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