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