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