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