3204         // incoming scalar reduction.
3205         VectorStart = ReductionStartValue;
3206       } else {
3207         Identity = ConstantVector::getSplat(VF, Iden);
3208
3209         // This vector is the Identity vector where the first element is the
3210         // incoming scalar reduction.
3211         VectorStart =
3212             Builder.CreateInsertElement(Identity, ReductionStartValue, Zero);
3213       }
3214     }
3215
3216     // Fix the vector-loop phi.
3217
3218     // Reductions do not have to start at zero. They can start with
3219     // any loop invariant values.
3220     VectorParts &VecRdxPhi = WidenMap.get(RdxPhi);
3221     BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
3222     Value *LoopVal = RdxPhi->getIncomingValueForBlock(Latch);
3223     VectorParts &Val = getVectorValue(LoopVal);
3224     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3225       // Make sure to add the reduction stat value only to the
3226       // first unroll part.
3227       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
3228       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(StartVal,
3229                                                   LoopVectorPreHeader);
3230       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(Val[part],
3231                                                   LoopVectorBody.back());
3232     }
3233
3234     // Before each round, move the insertion point right between
3235     // the PHIs and the values we are going to write.
3236     // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
3237     // instructions.
3238     Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
3239
3240     VectorParts RdxParts = getVectorValue(LoopExitInst);
3241     setDebugLocFromInst(Builder, LoopExitInst);
3242
3243     // If the vector reduction can be performed in a smaller type, we truncate
3244     // then extend the loop exit value to enable InstCombine to evaluate the
3245     // entire expression in the smaller type.
3246     if (VF > 1 && RdxPhi->getType() != RdxDesc.getRecurrenceType()) {
3247       Type *RdxVecTy = VectorType::get(RdxDesc.getRecurrenceType(), VF);
3248       Builder.SetInsertPoint(LoopVectorBody.back()->getTerminator());
3249       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3250         Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(RdxParts[part], RdxVecTy);
3251         Value *Extnd = RdxDesc.isSigned() ? Builder.CreateSExt(Trunc, VecTy)
3252                                           : Builder.CreateZExt(Trunc, VecTy);
3253         for (Value::user_iterator UI = RdxParts[part]->user_begin();
3254              UI != RdxParts[part]->user_end();)
3255           if (*UI != Trunc) {
3256             (*UI++)->replaceUsesOfWith(RdxParts[part], Extnd);
3257             RdxParts[part] = Extnd;
3258           } else {
3259             ++UI;
3260           }
3261       }
3262       Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
3263       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3264         RdxParts[part] = Builder.CreateTrunc(RdxParts[part], RdxVecTy);
3265     }
3266
3267     // Reduce all of the unrolled parts into a single vector.
3268     Value *ReducedPartRdx = RdxParts[0];
3269     unsigned Op = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceBinOp(RK);
3270     setDebugLocFromInst(Builder, ReducedPartRdx);
3271     for (unsigned part = 1; part < UF; ++part) {
3272       if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
3273         // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
3274         ReducedPartRdx = addFastMathFlag(
3275             Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Op, RdxParts[part],
3276                                 ReducedPartRdx, "bin.rdx"));
3277       else
3278         ReducedPartRdx = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(
3279             Builder, MinMaxKind, ReducedPartRdx, RdxParts[part]);
3280     }
3281
3282     if (VF > 1) {
3283       // VF is a power of 2 so we can emit the reduction using log2(VF) shuffles
3284       // and vector ops, reducing the set of values being computed by half each
3285       // round.
3286       assert(isPowerOf2_32(VF) &&
3287              "Reduction emission only supported for pow2 vectors!");
3288       Value *TmpVec = ReducedPartRdx;
3289       SmallVector<Constant*, 32> ShuffleMask(VF, nullptr);
3290       for (unsigned i = VF; i != 1; i >>= 1) {
3291         // Move the upper half of the vector to the lower half.
3292         for (unsigned j = 0; j != i/2; ++j)
3293           ShuffleMask[j] = Builder.getInt32(i/2 + j);
3294
3295         // Fill the rest of the mask with undef.
3296         std::fill(&ShuffleMask[i/2], ShuffleMask.end(),
3297                   UndefValue::get(Builder.getInt32Ty()));
3298
3299         Value *Shuf =
3300         Builder.CreateShuffleVector(TmpVec,
3301                                     UndefValue::get(TmpVec->getType()),
3302                                     ConstantVector::get(ShuffleMask),
3303                                     "rdx.shuf");
3304
3305         if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
3306           // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
3307           TmpVec = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(
3308               (Instruction::BinaryOps)Op, TmpVec, Shuf, "bin.rdx"));
3309         else
3310           TmpVec = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(Builder, MinMaxKind,
3311                                                         TmpVec, Shuf);
3312       }
3313
3314       // The result is in the first element of the vector.
3315       ReducedPartRdx = Builder.CreateExtractElement(TmpVec,
3316                                                     Builder.getInt32(0));
3317
3318       // If the reduction can be performed in a smaller type, we need to extend
3319       // the reduction to the wider type before we branch to the original loop.
3320       if (RdxPhi->getType() != RdxDesc.getRecurrenceType())
3321         ReducedPartRdx =
3322             RdxDesc.isSigned()
3323                 ? Builder.CreateSExt(ReducedPartRdx, RdxPhi->getType())
3324                 : Builder.CreateZExt(ReducedPartRdx, RdxPhi->getType());
3325     }
3326
3327     // Create a phi node that merges control-flow from the backedge-taken check
3328     // block and the middle block.
3329     PHINode *BCBlockPhi = PHINode::Create(RdxPhi->getType(), 2, "bc.merge.rdx",
3330                                           LoopScalarPreHeader->getTerminator());
3331     for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
3332       BCBlockPhi->addIncoming(ReductionStartValue, LoopBypassBlocks[I]);
3333     BCBlockPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
3334
3335     // Now, we need to fix the users of the reduction variable
3336     // inside and outside of the scalar remainder loop.
3337     // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
3338     // PHI nodes in the exit blocks.
3339     for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
3340          LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
3341       PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
3342       if (!LCSSAPhi) break;
3343
3344       // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
3345       // we already fixed them.
3346       assert(LCSSAPhi->getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
3347
3348       // We found our reduction value exit-PHI. Update it with the
3349       // incoming bypass edge.
3350       if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == LoopExitInst) {
3351         // Add an edge coming from the bypass.
3352         LCSSAPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
3353         break;
3354       }
3355     }// end of the LCSSA phi scan.
3356
3357     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
3358     // from the vector body and from the backedge value.
3359     int IncomingEdgeBlockIdx =
3360     (RdxPhi)->getBasicBlockIndex(OrigLoop->getLoopLatch());
3361     assert(IncomingEdgeBlockIdx >= 0 && "Invalid block index");
3362     // Pick the other block.
3363     int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1);
3364     (RdxPhi)->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, BCBlockPhi);
3365     (RdxPhi)->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, LoopExitInst);
3366   }// end of for each redux variable.
3367
3368   fixLCSSAPHIs();
3369
3370   // Remove redundant induction instructions.
3371   cse(LoopVectorBody);
3372 }
3373
3374 void InnerLoopVectorizer::fixLCSSAPHIs() {
3375   for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
3376        LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
3377     PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
3378     if (!LCSSAPhi) break;
3379     if (LCSSAPhi->getNumIncomingValues() == 1)
3380       LCSSAPhi->addIncoming(UndefValue::get(LCSSAPhi->getType()),
3381                             LoopMiddleBlock);
3382   }
3383 }
3384
3385 InnerLoopVectorizer::VectorParts
3386 InnerLoopVectorizer::createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst) {
3387   assert(std::find(pred_begin(Dst), pred_end(Dst), Src) != pred_end(Dst) &&
3388          "Invalid edge");
3389
3390   // Look for cached value.
3391   std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*> Edge(Src, Dst);
3392   EdgeMaskCache::iterator ECEntryIt = MaskCache.find(Edge);
3393   if (ECEntryIt != MaskCache.end())
3394     return ECEntryIt->second;
3395
3396   VectorParts SrcMask = createBlockInMask(Src);
3397
3398   // The terminator has to be a branch inst!
3399   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Src->getTerminator());
3400   assert(BI && "Unexpected terminator found");
3401
3402   if (BI->isConditional()) {
3403     VectorParts EdgeMask = getVectorValue(BI->getCondition());
3404
3405     if (BI->getSuccessor(0) != Dst)
3406       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3407         EdgeMask[part] = Builder.CreateNot(EdgeMask[part]);
3408
3409     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3410       EdgeMask[part] = Builder.CreateAnd(EdgeMask[part], SrcMask[part]);
3411
3412     MaskCache[Edge] = EdgeMask;
3413     return EdgeMask;
3414   }
3415
3416   MaskCache[Edge] = SrcMask;
3417   return SrcMask;
3418 }
3419
3420 InnerLoopVectorizer::VectorParts
3421 InnerLoopVectorizer::createBlockInMask(BasicBlock *BB) {
3422   assert(OrigLoop->contains(BB) && "Block is not a part of a loop");
3423
3424   // Loop incoming mask is all-one.
3425   if (OrigLoop->getHeader() == BB) {
3426     Value *C = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 1);
3427     return getVectorValue(C);
3428   }
3429
3430   // This is the block mask. We OR all incoming edges, and with zero.
3431   Value *Zero = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 0);
3432   VectorParts BlockMask = getVectorValue(Zero);
3433
3434   // For each pred:
3435   for (pred_iterator it = pred_begin(BB), e = pred_end(BB); it != e; ++it) {
3436     VectorParts EM = createEdgeMask(*it, BB);
3437     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3438       BlockMask[part] = Builder.CreateOr(BlockMask[part], EM[part]);
3439   }
3440
3441   return BlockMask;
3442 }
3443
3444 void InnerLoopVectorizer::widenPHIInstruction(Instruction *PN,
3445                                               InnerLoopVectorizer::VectorParts &Entry,
3446                                               unsigned UF, unsigned VF, PhiVector *PV) {
3447   PHINode* P = cast<PHINode>(PN);
3448   // Handle reduction variables:
3449   if (Legal->getReductionVars()->count(P)) {
3450     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3451       // This is phase one of vectorizing PHIs.
3452       Type *VecTy = (VF == 1) ? PN->getType() :
3453       VectorType::get(PN->getType(), VF);
3454       Entry[part] = PHINode::Create(VecTy, 2, "vec.phi",
3455                                     LoopVectorBody.back()-> getFirstInsertionPt());
3456     }
3457     PV->push_back(P);
3458     return;
3459   }
3460
3461   setDebugLocFromInst(Builder, P);
3462   // Check for PHI nodes that are lowered to vector selects.
3463   if (P->getParent() != OrigLoop->getHeader()) {
3464     // We know that all PHIs in non-header blocks are converted into
3465     // selects, so we don't have to worry about the insertion order and we
3466     // can just use the builder.
3467     // At this point we generate the predication tree. There may be
3468     // duplications since this is a simple recursive scan, but future
3469     // optimizations will clean it up.
3470
3471     unsigned NumIncoming = P->getNumIncomingValues();
3472
3473     // Generate a sequence of selects of the form:
3474     // SELECT(Mask3, In3,
3475     //      SELECT(Mask2, In2,
3476     //                   ( ...)))
3477     for (unsigned In = 0; In < NumIncoming; In++) {
3478       VectorParts Cond = createEdgeMask(P->getIncomingBlock(In),
3479                                         P->getParent());
3480       VectorParts &In0 = getVectorValue(P->getIncomingValue(In));
3481
3482       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3483         // We might have single edge PHIs (blocks) - use an identity
3484         // 'select' for the first PHI operand.
3485         if (In == 0)
3486           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
3487                                              In0[part]);
3488         else
3489           // Select between the current value and the previous incoming edge
3490           // based on the incoming mask.
3491           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
3492                                              Entry[part], "predphi");
3493       }
3494     }
3495     return;
3496   }
3497
3498   // This PHINode must be an induction variable.
3499   // Make sure that we know about it.
3500   assert(Legal->getInductionVars()->count(P) &&
3501          "Not an induction variable");
3502
3503   InductionDescriptor II = Legal->getInductionVars()->lookup(P);
3504
3505   // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
3506   // which can be found from the original scalar operations.
3507   switch (II.getKind()) {
3508     case InductionDescriptor::IK_NoInduction:
3509       llvm_unreachable("Unknown induction");
3510     case InductionDescriptor::IK_IntInduction: {
3511       assert(P->getType() == II.getStartValue()->getType() && "Types must match");
3512       // Handle other induction variables that are now based on the
3513       // canonical one.
3514       Value *V = Induction;
3515       if (P != OldInduction) {
3516         V = Builder.CreateSExtOrTrunc(Induction, P->getType());
3517         V = II.transform(Builder, V);
3518         V->setName("offset.idx");
3519       }
3520       Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(V);
3521       // After broadcasting the induction variable we need to make the vector
3522       // consecutive by adding 0, 1, 2, etc.
3523       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3524         Entry[part] = getStepVector(Broadcasted, VF * part, II.getStepValue());
3525       return;
3526     }
3527     case InductionDescriptor::IK_PtrInduction:
3528       // Handle the pointer induction variable case.
3529       assert(P->getType()->isPointerTy() && "Unexpected type.");
3530       // This is the normalized GEP that starts counting at zero.
3531       Value *PtrInd = Induction;
3532       PtrInd = Builder.CreateSExtOrTrunc(PtrInd, II.getStepValue()->getType());
3533       // This is the vector of results. Notice that we don't generate
3534       // vector geps because scalar geps result in better code.
3535       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3536         if (VF == 1) {
3537           int EltIndex = part;
3538           Constant *Idx = ConstantInt::get(PtrInd->getType(), EltIndex);
3539           Value *GlobalIdx = Builder.CreateAdd(PtrInd, Idx);
3540           Value *SclrGep = II.transform(Builder, GlobalIdx);
3541           SclrGep->setName("next.gep");
3542           Entry[part] = SclrGep;
3543           continue;
3544         }
3545
3546         Value *VecVal = UndefValue::get(VectorType::get(P->getType(), VF));
3547         for (unsigned int i = 0; i < VF; ++i) {
3548           int EltIndex = i + part * VF;
3549           Constant *Idx = ConstantInt::get(PtrInd->getType(), EltIndex);
3550           Value *GlobalIdx = Builder.CreateAdd(PtrInd, Idx);
3551           Value *SclrGep = II.transform(Builder, GlobalIdx);
3552           SclrGep->setName("next.gep");
3553           VecVal = Builder.CreateInsertElement(VecVal, SclrGep,
3554                                                Builder.getInt32(i),
3555                                                "insert.gep");
3556         }
3557         Entry[part] = VecVal;
3558       }
3559       return;
3560   }
3561 }
3562
3563 void InnerLoopVectorizer::vectorizeBlockInLoop(BasicBlock *BB, PhiVector *PV) {
3564   // For each instruction in the old loop.
3565   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
3566     VectorParts &Entry = WidenMap.get(it);
3567     switch (it->getOpcode()) {
3568     case Instruction::Br:
3569       // Nothing to do for PHIs and BR, since we already took care of the
3570       // loop control flow instructions.
3571       continue;
3572     case Instruction::PHI: {
3573       // Vectorize PHINodes.
3574       widenPHIInstruction(it, Entry, UF, VF, PV);
3575       continue;
3576     }// End of PHI.
3577
3578     case Instruction::Add:
3579     case Instruction::FAdd:
3580     case Instruction::Sub:
3581     case Instruction::FSub:
3582     case Instruction::Mul:
3583     case Instruction::FMul:
3584     case Instruction::UDiv:
3585     case Instruction::SDiv:
3586     case Instruction::FDiv:
3587     case Instruction::URem:
3588     case Instruction::SRem:
3589     case Instruction::FRem:
3590     case Instruction::Shl:
3591     case Instruction::LShr:
3592     case Instruction::AShr:
3593     case Instruction::And:
3594     case Instruction::Or:
3595     case Instruction::Xor: {
3596       // Just widen binops.
3597       BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(it);
3598       setDebugLocFromInst(Builder, BinOp);
3599       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3600       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
3601
3602       // Use this vector value for all users of the original instruction.
3603       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3604         Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), A[Part], B[Part]);
3605
3606         if (BinaryOperator *VecOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
3607           VecOp->copyIRFlags(BinOp);
3608
3609         Entry[Part] = V;
3610       }
3611
3612       propagateMetadata(Entry, it);
3613       break;
3614     }
3615     case Instruction::Select: {
3616       // Widen selects.
3617       // If the selector is loop invariant we can create a select
3618       // instruction with a scalar condition. Otherwise, use vector-select.
3619       bool InvariantCond = SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(it->getOperand(0)),
3620                                                OrigLoop);
3621       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3622
3623       // The condition can be loop invariant  but still defined inside the
3624       // loop. This means that we can't just use the original 'cond' value.
3625       // We have to take the 'vectorized' value and pick the first lane.
3626       // Instcombine will make this a no-op.
3627       VectorParts &Cond = getVectorValue(it->getOperand(0));
3628       VectorParts &Op0  = getVectorValue(it->getOperand(1));
3629       VectorParts &Op1  = getVectorValue(it->getOperand(2));
3630
3631       Value *ScalarCond = (VF == 1) ? Cond[0] :
3632         Builder.CreateExtractElement(Cond[0], Builder.getInt32(0));
3633
3634       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3635         Entry[Part] = Builder.CreateSelect(
3636           InvariantCond ? ScalarCond : Cond[Part],
3637           Op0[Part],
3638           Op1[Part]);
3639       }
3640
3641       propagateMetadata(Entry, it);
3642       break;
3643     }
3644
3645     case Instruction::ICmp:
3646     case Instruction::FCmp: {
3647       // Widen compares. Generate vector compares.
3648       bool FCmp = (it->getOpcode() == Instruction::FCmp);
3649       CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(it);
3650       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3651       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3652       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
3653       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3654         Value *C = nullptr;
3655         if (FCmp)
3656           C = Builder.CreateFCmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
3657         else
3658           C = Builder.CreateICmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
3659         Entry[Part] = C;
3660       }
3661
3662       propagateMetadata(Entry, it);
3663       break;
3664     }
3665
3666     case Instruction::Store:
3667     case Instruction::Load:
3668       vectorizeMemoryInstruction(it);
3669         break;
3670     case Instruction::ZExt:
3671     case Instruction::SExt:
3672     case Instruction::FPToUI:
3673     case Instruction::FPToSI:
3674     case Instruction::FPExt:
3675     case Instruction::PtrToInt:
3676     case Instruction::IntToPtr:
3677     case Instruction::SIToFP:
3678     case Instruction::UIToFP:
3679     case Instruction::Trunc:
3680     case Instruction::FPTrunc:
3681     case Instruction::BitCast: {
3682       CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(it);
3683       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3684       /// Optimize the special case where the source is the induction
3685       /// variable. Notice that we can only optimize the 'trunc' case
3686       /// because: a. FP conversions lose precision, b. sext/zext may wrap,
3687       /// c. other casts depend on pointer size.
3688       if (CI->getOperand(0) == OldInduction &&
3689           it->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
3690         Value *ScalarCast = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), Induction,
3691                                                CI->getType());
3692         Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ScalarCast);
3693         InductionDescriptor II = Legal->getInductionVars()->lookup(OldInduction);
3694         Constant *Step =
3695             ConstantInt::getSigned(CI->getType(), II.getStepValue()->getSExtValue());
3696         for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
3697           Entry[Part] = getStepVector(Broadcasted, VF * Part, Step);
3698         propagateMetadata(Entry, it);
3699         break;
3700       }
3701       /// Vectorize casts.
3702       Type *DestTy = (VF == 1) ? CI->getType() :
3703                                  VectorType::get(CI->getType(), VF);
3704
3705       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3706       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
3707         Entry[Part] = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), A[Part], DestTy);
3708       propagateMetadata(Entry, it);
3709       break;
3710     }
3711
3712     case Instruction::Call: {
3713       // Ignore dbg intrinsics.
3714       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
3715         break;
3716       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3717
3718       Module *M = BB->getParent()->getParent();
3719       CallInst *CI = cast<CallInst>(it);
3720
3721       StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
3722       Function *F = CI->getCalledFunction();
3723       Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
3724       SmallVector<Type *, 4> Tys;
3725       for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i)
3726         Tys.push_back(ToVectorTy(CI->getArgOperand(i)->getType(), VF));
3727
3728       Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3729       if (ID &&
3730           (ID == Intrinsic::assume || ID == Intrinsic::lifetime_end ||
3731            ID == Intrinsic::lifetime_start)) {
3732         scalarizeInstruction(it);
3733         break;
3734       }
3735       // The flag shows whether we use Intrinsic or a usual Call for vectorized
3736       // version of the instruction.
3737       // Is it beneficial to perform intrinsic call compared to lib call?
3738       bool NeedToScalarize;
3739       unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, *TTI, TLI, NeedToScalarize);
3740       bool UseVectorIntrinsic =
3741           ID && getVectorIntrinsicCost(CI, VF, *TTI, TLI) <= CallCost;
3742       if (!UseVectorIntrinsic && NeedToScalarize) {
3743         scalarizeInstruction(it);
3744         break;
3745       }
3746
3747       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3748         SmallVector<Value *, 4> Args;
3749         for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i) {
3750           Value *Arg = CI->getArgOperand(i);
3751           // Some intrinsics have a scalar argument - don't replace it with a
3752           // vector.
3753           if (!UseVectorIntrinsic || !hasVectorInstrinsicScalarOpd(ID, i)) {
3754             VectorParts &VectorArg = getVectorValue(CI->getArgOperand(i));
3755             Arg = VectorArg[Part];
3756           }
3757           Args.push_back(Arg);
3758         }
3759
3760         Function *VectorF;
3761         if (UseVectorIntrinsic) {
3762           // Use vector version of the intrinsic.
3763           Type *TysForDecl[] = {CI->getType()};
3764           if (VF > 1)
3765             TysForDecl[0] = VectorType::get(CI->getType()->getScalarType(), VF);
3766           VectorF = Intrinsic::getDeclaration(M, ID, TysForDecl);
3767         } else {
3768           // Use vector version of the library call.
3769           StringRef VFnName = TLI->getVectorizedFunction(FnName, VF);
3770           assert(!VFnName.empty() && "Vector function name is empty.");
3771           VectorF = M->getFunction(VFnName);
3772           if (!VectorF) {
3773             // Generate a declaration
3774             FunctionType *FTy = FunctionType::get(RetTy, Tys, false);
3775             VectorF =
3776                 Function::Create(FTy, Function::ExternalLinkage, VFnName, M);
3777             VectorF->copyAttributesFrom(F);
3778           }
3779         }
3780         assert(VectorF && "Can't create vector function.");
3781         Entry[Part] = Builder.CreateCall(VectorF, Args);
3782       }
3783
3784       propagateMetadata(Entry, it);
3785       break;
3786     }
3787
3788     default:
3789       // All other instructions are unsupported. Scalarize them.
3790       scalarizeInstruction(it);
3791       break;
3792     }// end of switch.
3793   }// end of for_each instr.
3794 }
3795
3796 void InnerLoopVectorizer::updateAnalysis() {
3797   // Forget the original basic block.
3798   SE->forgetLoop(OrigLoop);
3799
3800   // Update the dominator tree information.
3801   assert(DT->properlyDominates(LoopBypassBlocks.front(), LoopExitBlock) &&
3802          "Entry does not dominate exit.");
3803
3804   for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
3805     DT->addNewBlock(LoopBypassBlocks[I], LoopBypassBlocks[I-1]);
3806   DT->addNewBlock(LoopVectorPreHeader, LoopBypassBlocks.back());
3807
3808   // Due to if predication of stores we might create a sequence of "if(pred)
3809   // a[i] = ...;  " blocks.
3810   for (unsigned i = 0, e = LoopVectorBody.size(); i != e; ++i) {
3811     if (i == 0)
3812       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[0], LoopVectorPreHeader);
3813     else if (isPredicatedBlock(i)) {
3814       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[i], LoopVectorBody[i-1]);
3815     } else {
3816       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[i], LoopVectorBody[i-2]);
3817     }
3818   }
3819
3820   DT->addNewBlock(LoopMiddleBlock, LoopVectorBody.back());
3821   DT->addNewBlock(LoopScalarPreHeader, LoopBypassBlocks[0]);
3822   DT->changeImmediateDominator(LoopScalarBody, LoopScalarPreHeader);
3823   DT->changeImmediateDominator(LoopExitBlock, LoopBypassBlocks[0]);
3824
3825   DEBUG(DT->verifyDomTree());
3826 }
3827
3828 /// \brief Check whether it is safe to if-convert this phi node.
3829 ///
3830 /// Phi nodes with constant expressions that can trap are not safe to if
3831 /// convert.
3832 static bool canIfConvertPHINodes(BasicBlock *BB) {
3833   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3834     PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I);
3835     if (!Phi)
3836       return true;
3837     for (unsigned p = 0, e = Phi->getNumIncomingValues(); p != e; ++p)
3838       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Phi->getIncomingValue(p)))
3839         if (C->canTrap())
3840           return false;
3841   }
3842   return true;
3843 }
3844
3845 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeWithIfConvert() {
3846   if (!EnableIfConversion) {
3847     emitAnalysis(VectorizationReport() << "if-conversion is disabled");
3848     return false;
3849   }
3850
3851   assert(TheLoop->getNumBlocks() > 1 && "Single block loops are vectorizable");
3852
3853   // A list of pointers that we can safely read and write to.
3854   SmallPtrSet<Value *, 8> SafePointes;
3855
3856   // Collect safe addresses.
3857   for (Loop::block_iterator BI = TheLoop->block_begin(),
3858          BE = TheLoop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
3859     BasicBlock *BB = *BI;
3860
3861     if (blockNeedsPredication(BB))
3862       continue;
3863
3864     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3865       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
3866         SafePointes.insert(LI->getPointerOperand());
3867       else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
3868         SafePointes.insert(SI->getPointerOperand());
3869     }
3870   }
3871
3872   // Collect the blocks that need predication.
3873   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
3874   for (Loop::block_iterator BI = TheLoop->block_begin(),
3875          BE = TheLoop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
3876     BasicBlock *BB = *BI;
3877
3878     // We don't support switch statements inside loops.
3879     if (!isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
3880       emitAnalysis(VectorizationReport(BB->getTerminator())
3881                    << "loop contains a switch statement");
3882       return false;
3883     }
3884
3885     // We must be able to predicate all blocks that need to be predicated.
3886     if (blockNeedsPredication(BB)) {
3887       if (!blockCanBePredicated(BB, SafePointes)) {
3888         emitAnalysis(VectorizationReport(BB->getTerminator())
3889                      << "control flow cannot be substituted for a select");
3890         return false;
3891       }
3892     } else if (BB != Header && !canIfConvertPHINodes(BB)) {
3893       emitAnalysis(VectorizationReport(BB->getTerminator())
3894                    << "control flow cannot be substituted for a select");
3895       return false;
3896     }
3897   }
3898
3899   // We can if-convert this loop.
3900   return true;
3901 }
3902
3903 bool LoopVectorizationLegality::canVectorize() {
3904   // We must have a loop in canonical form. Loops with indirectbr in them cannot
3905   // be canonicalized.
3906   if (!TheLoop->getLoopPreheader()) {
3907     emitAnalysis(
3908         VectorizationReport() <<
3909         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3910     return false;
3911   }
3912
3913   // We can only vectorize innermost loops.
3914   if (!TheLoop->empty()) {
3915     emitAnalysis(VectorizationReport() << "loop is not the innermost loop");
3916     return false;
3917   }
3918
3919   // We must have a single backedge.
3920   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1) {
3921     emitAnalysis(
3922         VectorizationReport() <<
3923         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3924     return false;
3925   }
3926
3927   // We must have a single exiting block.
3928   if (!TheLoop->getExitingBlock()) {
3929     emitAnalysis(
3930         VectorizationReport() <<
3931         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3932     return false;
3933   }
3934
3935   // We only handle bottom-tested loops, i.e. loop in which the condition is
3936   // checked at the end of each iteration. With that we can assume that all
3937   // instructions in the loop are executed the same number of times.
3938   if (TheLoop->getExitingBlock() != TheLoop->getLoopLatch()) {
3939     emitAnalysis(
3940         VectorizationReport() <<
3941         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3942     return false;
3943   }
3944
3945   // We need to have a loop header.
3946   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop: " <<
3947         TheLoop->getHeader()->getName() << '\n');
3948
3949   // Check if we can if-convert non-single-bb loops.
3950   unsigned NumBlocks = TheLoop->getNumBlocks();
3951   if (NumBlocks != 1 && !canVectorizeWithIfConvert()) {
3952     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't if-convert the loop.\n");
3953     return false;
3954   }
3955
3956   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
3957   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(TheLoop);
3958   if (ExitCount == SE->getCouldNotCompute()) {
3959     emitAnalysis(VectorizationReport() <<
3960                  "could not determine number of loop iterations");
3961     DEBUG(dbgs() << "LV: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
3962     return false;
3963   }
3964
3965   // Check if we can vectorize the instructions and CFG in this loop.
3966   if (!canVectorizeInstrs()) {
3967     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize the instructions or CFG\n");
3968     return false;
3969   }
3970
3971   // Go over each instruction and look at memory deps.
3972   if (!canVectorizeMemory()) {
3973     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize due to memory conflicts\n");
3974     return false;
3975   }
3976
3977   // Collect all of the variables that remain uniform after vectorization.
3978   collectLoopUniforms();
3979
3980   DEBUG(dbgs() << "LV: We can vectorize this loop"
3981                << (LAI->getRuntimePointerChecking()->Need
3982                        ? " (with a runtime bound check)"
3983                        : "")
3984                << "!\n");
3985
3986   bool UseInterleaved = TTI->enableInterleavedAccessVectorization();
3987
3988   // If an override option has been passed in for interleaved accesses, use it.
3989   if (EnableInterleavedMemAccesses.getNumOccurrences() > 0)
3990     UseInterleaved = EnableInterleavedMemAccesses;
3991
3992   // Analyze interleaved memory accesses.
3993   if (UseInterleaved)
3994      InterleaveInfo.analyzeInterleaving(Strides);
3995
3996   // Okay! We can vectorize. At this point we don't have any other mem analysis
3997   // which may limit our maximum vectorization factor, so just return true with
3998   // no restrictions.
3999   return true;
4000 }
4001
4002 static Type *convertPointerToIntegerType(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
4003   if (Ty->isPointerTy())
4004     return DL.getIntPtrType(Ty);
4005
4006   // It is possible that char's or short's overflow when we ask for the loop's
4007   // trip count, work around this by changing the type size.
4008   if (Ty->getScalarSizeInBits() < 32)
4009     return Type::getInt32Ty(Ty->getContext());
4010
4011   return Ty;
4012 }
4013
4014 static Type* getWiderType(const DataLayout &DL, Type *Ty0, Type *Ty1) {
4015   Ty0 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty0);
4016   Ty1 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty1);
4017   if (Ty0->getScalarSizeInBits() > Ty1->getScalarSizeInBits())
4018     return Ty0;
4019   return Ty1;
4020 }
4021
4022 /// \brief Check that the instruction has outside loop users and is not an
4023 /// identified reduction variable.
4024 static bool hasOutsideLoopUser(const Loop *TheLoop, Instruction *Inst,
4025                                SmallPtrSetImpl<Value *> &Reductions) {
4026   // Reduction instructions are allowed to have exit users. All other
4027   // instructions must not have external users.
4028   if (!Reductions.count(Inst))
4029     //Check that all of the users of the loop are inside the BB.
4030     for (User *U : Inst->users()) {
4031       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
4032       // This user may be a reduction exit value.
4033       if (!TheLoop->contains(UI)) {
4034         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an outside user for : " << *UI << '\n');
4035         return true;
4036       }
4037     }
4038   return false;
4039 }
4040
4041 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeInstrs() {
4042   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
4043
4044   // Look for the attribute signaling the absence of NaNs.
4045   Function &F = *Header->getParent();
4046   const DataLayout &DL = F.getParent()->getDataLayout();
4047   if (F.hasFnAttribute("no-nans-fp-math"))
4048     HasFunNoNaNAttr =
4049         F.getFnAttribute("no-nans-fp-math").getValueAsString() == "true";
4050
4051   // For each block in the loop.
4052   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
4053        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
4054
4055     // Scan the instructions in the block and look for hazards.
4056     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
4057          ++it) {
4058
4059       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(it)) {
4060         Type *PhiTy = Phi->getType();
4061         // Check that this PHI type is allowed.
4062         if (!PhiTy->isIntegerTy() &&
4063             !PhiTy->isFloatingPointTy() &&
4064             !PhiTy->isPointerTy()) {
4065           emitAnalysis(VectorizationReport(it)
4066                        << "loop control flow is not understood by vectorizer");
4067           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an non-int non-pointer PHI.\n");
4068           return false;
4069         }
4070
4071         // If this PHINode is not in the header block, then we know that we
4072         // can convert it to select during if-conversion. No need to check if
4073         // the PHIs in this block are induction or reduction variables.
4074         if (*bb != Header) {
4075           // Check that this instruction has no outside users or is an
4076           // identified reduction value with an outside user.
4077           if (!hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit))
4078             continue;
4079           emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4080                        "value could not be identified as "
4081                        "an induction or reduction variable");
4082           return false;
4083         }
4084
4085         // We only allow if-converted PHIs with exactly two incoming values.
4086         if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
4087           emitAnalysis(VectorizationReport(it)
4088                        << "control flow not understood by vectorizer");
4089           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an invalid PHI.\n");
4090           return false;
4091         }
4092
4093         InductionDescriptor ID;
4094         if (InductionDescriptor::isInductionPHI(Phi, SE, ID)) {
4095           Inductions[Phi] = ID;
4096           // Get the widest type.
4097           if (!WidestIndTy)
4098             WidestIndTy = convertPointerToIntegerType(DL, PhiTy);
4099           else
4100             WidestIndTy = getWiderType(DL, PhiTy, WidestIndTy);
4101
4102           // Int inductions are special because we only allow one IV.
4103           if (ID.getKind() == InductionDescriptor::IK_IntInduction &&
4104               ID.getStepValue()->isOne() &&
4105               isa<Constant>(ID.getStartValue()) &&
4106                 cast<Constant>(ID.getStartValue())->isNullValue()) {
4107             // Use the phi node with the widest type as induction. Use the last
4108             // one if there are multiple (no good reason for doing this other
4109             // than it is expedient). We've checked that it begins at zero and
4110             // steps by one, so this is a canonical induction variable.
4111             if (!Induction || PhiTy == WidestIndTy)
4112               Induction = Phi;
4113           }
4114
4115           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an induction variable.\n");
4116
4117           // Until we explicitly handle the case of an induction variable with
4118           // an outside loop user we have to give up vectorizing this loop.
4119           if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit)) {
4120             emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4121                          "use of induction value outside of the "
4122                          "loop is not handled by vectorizer");
4123             return false;
4124           }
4125
4126           continue;
4127         }
4128
4129         if (RecurrenceDescriptor::isReductionPHI(Phi, TheLoop,
4130                                                  Reductions[Phi])) {
4131           if (Reductions[Phi].hasUnsafeAlgebra())
4132             Requirements->addUnsafeAlgebraInst(
4133                 Reductions[Phi].getUnsafeAlgebraInst());
4134           AllowedExit.insert(Reductions[Phi].getLoopExitInstr());
4135           continue;
4136         }
4137
4138         emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4139                      "value that could not be identified as "
4140                      "reduction is used outside the loop");
4141         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified PHI."<< *Phi <<"\n");
4142         return false;
4143       }// end of PHI handling
4144
4145       // We handle calls that:
4146       //   * Are debug info intrinsics.
4147       //   * Have a mapping to an IR intrinsic.
4148       //   * Have a vector version available.
4149       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(it);
4150       if (CI && !getIntrinsicIDForCall(CI, TLI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(CI) &&
4151           !(CI->getCalledFunction() && TLI &&
4152             TLI->isFunctionVectorizable(CI->getCalledFunction()->getName()))) {
4153         emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4154                      "call instruction cannot be vectorized");
4155         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-intrinsic, non-libfunc callsite.\n");
4156         return false;
4157       }
4158
4159       // Intrinsics such as powi,cttz and ctlz are legal to vectorize if the
4160       // second argument is the same (i.e. loop invariant)
4161       if (CI &&
4162           hasVectorInstrinsicScalarOpd(getIntrinsicIDForCall(CI, TLI), 1)) {
4163         if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(CI->getOperand(1)), TheLoop)) {
4164           emitAnalysis(VectorizationReport(it)
4165                        << "intrinsic instruction cannot be vectorized");
4166           DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable intrinsic " << *CI << "\n");
4167           return false;
4168         }
4169       }
4170
4171       // Check that the instruction return type is vectorizable.
4172       // Also, we can't vectorize extractelement instructions.
4173       if ((!VectorType::isValidElementType(it->getType()) &&
4174            !it->getType()->isVoidTy()) || isa<ExtractElementInst>(it)) {
4175         emitAnalysis(VectorizationReport(it)
4176                      << "instruction return type cannot be vectorized");
4177         DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable type.\n");
4178         return false;
4179       }
4180
4181       // Check that the stored type is vectorizable.
4182       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it)) {
4183         Type *T = ST->getValueOperand()->getType();
4184         if (!VectorType::isValidElementType(T)) {
4185           emitAnalysis(VectorizationReport(ST) <<
4186                        "store instruction cannot be vectorized");
4187           return false;
4188         }
4189         if (EnableMemAccessVersioning)
4190           collectStridedAccess(ST);
4191       }
4192
4193       if (EnableMemAccessVersioning)
4194         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(it))
4195           collectStridedAccess(LI);
4196
4197       // Reduction instructions are allowed to have exit users.
4198       // All other instructions must not have external users.
4199       if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit)) {
4200         emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4201                      "value cannot be used outside the loop");
4202         return false;
4203       }
4204
4205     } // next instr.
4206
4207   }
4208
4209   if (!Induction) {
4210     DEBUG(dbgs() << "LV: Did not find one integer induction var.\n");
4211     if (Inductions.empty()) {
4212       emitAnalysis(VectorizationReport()
4213                    << "loop induction variable could not be identified");
4214       return false;
4215     }
4216   }
4217
4218   // Now we know the widest induction type, check if our found induction
4219   // is the same size. If it's not, unset it here and InnerLoopVectorizer
4220   // will create another.
4221   if (Induction && WidestIndTy != Induction->getType())
4222     Induction = nullptr;
4223
4224   return true;
4225 }
4226
4227 void LoopVectorizationLegality::collectStridedAccess(Value *MemAccess) {
4228   Value *Ptr = nullptr;
4229   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(MemAccess))
4230     Ptr = LI->getPointerOperand();
4231   else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(MemAccess))
4232     Ptr = SI->getPointerOperand();
4233   else
4234     return;
4235
4236   Value *Stride = getStrideFromPointer(Ptr, SE, TheLoop);
4237   if (!Stride)
4238     return;
4239
4240   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a strided access that we can version");
4241   DEBUG(dbgs() << "  Ptr: " << *Ptr << " Stride: " << *Stride << "\n");
4242   Strides[Ptr] = Stride;
4243   StrideSet.insert(Stride);
4244 }
4245
4246 void LoopVectorizationLegality::collectLoopUniforms() {
4247   // We now know that the loop is vectorizable!
4248   // Collect variables that will remain uniform after vectorization.
4249   std::vector<Value*> Worklist;
4250   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
4251
4252   // Start with the conditional branch and walk up the block.
4253   Worklist.push_back(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
4254
4255   // Also add all consecutive pointer values; these values will be uniform
4256   // after vectorization (and subsequent cleanup) and, until revectorization is
4257   // supported, all dependencies must also be uniform.
4258   for (Loop::block_iterator B = TheLoop->block_begin(),
4259        BE = TheLoop->block_end(); B != BE; ++B)
4260     for (BasicBlock::iterator I = (*B)->begin(), IE = (*B)->end();
4261          I != IE; ++I)
4262       if (I->getType()->isPointerTy() && isConsecutivePtr(I))
4263         Worklist.insert(Worklist.end(), I->op_begin(), I->op_end());
4264
4265   while (!Worklist.empty()) {
4266     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Worklist.back());
4267     Worklist.pop_back();
4268
4269     // Look at instructions inside this loop.
4270     // Stop when reaching PHI nodes.
4271     // TODO: we need to follow values all over the loop, not only in this block.
4272     if (!I || !TheLoop->contains(I) || isa<PHINode>(I))
4273       continue;
4274
4275     // This is a known uniform.
4276     Uniforms.insert(I);
4277
4278     // Insert all operands.
4279     Worklist.insert(Worklist.end(), I->op_begin(), I->op_end());
4280   }
4281 }
4282
4283 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeMemory() {
4284   LAI = &LAA->getInfo(TheLoop, Strides);
4285   auto &OptionalReport = LAI->getReport();
4286   if (OptionalReport)
4287     emitAnalysis(VectorizationReport(*OptionalReport));
4288   if (!LAI->canVectorizeMemory())
4289     return false;
4290
4291   if (LAI->hasStoreToLoopInvariantAddress()) {
4292     emitAnalysis(
4293         VectorizationReport()
4294         << "write to a loop invariant address could not be vectorized");
4295     DEBUG(dbgs() << "LV: We don't allow storing to uniform addresses\n");
4296     return false;
4297   }
4298
4299   Requirements->addRuntimePointerChecks(LAI->getNumRuntimePointerChecks());
4300
4301   return true;
4302 }
4303
4304 bool LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(const Value *V) {
4305   Value *In0 = const_cast<Value*>(V);
4306   PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(In0);
4307   if (!PN)
4308     return false;
4309
4310   return Inductions.count(PN);
4311 }
4312
4313 bool LoopVectorizationLegality::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB)  {
4314   return LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
4315 }
4316
4317 bool LoopVectorizationLegality::blockCanBePredicated(BasicBlock *BB,
4318                                            SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs) {
4319   
4320   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
4321     // Check that we don't have a constant expression that can trap as operand.
4322     for (Instruction::op_iterator OI = it->op_begin(), OE = it->op_end();
4323          OI != OE; ++OI) {
4324       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*OI))
4325         if (C->canTrap())
4326           return false;
4327     }
4328     // We might be able to hoist the load.
4329     if (it->mayReadFromMemory()) {
4330       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(it);
4331       if (!LI)
4332         return false;
4333       if (!SafePtrs.count(LI->getPointerOperand())) {
4334         if (isLegalMaskedLoad(LI->getType(), LI->getPointerOperand())) {
4335           MaskedOp.insert(LI);
4336           continue;
4337         }
4338         return false;
4339       }
4340     }
4341
4342     // We don't predicate stores at the moment.
4343     if (it->mayWriteToMemory()) {
4344       StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(it);
4345       // We only support predication of stores in basic blocks with one
4346       // predecessor.
4347       if (!SI)
4348         return false;
4349
4350       bool isSafePtr = (SafePtrs.count(SI->getPointerOperand()) != 0);
4351       bool isSinglePredecessor = SI->getParent()->getSinglePredecessor();
4352       
4353       if (++NumPredStores > NumberOfStoresToPredicate || !isSafePtr ||
4354           !isSinglePredecessor) {
4355         // Build a masked store if it is legal for the target, otherwise scalarize
4356         // the block.
4357         bool isLegalMaskedOp =
4358           isLegalMaskedStore(SI->getValueOperand()->getType(),
4359                              SI->getPointerOperand());
4360         if (isLegalMaskedOp) {
4361           --NumPredStores;
4362           MaskedOp.insert(SI);
4363           continue;
4364         }
4365         return false;
4366       }
4367     }
4368     if (it->mayThrow())
4369       return false;
4370
4371     // The instructions below can trap.
4372     switch (it->getOpcode()) {
4373     default: continue;
4374     case Instruction::UDiv:
4375     case Instruction::SDiv:
4376     case Instruction::URem:
4377     case Instruction::SRem:
4378       return false;
4379     }
4380   }
4381
4382   return true;
4383 }
4384
4385 void InterleavedAccessInfo::collectConstStridedAccesses(
4386     MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &StrideAccesses,
4387     const ValueToValueMap &Strides) {
4388   // Holds load/store instructions in program order.
4389   SmallVector<Instruction *, 16> AccessList;
4390
4391   for (auto *BB : TheLoop->getBlocks()) {
4392     bool IsPred = LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
4393
4394     for (auto &I : *BB) {
4395       if (!isa<LoadInst>(&I) && !isa<StoreInst>(&I))
4396         continue;
4397       // FIXME: Currently we can't handle mixed accesses and predicated accesses
4398       if (IsPred)
4399         return;
4400
4401       AccessList.push_back(&I);
4402     }
4403   }
4404
4405   if (AccessList.empty())
4406     return;
4407
4408   auto &DL = TheLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
4409   for (auto I : AccessList) {
4410     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
4411     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
4412
4413     Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
4414     int Stride = isStridedPtr(SE, Ptr, TheLoop, Strides);
4415
4416     // The factor of the corresponding interleave group.
4417     unsigned Factor = std::abs(Stride);
4418
4419     // Ignore the access if the factor is too small or too large.
4420     if (Factor < 2 || Factor > MaxInterleaveGroupFactor)
4421       continue;
4422
4423     const SCEV *Scev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, Ptr);
4424     PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(Ptr->getType());
4425     unsigned Size = DL.getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
4426
4427     // An alignment of 0 means target ABI alignment.
4428     unsigned Align = LI ? LI->getAlignment() : SI->getAlignment();
4429     if (!Align)
4430       Align = DL.getABITypeAlignment(PtrTy->getElementType());
4431
4432     StrideAccesses[I] = StrideDescriptor(Stride, Scev, Size, Align);
4433   }
4434 }
4435
4436 // Analyze interleaved accesses and collect them into interleave groups.
4437 //
4438 // Notice that the vectorization on interleaved groups will change instruction
4439 // orders and may break dependences. But the memory dependence check guarantees
4440 // that there is no overlap between two pointers of different strides, element
4441 // sizes or underlying bases.
4442 //
4443 // For pointers sharing the same stride, element size and underlying base, no
4444 // need to worry about Read-After-Write dependences and Write-After-Read
4445 // dependences.
4446 //
4447 // E.g. The RAW dependence:  A[i] = a;
4448 //                           b = A[i];
4449 // This won't exist as it is a store-load forwarding conflict, which has
4450 // already been checked and forbidden in the dependence check.
4451 //
4452 // E.g. The WAR dependence:  a = A[i];  // (1)
4453 //                           A[i] = b;  // (2)
4454 // The store group of (2) is always inserted at or below (2), and the load group
4455 // of (1) is always inserted at or above (1). The dependence is safe.
4456 void InterleavedAccessInfo::analyzeInterleaving(
4457     const ValueToValueMap &Strides) {
4458   DEBUG(dbgs() << "LV: Analyzing interleaved accesses...\n");
4459
4460   // Holds all the stride accesses.
4461   MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> StrideAccesses;
4462   collectConstStridedAccesses(StrideAccesses, Strides);
4463
4464   if (StrideAccesses.empty())
4465     return;
4466
4467   // Holds all interleaved store groups temporarily.
4468   SmallSetVector<InterleaveGroup *, 4> StoreGroups;
4469
4470   // Search the load-load/write-write pair B-A in bottom-up order and try to
4471   // insert B into the interleave group of A according to 3 rules:
4472   //   1. A and B have the same stride.
4473   //   2. A and B have the same memory object size.
4474   //   3. B belongs to the group according to the distance.
4475   //
4476   // The bottom-up order can avoid breaking the Write-After-Write dependences
4477   // between two pointers of the same base.
4478   // E.g.  A[i]   = a;   (1)
4479   //       A[i]   = b;   (2)
4480   //       A[i+1] = c    (3)
4481   // We form the group (2)+(3) in front, so (1) has to form groups with accesses
4482   // above (1), which guarantees that (1) is always above (2).
4483   for (auto I = StrideAccesses.rbegin(), E = StrideAccesses.rend(); I != E;
4484        ++I) {
4485     Instruction *A = I->first;
4486     StrideDescriptor DesA = I->second;
4487
4488     InterleaveGroup *Group = getInterleaveGroup(A);
4489     if (!Group) {
4490       DEBUG(dbgs() << "LV: Creating an interleave group with:" << *A << '\n');
4491       Group = createInterleaveGroup(A, DesA.Stride, DesA.Align);
4492     }
4493
4494     if (A->mayWriteToMemory())
4495       StoreGroups.insert(Group);
4496
4497     for (auto II = std::next(I); II != E; ++II) {
4498       Instruction *B = II->first;
4499       StrideDescriptor DesB = II->second;
4500
4501       // Ignore if B is already in a group or B is a different memory operation.
4502       if (isInterleaved(B) || A->mayReadFromMemory() != B->mayReadFromMemory())
4503         continue;
4504
4505       // Check the rule 1 and 2.
4506       if (DesB.Stride != DesA.Stride || DesB.Size != DesA.Size)
4507         continue;
4508
4509       // Calculate the distance and prepare for the rule 3.
4510       const SCEVConstant *DistToA =
4511           dyn_cast<SCEVConstant>(SE->getMinusSCEV(DesB.Scev, DesA.Scev));
4512       if (!DistToA)
4513         continue;
4514
4515       int DistanceToA = DistToA->getValue()->getValue().getSExtValue();
4516
4517       // Skip if the distance is not multiple of size as they are not in the
4518       // same group.
4519       if (DistanceToA % static_cast<int>(DesA.Size))
4520         continue;
4521
4522       // The index of B is the index of A plus the related index to A.
4523       int IndexB =
4524           Group->getIndex(A) + DistanceToA / static_cast<int>(DesA.Size);
4525
4526       // Try to insert B into the group.
4527       if (Group->insertMember(B, IndexB, DesB.Align)) {
4528         DEBUG(dbgs() << "LV: Inserted:" << *B << '\n'
4529                      << "    into the interleave group with" << *A << '\n');
4530         InterleaveGroupMap[B] = Group;
4531
4532         // Set the first load in program order as the insert position.
4533         if (B->mayReadFromMemory())
4534           Group->setInsertPos(B);
4535       }
4536     } // Iteration on instruction B
4537   }   // Iteration on instruction A
4538
4539   // Remove interleaved store groups with gaps.
4540   for (InterleaveGroup *Group : StoreGroups)
4541     if (Group->getNumMembers() != Group->getFactor())
4542       releaseGroup(Group);
4543 }
4544
4545 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
4546 LoopVectorizationCostModel::selectVectorizationFactor(bool OptForSize) {
4547   // Width 1 means no vectorize
4548   VectorizationFactor Factor = { 1U, 0U };
4549   if (OptForSize && Legal->getRuntimePointerChecking()->Need) {
4550     emitAnalysis(VectorizationReport() <<
4551                  "runtime pointer checks needed. Enable vectorization of this "
4552                  "loop with '#pragma clang loop vectorize(enable)' when "
4553                  "compiling with -Os/-Oz");
4554     DEBUG(dbgs() <<
4555           "LV: Aborting. Runtime ptr check is required with -Os/-Oz.\n");
4556     return Factor;
4557   }
4558
4559   if (!EnableCondStoresVectorization && Legal->getNumPredStores()) {
4560     emitAnalysis(VectorizationReport() <<
4561                  "store that is conditionally executed prevents vectorization");
4562     DEBUG(dbgs() << "LV: No vectorization. There are conditional stores.\n");
4563     return Factor;
4564   }
4565
4566   // Find the trip count.
4567   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
4568   DEBUG(dbgs() << "LV: Found trip count: " << TC << '\n');
4569
4570   unsigned WidestType = getWidestType();
4571   unsigned WidestRegister = TTI.getRegisterBitWidth(true);
4572   unsigned MaxSafeDepDist = -1U;
4573   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
4574     MaxSafeDepDist = Legal->getMaxSafeDepDistBytes() * 8;
4575   WidestRegister = ((WidestRegister < MaxSafeDepDist) ?
4576                     WidestRegister : MaxSafeDepDist);
4577   unsigned MaxVectorSize = WidestRegister / WidestType;
4578   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest type: " << WidestType << " bits.\n");
4579   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest register is: "
4580           << WidestRegister << " bits.\n");
4581
4582   if (MaxVectorSize == 0) {
4583     DEBUG(dbgs() << "LV: The target has no vector registers.\n");
4584     MaxVectorSize = 1;
4585   }
4586
4587   assert(MaxVectorSize <= 64 && "Did not expect to pack so many elements"
4588          " into one vector!");
4589
4590   unsigned VF = MaxVectorSize;
4591
4592   // If we optimize the program for size, avoid creating the tail loop.
4593   if (OptForSize) {
4594     // If we are unable to calculate the trip count then don't try to vectorize.
4595     if (TC < 2) {
4596       emitAnalysis
4597         (VectorizationReport() <<
4598          "unable to calculate the loop count due to complex control flow");
4599       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required with -Os/-Oz.\n");
4600       return Factor;
4601     }
4602
4603     // Find the maximum SIMD width that can fit within the trip count.
4604     VF = TC % MaxVectorSize;
4605
4606     if (VF == 0)
4607       VF = MaxVectorSize;
4608     else {
4609       // If the trip count that we found modulo the vectorization factor is not
4610       // zero then we require a tail.
4611       emitAnalysis(VectorizationReport() <<
4612                    "cannot optimize for size and vectorize at the "
4613                    "same time. Enable vectorization of this loop "
4614                    "with '#pragma clang loop vectorize(enable)' "
4615                    "when compiling with -Os/-Oz");
4616       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required with -Os/-Oz.\n");
4617       return Factor;
4618     }
4619   }
4620
4621   int UserVF = Hints->getWidth();
4622   if (UserVF != 0) {
4623     assert(isPowerOf2_32(UserVF) && "VF needs to be a power of two");
4624     DEBUG(dbgs() << "LV: Using user VF " << UserVF << ".\n");
4625
4626     Factor.Width = UserVF;
4627     return Factor;
4628   }
4629
4630   float Cost = expectedCost(1);
4631 #ifndef NDEBUG
4632   const float ScalarCost = Cost;
4633 #endif /* NDEBUG */
4634   unsigned Width = 1;
4635   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalar loop costs: " << (int)ScalarCost << ".\n");
4636
4637   bool ForceVectorization = Hints->getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled;
4638   // Ignore scalar width, because the user explicitly wants vectorization.
4639   if (ForceVectorization && VF > 1) {
4640     Width = 2;
4641     Cost = expectedCost(Width) / (float)Width;
4642   }
4643
4644   for (unsigned i=2; i <= VF; i*=2) {
4645     // Notice that the vector loop needs to be executed less times, so
4646     // we need to divide the cost of the vector loops by the width of
4647     // the vector elements.
4648     float VectorCost = expectedCost(i) / (float)i;
4649     DEBUG(dbgs() << "LV: Vector loop of width " << i << " costs: " <<
4650           (int)VectorCost << ".\n");
4651     if (VectorCost < Cost) {
4652       Cost = VectorCost;
4653       Width = i;
4654     }
4655   }
4656
4657   DEBUG(if (ForceVectorization && Width > 1 && Cost >= ScalarCost) dbgs()
4658         << "LV: Vectorization seems to be not beneficial, "
4659         << "but was forced by a user.\n");
4660   DEBUG(dbgs() << "LV: Selecting VF: "<< Width << ".\n");
4661   Factor.Width = Width;
4662   Factor.Cost = Width * Cost;
4663   return Factor;
4664 }
4665
4666 unsigned LoopVectorizationCostModel::getWidestType() {
4667   unsigned MaxWidth = 8;
4668   const DataLayout &DL = TheFunction->getParent()->getDataLayout();
4669
4670   // For each block.
4671   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
4672        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
4673     BasicBlock *BB = *bb;
4674
4675     // For each instruction in the loop.
4676     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
4677       Type *T = it->getType();
4678
4679       // Skip ignored values.
4680       if (ValuesToIgnore.count(it))
4681         continue;
4682
4683       // Only examine Loads, Stores and PHINodes.
4684       if (!isa<LoadInst>(it) && !isa<StoreInst>(it) && !isa<PHINode>(it))
4685         continue;
4686
4687       // Examine PHI nodes that are reduction variables. Update the type to
4688       // account for the recurrence type.
4689       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(it)) {
4690         if (!Legal->getReductionVars()->count(PN))
4691           continue;
4692         RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[PN];
4693         T = RdxDesc.getRecurrenceType();
4694       }
4695
4696       // Examine the stored values.
4697       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it))
4698         T = ST->getValueOperand()->getType();
4699
4700       // Ignore loaded pointer types and stored pointer types that are not
4701       // consecutive. However, we do want to take consecutive stores/loads of
4702       // pointer vectors into account.
4703       if (T->isPointerTy() && !isConsecutiveLoadOrStore(it))
4704         continue;
4705
4706       MaxWidth = std::max(MaxWidth,
4707                           (unsigned)DL.getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
4708     }
4709   }
4710
4711   return MaxWidth;
4712 }
4713
4714 unsigned LoopVectorizationCostModel::selectInterleaveCount(bool OptForSize,
4715                                                            unsigned VF,
4716                                                            unsigned LoopCost) {
4717
4718   // -- The interleave heuristics --
4719   // We interleave the loop in order to expose ILP and reduce the loop overhead.
4720   // There are many micro-architectural considerations that we can't predict
4721   // at this level. For example, frontend pressure (on decode or fetch) due to
4722   // code size, or the number and capabilities of the execution ports.
4723   //
4724   // We use the following heuristics to select the interleave count:
4725   // 1. If the code has reductions, then we interleave to break the cross
4726   // iteration dependency.
4727   // 2. If the loop is really small, then we interleave to reduce the loop
4728   // overhead.
4729   // 3. We don't interleave if we think that we will spill registers to memory
4730   // due to the increased register pressure.
4731
4732   // When we optimize for size, we don't interleave.
4733   if (OptForSize)
4734     return 1;
4735
4736   // We used the distance for the interleave count.
4737   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
4738     return 1;
4739
4740   // Do not interleave loops with a relatively small trip count.
4741   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
4742   if (TC > 1 && TC < TinyTripCountInterleaveThreshold)
4743     return 1;
4744
4745   unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(VF > 1);
4746   DEBUG(dbgs() << "LV: The target has " << TargetNumRegisters <<
4747         " registers\n");
4748
4749   if (VF == 1) {
4750     if (ForceTargetNumScalarRegs.getNumOccurrences() > 0)
4751       TargetNumRegisters = ForceTargetNumScalarRegs;
4752   } else {
4753     if (ForceTargetNumVectorRegs.getNumOccurrences() > 0)
4754       TargetNumRegisters = ForceTargetNumVectorRegs;
4755   }
4756
4757   LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage R = calculateRegisterUsage();
4758   // We divide by these constants so assume that we have at least one
4759   // instruction that uses at least one register.
4760   R.MaxLocalUsers = std::max(R.MaxLocalUsers, 1U);
4761   R.NumInstructions = std::max(R.NumInstructions, 1U);
4762
4763   // We calculate the interleave count using the following formula.
4764   // Subtract the number of loop invariants from the number of available
4765   // registers. These registers are used by all of the interleaved instances.
4766   // Next, divide the remaining registers by the number of registers that is
4767   // required by the loop, in order to estimate how many parallel instances
4768   // fit without causing spills. All of this is rounded down if necessary to be
4769   // a power of two. We want power of two interleave count to simplify any
4770   // addressing operations or alignment considerations.
4771   unsigned IC = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs) /
4772                               R.MaxLocalUsers);
4773
4774   // Don't count the induction variable as interleaved.
4775   if (EnableIndVarRegisterHeur)
4776     IC = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs - 1) /
4777                        std::max(1U, (R.MaxLocalUsers - 1)));
4778
4779   // Clamp the interleave ranges to reasonable counts.
4780   unsigned MaxInterleaveCount = TTI.getMaxInterleaveFactor(VF);
4781
4782   // Check if the user has overridden the max.
4783   if (VF == 1) {
4784     if (ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
4785       MaxInterleaveCount = ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor;
4786   } else {
4787     if (ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
4788       MaxInterleaveCount = ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor;
4789   }
4790
4791   // If we did not calculate the cost for VF (because the user selected the VF)
4792   // then we calculate the cost of VF here.
4793   if (LoopCost == 0)
4794     LoopCost = expectedCost(VF);
4795
4796   // Clamp the calculated IC to be between the 1 and the max interleave count
4797   // that the target allows.
4798   if (IC > MaxInterleaveCount)
4799     IC = MaxInterleaveCount;
4800   else if (IC < 1)
4801     IC = 1;
4802
4803   // Interleave if we vectorized this loop and there is a reduction that could
4804   // benefit from interleaving.
4805   if (VF > 1 && Legal->getReductionVars()->size()) {
4806     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving because of reductions.\n");
4807     return IC;
4808   }
4809
4810   // Note that if we've already vectorized the loop we will have done the
4811   // runtime check and so interleaving won't require further checks.
4812   bool InterleavingRequiresRuntimePointerCheck =
4813       (VF == 1 && Legal->getRuntimePointerChecking()->Need);
4814
4815   // We want to interleave small loops in order to reduce the loop overhead and
4816   // potentially expose ILP opportunities.
4817   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop cost is " << LoopCost << '\n');
4818   if (!InterleavingRequiresRuntimePointerCheck && LoopCost < SmallLoopCost) {
4819     // We assume that the cost overhead is 1 and we use the cost model
4820     // to estimate the cost of the loop and interleave until the cost of the
4821     // loop overhead is about 5% of the cost of the loop.
4822     unsigned SmallIC =
4823         std::min(IC, (unsigned)PowerOf2Floor(SmallLoopCost / LoopCost));
4824
4825     // Interleave until store/load ports (estimated by max interleave count) are
4826     // saturated.
4827     unsigned NumStores = Legal->getNumStores();
4828     unsigned NumLoads = Legal->getNumLoads();
4829     unsigned StoresIC = IC / (NumStores ? NumStores : 1);
4830     unsigned LoadsIC = IC / (NumLoads ? NumLoads : 1);
4831
4832     // If we have a scalar reduction (vector reductions are already dealt with
4833     // by this point), we can increase the critical path length if the loop
4834     // we're interleaving is inside another loop. Limit, by default to 2, so the
4835     // critical path only gets increased by one reduction operation.
4836     if (Legal->getReductionVars()->size() &&
4837         TheLoop->getLoopDepth() > 1) {
4838       unsigned F = static_cast<unsigned>(MaxNestedScalarReductionIC);
4839       SmallIC = std::min(SmallIC, F);
4840       StoresIC = std::min(StoresIC, F);
4841       LoadsIC = std::min(LoadsIC, F);
4842     }
4843
4844     if (EnableLoadStoreRuntimeInterleave &&
4845         std::max(StoresIC, LoadsIC) > SmallIC) {
4846       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to saturate store or load ports.\n");
4847       return std::max(StoresIC, LoadsIC);
4848     }
4849
4850     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to reduce branch cost.\n");
4851     return SmallIC;
4852   }
4853
4854   // Interleave if this is a large loop (small loops are already dealt with by
4855   // this
4856   // point) that could benefit from interleaving.
4857   bool HasReductions = (Legal->getReductionVars()->size() > 0);
4858   if (TTI.enableAggressiveInterleaving(HasReductions)) {
4859     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to expose ILP.\n");
4860     return IC;
4861   }
4862
4863   DEBUG(dbgs() << "LV: Not Interleaving.\n");
4864   return 1;
4865 }
4866
4867 LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage
4868 LoopVectorizationCostModel::calculateRegisterUsage() {
4869   // This function calculates the register usage by measuring the highest number
4870   // of values that are alive at a single location. Obviously, this is a very
4871   // rough estimation. We scan the loop in a topological order in order and
4872   // assign a number to each instruction. We use RPO to ensure that defs are
4873   // met before their users. We assume that each instruction that has in-loop
4874   // users starts an interval. We record every time that an in-loop value is
4875   // used, so we have a list of the first and last occurrences of each
4876   // instruction. Next, we transpose this data structure into a multi map that
4877   // holds the list of intervals that *end* at a specific location. This multi
4878   // map allows us to perform a linear search. We scan the instructions linearly
4879   // and record each time that a new interval starts, by placing it in a set.
4880   // If we find this value in the multi-map then we remove it from the set.
4881   // The max register usage is the maximum size of the set.
4882   // We also search for instructions that are defined outside the loop, but are
4883   // used inside the loop. We need this number separately from the max-interval
4884   // usage number because when we unroll, loop-invariant values do not take
4885   // more register.
4886   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
4887   DFS.perform(LI);
4888
4889   RegisterUsage R;
4890   R.NumInstructions = 0;
4891
4892   // Each 'key' in the map opens a new interval. The values
4893   // of the map are the index of the 'last seen' usage of the
4894   // instruction that is the key.
4895   typedef DenseMap<Instruction*, unsigned> IntervalMap;
4896   // Maps instruction to its index.
4897   DenseMap<unsigned, Instruction*> IdxToInstr;
4898   // Marks the end of each interval.
4899   IntervalMap EndPoint;
4900   // Saves the list of instruction indices that are used in the loop.
4901   SmallSet<Instruction*, 8> Ends;
4902   // Saves the list of values that are used in the loop but are
4903   // defined outside the loop, such as arguments and constants.
4904   SmallPtrSet<Value*, 8> LoopInvariants;
4905
4906   unsigned Index = 0;
4907   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
4908        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb) {
4909     R.NumInstructions += (*bb)->size();
4910     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
4911          ++it) {
4912       Instruction *I = it;
4913       IdxToInstr[Index++] = I;
4914
4915       // Save the end location of each USE.
4916       for (unsigned i = 0; i < I->getNumOperands(); ++i) {
4917         Value *U = I->getOperand(i);
4918         Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(U);
4919
4920         // Ignore non-instruction values such as arguments, constants, etc.
4921         if (!Instr) continue;
4922
4923         // If this instruction is outside the loop then record it and continue.
4924         if (!TheLoop->contains(Instr)) {
4925           LoopInvariants.insert(Instr);
4926           continue;
4927         }
4928
4929         // Overwrite previous end points.
4930         EndPoint[Instr] = Index;
4931         Ends.insert(Instr);
4932       }
4933     }
4934   }
4935
4936   // Saves the list of intervals that end with the index in 'key'.
4937   typedef SmallVector<Instruction*, 2> InstrList;
4938   DenseMap<unsigned, InstrList> TransposeEnds;
4939
4940   // Transpose the EndPoints to a list of values that end at each index.
4941   for (IntervalMap::iterator it = EndPoint.begin(), e = EndPoint.end();
4942        it != e; ++it)
4943     TransposeEnds[it->second].push_back(it->first);
4944
4945   SmallSet<Instruction*, 8> OpenIntervals;
4946   unsigned MaxUsage = 0;
4947
4948
4949   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Calculating max register usage:\n");
4950   for (unsigned int i = 0; i < Index; ++i) {
4951     Instruction *I = IdxToInstr[i];
4952     // Ignore instructions that are never used within the loop.
4953     if (!Ends.count(I)) continue;
4954
4955     // Skip ignored values.
4956     if (ValuesToIgnore.count(I))
4957       continue;
4958
4959     // Remove all of the instructions that end at this location.
4960     InstrList &List = TransposeEnds[i];
4961     for (unsigned int j=0, e = List.size(); j < e; ++j)
4962       OpenIntervals.erase(List[j]);
4963
4964     // Count the number of live interals.
4965     MaxUsage = std::max(MaxUsage, OpenIntervals.size());
4966
4967     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): At #" << i << " Interval # " <<
4968           OpenIntervals.size() << '\n');
4969
4970     // Add the current instruction to the list of open intervals.
4971     OpenIntervals.insert(I);
4972   }
4973
4974   unsigned Invariant = LoopInvariants.size();
4975   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found max usage: " << MaxUsage << '\n');
4976   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found invariant usage: " << Invariant << '\n');
4977   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): LoopSize: " << R.NumInstructions << '\n');
4978
4979   R.LoopInvariantRegs = Invariant;
4980   R.MaxLocalUsers = MaxUsage;
4981   return R;
4982 }
4983
4984 unsigned LoopVectorizationCostModel::expectedCost(unsigned VF) {
4985   unsigned Cost = 0;
4986
4987   // For each block.
4988   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
4989        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
4990     unsigned BlockCost = 0;
4991     BasicBlock *BB = *bb;
4992
4993     // For each instruction in the old loop.
4994     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
4995       // Skip dbg intrinsics.
4996       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
4997         continue;
4998
4999       // Skip ignored values.
5000       if (ValuesToIgnore.count(it))
5001         continue;
5002
5003       unsigned C = getInstructionCost(it, VF);
5004
5005       // Check if we should override the cost.
5006       if (ForceTargetInstructionCost.getNumOccurrences() > 0)
5007         C = ForceTargetInstructionCost;
5008
5009       BlockCost += C;
5010       DEBUG(dbgs() << "LV: Found an estimated cost of " << C << " for VF " <<
5011             VF << " For instruction: " << *it << '\n');
5012     }
5013
5014     // We assume that if-converted blocks have a 50% chance of being executed.
5015     // When the code is scalar then some of the blocks are avoided due to CF.
5016     // When the code is vectorized we execute all code paths.
5017     if (VF == 1 && Legal->blockNeedsPredication(*bb))
5018       BlockCost /= 2;
5019
5020     Cost += BlockCost;
5021   }
5022
5023   return Cost;
5024 }
5025
5026 /// \brief Check whether the address computation for a non-consecutive memory
5027 /// access looks like an unlikely candidate for being merged into the indexing
5028 /// mode.
5029 ///
5030 /// We look for a GEP which has one index that is an induction variable and all
5031 /// other indices are loop invariant. If the stride of this access is also
5032 /// within a small bound we decide that this address computation can likely be
5033 /// merged into the addressing mode.
5034 /// In all other cases, we identify the address computation as complex.
5035 static bool isLikelyComplexAddressComputation(Value *Ptr,
5036                                               LoopVectorizationLegality *Legal,
5037                                               ScalarEvolution *SE,
5038                                               const Loop *TheLoop) {
5039   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
5040   if (!Gep)
5041     return true;
5042
5043   // We are looking for a gep with all loop invariant indices except for one
5044   // which should be an induction variable.
5045   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
5046   for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i) {
5047     Value *Opd = Gep->getOperand(i);
5048     if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Opd), TheLoop) &&
5049         !Legal->isInductionVariable(Opd))
5050       return true;
5051   }
5052
5053   // Now we know we have a GEP ptr, %inv, %ind, %inv. Make sure that the step
5054   // can likely be merged into the address computation.
5055   unsigned MaxMergeDistance = 64;
5056
5057   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(Ptr));
5058   if (!AddRec)
5059     return true;
5060
5061   // Check the step is constant.
5062   const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*SE);
5063   // Calculate the pointer stride and check if it is consecutive.
5064   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
5065   if (!C)
5066     return true;
5067
5068   const APInt &APStepVal = C->getValue()->getValue();
5069
5070   // Huge step value - give up.
5071   if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
5072     return true;
5073
5074   int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
5075
5076   return StepVal > MaxMergeDistance;
5077 }
5078
5079 static bool isStrideMul(Instruction *I, LoopVectorizationLegality *Legal) {
5080   if (Legal->hasStride(I->getOperand(0)) || Legal->hasStride(I->getOperand(1)))
5081     return true;
5082   return false;
5083 }
5084
5085 unsigned
5086 LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF) {
5087   // If we know that this instruction will remain uniform, check the cost of
5088   // the scalar version.
5089   if (Legal->isUniformAfterVectorization(I))
5090     VF = 1;
5091
5092   Type *RetTy = I->getType();
5093   Type *VectorTy = ToVectorTy(RetTy, VF);
5094
5095   // TODO: We need to estimate the cost of intrinsic calls.
5096   switch (I->getOpcode()) {
5097   case Instruction::GetElementPtr:
5098     // We mark this instruction as zero-cost because the cost of GEPs in
5099     // vectorized code depends on whether the corresponding memory instruction
5100     // is scalarized or not. Therefore, we handle GEPs with the memory
5101     // instruction cost.
5102     return 0;
5103   case Instruction::Br: {
5104     return TTI.getCFInstrCost(I->getOpcode());
5105   }
5106   case Instruction::PHI:
5107     //TODO: IF-converted IFs become selects.
5108     return 0;
5109   case Instruction::Add:
5110   case Instruction::FAdd:
5111   case Instruction::Sub:
5112   case Instruction::FSub:
5113   case Instruction::Mul:
5114   case Instruction::FMul:
5115   case Instruction::UDiv:
5116   case Instruction::SDiv:
5117   case Instruction::FDiv:
5118   case Instruction::URem:
5119   case Instruction::SRem:
5120   case Instruction::FRem:
5121   case Instruction::Shl:
5122   case Instruction::LShr:
5123   case Instruction::AShr:
5124   case Instruction::And:
5125   case Instruction::Or:
5126   case Instruction::Xor: {
5127     // Since we will replace the stride by 1 the multiplication should go away.
5128     if (I->getOpcode() == Instruction::Mul && isStrideMul(I, Legal))
5129       return 0;
5130     // Certain instructions can be cheaper to vectorize if they have a constant
5131     // second vector operand. One example of this are shifts on x86.
5132     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
5133       TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5134     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
5135       TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5136     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op1VP =
5137         TargetTransformInfo::OP_None;
5138     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op2VP =
5139         TargetTransformInfo::OP_None;
5140     Value *Op2 = I->getOperand(1);
5141
5142     // Check for a splat of a constant or for a non uniform vector of constants.
5143     if (isa<ConstantInt>(Op2)) {
5144       ConstantInt *CInt = cast<ConstantInt>(Op2);
5145       if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
5146         Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
5147       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
5148     } else if (isa<ConstantVector>(Op2) || isa<ConstantDataVector>(Op2)) {
5149       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_NonUniformConstantValue;
5150       Constant *SplatValue = cast<Constant>(Op2)->getSplatValue();
5151       if (SplatValue) {
5152         ConstantInt *CInt = dyn_cast<ConstantInt>(SplatValue);
5153         if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
5154           Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
5155         Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
5156       }
5157     }
5158
5159     return TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, Op1VK, Op2VK,
5160                                       Op1VP, Op2VP);
5161   }
5162   case Instruction::Select: {
5163     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
5164     const SCEV *CondSCEV = SE->getSCEV(SI->getCondition());
5165     bool ScalarCond = (SE->isLoopInvariant(CondSCEV, TheLoop));
5166     Type *CondTy = SI->getCondition()->getType();
5167     if (!ScalarCond)
5168       CondTy = VectorType::get(CondTy, VF);
5169
5170     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, CondTy);
5171   }
5172   case Instruction::ICmp:
5173   case Instruction::FCmp: {
5174     Type *ValTy = I->getOperand(0)->getType();
5175     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
5176     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy);
5177   }
5178   case Instruction::Store:
5179   case Instruction::Load: {
5180     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
5181     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
5182     Type *ValTy = (SI ? SI->getValueOperand()->getType() :
5183                    LI->getType());
5184     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
5185
5186     unsigned Alignment = SI ? SI->getAlignment() : LI->getAlignment();
5187     unsigned AS = SI ? SI->getPointerAddressSpace() :
5188       LI->getPointerAddressSpace();
5189     Value *Ptr = SI ? SI->getPointerOperand() : LI->getPointerOperand();
5190     // We add the cost of address computation here instead of with the gep
5191     // instruction because only here we know whether the operation is
5192     // scalarized.
5193     if (VF == 1)
5194       return TTI.getAddressComputationCost(VectorTy) +
5195         TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
5196
5197     // For an interleaved access, calculate the total cost of the whole
5198     // interleave group.
5199     if (Legal->isAccessInterleaved(I)) {
5200       auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(I);
5201       assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
5202
5203       // Only calculate the cost once at the insert position.
5204       if (Group->getInsertPos() != I)
5205         return 0;
5206
5207       unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
5208       Type *WideVecTy =
5209           VectorType::get(VectorTy->getVectorElementType(),
5210                           VectorTy->getVectorNumElements() * InterleaveFactor);
5211
5212       // Holds the indices of existing members in an interleaved load group.
5213       // An interleaved store group doesn't need this as it dones't allow gaps.
5214       SmallVector<unsigned, 4> Indices;
5215       if (LI) {
5216         for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++)
5217           if (Group->getMember(i))
5218             Indices.push_back(i);
5219       }
5220
5221       // Calculate the cost of the whole interleaved group.
5222       unsigned Cost = TTI.getInterleavedMemoryOpCost(
5223           I->getOpcode(), WideVecTy, Group->getFactor(), Indices,
5224           Group->getAlignment(), AS);
5225
5226       if (Group->isReverse())
5227         Cost +=
5228             Group->getNumMembers() *
5229             TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse, VectorTy, 0);
5230
5231       // FIXME: The interleaved load group with a huge gap could be even more
5232       // expensive than scalar operations. Then we could ignore such group and
5233       // use scalar operations instead.
5234       return Cost;
5235     }
5236
5237     // Scalarized loads/stores.
5238     int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
5239     bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
5240     const DataLayout &DL = I->getModule()->getDataLayout();
5241     unsigned ScalarAllocatedSize = DL.getTypeAllocSize(ValTy);
5242     unsigned VectorElementSize = DL.getTypeStoreSize(VectorTy) / VF;
5243     if (!ConsecutiveStride || ScalarAllocatedSize != VectorElementSize) {
5244       bool IsComplexComputation =
5245         isLikelyComplexAddressComputation(Ptr, Legal, SE, TheLoop);
5246       unsigned Cost = 0;
5247       // The cost of extracting from the value vector and pointer vector.
5248       Type *PtrTy = ToVectorTy(Ptr->getType(), VF);
5249       for (unsigned i = 0; i < VF; ++i) {
5250         //  The cost of extracting the pointer operand.
5251         Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, PtrTy, i);
5252         // In case of STORE, the cost of ExtractElement from the vector.
5253         // In case of LOAD, the cost of InsertElement into the returned
5254         // vector.
5255         Cost += TTI.getVectorInstrCost(SI ? Instruction::ExtractElement :
5256                                             Instruction::InsertElement,
5257                                             VectorTy, i);
5258       }
5259
5260       // The cost of the scalar loads/stores.
5261       Cost += VF * TTI.getAddressComputationCost(PtrTy, IsComplexComputation);
5262       Cost += VF * TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy->getScalarType(),
5263                                        Alignment, AS);
5264       return Cost;
5265     }
5266
5267     // Wide load/stores.
5268     unsigned Cost = TTI.getAddressComputationCost(VectorTy);
5269     if (Legal->isMaskRequired(I))
5270       Cost += TTI.getMaskedMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment,
5271                                         AS);
5272     else
5273       Cost += TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
5274
5275     if (Reverse)
5276       Cost += TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse,
5277                                   VectorTy, 0);
5278     return Cost;
5279   }
5280   case Instruction::ZExt:
5281   case Instruction::SExt:
5282   case Instruction::FPToUI:
5283   case Instruction::FPToSI:
5284   case Instruction::FPExt:
5285   case Instruction::PtrToInt:
5286   case Instruction::IntToPtr:
5287   case Instruction::SIToFP:
5288   case Instruction::UIToFP:
5289   case Instruction::Trunc:
5290   case Instruction::FPTrunc:
5291   case Instruction::BitCast: {
5292     // We optimize the truncation of induction variable.
5293     // The cost of these is the same as the scalar operation.
5294     if (I->getOpcode() == Instruction::Trunc &&
5295         Legal->isInductionVariable(I->getOperand(0)))
5296       return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), I->getType(),
5297                                   I->getOperand(0)->getType());
5298
5299     Type *SrcVecTy = ToVectorTy(I->getOperand(0)->getType(), VF);
5300     return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, SrcVecTy);
5301   }
5302   case Instruction::Call: {
5303     bool NeedToScalarize;
5304     CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
5305     unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, TTI, TLI, NeedToScalarize);
5306     if (getIntrinsicIDForCall(CI, TLI))
5307       return std::min(CallCost, getVectorIntrinsicCost(CI, VF, TTI, TLI));
5308     return CallCost;
5309   }
5310   default: {
5311     // We are scalarizing the instruction. Return the cost of the scalar
5312     // instruction, plus the cost of insert and extract into vector
5313     // elements, times the vector width.
5314     unsigned Cost = 0;
5315
5316     if (!RetTy->isVoidTy() && VF != 1) {
5317       unsigned InsCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement,
5318                                                 VectorTy);
5319       unsigned ExtCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement,
5320                                                 VectorTy);
5321
5322       // The cost of inserting the results plus extracting each one of the
5323       // operands.
5324       Cost += VF * (InsCost + ExtCost * I->getNumOperands());
5325     }
5326
5327     // The cost of executing VF copies of the scalar instruction. This opcode
5328     // is unknown. Assume that it is the same as 'mul'.
5329     Cost += VF * TTI.getArithmeticInstrCost(Instruction::Mul, VectorTy);
5330     return Cost;
5331   }
5332   }// end of switch.
5333 }
5334
5335 char LoopVectorize::ID = 0;
5336 static const char lv_name[] = "Loop Vectorization";
5337 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
5338 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
5339 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
5340 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
5341 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BlockFrequencyInfoWrapperPass)
5342 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
5343 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolutionWrapperPass)
5344 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
5345 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
5346 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
5347 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopAccessAnalysis)
5348 INITIALIZE_PASS_END(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
5349
5350 namespace llvm {
5351   Pass *createLoopVectorizePass(bool NoUnrolling, bool AlwaysVectorize) {
5352     return new LoopVectorize(NoUnrolling, AlwaysVectorize);
5353   }
5354 }
5355
5356 bool LoopVectorizationCostModel::isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *Inst) {
5357   // Check for a store.
5358   if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
5359     return Legal->isConsecutivePtr(ST->getPointerOperand()) != 0;
5360
5361   // Check for a load.
5362   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
5363     return Legal->isConsecutivePtr(LI->getPointerOperand()) != 0;
5364
5365   return false;
5366 }
5367
5368
5369 void InnerLoopUnroller::scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
5370                                              bool IfPredicateStore) {
5371   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
5372   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
5373   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
5374
5375   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
5376
5377   // Find all of the vectorized parameters.
5378   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
5379     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
5380
5381     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
5382     if (SrcOp == OldInduction) {
5383       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
5384       continue;
5385     }
5386
5387     // Try using previously calculated values.
5388     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
5389
5390     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block
5391     // then it should already be vectorized.
5392     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
5393       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
5394       // The parameter is a vector value from earlier.
5395       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
5396     } else {
5397       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
5398       VectorParts Scalars;
5399       Scalars.append(UF, SrcOp);
5400       Params.push_back(Scalars);
5401     }
5402   }
5403
5404   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
5405          "Invalid number of operands");
5406
5407   // Does this instruction return a value ?
5408   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
5409
5410   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? nullptr :
5411   UndefValue::get(Instr->getType());
5412   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
5413   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
5414
5415   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
5416   BasicBlock *IfBlock = Builder.GetInsertBlock();
5417   BasicBlock *CondBlock = nullptr;
5418
5419   VectorParts Cond;
5420   Loop *VectorLp = nullptr;
5421   if (IfPredicateStore) {
5422     assert(Instr->getParent()->getSinglePredecessor() &&
5423            "Only support single predecessor blocks");
5424     Cond = createEdgeMask(Instr->getParent()->getSinglePredecessor(),
5425                           Instr->getParent());
5426     VectorLp = LI->getLoopFor(IfBlock);
5427     assert(VectorLp && "Must have a loop for this block");
5428   }
5429
5430   // For each vector unroll 'part':
5431   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
5432     // For each scalar that we create:
5433
5434     // Start an "if (pred) a[i] = ..." block.
5435     Value *Cmp = nullptr;
5436     if (IfPredicateStore) {
5437       if (Cond[Part]->getType()->isVectorTy())
5438         Cond[Part] =
5439             Builder.CreateExtractElement(Cond[Part], Builder.getInt32(0));
5440       Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cond[Part],
5441                                ConstantInt::get(Cond[Part]->getType(), 1));
5442       CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.store");
5443       LoopVectorBody.push_back(CondBlock);
5444       VectorLp->addBasicBlockToLoop(CondBlock, *LI);
5445       // Update Builder with newly created basic block.
5446       Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
5447     }
5448
5449     Instruction *Cloned = Instr->clone();
5450       if (!IsVoidRetTy)
5451         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
5452       // Replace the operands of the cloned instructions with extracted scalars.
5453       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
5454         Value *Op = Params[op][Part];
5455         Cloned->setOperand(op, Op);
5456       }
5457
5458       // Place the cloned scalar in the new loop.
5459       Builder.Insert(Cloned);
5460
5461       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
5462       // so that future users will be able to use it.
5463       if (!IsVoidRetTy)
5464         VecResults[Part] = Cloned;
5465
5466     // End if-block.
5467       if (IfPredicateStore) {
5468         BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
5469         LoopVectorBody.push_back(NewIfBlock);
5470         VectorLp->addBasicBlockToLoop(NewIfBlock, *LI);
5471         Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
5472         ReplaceInstWithInst(IfBlock->getTerminator(),
5473                             BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp));
5474         IfBlock = NewIfBlock;
5475       }
5476   }
5477 }
5478
5479 void InnerLoopUnroller::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
5480   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
5481   bool IfPredicateStore = (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()));
5482
5483   return scalarizeInstruction(Instr, IfPredicateStore);
5484 }
5485
5486 Value *InnerLoopUnroller::reverseVector(Value *Vec) {
5487   return Vec;
5488 }
5489
5490 Value *InnerLoopUnroller::getBroadcastInstrs(Value *V) {
5491   return V;
5492 }
5493
5494 Value *InnerLoopUnroller::getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step) {
5495   // When unrolling and the VF is 1, we only need to add a simple scalar.
5496   Type *ITy = Val->getType();
5497   assert(!ITy->isVectorTy() && "Val must be a scalar");
5498   Constant *C = ConstantInt::get(ITy, StartIdx);
5499   return Builder.CreateAdd(Val, Builder.CreateMul(C, Step), "induction");
5500 }