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