lib/Transforms/Vectorize/SLPVectorizer.cpp

   1 //===- SLPVectorizer.cpp - A bottom up SLP 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 // This pass implements the Bottom Up SLP vectorizer. It detects consecutive
  10 // stores that can be put together into vector-stores. Next, it attempts to
  11 // construct vectorizable tree using the use-def chains. If a profitable tree
  12 // was found, the SLP vectorizer performs vectorization on the tree.
  13 //
  14 // The pass is inspired by the work described in the paper:
  15 //  "Loop-Aware SLP in GCC" by Ira Rosen, Dorit Nuzman, Ayal Zaks.
  16 //
  17 //===----------------------------------------------------------------------===//
  18 #define SV_NAME "slp-vectorizer"
  19 #define DEBUG_TYPE "SLP"
  20
  21 #include "llvm/Transforms/Vectorize.h"
  22 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
  23 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
  24 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
  25 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  26 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
  27 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
  28 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
  29 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  30 #include "llvm/Analysis/Verifier.h"
  31 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  32 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  33 #include "llvm/IR/Instructions.h"
  34 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  35 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
  36 #include "llvm/IR/Module.h"
  37 #include "llvm/IR/Type.h"
  38 #include "llvm/IR/Value.h"
  39 #include "llvm/Pass.h"
  40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  41 #include "llvm/Support/Debug.h"
  42 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  43 #include <algorithm>
  44 #include <map>
  45
  46 using namespace llvm;
  47
  48 static cl::opt<int>
  49     SLPCostThreshold("slp-threshold", cl::init(0), cl::Hidden,
  50                      cl::desc("Only vectorize if you gain more than this "
  51                               "number "));
  52
  53 static cl::opt<bool>
  54 ShouldVectorizeHor("slp-vectorize-hor", cl::init(false), cl::Hidden,
  55                    cl::desc("Attempt to vectorize horizontal reductions"));
  56
  57 static cl::opt<bool> ShouldStartVectorizeHorAtStore(
  58     "slp-vectorize-hor-store", cl::init(false), cl::Hidden,
  59     cl::desc(
  60         "Attempt to vectorize horizontal reductions feeding into a store"));
  61
  62 namespace {
  63
  64 static const unsigned MinVecRegSize = 128;
  65
  66 static const unsigned RecursionMaxDepth = 12;
  67
  68 /// A helper class for numbering instructions in multiple blocks.
  69 /// Numbers start at zero for each basic block.
  70 struct BlockNumbering {
  71
  72   BlockNumbering(BasicBlock *Bb) : BB(Bb), Valid(false) {}
  73
  74   BlockNumbering() : BB(0), Valid(false) {}
  75
  76   void numberInstructions() {
  77     unsigned Loc = 0;
  78     InstrIdx.clear();
  79     InstrVec.clear();
  80     // Number the instructions in the block.
  81     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
  82       InstrIdx[it] = Loc++;
  83       InstrVec.push_back(it);
  84       assert(InstrVec[InstrIdx[it]] == it && "Invalid allocation");
  85     }
  86     Valid = true;
  87   }
  88
  89   int getIndex(Instruction *I) {
  90     assert(I->getParent() == BB && "Invalid instruction");
  91     if (!Valid)
  92       numberInstructions();
  93     assert(InstrIdx.count(I) && "Unknown instruction");
  94     return InstrIdx[I];
  95   }
  96
  97   Instruction *getInstruction(unsigned loc) {
  98     if (!Valid)
  99       numberInstructions();
 100     assert(InstrVec.size() > loc && "Invalid Index");
 101     return InstrVec[loc];
 102   }
 103
 104   void forget() { Valid = false; }
 105
 106 private:
 107   /// The block we are numbering.
 108   BasicBlock *BB;
 109   /// Is the block numbered.
 110   bool Valid;
 111   /// Maps instructions to numbers and back.
 112   SmallDenseMap<Instruction *, int> InstrIdx;
 113   /// Maps integers to Instructions.
 114   SmallVector<Instruction *, 32> InstrVec;
 115 };
 116
 117 /// \returns the parent basic block if all of the instructions in \p VL
 118 /// are in the same block or null otherwise.
 119 static BasicBlock *getSameBlock(ArrayRef<Value *> VL) {
 120   Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(VL[0]);
 121   if (!I0)
 122     return 0;
 123   BasicBlock *BB = I0->getParent();
 124   for (int i = 1, e = VL.size(); i < e; i++) {
 125     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(VL[i]);
 126     if (!I)
 127       return 0;
 128
 129     if (BB != I->getParent())
 130       return 0;
 131   }
 132   return BB;
 133 }
 134
 135 /// \returns True if all of the values in \p VL are constants.
 136 static bool allConstant(ArrayRef<Value *> VL) {
 137   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i)
 138     if (!isa<Constant>(VL[i]))
 139       return false;
 140   return true;
 141 }
 142
 143 /// \returns True if all of the values in \p VL are identical.
 144 static bool isSplat(ArrayRef<Value *> VL) {
 145   for (unsigned i = 1, e = VL.size(); i < e; ++i)
 146     if (VL[i] != VL[0])
 147       return false;
 148   return true;
 149 }
 150
 151 /// \returns The opcode if all of the Instructions in \p VL have the same
 152 /// opcode, or zero.
 153 static unsigned getSameOpcode(ArrayRef<Value *> VL) {
 154   Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(VL[0]);
 155   if (!I0)
 156     return 0;
 157   unsigned Opcode = I0->getOpcode();
 158   for (int i = 1, e = VL.size(); i < e; i++) {
 159     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(VL[i]);
 160     if (!I || Opcode != I->getOpcode())
 161       return 0;
 162   }
 163   return Opcode;
 164 }
 165
 166 /// \returns The type that all of the values in \p VL have or null if there
 167 /// are different types.
 168 static Type* getSameType(ArrayRef<Value *> VL) {
 169   Type *Ty = VL[0]->getType();
 170   for (int i = 1, e = VL.size(); i < e; i++)
 171     if (VL[i]->getType() != Ty)
 172       return 0;
 173
 174   return Ty;
 175 }
 176
 177 /// \returns True if the ExtractElement instructions in VL can be vectorized
 178 /// to use the original vector.
 179 static bool CanReuseExtract(ArrayRef<Value *> VL) {
 180   assert(Instruction::ExtractElement == getSameOpcode(VL) && "Invalid opcode");
 181   // Check if all of the extracts come from the same vector and from the
 182   // correct offset.
 183   Value *VL0 = VL[0];
 184   ExtractElementInst *E0 = cast<ExtractElementInst>(VL0);
 185   Value *Vec = E0->getOperand(0);
 186
 187   // We have to extract from the same vector type.
 188   unsigned NElts = Vec->getType()->getVectorNumElements();
 189
 190   if (NElts != VL.size())
 191     return false;
 192
 193   // Check that all of the indices extract from the correct offset.
 194   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(E0->getOperand(1));
 195   if (!CI || CI->getZExtValue())
 196     return false;
 197
 198   for (unsigned i = 1, e = VL.size(); i < e; ++i) {
 199     ExtractElementInst *E = cast<ExtractElementInst>(VL[i]);
 200     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(E->getOperand(1));
 201
 202     if (!CI || CI->getZExtValue() != i || E->getOperand(0) != Vec)
 203       return false;
 204   }
 205
 206   return true;
 207 }
 208
 209 static void reorderInputsAccordingToOpcode(ArrayRef<Value *> VL,
 210                                            SmallVectorImpl<Value *> &Left,
 211                                            SmallVectorImpl<Value *> &Right) {
 212
 213   SmallVector<Value *, 16> OrigLeft, OrigRight;
 214
 215   bool AllSameOpcodeLeft = true;
 216   bool AllSameOpcodeRight = true;
 217   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
 218     Instruction *I = cast<Instruction>(VL[i]);
 219     Value *V0 = I->getOperand(0);
 220     Value *V1 = I->getOperand(1);
 221
 222     OrigLeft.push_back(V0);
 223     OrigRight.push_back(V1);
 224
 225     Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(V0);
 226     Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(V1);
 227
 228     // Check whether all operands on one side have the same opcode. In this case
 229     // we want to preserve the original order and not make things worse by
 230     // reordering.
 231     AllSameOpcodeLeft = I0;
 232     AllSameOpcodeRight = I1;
 233
 234     if (i && AllSameOpcodeLeft) {
 235       if(Instruction *P0 = dyn_cast<Instruction>(OrigLeft[i-1])) {
 236         if(P0->getOpcode() != I0->getOpcode())
 237           AllSameOpcodeLeft = false;
 238       } else
 239         AllSameOpcodeLeft = false;
 240     }
 241     if (i && AllSameOpcodeRight) {
 242       if(Instruction *P1 = dyn_cast<Instruction>(OrigRight[i-1])) {
 243         if(P1->getOpcode() != I1->getOpcode())
 244           AllSameOpcodeRight = false;
 245       } else
 246         AllSameOpcodeRight = false;
 247     }
 248
 249     // Sort two opcodes. In the code below we try to preserve the ability to use
 250     // broadcast of values instead of individual inserts.
 251     // vl1 = load
 252     // vl2 = phi
 253     // vr1 = load
 254     // vr2 = vr2
 255     //    = vl1 x vr1
 256     //    = vl2 x vr2
 257     // If we just sorted according to opcode we would leave the first line in
 258     // tact but we would swap vl2 with vr2 because opcode(phi) > opcode(load).
 259     //    = vl1 x vr1
 260     //    = vr2 x vl2
 261     // Because vr2 and vr1 are from the same load we loose the opportunity of a
 262     // broadcast for the packed right side in the backend: we have [vr1, vl2]
 263     // instead of [vr1, vr2=vr1].
 264     if (I0 && I1) {
 265        if(!i && I0->getOpcode() > I1->getOpcode()) {
 266          Left.push_back(I1);
 267          Right.push_back(I0);
 268        } else if (i && I0->getOpcode() > I1->getOpcode() && Right[i-1] != I1) {
 269          // Try not to destroy a broad cast for no apparent benefit.
 270          Left.push_back(I1);
 271          Right.push_back(I0);
 272        } else if (i && I0->getOpcode() == I1->getOpcode() && Right[i-1] ==  I0) {
 273          // Try preserve broadcasts.
 274          Left.push_back(I1);
 275          Right.push_back(I0);
 276        } else if (i && I0->getOpcode() == I1->getOpcode() && Left[i-1] == I1) {
 277          // Try preserve broadcasts.
 278          Left.push_back(I1);
 279          Right.push_back(I0);
 280        } else {
 281          Left.push_back(I0);
 282          Right.push_back(I1);
 283        }
 284        continue;
 285     }
 286     // One opcode, put the instruction on the right.
 287     if (I0) {
 288       Left.push_back(V1);
 289       Right.push_back(I0);
 290       continue;
 291     }
 292     Left.push_back(V0);
 293     Right.push_back(V1);
 294   }
 295
 296   bool LeftBroadcast = isSplat(Left);
 297   bool RightBroadcast = isSplat(Right);
 298
 299   // Don't reorder if the operands where good to begin with.
 300   if (!(LeftBroadcast || RightBroadcast) &&
 301       (AllSameOpcodeRight || AllSameOpcodeLeft)) {
 302     Left = OrigLeft;
 303     Right = OrigRight;
 304   }
 305 }
 306
 307 /// Bottom Up SLP Vectorizer.
 308 class BoUpSLP {
 309 public:
 310   typedef SmallVector<Value *, 8> ValueList;
 311   typedef SmallVector<Instruction *, 16> InstrList;
 312   typedef SmallPtrSet<Value *, 16> ValueSet;
 313   typedef SmallVector<StoreInst *, 8> StoreList;
 314
 315   BoUpSLP(Function *Func, ScalarEvolution *Se, DataLayout *Dl,
 316           TargetTransformInfo *Tti, AliasAnalysis *Aa, LoopInfo *Li,
 317           DominatorTree *Dt) :
 318     F(Func), SE(Se), DL(Dl), TTI(Tti), AA(Aa), LI(Li), DT(Dt),
 319     Builder(Se->getContext()) {
 320       // Setup the block numbering utility for all of the blocks in the
 321       // function.
 322       for (Function::iterator it = F->begin(), e = F->end(); it != e; ++it) {
 323         BasicBlock *BB = it;
 324         BlocksNumbers[BB] = BlockNumbering(BB);
 325       }
 326     }
 327
 328   /// \brief Vectorize the tree that starts with the elements in \p VL.
 329   /// Returns the vectorized root.
 330   Value *vectorizeTree();
 331
 332   /// \returns the vectorization cost of the subtree that starts at \p VL.
 333   /// A negative number means that this is profitable.
 334   int getTreeCost();
 335
 336   /// Construct a vectorizable tree that starts at \p Roots and is possibly
 337   /// used by a reduction of \p RdxOps.
 338   void buildTree(ArrayRef<Value *> Roots, ValueSet *RdxOps = 0);
 339
 340   /// Clear the internal data structures that are created by 'buildTree'.
 341   void deleteTree() {
 342     RdxOps = 0;
 343     VectorizableTree.clear();
 344     ScalarToTreeEntry.clear();
 345     MustGather.clear();
 346     ExternalUses.clear();
 347     MemBarrierIgnoreList.clear();
 348   }
 349
 350   /// \returns true if the memory operations A and B are consecutive.
 351   bool isConsecutiveAccess(Value *A, Value *B);
 352
 353   /// \brief Perform LICM and CSE on the newly generated gather sequences.
 354   void optimizeGatherSequence();
 355 private:
 356   struct TreeEntry;
 357
 358   /// \returns the cost of the vectorizable entry.
 359   int getEntryCost(TreeEntry *E);
 360
 361   /// This is the recursive part of buildTree.
 362   void buildTree_rec(ArrayRef<Value *> Roots, unsigned Depth);
 363
 364   /// Vectorize a single entry in the tree.
 365   Value *vectorizeTree(TreeEntry *E);
 366
 367   /// Vectorize a single entry in the tree, starting in \p VL.
 368   Value *vectorizeTree(ArrayRef<Value *> VL);
 369
 370   /// \returns the pointer to the vectorized value if \p VL is already
 371   /// vectorized, or NULL. They may happen in cycles.
 372   Value *alreadyVectorized(ArrayRef<Value *> VL) const;
 373
 374   /// \brief Take the pointer operand from the Load/Store instruction.
 375   /// \returns NULL if this is not a valid Load/Store instruction.
 376   static Value *getPointerOperand(Value *I);
 377
 378   /// \brief Take the address space operand from the Load/Store instruction.
 379   /// \returns -1 if this is not a valid Load/Store instruction.
 380   static unsigned getAddressSpaceOperand(Value *I);
 381
 382   /// \returns the scalarization cost for this type. Scalarization in this
 383   /// context means the creation of vectors from a group of scalars.
 384   int getGatherCost(Type *Ty);
 385
 386   /// \returns the scalarization cost for this list of values. Assuming that
 387   /// this subtree gets vectorized, we may need to extract the values from the
 388   /// roots. This method calculates the cost of extracting the values.
 389   int getGatherCost(ArrayRef<Value *> VL);
 390
 391   /// \returns the AA location that is being access by the instruction.
 392   AliasAnalysis::Location getLocation(Instruction *I);
 393
 394   /// \brief Checks if it is possible to sink an instruction from
 395   /// \p Src to \p Dst.
 396   /// \returns the pointer to the barrier instruction if we can't sink.
 397   Value *getSinkBarrier(Instruction *Src, Instruction *Dst);
 398
 399   /// \returns the index of the last instruction in the BB from \p VL.
 400   int getLastIndex(ArrayRef<Value *> VL);
 401
 402   /// \returns the Instruction in the bundle \p VL.
 403   Instruction *getLastInstruction(ArrayRef<Value *> VL);
 404
 405   /// \brief Set the Builder insert point to one after the last instruction in
 406   /// the bundle
 407   void setInsertPointAfterBundle(ArrayRef<Value *> VL);
 408
 409   /// \returns a vector from a collection of scalars in \p VL.
 410   Value *Gather(ArrayRef<Value *> VL, VectorType *Ty);
 411
 412   /// \returns whether the VectorizableTree is fully vectoriable and will
 413   /// be beneficial even the tree height is tiny.
 414   bool isFullyVectorizableTinyTree();
 415
 416   struct TreeEntry {
 417     TreeEntry() : Scalars(), VectorizedValue(0), LastScalarIndex(0),
 418     NeedToGather(0) {}
 419
 420     /// \returns true if the scalars in VL are equal to this entry.
 421     bool isSame(ArrayRef<Value *> VL) const {
 422       assert(VL.size() == Scalars.size() && "Invalid size");
 423       return std::equal(VL.begin(), VL.end(), Scalars.begin());
 424     }
 425
 426     /// A vector of scalars.
 427     ValueList Scalars;
 428
 429     /// The Scalars are vectorized into this value. It is initialized to Null.
 430     Value *VectorizedValue;
 431
 432     /// The index in the basic block of the last scalar.
 433     int LastScalarIndex;
 434
 435     /// Do we need to gather this sequence ?
 436     bool NeedToGather;
 437   };
 438
 439   /// Create a new VectorizableTree entry.
 440   TreeEntry *newTreeEntry(ArrayRef<Value *> VL, bool Vectorized) {
 441     VectorizableTree.push_back(TreeEntry());
 442     int idx = VectorizableTree.size() - 1;
 443     TreeEntry *Last = &VectorizableTree[idx];
 444     Last->Scalars.insert(Last->Scalars.begin(), VL.begin(), VL.end());
 445     Last->NeedToGather = !Vectorized;
 446     if (Vectorized) {
 447       Last->LastScalarIndex = getLastIndex(VL);
 448       for (int i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
 449         assert(!ScalarToTreeEntry.count(VL[i]) && "Scalar already in tree!");
 450         ScalarToTreeEntry[VL[i]] = idx;
 451       }
 452     } else {
 453       Last->LastScalarIndex = 0;
 454       MustGather.insert(VL.begin(), VL.end());
 455     }
 456     return Last;
 457   }
 458
 459   /// -- Vectorization State --
 460   /// Holds all of the tree entries.
 461   std::vector<TreeEntry> VectorizableTree;
 462
 463   /// Maps a specific scalar to its tree entry.
 464   SmallDenseMap<Value*, int> ScalarToTreeEntry;
 465
 466   /// A list of scalars that we found that we need to keep as scalars.
 467   ValueSet MustGather;
 468
 469   /// This POD struct describes one external user in the vectorized tree.
 470   struct ExternalUser {
 471     ExternalUser (Value *S, llvm::User *U, int L) :
 472       Scalar(S), User(U), Lane(L){};
 473     // Which scalar in our function.
 474     Value *Scalar;
 475     // Which user that uses the scalar.
 476     llvm::User *User;
 477     // Which lane does the scalar belong to.
 478     int Lane;
 479   };
 480   typedef SmallVector<ExternalUser, 16> UserList;
 481
 482   /// A list of values that need to extracted out of the tree.
 483   /// This list holds pairs of (Internal Scalar : External User).
 484   UserList ExternalUses;
 485
 486   /// A list of instructions to ignore while sinking
 487   /// memory instructions. This map must be reset between runs of getCost.
 488   ValueSet MemBarrierIgnoreList;
 489
 490   /// Holds all of the instructions that we gathered.
 491   SetVector<Instruction *> GatherSeq;
 492
 493   /// Numbers instructions in different blocks.
 494   DenseMap<BasicBlock *, BlockNumbering> BlocksNumbers;
 495
 496   /// Reduction operators.
 497   ValueSet *RdxOps;
 498
 499   // Analysis and block reference.
 500   Function *F;
 501   ScalarEvolution *SE;
 502   DataLayout *DL;
 503   TargetTransformInfo *TTI;
 504   AliasAnalysis *AA;
 505   LoopInfo *LI;
 506   DominatorTree *DT;
 507   /// Instruction builder to construct the vectorized tree.
 508   IRBuilder<> Builder;
 509 };
 510
 511 void BoUpSLP::buildTree(ArrayRef<Value *> Roots, ValueSet *Rdx) {
 512   deleteTree();
 513   RdxOps = Rdx;
 514   if (!getSameType(Roots))
 515     return;
 516   buildTree_rec(Roots, 0);
 517
 518   // Collect the values that we need to extract from the tree.
 519   for (int EIdx = 0, EE = VectorizableTree.size(); EIdx < EE; ++EIdx) {
 520     TreeEntry *Entry = &VectorizableTree[EIdx];
 521
 522     // For each lane:
 523     for (int Lane = 0, LE = Entry->Scalars.size(); Lane != LE; ++Lane) {
 524       Value *Scalar = Entry->Scalars[Lane];
 525
 526       // No need to handle users of gathered values.
 527       if (Entry->NeedToGather)
 528         continue;
 529
 530       for (Value::use_iterator User = Scalar->use_begin(),
 531            UE = Scalar->use_end(); User != UE; ++User) {
 532         DEBUG(dbgs() << "SLP: Checking user:" << **User << ".\n");
 533
 534         bool Gathered = MustGather.count(*User);
 535
 536         // Skip in-tree scalars that become vectors.
 537         if (ScalarToTreeEntry.count(*User) && !Gathered) {
 538           DEBUG(dbgs() << "SLP: \tInternal user will be removed:" <<
 539                 **User << ".\n");
 540           int Idx = ScalarToTreeEntry[*User]; (void) Idx;
 541           assert(!VectorizableTree[Idx].NeedToGather && "Bad state");
 542           continue;
 543         }
 544         Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(*User);
 545         if (!UserInst)
 546           continue;
 547
 548         // Ignore uses that are part of the reduction.
 549         if (Rdx && std::find(Rdx->begin(), Rdx->end(), UserInst) != Rdx->end())
 550           continue;
 551
 552         DEBUG(dbgs() << "SLP: Need to extract:" << **User << " from lane " <<
 553               Lane << " from " << *Scalar << ".\n");
 554         ExternalUses.push_back(ExternalUser(Scalar, *User, Lane));
 555       }
 556     }
 557   }
 558 }
 559
 560
 561 void BoUpSLP::buildTree_rec(ArrayRef<Value *> VL, unsigned Depth) {
 562   bool SameTy = getSameType(VL); (void)SameTy;
 563   assert(SameTy && "Invalid types!");
 564
 565   if (Depth == RecursionMaxDepth) {
 566     DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to max recursion depth.\n");
 567     newTreeEntry(VL, false);
 568     return;
 569   }
 570
 571   // Don't handle vectors.
 572   if (VL[0]->getType()->isVectorTy()) {
 573     DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to vector type.\n");
 574     newTreeEntry(VL, false);
 575     return;
 576   }
 577
 578   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(VL[0]))
 579     if (SI->getValueOperand()->getType()->isVectorTy()) {
 580       DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to store vector type.\n");
 581       newTreeEntry(VL, false);
 582       return;
 583     }
 584
 585   // If all of the operands are identical or constant we have a simple solution.
 586   if (allConstant(VL) || isSplat(VL) || !getSameBlock(VL) ||
 587       !getSameOpcode(VL)) {
 588     DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to C,S,B,O. \n");
 589     newTreeEntry(VL, false);
 590     return;
 591   }
 592
 593   // We now know that this is a vector of instructions of the same type from
 594   // the same block.
 595
 596   // Check if this is a duplicate of another entry.
 597   if (ScalarToTreeEntry.count(VL[0])) {
 598     int Idx = ScalarToTreeEntry[VL[0]];
 599     TreeEntry *E = &VectorizableTree[Idx];
 600     for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
 601       DEBUG(dbgs() << "SLP: \tChecking bundle: " << *VL[i] << ".\n");
 602       if (E->Scalars[i] != VL[i]) {
 603         DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to partial overlap.\n");
 604         newTreeEntry(VL, false);
 605         return;
 606       }
 607     }
 608     DEBUG(dbgs() << "SLP: Perfect diamond merge at " << *VL[0] << ".\n");
 609     return;
 610   }
 611
 612   // Check that none of the instructions in the bundle are already in the tree.
 613   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
 614     if (ScalarToTreeEntry.count(VL[i])) {
 615       DEBUG(dbgs() << "SLP: The instruction (" << *VL[i] <<
 616             ") is already in tree.\n");
 617       newTreeEntry(VL, false);
 618       return;
 619     }
 620   }
 621
 622   // If any of the scalars appears in the table OR it is marked as a value that
 623   // needs to stat scalar then we need to gather the scalars.
 624   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
 625     if (ScalarToTreeEntry.count(VL[i]) || MustGather.count(VL[i])) {
 626       DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to gathered scalar. \n");
 627       newTreeEntry(VL, false);
 628       return;
 629     }
 630   }
 631
 632   // Check that all of the users of the scalars that we want to vectorize are
 633   // schedulable.
 634   Instruction *VL0 = cast<Instruction>(VL[0]);
 635   int MyLastIndex = getLastIndex(VL);
 636   BasicBlock *BB = cast<Instruction>(VL0)->getParent();
 637
 638   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
 639     Instruction *Scalar = cast<Instruction>(VL[i]);
 640     DEBUG(dbgs() << "SLP: Checking users of  " << *Scalar << ". \n");
 641     for (Value::use_iterator U = Scalar->use_begin(), UE = Scalar->use_end();
 642          U != UE; ++U) {
 643       DEBUG(dbgs() << "SLP: \tUser " << **U << ". \n");
 644       Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(*U);
 645       if (!User) {
 646         DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due unknown user. \n");
 647         newTreeEntry(VL, false);
 648         return;
 649       }
 650
 651       // We don't care if the user is in a different basic block.
 652       BasicBlock *UserBlock = User->getParent();
 653       if (UserBlock != BB) {
 654         DEBUG(dbgs() << "SLP: User from a different basic block "
 655               << *User << ". \n");
 656         continue;
 657       }
 658
 659       // If this is a PHINode within this basic block then we can place the
 660       // extract wherever we want.
 661       if (isa<PHINode>(*User)) {
 662         DEBUG(dbgs() << "SLP: \tWe can schedule PHIs:" << *User << ". \n");
 663         continue;
 664       }
 665
 666       // Check if this is a safe in-tree user.
 667       if (ScalarToTreeEntry.count(User)) {
 668         int Idx = ScalarToTreeEntry[User];
 669         int VecLocation = VectorizableTree[Idx].LastScalarIndex;
 670         if (VecLocation <= MyLastIndex) {
 671           DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to unschedulable vector. \n");
 672           newTreeEntry(VL, false);
 673           return;
 674         }
 675         DEBUG(dbgs() << "SLP: In-tree user (" << *User << ") at #" <<
 676               VecLocation << " vector value (" << *Scalar << ") at #"
 677               << MyLastIndex << ".\n");
 678         continue;
 679       }
 680
 681       // This user is part of the reduction.
 682       if (RdxOps && RdxOps->count(User))
 683         continue;
 684
 685       // Make sure that we can schedule this unknown user.
 686       BlockNumbering &BN = BlocksNumbers[BB];
 687       int UserIndex = BN.getIndex(User);
 688       if (UserIndex < MyLastIndex) {
 689
 690         DEBUG(dbgs() << "SLP: Can't schedule extractelement for "
 691               << *User << ". \n");
 692         newTreeEntry(VL, false);
 693         return;
 694       }
 695     }
 696   }
 697
 698   // Check that every instructions appears once in this bundle.
 699   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i)
 700     for (unsigned j = i+1; j < e; ++j)
 701       if (VL[i] == VL[j]) {
 702         DEBUG(dbgs() << "SLP: Scalar used twice in bundle.\n");
 703         newTreeEntry(VL, false);
 704         return;
 705       }
 706
 707   // Check that instructions in this bundle don't reference other instructions.
 708   // The runtime of this check is O(N * N-1 * uses(N)) and a typical N is 4.
 709   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i) {
 710     for (Value::use_iterator U = VL[i]->use_begin(), UE = VL[i]->use_end();
 711          U != UE; ++U) {
 712       for (unsigned j = 0; j < e; ++j) {
 713         if (i != j && *U == VL[j]) {
 714           DEBUG(dbgs() << "SLP: Intra-bundle dependencies!" << **U << ". \n");
 715           newTreeEntry(VL, false);
 716           return;
 717         }
 718       }
 719     }
 720   }
 721
 722   DEBUG(dbgs() << "SLP: We are able to schedule this bundle.\n");
 723
 724   unsigned Opcode = getSameOpcode(VL);
 725
 726   // Check if it is safe to sink the loads or the stores.
 727   if (Opcode == Instruction::Load || Opcode == Instruction::Store) {
 728     Instruction *Last = getLastInstruction(VL);
 729
 730     for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i) {
 731       if (VL[i] == Last)
 732         continue;
 733       Value *Barrier = getSinkBarrier(cast<Instruction>(VL[i]), Last);
 734       if (Barrier) {
 735         DEBUG(dbgs() << "SLP: Can't sink " << *VL[i] << "\n down to " << *Last
 736               << "\n because of " << *Barrier << ".  Gathering.\n");
 737         newTreeEntry(VL, false);
 738         return;
 739       }
 740     }
 741   }
 742
 743   switch (Opcode) {
 744     case Instruction::PHI: {
 745       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(VL0);
 746
 747       // Check for terminator values (e.g. invoke).
 748       for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
 749         for (unsigned i = 0, e = PH->getNumIncomingValues(); i < e; ++i) {
 750           TerminatorInst *Term = dyn_cast<TerminatorInst>(cast<PHINode>(VL[j])->getIncomingValue(i));
 751           if (Term) {
 752             DEBUG(dbgs() << "SLP: Need to swizzle PHINodes (TerminatorInst use).\n");
 753             newTreeEntry(VL, false);
 754             return;
 755           }
 756         }
 757
 758       newTreeEntry(VL, true);
 759       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of PHINodes.\n");
 760
 761       for (unsigned i = 0, e = PH->getNumIncomingValues(); i < e; ++i) {
 762         ValueList Operands;
 763         // Prepare the operand vector.
 764         for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
 765           Operands.push_back(cast<PHINode>(VL[j])->getIncomingValue(i));
 766
 767         buildTree_rec(Operands, Depth + 1);
 768       }
 769       return;
 770     }
 771     case Instruction::ExtractElement: {
 772       bool Reuse = CanReuseExtract(VL);
 773       if (Reuse) {
 774         DEBUG(dbgs() << "SLP: Reusing extract sequence.\n");
 775       }
 776       newTreeEntry(VL, Reuse);
 777       return;
 778     }
 779     case Instruction::Load: {
 780       // Check if the loads are consecutive or of we need to swizzle them.
 781       for (unsigned i = 0, e = VL.size() - 1; i < e; ++i) {
 782         LoadInst *L = cast<LoadInst>(VL[i]);
 783         if (!L->isSimple() || !isConsecutiveAccess(VL[i], VL[i + 1])) {
 784           newTreeEntry(VL, false);
 785           DEBUG(dbgs() << "SLP: Need to swizzle loads.\n");
 786           return;
 787         }
 788       }
 789       newTreeEntry(VL, true);
 790       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of loads.\n");
 791       return;
 792     }
 793     case Instruction::ZExt:
 794     case Instruction::SExt:
 795     case Instruction::FPToUI:
 796     case Instruction::FPToSI:
 797     case Instruction::FPExt:
 798     case Instruction::PtrToInt:
 799     case Instruction::IntToPtr:
 800     case Instruction::SIToFP:
 801     case Instruction::UIToFP:
 802     case Instruction::Trunc:
 803     case Instruction::FPTrunc:
 804     case Instruction::BitCast: {
 805       Type *SrcTy = VL0->getOperand(0)->getType();
 806       for (unsigned i = 0; i < VL.size(); ++i) {
 807         Type *Ty = cast<Instruction>(VL[i])->getOperand(0)->getType();
 808         if (Ty != SrcTy || Ty->isAggregateType() || Ty->isVectorTy()) {
 809           newTreeEntry(VL, false);
 810           DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering casts with different src types.\n");
 811           return;
 812         }
 813       }
 814       newTreeEntry(VL, true);
 815       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of casts.\n");
 816
 817       for (unsigned i = 0, e = VL0->getNumOperands(); i < e; ++i) {
 818         ValueList Operands;
 819         // Prepare the operand vector.
 820         for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
 821           Operands.push_back(cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(i));
 822
 823         buildTree_rec(Operands, Depth+1);
 824       }
 825       return;
 826     }
 827     case Instruction::ICmp:
 828     case Instruction::FCmp: {
 829       // Check that all of the compares have the same predicate.
 830       CmpInst::Predicate P0 = dyn_cast<CmpInst>(VL0)->getPredicate();
 831       Type *ComparedTy = cast<Instruction>(VL[0])->getOperand(0)->getType();
 832       for (unsigned i = 1, e = VL.size(); i < e; ++i) {
 833         CmpInst *Cmp = cast<CmpInst>(VL[i]);
 834         if (Cmp->getPredicate() != P0 ||
 835             Cmp->getOperand(0)->getType() != ComparedTy) {
 836           newTreeEntry(VL, false);
 837           DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering cmp with different predicate.\n");
 838           return;
 839         }
 840       }
 841
 842       newTreeEntry(VL, true);
 843       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of compares.\n");
 844
 845       for (unsigned i = 0, e = VL0->getNumOperands(); i < e; ++i) {
 846         ValueList Operands;
 847         // Prepare the operand vector.
 848         for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
 849           Operands.push_back(cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(i));
 850
 851         buildTree_rec(Operands, Depth+1);
 852       }
 853       return;
 854     }
 855     case Instruction::Select:
 856     case Instruction::Add:
 857     case Instruction::FAdd:
 858     case Instruction::Sub:
 859     case Instruction::FSub:
 860     case Instruction::Mul:
 861     case Instruction::FMul:
 862     case Instruction::UDiv:
 863     case Instruction::SDiv:
 864     case Instruction::FDiv:
 865     case Instruction::URem:
 866     case Instruction::SRem:
 867     case Instruction::FRem:
 868     case Instruction::Shl:
 869     case Instruction::LShr:
 870     case Instruction::AShr:
 871     case Instruction::And:
 872     case Instruction::Or:
 873     case Instruction::Xor: {
 874       newTreeEntry(VL, true);
 875       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of bin op.\n");
 876
 877       // Sort operands of the instructions so that each side is more likely to
 878       // have the same opcode.
 879       if (isa<BinaryOperator>(VL0) && VL0->isCommutative()) {
 880         ValueList Left, Right;
 881         reorderInputsAccordingToOpcode(VL, Left, Right);
 882         buildTree_rec(Left, Depth + 1);
 883         buildTree_rec(Right, Depth + 1);
 884         return;
 885       }
 886
 887       for (unsigned i = 0, e = VL0->getNumOperands(); i < e; ++i) {
 888         ValueList Operands;
 889         // Prepare the operand vector.
 890         for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
 891           Operands.push_back(cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(i));
 892
 893         buildTree_rec(Operands, Depth+1);
 894       }
 895       return;
 896     }
 897     case Instruction::Store: {
 898       // Check if the stores are consecutive or of we need to swizzle them.
 899       for (unsigned i = 0, e = VL.size() - 1; i < e; ++i)
 900         if (!isConsecutiveAccess(VL[i], VL[i + 1])) {
 901           newTreeEntry(VL, false);
 902           DEBUG(dbgs() << "SLP: Non consecutive store.\n");
 903           return;
 904         }
 905
 906       newTreeEntry(VL, true);
 907       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of stores.\n");
 908
 909       ValueList Operands;
 910       for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
 911         Operands.push_back(cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(0));
 912
 913       // We can ignore these values because we are sinking them down.
 914       MemBarrierIgnoreList.insert(VL.begin(), VL.end());
 915       buildTree_rec(Operands, Depth + 1);
 916       return;
 917     }
 918     default:
 919       newTreeEntry(VL, false);
 920       DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering unknown instruction.\n");
 921       return;
 922   }
 923 }
 924
 925 int BoUpSLP::getEntryCost(TreeEntry *E) {
 926   ArrayRef<Value*> VL = E->Scalars;
 927
 928   Type *ScalarTy = VL[0]->getType();
 929   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(VL[0]))
 930     ScalarTy = SI->getValueOperand()->getType();
 931   VectorType *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, VL.size());
 932
 933   if (E->NeedToGather) {
 934     if (allConstant(VL))
 935       return 0;
 936     if (isSplat(VL)) {
 937       return TTI->getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Broadcast, VecTy, 0);
 938     }
 939     return getGatherCost(E->Scalars);
 940   }
 941
 942   assert(getSameOpcode(VL) && getSameType(VL) && getSameBlock(VL) &&
 943          "Invalid VL");
 944   Instruction *VL0 = cast<Instruction>(VL[0]);
 945   unsigned Opcode = VL0->getOpcode();
 946   switch (Opcode) {
 947     case Instruction::PHI: {
 948       return 0;
 949     }
 950     case Instruction::ExtractElement: {
 951       if (CanReuseExtract(VL))
 952         return 0;
 953       return getGatherCost(VecTy);
 954     }
 955     case Instruction::ZExt:
 956     case Instruction::SExt:
 957     case Instruction::FPToUI:
 958     case Instruction::FPToSI:
 959     case Instruction::FPExt:
 960     case Instruction::PtrToInt:
 961     case Instruction::IntToPtr:
 962     case Instruction::SIToFP:
 963     case Instruction::UIToFP:
 964     case Instruction::Trunc:
 965     case Instruction::FPTrunc:
 966     case Instruction::BitCast: {
 967       Type *SrcTy = VL0->getOperand(0)->getType();
 968
 969       // Calculate the cost of this instruction.
 970       int ScalarCost = VL.size() * TTI->getCastInstrCost(VL0->getOpcode(),
 971                                                          VL0->getType(), SrcTy);
 972
 973       VectorType *SrcVecTy = VectorType::get(SrcTy, VL.size());
 974       int VecCost = TTI->getCastInstrCost(VL0->getOpcode(), VecTy, SrcVecTy);
 975       return VecCost - ScalarCost;
 976     }
 977     case Instruction::FCmp:
 978     case Instruction::ICmp:
 979     case Instruction::Select:
 980     case Instruction::Add:
 981     case Instruction::FAdd:
 982     case Instruction::Sub:
 983     case Instruction::FSub:
 984     case Instruction::Mul:
 985     case Instruction::FMul:
 986     case Instruction::UDiv:
 987     case Instruction::SDiv:
 988     case Instruction::FDiv:
 989     case Instruction::URem:
 990     case Instruction::SRem:
 991     case Instruction::FRem:
 992     case Instruction::Shl:
 993     case Instruction::LShr:
 994     case Instruction::AShr:
 995     case Instruction::And:
 996     case Instruction::Or:
 997     case Instruction::Xor: {
 998       // Calculate the cost of this instruction.
 999       int ScalarCost = 0;
1000       int VecCost = 0;
1001       if (Opcode == Instruction::FCmp || Opcode == Instruction::ICmp ||
1002           Opcode == Instruction::Select) {
1003         VectorType *MaskTy = VectorType::get(Builder.getInt1Ty(), VL.size());
1004         ScalarCost = VecTy->getNumElements() *
1005         TTI->getCmpSelInstrCost(Opcode, ScalarTy, Builder.getInt1Ty());
1006         VecCost = TTI->getCmpSelInstrCost(Opcode, VecTy, MaskTy);
1007       } else {
1008         // Certain instructions can be cheaper to vectorize if they have a
1009         // constant second vector operand.
1010         TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
1011             TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
1012         TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
1013             TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
1014
1015         // Check whether all second operands are constant.
1016         for (unsigned i = 0; i < VL.size(); ++i)
1017           if (!isa<ConstantInt>(cast<Instruction>(VL[i])->getOperand(1))) {
1018             Op2VK = TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
1019             break;
1020           }
1021
1022         ScalarCost =
1023             VecTy->getNumElements() *
1024             TTI->getArithmeticInstrCost(Opcode, ScalarTy, Op1VK, Op2VK);
1025         VecCost = TTI->getArithmeticInstrCost(Opcode, VecTy, Op1VK, Op2VK);
1026       }
1027       return VecCost - ScalarCost;
1028     }
1029     case Instruction::Load: {
1030       // Cost of wide load - cost of scalar loads.
1031       int ScalarLdCost = VecTy->getNumElements() *
1032       TTI->getMemoryOpCost(Instruction::Load, ScalarTy, 1, 0);
1033       int VecLdCost = TTI->getMemoryOpCost(Instruction::Load, VecTy, 1, 0);
1034       return VecLdCost - ScalarLdCost;
1035     }
1036     case Instruction::Store: {
1037       // We know that we can merge the stores. Calculate the cost.
1038       int ScalarStCost = VecTy->getNumElements() *
1039       TTI->getMemoryOpCost(Instruction::Store, ScalarTy, 1, 0);
1040       int VecStCost = TTI->getMemoryOpCost(Instruction::Store, VecTy, 1, 0);
1041       return VecStCost - ScalarStCost;
1042     }
1043     default:
1044       llvm_unreachable("Unknown instruction");
1045   }
1046 }
1047
1048 bool BoUpSLP::isFullyVectorizableTinyTree() {
1049   DEBUG(dbgs() << "SLP: Check whether the tree with height " <<
1050         VectorizableTree.size() << " is fully vectorizable .\n");
1051
1052   // We only handle trees of height 2.
1053   if (VectorizableTree.size() != 2)
1054     return false;
1055
1056   // Gathering cost would be too much for tiny trees.
1057   if (VectorizableTree[0].NeedToGather || VectorizableTree[1].NeedToGather)
1058     return false;
1059
1060   return true;
1061 }
1062
1063 int BoUpSLP::getTreeCost() {
1064   int Cost = 0;
1065   DEBUG(dbgs() << "SLP: Calculating cost for tree of size " <<
1066         VectorizableTree.size() << ".\n");
1067
1068   // We only vectorize tiny trees if it is fully vectorizable.
1069   if (VectorizableTree.size() < 3 && !isFullyVectorizableTinyTree()) {
1070     if (!VectorizableTree.size()) {
1071       assert(!ExternalUses.size() && "We should not have any external users");
1072     }
1073     return INT_MAX;
1074   }
1075
1076   unsigned BundleWidth = VectorizableTree[0].Scalars.size();
1077
1078   for (unsigned i = 0, e = VectorizableTree.size(); i != e; ++i) {
1079     int C = getEntryCost(&VectorizableTree[i]);
1080     DEBUG(dbgs() << "SLP: Adding cost " << C << " for bundle that starts with "
1081           << *VectorizableTree[i].Scalars[0] << " .\n");
1082     Cost += C;
1083   }
1084
1085   int ExtractCost = 0;
1086   for (UserList::iterator I = ExternalUses.begin(), E = ExternalUses.end();
1087        I != E; ++I) {
1088
1089     VectorType *VecTy = VectorType::get(I->Scalar->getType(), BundleWidth);
1090     ExtractCost += TTI->getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, VecTy,
1091                                            I->Lane);
1092   }
1093
1094
1095   DEBUG(dbgs() << "SLP: Total Cost " << Cost + ExtractCost<< ".\n");
1096   return  Cost + ExtractCost;
1097 }
1098
1099 int BoUpSLP::getGatherCost(Type *Ty) {
1100   int Cost = 0;
1101   for (unsigned i = 0, e = cast<VectorType>(Ty)->getNumElements(); i < e; ++i)
1102     Cost += TTI->getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement, Ty, i);
1103   return Cost;
1104 }
1105
1106 int BoUpSLP::getGatherCost(ArrayRef<Value *> VL) {
1107   // Find the type of the operands in VL.
1108   Type *ScalarTy = VL[0]->getType();
1109   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(VL[0]))
1110     ScalarTy = SI->getValueOperand()->getType();
1111   VectorType *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, VL.size());
1112   // Find the cost of inserting/extracting values from the vector.
1113   return getGatherCost(VecTy);
1114 }
1115
1116 AliasAnalysis::Location BoUpSLP::getLocation(Instruction *I) {
1117   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
1118     return AA->getLocation(SI);
1119   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1120     return AA->getLocation(LI);
1121   return AliasAnalysis::Location();
1122 }
1123
1124 Value *BoUpSLP::getPointerOperand(Value *I) {
1125   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1126     return LI->getPointerOperand();
1127   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
1128     return SI->getPointerOperand();
1129   return 0;
1130 }
1131
1132 unsigned BoUpSLP::getAddressSpaceOperand(Value *I) {
1133   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I))
1134     return L->getPointerAddressSpace();
1135   if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(I))
1136     return S->getPointerAddressSpace();
1137   return -1;
1138 }
1139
1140 bool BoUpSLP::isConsecutiveAccess(Value *A, Value *B) {
1141   Value *PtrA = getPointerOperand(A);
1142   Value *PtrB = getPointerOperand(B);
1143   unsigned ASA = getAddressSpaceOperand(A);
1144   unsigned ASB = getAddressSpaceOperand(B);
1145
1146   // Check that the address spaces match and that the pointers are valid.
1147   if (!PtrA || !PtrB || (ASA != ASB))
1148     return false;
1149
1150   // Make sure that A and B are different pointers of the same type.
1151   if (PtrA == PtrB || PtrA->getType() != PtrB->getType())
1152     return false;
1153
1154   unsigned PtrBitWidth = DL->getPointerSizeInBits(ASA);
1155   Type *Ty = cast<PointerType>(PtrA->getType())->getElementType();
1156   APInt Size(PtrBitWidth, DL->getTypeStoreSize(Ty));
1157
1158   APInt OffsetA(PtrBitWidth, 0), OffsetB(PtrBitWidth, 0);
1159   PtrA = PtrA->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(*DL, OffsetA);
1160   PtrB = PtrB->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(*DL, OffsetB);
1161
1162   APInt OffsetDelta = OffsetB - OffsetA;
1163
1164   // Check if they are based on the same pointer. That makes the offsets
1165   // sufficient.
1166   if (PtrA == PtrB)
1167     return OffsetDelta == Size;
1168
1169   // Compute the necessary base pointer delta to have the necessary final delta
1170   // equal to the size.
1171   APInt BaseDelta = Size - OffsetDelta;
1172
1173   // Otherwise compute the distance with SCEV between the base pointers.
1174   const SCEV *PtrSCEVA = SE->getSCEV(PtrA);
1175   const SCEV *PtrSCEVB = SE->getSCEV(PtrB);
1176   const SCEV *C = SE->getConstant(BaseDelta);
1177   const SCEV *X = SE->getAddExpr(PtrSCEVA, C);
1178   return X == PtrSCEVB;
1179 }
1180
1181 Value *BoUpSLP::getSinkBarrier(Instruction *Src, Instruction *Dst) {
1182   assert(Src->getParent() == Dst->getParent() && "Not the same BB");
1183   BasicBlock::iterator I = Src, E = Dst;
1184   /// Scan all of the instruction from SRC to DST and check if
1185   /// the source may alias.
1186   for (++I; I != E; ++I) {
1187     // Ignore store instructions that are marked as 'ignore'.
1188     if (MemBarrierIgnoreList.count(I))
1189       continue;
1190     if (Src->mayWriteToMemory()) /* Write */ {
1191       if (!I->mayReadOrWriteMemory())
1192         continue;
1193     } else /* Read */ {
1194       if (!I->mayWriteToMemory())
1195         continue;
1196     }
1197     AliasAnalysis::Location A = getLocation(&*I);
1198     AliasAnalysis::Location B = getLocation(Src);
1199
1200     if (!A.Ptr || !B.Ptr || AA->alias(A, B))
1201       return I;
1202   }
1203   return 0;
1204 }
1205
1206 int BoUpSLP::getLastIndex(ArrayRef<Value *> VL) {
1207   BasicBlock *BB = cast<Instruction>(VL[0])->getParent();
1208   assert(BB == getSameBlock(VL) && BlocksNumbers.count(BB) && "Invalid block");
1209   BlockNumbering &BN = BlocksNumbers[BB];
1210
1211   int MaxIdx = BN.getIndex(BB->getFirstNonPHI());
1212   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i)
1213     MaxIdx = std::max(MaxIdx, BN.getIndex(cast<Instruction>(VL[i])));
1214   return MaxIdx;
1215 }
1216
1217 Instruction *BoUpSLP::getLastInstruction(ArrayRef<Value *> VL) {
1218   BasicBlock *BB = cast<Instruction>(VL[0])->getParent();
1219   assert(BB == getSameBlock(VL) && BlocksNumbers.count(BB) && "Invalid block");
1220   BlockNumbering &BN = BlocksNumbers[BB];
1221
1222   int MaxIdx = BN.getIndex(cast<Instruction>(VL[0]));
1223   for (unsigned i = 1, e = VL.size(); i < e; ++i)
1224     MaxIdx = std::max(MaxIdx, BN.getIndex(cast<Instruction>(VL[i])));
1225   Instruction *I = BN.getInstruction(MaxIdx);
1226   assert(I && "bad location");
1227   return I;
1228 }
1229
1230 void BoUpSLP::setInsertPointAfterBundle(ArrayRef<Value *> VL) {
1231   Instruction *VL0 = cast<Instruction>(VL[0]);
1232   Instruction *LastInst = getLastInstruction(VL);
1233   BasicBlock::iterator NextInst = LastInst;
1234   ++NextInst;
1235   Builder.SetInsertPoint(VL0->getParent(), NextInst);
1236   Builder.SetCurrentDebugLocation(VL0->getDebugLoc());
1237 }
1238
1239 Value *BoUpSLP::Gather(ArrayRef<Value *> VL, VectorType *Ty) {
1240   Value *Vec = UndefValue::get(Ty);
1241   // Generate the 'InsertElement' instruction.
1242   for (unsigned i = 0; i < Ty->getNumElements(); ++i) {
1243     Vec = Builder.CreateInsertElement(Vec, VL[i], Builder.getInt32(i));
1244     if (Instruction *Insrt = dyn_cast<Instruction>(Vec)) {
1245       GatherSeq.insert(Insrt);
1246
1247       // Add to our 'need-to-extract' list.
1248       if (ScalarToTreeEntry.count(VL[i])) {
1249         int Idx = ScalarToTreeEntry[VL[i]];
1250         TreeEntry *E = &VectorizableTree[Idx];
1251         // Find which lane we need to extract.
1252         int FoundLane = -1;
1253         for (unsigned Lane = 0, LE = VL.size(); Lane != LE; ++Lane) {
1254           // Is this the lane of the scalar that we are looking for ?
1255           if (E->Scalars[Lane] == VL[i]) {
1256             FoundLane = Lane;
1257             break;
1258           }
1259         }
1260         assert(FoundLane >= 0 && "Could not find the correct lane");
1261         ExternalUses.push_back(ExternalUser(VL[i], Insrt, FoundLane));
1262       }
1263     }
1264   }
1265
1266   return Vec;
1267 }
1268
1269 Value *BoUpSLP::alreadyVectorized(ArrayRef<Value *> VL) const {
1270   SmallDenseMap<Value*, int>::const_iterator Entry
1271     = ScalarToTreeEntry.find(VL[0]);
1272   if (Entry != ScalarToTreeEntry.end()) {
1273     int Idx = Entry->second;
1274     const TreeEntry *En = &VectorizableTree[Idx];
1275     if (En->isSame(VL) && En->VectorizedValue)
1276       return En->VectorizedValue;
1277   }
1278   return 0;
1279 }
1280
1281 Value *BoUpSLP::vectorizeTree(ArrayRef<Value *> VL) {
1282   if (ScalarToTreeEntry.count(VL[0])) {
1283     int Idx = ScalarToTreeEntry[VL[0]];
1284     TreeEntry *E = &VectorizableTree[Idx];
1285     if (E->isSame(VL))
1286       return vectorizeTree(E);
1287   }
1288
1289   Type *ScalarTy = VL[0]->getType();
1290   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(VL[0]))
1291     ScalarTy = SI->getValueOperand()->getType();
1292   VectorType *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, VL.size());
1293
1294   return Gather(VL, VecTy);
1295 }
1296
1297 Value *BoUpSLP::vectorizeTree(TreeEntry *E) {
1298   IRBuilder<>::InsertPointGuard Guard(Builder);
1299
1300   if (E->VectorizedValue) {
1301     DEBUG(dbgs() << "SLP: Diamond merged for " << *E->Scalars[0] << ".\n");
1302     return E->VectorizedValue;
1303   }
1304
1305   Instruction *VL0 = cast<Instruction>(E->Scalars[0]);
1306   Type *ScalarTy = VL0->getType();
1307   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(VL0))
1308     ScalarTy = SI->getValueOperand()->getType();
1309   VectorType *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, E->Scalars.size());
1310
1311   if (E->NeedToGather) {
1312     setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
1313     return Gather(E->Scalars, VecTy);
1314   }
1315
1316   unsigned Opcode = VL0->getOpcode();
1317   assert(Opcode == getSameOpcode(E->Scalars) && "Invalid opcode");
1318
1319   switch (Opcode) {
1320     case Instruction::PHI: {
1321       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(VL0);
1322       Builder.SetInsertPoint(PH->getParent()->getFirstNonPHI());
1323       Builder.SetCurrentDebugLocation(PH->getDebugLoc());
1324       PHINode *NewPhi = Builder.CreatePHI(VecTy, PH->getNumIncomingValues());
1325       E->VectorizedValue = NewPhi;
1326
1327       // PHINodes may have multiple entries from the same block. We want to
1328       // visit every block once.
1329       SmallSet<BasicBlock*, 4> VisitedBBs;
1330
1331       for (unsigned i = 0, e = PH->getNumIncomingValues(); i < e; ++i) {
1332         ValueList Operands;
1333         BasicBlock *IBB = PH->getIncomingBlock(i);
1334
1335         if (!VisitedBBs.insert(IBB)) {
1336           NewPhi->addIncoming(NewPhi->getIncomingValueForBlock(IBB), IBB);
1337           continue;
1338         }
1339
1340         // Prepare the operand vector.
1341         for (unsigned j = 0; j < E->Scalars.size(); ++j)
1342           Operands.push_back(cast<PHINode>(E->Scalars[j])->
1343                              getIncomingValueForBlock(IBB));
1344
1345         Builder.SetInsertPoint(IBB->getTerminator());
1346         Builder.SetCurrentDebugLocation(PH->getDebugLoc());
1347         Value *Vec = vectorizeTree(Operands);
1348         NewPhi->addIncoming(Vec, IBB);
1349       }
1350
1351       assert(NewPhi->getNumIncomingValues() == PH->getNumIncomingValues() &&
1352              "Invalid number of incoming values");
1353       return NewPhi;
1354     }
1355
1356     case Instruction::ExtractElement: {
1357       if (CanReuseExtract(E->Scalars)) {
1358         Value *V = VL0->getOperand(0);
1359         E->VectorizedValue = V;
1360         return V;
1361       }
1362       return Gather(E->Scalars, VecTy);
1363     }
1364     case Instruction::ZExt:
1365     case Instruction::SExt:
1366     case Instruction::FPToUI:
1367     case Instruction::FPToSI:
1368     case Instruction::FPExt:
1369     case Instruction::PtrToInt:
1370     case Instruction::IntToPtr:
1371     case Instruction::SIToFP:
1372     case Instruction::UIToFP:
1373     case Instruction::Trunc:
1374     case Instruction::FPTrunc:
1375     case Instruction::BitCast: {
1376       ValueList INVL;
1377       for (int i = 0, e = E->Scalars.size(); i < e; ++i)
1378         INVL.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(0));
1379
1380       setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
1381
1382       Value *InVec = vectorizeTree(INVL);
1383
1384       if (Value *V = alreadyVectorized(E->Scalars))
1385         return V;
1386
1387       CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(VL0);
1388       Value *V = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), InVec, VecTy);
1389       E->VectorizedValue = V;
1390       return V;
1391     }
1392     case Instruction::FCmp:
1393     case Instruction::ICmp: {
1394       ValueList LHSV, RHSV;
1395       for (int i = 0, e = E->Scalars.size(); i < e; ++i) {
1396         LHSV.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(0));
1397         RHSV.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(1));
1398       }
1399
1400       setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
1401
1402       Value *L = vectorizeTree(LHSV);
1403       Value *R = vectorizeTree(RHSV);
1404
1405       if (Value *V = alreadyVectorized(E->Scalars))
1406         return V;
1407
1408       CmpInst::Predicate P0 = dyn_cast<CmpInst>(VL0)->getPredicate();
1409       Value *V;
1410       if (Opcode == Instruction::FCmp)
1411         V = Builder.CreateFCmp(P0, L, R);
1412       else
1413         V = Builder.CreateICmp(P0, L, R);
1414
1415       E->VectorizedValue = V;
1416       return V;
1417     }
1418     case Instruction::Select: {
1419       ValueList TrueVec, FalseVec, CondVec;
1420       for (int i = 0, e = E->Scalars.size(); i < e; ++i) {
1421         CondVec.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(0));
1422         TrueVec.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(1));
1423         FalseVec.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(2));
1424       }
1425
1426       setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
1427
1428       Value *Cond = vectorizeTree(CondVec);
1429       Value *True = vectorizeTree(TrueVec);
1430       Value *False = vectorizeTree(FalseVec);
1431
1432       if (Value *V = alreadyVectorized(E->Scalars))
1433         return V;
1434
1435       Value *V = Builder.CreateSelect(Cond, True, False);
1436       E->VectorizedValue = V;
1437       return V;
1438     }
1439     case Instruction::Add:
1440     case Instruction::FAdd:
1441     case Instruction::Sub:
1442     case Instruction::FSub:
1443     case Instruction::Mul:
1444     case Instruction::FMul:
1445     case Instruction::UDiv:
1446     case Instruction::SDiv:
1447     case Instruction::FDiv:
1448     case Instruction::URem:
1449     case Instruction::SRem:
1450     case Instruction::FRem:
1451     case Instruction::Shl:
1452     case Instruction::LShr:
1453     case Instruction::AShr:
1454     case Instruction::And:
1455     case Instruction::Or:
1456     case Instruction::Xor: {
1457       ValueList LHSVL, RHSVL;
1458       if (isa<BinaryOperator>(VL0) && VL0->isCommutative())
1459         reorderInputsAccordingToOpcode(E->Scalars, LHSVL, RHSVL);
1460       else
1461         for (int i = 0, e = E->Scalars.size(); i < e; ++i) {
1462           LHSVL.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(0));
1463           RHSVL.push_back(cast<Instruction>(E->Scalars[i])->getOperand(1));
1464         }
1465
1466       setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
1467
1468       Value *LHS = vectorizeTree(LHSVL);
1469       Value *RHS = vectorizeTree(RHSVL);
1470
1471       if (LHS == RHS && isa<Instruction>(LHS)) {
1472         assert((VL0->getOperand(0) == VL0->getOperand(1)) && "Invalid order");
1473       }
1474
1475       if (Value *V = alreadyVectorized(E->Scalars))
1476         return V;
1477
1478       BinaryOperator *BinOp = cast<BinaryOperator>(VL0);
1479       Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), LHS, RHS);
1480       E->VectorizedValue = V;
1481       return V;
1482     }
1483     case Instruction::Load: {
1484       // Loads are inserted at the head of the tree because we don't want to
1485       // sink them all the way down past store instructions.
1486       setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
1487
1488       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(VL0);
1489       unsigned AS = LI->getPointerAddressSpace();
1490
1491       Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(LI->getPointerOperand(),
1492                                             VecTy->getPointerTo(AS));
1493       unsigned Alignment = LI->getAlignment();
1494       LI = Builder.CreateLoad(VecPtr);
1495       LI->setAlignment(Alignment);
1496       E->VectorizedValue = LI;
1497       return LI;
1498     }
1499     case Instruction::Store: {
1500       StoreInst *SI = cast<StoreInst>(VL0);
1501       unsigned Alignment = SI->getAlignment();
1502       unsigned AS = SI->getPointerAddressSpace();
1503
1504       ValueList ValueOp;
1505       for (int i = 0, e = E->Scalars.size(); i < e; ++i)
1506         ValueOp.push_back(cast<StoreInst>(E->Scalars[i])->getValueOperand());
1507
1508       setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
1509
1510       Value *VecValue = vectorizeTree(ValueOp);
1511       Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(SI->getPointerOperand(),
1512                                             VecTy->getPointerTo(AS));
1513       StoreInst *S = Builder.CreateStore(VecValue, VecPtr);
1514       S->setAlignment(Alignment);
1515       E->VectorizedValue = S;
1516       return S;
1517     }
1518     default:
1519     llvm_unreachable("unknown inst");
1520   }
1521   return 0;
1522 }
1523
1524 Value *BoUpSLP::vectorizeTree() {
1525   Builder.SetInsertPoint(F->getEntryBlock().begin());
1526   vectorizeTree(&VectorizableTree[0]);
1527
1528   DEBUG(dbgs() << "SLP: Extracting " << ExternalUses.size() << " values .\n");
1529
1530   // Extract all of the elements with the external uses.
1531   for (UserList::iterator it = ExternalUses.begin(), e = ExternalUses.end();
1532        it != e; ++it) {
1533     Value *Scalar = it->Scalar;
1534     llvm::User *User = it->User;
1535
1536     // Skip users that we already RAUW. This happens when one instruction
1537     // has multiple uses of the same value.
1538     if (std::find(Scalar->use_begin(), Scalar->use_end(), User) ==
1539         Scalar->use_end())
1540       continue;
1541     assert(ScalarToTreeEntry.count(Scalar) && "Invalid scalar");
1542
1543     int Idx = ScalarToTreeEntry[Scalar];
1544     TreeEntry *E = &VectorizableTree[Idx];
1545     assert(!E->NeedToGather && "Extracting from a gather list");
1546
1547     Value *Vec = E->VectorizedValue;
1548     assert(Vec && "Can't find vectorizable value");
1549
1550     Value *Lane = Builder.getInt32(it->Lane);
1551     // Generate extracts for out-of-tree users.
1552     // Find the insertion point for the extractelement lane.
1553     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Vec)) {
1554       Builder.SetInsertPoint(PN->getParent()->getFirstInsertionPt());
1555       Value *Ex = Builder.CreateExtractElement(Vec, Lane);
1556       User->replaceUsesOfWith(Scalar, Ex);
1557     } else if (isa<Instruction>(Vec)){
1558       if (PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1559         for (int i = 0, e = PH->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1560           if (PH->getIncomingValue(i) == Scalar) {
1561             Builder.SetInsertPoint(PH->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1562             Value *Ex = Builder.CreateExtractElement(Vec, Lane);
1563             PH->setOperand(i, Ex);
1564           }
1565         }
1566       } else {
1567         Builder.SetInsertPoint(cast<Instruction>(User));
1568         Value *Ex = Builder.CreateExtractElement(Vec, Lane);
1569         User->replaceUsesOfWith(Scalar, Ex);
1570      }
1571     } else {
1572       Builder.SetInsertPoint(F->getEntryBlock().begin());
1573       Value *Ex = Builder.CreateExtractElement(Vec, Lane);
1574       User->replaceUsesOfWith(Scalar, Ex);
1575     }
1576
1577     DEBUG(dbgs() << "SLP: Replaced:" << *User << ".\n");
1578   }
1579
1580   // For each vectorized value:
1581   for (int EIdx = 0, EE = VectorizableTree.size(); EIdx < EE; ++EIdx) {
1582     TreeEntry *Entry = &VectorizableTree[EIdx];
1583
1584     // For each lane:
1585     for (int Lane = 0, LE = Entry->Scalars.size(); Lane != LE; ++Lane) {
1586       Value *Scalar = Entry->Scalars[Lane];
1587
1588       // No need to handle users of gathered values.
1589       if (Entry->NeedToGather)
1590         continue;
1591
1592       assert(Entry->VectorizedValue && "Can't find vectorizable value");
1593
1594       Type *Ty = Scalar->getType();
1595       if (!Ty->isVoidTy()) {
1596         for (Value::use_iterator User = Scalar->use_begin(),
1597              UE = Scalar->use_end(); User != UE; ++User) {
1598           DEBUG(dbgs() << "SLP: \tvalidating user:" << **User << ".\n");
1599           assert(!MustGather.count(*User) &&
1600                  "Replacing gathered value with undef");
1601
1602           assert((ScalarToTreeEntry.count(*User) ||
1603                   // It is legal to replace the reduction users by undef.
1604                   (RdxOps && RdxOps->count(*User))) &&
1605                  "Replacing out-of-tree value with undef");
1606         }
1607         Value *Undef = UndefValue::get(Ty);
1608         Scalar->replaceAllUsesWith(Undef);
1609       }
1610       DEBUG(dbgs() << "SLP: \tErasing scalar:" << *Scalar << ".\n");
1611       cast<Instruction>(Scalar)->eraseFromParent();
1612     }
1613   }
1614
1615   for (Function::iterator it = F->begin(), e = F->end(); it != e; ++it) {
1616     BlocksNumbers[it].forget();
1617   }
1618   Builder.ClearInsertionPoint();
1619
1620   return VectorizableTree[0].VectorizedValue;
1621 }
1622
1623 class DTCmp {
1624   const DominatorTree *DT;
1625
1626 public:
1627   DTCmp(const DominatorTree *DT) : DT(DT) {}
1628   bool operator()(const BasicBlock *A, const BasicBlock *B) const {
1629     return DT->dominates(A, B);
1630   }
1631 };
1632
1633 void BoUpSLP::optimizeGatherSequence() {
1634   DEBUG(dbgs() << "SLP: Optimizing " << GatherSeq.size()
1635         << " gather sequences instructions.\n");
1636   // Keep a list of visited BBs to run CSE on. It is typically small.
1637   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> VisitedBBs;
1638   SmallVector<BasicBlock *, 4> CSEWorkList;
1639   // LICM InsertElementInst sequences.
1640   for (SetVector<Instruction *>::iterator it = GatherSeq.begin(),
1641        e = GatherSeq.end(); it != e; ++it) {
1642     InsertElementInst *Insert = dyn_cast<InsertElementInst>(*it);
1643
1644     if (!Insert)
1645       continue;
1646
1647     if (VisitedBBs.insert(Insert->getParent()))
1648       CSEWorkList.push_back(Insert->getParent());
1649
1650     // Check if this block is inside a loop.
1651     Loop *L = LI->getLoopFor(Insert->getParent());
1652     if (!L)
1653       continue;
1654
1655     // Check if it has a preheader.
1656     BasicBlock *PreHeader = L->getLoopPreheader();
1657     if (!PreHeader)
1658       continue;
1659
1660     // If the vector or the element that we insert into it are
1661     // instructions that are defined in this basic block then we can't
1662     // hoist this instruction.
1663     Instruction *CurrVec = dyn_cast<Instruction>(Insert->getOperand(0));
1664     Instruction *NewElem = dyn_cast<Instruction>(Insert->getOperand(1));
1665     if (CurrVec && L->contains(CurrVec))
1666       continue;
1667     if (NewElem && L->contains(NewElem))
1668       continue;
1669
1670     // We can hoist this instruction. Move it to the pre-header.
1671     Insert->moveBefore(PreHeader->getTerminator());
1672   }
1673
1674   // Sort blocks by domination. This ensures we visit a block after all blocks
1675   // dominating it are visited.
1676   std::stable_sort(CSEWorkList.begin(), CSEWorkList.end(), DTCmp(DT));
1677
1678   // Perform O(N^2) search over the gather sequences and merge identical
1679   // instructions. TODO: We can further optimize this scan if we split the
1680   // instructions into different buckets based on the insert lane.
1681   SmallVector<Instruction *, 16> Visited;
1682   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator I = CSEWorkList.begin(),
1683                                                E = CSEWorkList.end();
1684        I != E; ++I) {
1685     assert(I == CSEWorkList.begin() || !DT->dominates(*I, *llvm::prior(I)) &&
1686            "Worklist not sorted properly!");
1687     BasicBlock *BB = *I;
1688     // For all instructions in blocks containing gather sequences:
1689     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e;) {
1690       Instruction *In = it++;
1691       if ((!isa<InsertElementInst>(In) && !isa<ExtractElementInst>(In)) ||
1692           !GatherSeq.count(In))
1693         continue;
1694
1695       // Check if we can replace this instruction with any of the
1696       // visited instructions.
1697       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::iterator v = Visited.begin(),
1698                                                     ve = Visited.end();
1699            v != ve; ++v) {
1700         if (In->isIdenticalTo(*v) &&
1701             DT->dominates((*v)->getParent(), In->getParent())) {
1702           In->replaceAllUsesWith(*v);
1703           In->eraseFromParent();
1704           In = 0;
1705           break;
1706         }
1707       }
1708       if (In) {
1709         assert(std::find(Visited.begin(), Visited.end(), In) == Visited.end());
1710         Visited.push_back(In);
1711       }
1712     }
1713   }
1714 }
1715
1716 /// The SLPVectorizer Pass.
1717 struct SLPVectorizer : public FunctionPass {
1718   typedef SmallVector<StoreInst *, 8> StoreList;
1719   typedef MapVector<Value *, StoreList> StoreListMap;
1720
1721   /// Pass identification, replacement for typeid
1722   static char ID;
1723
1724   explicit SLPVectorizer() : FunctionPass(ID) {
1725     initializeSLPVectorizerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1726   }
1727
1728   ScalarEvolution *SE;
1729   DataLayout *DL;
1730   TargetTransformInfo *TTI;
1731   AliasAnalysis *AA;
1732   LoopInfo *LI;
1733   DominatorTree *DT;
1734
1735   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
1736     SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
1737     DL = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
1738     TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfo>();
1739     AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
1740     LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
1741     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1742
1743     StoreRefs.clear();
1744     bool Changed = false;
1745
1746     // If the target claims to have no vector registers don't attempt
1747     // vectorization.
1748     if (!TTI->getNumberOfRegisters(true))
1749       return false;
1750
1751     // Must have DataLayout. We can't require it because some tests run w/o
1752     // triple.
1753     if (!DL)
1754       return false;
1755
1756     // Don't vectorize when the attribute NoImplicitFloat is used.
1757     if (F.hasFnAttribute(Attribute::NoImplicitFloat))
1758       return false;
1759
1760     DEBUG(dbgs() << "SLP: Analyzing blocks in " << F.getName() << ".\n");
1761
1762     // Use the bollom up slp vectorizer to construct chains that start with
1763     // he store instructions.
1764     BoUpSLP R(&F, SE, DL, TTI, AA, LI, DT);
1765
1766     // Scan the blocks in the function in post order.
1767     for (po_iterator<BasicBlock*> it = po_begin(&F.getEntryBlock()),
1768          e = po_end(&F.getEntryBlock()); it != e; ++it) {
1769       BasicBlock *BB = *it;
1770
1771       // Vectorize trees that end at stores.
1772       if (unsigned count = collectStores(BB, R)) {
1773         (void)count;
1774         DEBUG(dbgs() << "SLP: Found " << count << " stores to vectorize.\n");
1775         Changed |= vectorizeStoreChains(R);
1776       }
1777
1778       // Vectorize trees that end at reductions.
1779       Changed |= vectorizeChainsInBlock(BB, R);
1780     }
1781
1782     if (Changed) {
1783       R.optimizeGatherSequence();
1784       DEBUG(dbgs() << "SLP: vectorized \"" << F.getName() << "\"\n");
1785       DEBUG(verifyFunction(F));
1786     }
1787     return Changed;
1788   }
1789
1790   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1791     FunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
1792     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
1793     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1794     AU.addRequired<TargetTransformInfo>();
1795     AU.addRequired<LoopInfo>();
1796     AU.addRequired<DominatorTree>();
1797     AU.addPreserved<LoopInfo>();
1798     AU.addPreserved<DominatorTree>();
1799     AU.setPreservesCFG();
1800   }
1801
1802 private:
1803
1804   /// \brief Collect memory references and sort them according to their base
1805   /// object. We sort the stores to their base objects to reduce the cost of the
1806   /// quadratic search on the stores. TODO: We can further reduce this cost
1807   /// if we flush the chain creation every time we run into a memory barrier.
1808   unsigned collectStores(BasicBlock *BB, BoUpSLP &R);
1809
1810   /// \brief Try to vectorize a chain that starts at two arithmetic instrs.
1811   bool tryToVectorizePair(Value *A, Value *B, BoUpSLP &R);
1812
1813   /// \brief Try to vectorize a list of operands.
1814   /// \returns true if a value was vectorized.
1815   bool tryToVectorizeList(ArrayRef<Value *> VL, BoUpSLP &R);
1816
1817   /// \brief Try to vectorize a chain that may start at the operands of \V;
1818   bool tryToVectorize(BinaryOperator *V, BoUpSLP &R);
1819
1820   /// \brief Vectorize the stores that were collected in StoreRefs.
1821   bool vectorizeStoreChains(BoUpSLP &R);
1822
1823   /// \brief Scan the basic block and look for patterns that are likely to start
1824   /// a vectorization chain.
1825   bool vectorizeChainsInBlock(BasicBlock *BB, BoUpSLP &R);
1826
1827   bool vectorizeStoreChain(ArrayRef<Value *> Chain, int CostThreshold,
1828                            BoUpSLP &R);
1829
1830   bool vectorizeStores(ArrayRef<StoreInst *> Stores, int costThreshold,
1831                        BoUpSLP &R);
1832 private:
1833   StoreListMap StoreRefs;
1834 };
1835
1836 bool SLPVectorizer::vectorizeStoreChain(ArrayRef<Value *> Chain,
1837                                           int CostThreshold, BoUpSLP &R) {
1838   unsigned ChainLen = Chain.size();
1839   DEBUG(dbgs() << "SLP: Analyzing a store chain of length " << ChainLen
1840         << "\n");
1841   Type *StoreTy = cast<StoreInst>(Chain[0])->getValueOperand()->getType();
1842   unsigned Sz = DL->getTypeSizeInBits(StoreTy);
1843   unsigned VF = MinVecRegSize / Sz;
1844
1845   if (!isPowerOf2_32(Sz) || VF < 2)
1846     return false;
1847
1848   bool Changed = false;
1849   // Look for profitable vectorizable trees at all offsets, starting at zero.
1850   for (unsigned i = 0, e = ChainLen; i < e; ++i) {
1851     if (i + VF > e)
1852       break;
1853     DEBUG(dbgs() << "SLP: Analyzing " << VF << " stores at offset " << i
1854           << "\n");
1855     ArrayRef<Value *> Operands = Chain.slice(i, VF);
1856
1857     R.buildTree(Operands);
1858
1859     int Cost = R.getTreeCost();
1860
1861     DEBUG(dbgs() << "SLP: Found cost=" << Cost << " for VF=" << VF << "\n");
1862     if (Cost < CostThreshold) {
1863       DEBUG(dbgs() << "SLP: Decided to vectorize cost=" << Cost << "\n");
1864       R.vectorizeTree();
1865
1866       // Move to the next bundle.
1867       i += VF - 1;
1868       Changed = true;
1869     }
1870   }
1871
1872     return Changed;
1873 }
1874
1875 bool SLPVectorizer::vectorizeStores(ArrayRef<StoreInst *> Stores,
1876                                     int costThreshold, BoUpSLP &R) {
1877   SetVector<Value *> Heads, Tails;
1878   SmallDenseMap<Value *, Value *> ConsecutiveChain;
1879
1880   // We may run into multiple chains that merge into a single chain. We mark the
1881   // stores that we vectorized so that we don't visit the same store twice.
1882   BoUpSLP::ValueSet VectorizedStores;
1883   bool Changed = false;
1884
1885   // Do a quadratic search on all of the given stores and find
1886   // all of the pairs of stores that follow each other.
1887   for (unsigned i = 0, e = Stores.size(); i < e; ++i) {
1888     for (unsigned j = 0; j < e; ++j) {
1889       if (i == j)
1890         continue;
1891
1892       if (R.isConsecutiveAccess(Stores[i], Stores[j])) {
1893         Tails.insert(Stores[j]);
1894         Heads.insert(Stores[i]);
1895         ConsecutiveChain[Stores[i]] = Stores[j];
1896       }
1897     }
1898   }
1899
1900   // For stores that start but don't end a link in the chain:
1901   for (SetVector<Value *>::iterator it = Heads.begin(), e = Heads.end();
1902        it != e; ++it) {
1903     if (Tails.count(*it))
1904       continue;
1905
1906     // We found a store instr that starts a chain. Now follow the chain and try
1907     // to vectorize it.
1908     BoUpSLP::ValueList Operands;
1909     Value *I = *it;
1910     // Collect the chain into a list.
1911     while (Tails.count(I) || Heads.count(I)) {
1912       if (VectorizedStores.count(I))
1913         break;
1914       Operands.push_back(I);
1915       // Move to the next value in the chain.
1916       I = ConsecutiveChain[I];
1917     }
1918
1919     bool Vectorized = vectorizeStoreChain(Operands, costThreshold, R);
1920
1921     // Mark the vectorized stores so that we don't vectorize them again.
1922     if (Vectorized)
1923       VectorizedStores.insert(Operands.begin(), Operands.end());
1924     Changed |= Vectorized;
1925   }
1926
1927   return Changed;
1928 }
1929
1930
1931 unsigned SLPVectorizer::collectStores(BasicBlock *BB, BoUpSLP &R) {
1932   unsigned count = 0;
1933   StoreRefs.clear();
1934   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
1935     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(it);
1936     if (!SI)
1937       continue;
1938
1939     // Don't touch volatile stores.
1940     if (!SI->isSimple())
1941       continue;
1942
1943     // Check that the pointer points to scalars.
1944     Type *Ty = SI->getValueOperand()->getType();
1945     if (Ty->isAggregateType() || Ty->isVectorTy())
1946       return 0;
1947
1948     // Find the base pointer.
1949     Value *Ptr = GetUnderlyingObject(SI->getPointerOperand(), DL);
1950
1951     // Save the store locations.
1952     StoreRefs[Ptr].push_back(SI);
1953     count++;
1954   }
1955   return count;
1956 }
1957
1958 bool SLPVectorizer::tryToVectorizePair(Value *A, Value *B, BoUpSLP &R) {
1959   if (!A || !B)
1960     return false;
1961   Value *VL[] = { A, B };
1962   return tryToVectorizeList(VL, R);
1963 }
1964
1965 bool SLPVectorizer::tryToVectorizeList(ArrayRef<Value *> VL, BoUpSLP &R) {
1966   if (VL.size() < 2)
1967     return false;
1968
1969   DEBUG(dbgs() << "SLP: Vectorizing a list of length = " << VL.size() << ".\n");
1970
1971   // Check that all of the parts are scalar instructions of the same type.
1972   Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(VL[0]);
1973   if (!I0)
1974     return false;
1975
1976   unsigned Opcode0 = I0->getOpcode();
1977
1978   Type *Ty0 = I0->getType();
1979   unsigned Sz = DL->getTypeSizeInBits(Ty0);
1980   unsigned VF = MinVecRegSize / Sz;
1981
1982   for (int i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i) {
1983     Type *Ty = VL[i]->getType();
1984     if (Ty->isAggregateType() || Ty->isVectorTy())
1985       return false;
1986     Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(VL[i]);
1987     if (!Inst || Inst->getOpcode() != Opcode0)
1988       return false;
1989   }
1990
1991   bool Changed = false;
1992
1993   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i) {
1994     unsigned OpsWidth = 0;
1995
1996     if (i + VF > e)
1997       OpsWidth = e - i;
1998     else
1999       OpsWidth = VF;
2000
2001     if (!isPowerOf2_32(OpsWidth) || OpsWidth < 2)
2002       break;
2003
2004     DEBUG(dbgs() << "SLP: Analyzing " << OpsWidth << " operations " << "\n");
2005     ArrayRef<Value *> Ops = VL.slice(i, OpsWidth);
2006
2007     R.buildTree(Ops);
2008     int Cost = R.getTreeCost();
2009
2010     if (Cost < -SLPCostThreshold) {
2011       DEBUG(dbgs() << "SLP: Vectorizing pair at cost:" << Cost << ".\n");
2012       R.vectorizeTree();
2013
2014       // Move to the next bundle.
2015       i += VF - 1;
2016       Changed = true;
2017     }
2018   }
2019
2020   return Changed;
2021 }
2022
2023 bool SLPVectorizer::tryToVectorize(BinaryOperator *V, BoUpSLP &R) {
2024   if (!V)
2025     return false;
2026
2027   // Try to vectorize V.
2028   if (tryToVectorizePair(V->getOperand(0), V->getOperand(1), R))
2029     return true;
2030
2031   BinaryOperator *A = dyn_cast<BinaryOperator>(V->getOperand(0));
2032   BinaryOperator *B = dyn_cast<BinaryOperator>(V->getOperand(1));
2033   // Try to skip B.
2034   if (B && B->hasOneUse()) {
2035     BinaryOperator *B0 = dyn_cast<BinaryOperator>(B->getOperand(0));
2036     BinaryOperator *B1 = dyn_cast<BinaryOperator>(B->getOperand(1));
2037     if (tryToVectorizePair(A, B0, R)) {
2038       B->moveBefore(V);
2039       return true;
2040     }
2041     if (tryToVectorizePair(A, B1, R)) {
2042       B->moveBefore(V);
2043       return true;
2044     }
2045   }
2046
2047   // Try to skip A.
2048   if (A && A->hasOneUse()) {
2049     BinaryOperator *A0 = dyn_cast<BinaryOperator>(A->getOperand(0));
2050     BinaryOperator *A1 = dyn_cast<BinaryOperator>(A->getOperand(1));
2051     if (tryToVectorizePair(A0, B, R)) {
2052       A->moveBefore(V);
2053       return true;
2054     }
2055     if (tryToVectorizePair(A1, B, R)) {
2056       A->moveBefore(V);
2057       return true;
2058     }
2059   }
2060   return 0;
2061 }
2062
2063 /// \brief Generate a shuffle mask to be used in a reduction tree.
2064 ///
2065 /// \param VecLen The length of the vector to be reduced.
2066 /// \param NumEltsToRdx The number of elements that should be reduced in the
2067 ///        vector.
2068 /// \param IsPairwise Whether the reduction is a pairwise or splitting
2069 ///        reduction. A pairwise reduction will generate a mask of
2070 ///        <0,2,...> or <1,3,..> while a splitting reduction will generate
2071 ///        <2,3, undef,undef> for a vector of 4 and NumElts = 2.
2072 /// \param IsLeft True will generate a mask of even elements, odd otherwise.
2073 static Value *createRdxShuffleMask(unsigned VecLen, unsigned NumEltsToRdx,
2074                                    bool IsPairwise, bool IsLeft,
2075                                    IRBuilder<> &Builder) {
2076   assert((IsPairwise || !IsLeft) && "Don't support a <0,1,undef,...> mask");
2077
2078   SmallVector<Constant *, 32> ShuffleMask(
2079       VecLen, UndefValue::get(Builder.getInt32Ty()));
2080
2081   if (IsPairwise)
2082     // Build a mask of 0, 2, ... (left) or 1, 3, ... (right).
2083     for (unsigned i = 0; i != NumEltsToRdx; ++i)
2084       ShuffleMask[i] = Builder.getInt32(2 * i + !IsLeft);
2085   else
2086     // Move the upper half of the vector to the lower half.
2087     for (unsigned i = 0; i != NumEltsToRdx; ++i)
2088       ShuffleMask[i] = Builder.getInt32(NumEltsToRdx + i);
2089
2090   return ConstantVector::get(ShuffleMask);
2091 }
2092
2093
2094 /// Model horizontal reductions.
2095 ///
2096 /// A horizontal reduction is a tree of reduction operations (currently add and
2097 /// fadd) that has operations that can be put into a vector as its leaf.
2098 /// For example, this tree:
2099 ///
2100 /// mul mul mul mul
2101 ///  \  /    \  /
2102 ///   +       +
2103 ///    \     /
2104 ///       +
2105 /// This tree has "mul" as its reduced values and "+" as its reduction
2106 /// operations. A reduction might be feeding into a store or a binary operation
2107 /// feeding a phi.
2108 ///    ...
2109 ///    \  /
2110 ///     +
2111 ///     |
2112 ///  phi +=
2113 ///
2114 ///  Or:
2115 ///    ...
2116 ///    \  /
2117 ///     +
2118 ///     |
2119 ///   *p =
2120 ///
2121 class HorizontalReduction {
2122   SmallPtrSet<Value *, 16> ReductionOps;
2123   SmallVector<Value *, 32> ReducedVals;
2124
2125   BinaryOperator *ReductionRoot;
2126   PHINode *ReductionPHI;
2127
2128   /// The opcode of the reduction.
2129   unsigned ReductionOpcode;
2130   /// The opcode of the values we perform a reduction on.
2131   unsigned ReducedValueOpcode;
2132   /// The width of one full horizontal reduction operation.
2133   unsigned ReduxWidth;
2134   /// Should we model this reduction as a pairwise reduction tree or a tree that
2135   /// splits the vector in halves and adds those halves.
2136   bool IsPairwiseReduction;
2137
2138 public:
2139   HorizontalReduction()
2140     : ReductionRoot(0), ReductionPHI(0), ReductionOpcode(0),
2141     ReducedValueOpcode(0), ReduxWidth(0), IsPairwiseReduction(false) {}
2142
2143   /// \brief Try to find a reduction tree.
2144   bool matchAssociativeReduction(PHINode *Phi, BinaryOperator *B,
2145                                  DataLayout *DL) {
2146     assert((!Phi ||
2147             std::find(Phi->op_begin(), Phi->op_end(), B) != Phi->op_end()) &&
2148            "Thi phi needs to use the binary operator");
2149
2150     // We could have a initial reductions that is not an add.
2151     //  r *= v1 + v2 + v3 + v4
2152     // In such a case start looking for a tree rooted in the first '+'.
2153     if (Phi) {
2154       if (B->getOperand(0) == Phi) {
2155         Phi = 0;
2156         B = dyn_cast<BinaryOperator>(B->getOperand(1));
2157       } else if (B->getOperand(1) == Phi) {
2158         Phi = 0;
2159         B = dyn_cast<BinaryOperator>(B->getOperand(0));
2160       }
2161     }
2162
2163     if (!B)
2164       return false;
2165
2166     Type *Ty = B->getType();
2167     if (Ty->isVectorTy())
2168       return false;
2169
2170     ReductionOpcode = B->getOpcode();
2171     ReducedValueOpcode = 0;
2172     ReduxWidth = MinVecRegSize / DL->getTypeSizeInBits(Ty);
2173     ReductionRoot = B;
2174     ReductionPHI = Phi;
2175
2176     if (ReduxWidth < 4)
2177       return false;
2178
2179     // We currently only support adds.
2180     if (ReductionOpcode != Instruction::Add &&
2181         ReductionOpcode != Instruction::FAdd)
2182       return false;
2183
2184     // Post order traverse the reduction tree starting at B. We only handle true
2185     // trees containing only binary operators.
2186     SmallVector<std::pair<BinaryOperator *, unsigned>, 32> Stack;
2187     Stack.push_back(std::make_pair(B, 0));
2188     while (!Stack.empty()) {
2189       BinaryOperator *TreeN = Stack.back().first;
2190       unsigned EdgeToVist = Stack.back().second++;
2191       bool IsReducedValue = TreeN->getOpcode() != ReductionOpcode;
2192
2193       // Only handle trees in the current basic block.
2194       if (TreeN->getParent() != B->getParent())
2195         return false;
2196
2197       // Each tree node needs to have one user except for the ultimate
2198       // reduction.
2199       if (!TreeN->hasOneUse() && TreeN != B)
2200         return false;
2201
2202       // Postorder vist.
2203       if (EdgeToVist == 2 || IsReducedValue) {
2204         if (IsReducedValue) {
2205           // Make sure that the opcodes of the operations that we are going to
2206           // reduce match.
2207           if (!ReducedValueOpcode)
2208             ReducedValueOpcode = TreeN->getOpcode();
2209           else if (ReducedValueOpcode != TreeN->getOpcode())
2210             return false;
2211           ReducedVals.push_back(TreeN);
2212         } else {
2213           // We need to be able to reassociate the adds.
2214           if (!TreeN->isAssociative())
2215             return false;
2216           ReductionOps.insert(TreeN);
2217         }
2218         // Retract.
2219         Stack.pop_back();
2220         continue;
2221       }
2222
2223       // Visit left or right.
2224       Value *NextV = TreeN->getOperand(EdgeToVist);
2225       BinaryOperator *Next = dyn_cast<BinaryOperator>(NextV);
2226       if (Next)
2227         Stack.push_back(std::make_pair(Next, 0));
2228       else if (NextV != Phi)
2229         return false;
2230     }
2231     return true;
2232   }
2233
2234   /// \brief Attempt to vectorize the tree found by
2235   /// matchAssociativeReduction.
2236   bool tryToReduce(BoUpSLP &V, TargetTransformInfo *TTI) {
2237     if (ReducedVals.empty())
2238       return false;
2239
2240     unsigned NumReducedVals = ReducedVals.size();
2241     if (NumReducedVals < ReduxWidth)
2242       return false;
2243
2244     Value *VectorizedTree = 0;
2245     IRBuilder<> Builder(ReductionRoot);
2246     FastMathFlags Unsafe;
2247     Unsafe.setUnsafeAlgebra();
2248     Builder.SetFastMathFlags(Unsafe);
2249     unsigned i = 0;
2250
2251     for (; i < NumReducedVals - ReduxWidth + 1; i += ReduxWidth) {
2252       ArrayRef<Value *> ValsToReduce(&ReducedVals[i], ReduxWidth);
2253       V.buildTree(ValsToReduce, &ReductionOps);
2254
2255       // Estimate cost.
2256       int Cost = V.getTreeCost() + getReductionCost(TTI, ReducedVals[i]);
2257       if (Cost >= -SLPCostThreshold)
2258         break;
2259
2260       DEBUG(dbgs() << "SLP: Vectorizing horizontal reduction at cost:" << Cost
2261                    << ". (HorRdx)\n");
2262
2263       // Vectorize a tree.
2264       DebugLoc Loc = cast<Instruction>(ReducedVals[i])->getDebugLoc();
2265       Value *VectorizedRoot = V.vectorizeTree();
2266
2267       // Emit a reduction.
2268       Value *ReducedSubTree = emitReduction(VectorizedRoot, Builder);
2269       if (VectorizedTree) {
2270         Builder.SetCurrentDebugLocation(Loc);
2271         VectorizedTree = createBinOp(Builder, ReductionOpcode, VectorizedTree,
2272                                      ReducedSubTree, "bin.rdx");
2273       } else
2274         VectorizedTree = ReducedSubTree;
2275     }
2276
2277     if (VectorizedTree) {
2278       // Finish the reduction.
2279       for (; i < NumReducedVals; ++i) {
2280         Builder.SetCurrentDebugLocation(
2281           cast<Instruction>(ReducedVals[i])->getDebugLoc());
2282         VectorizedTree = createBinOp(Builder, ReductionOpcode, VectorizedTree,
2283                                      ReducedVals[i]);
2284       }
2285       // Update users.
2286       if (ReductionPHI) {
2287         assert(ReductionRoot != NULL && "Need a reduction operation");
2288         ReductionRoot->setOperand(0, VectorizedTree);
2289         ReductionRoot->setOperand(1, ReductionPHI);
2290       } else
2291         ReductionRoot->replaceAllUsesWith(VectorizedTree);
2292     }
2293     return VectorizedTree != 0;
2294   }
2295
2296 private:
2297
2298   /// \brief Calcuate the cost of a reduction.
2299   int getReductionCost(TargetTransformInfo *TTI, Value *FirstReducedVal) {
2300     Type *ScalarTy = FirstReducedVal->getType();
2301     Type *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, ReduxWidth);
2302
2303     int PairwiseRdxCost = TTI->getReductionCost(ReductionOpcode, VecTy, true);
2304     int SplittingRdxCost = TTI->getReductionCost(ReductionOpcode, VecTy, false);
2305
2306     IsPairwiseReduction = PairwiseRdxCost < SplittingRdxCost;
2307     int VecReduxCost = IsPairwiseReduction ? PairwiseRdxCost : SplittingRdxCost;
2308
2309     int ScalarReduxCost =
2310         ReduxWidth * TTI->getArithmeticInstrCost(ReductionOpcode, VecTy);
2311
2312     DEBUG(dbgs() << "SLP: Adding cost " << VecReduxCost - ScalarReduxCost
2313                  << " for reduction that starts with " << *FirstReducedVal
2314                  << " (It is a "
2315                  << (IsPairwiseReduction ? "pairwise" : "splitting")
2316                  << " reduction)\n");
2317
2318     return VecReduxCost - ScalarReduxCost;
2319   }
2320
2321   static Value *createBinOp(IRBuilder<> &Builder, unsigned Opcode, Value *L,
2322                             Value *R, const Twine &Name = "") {
2323     if (Opcode == Instruction::FAdd)
2324       return Builder.CreateFAdd(L, R, Name);
2325     return Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Opcode, L, R, Name);
2326   }
2327
2328   /// \brief Emit a horizontal reduction of the vectorized value.
2329   Value *emitReduction(Value *VectorizedValue, IRBuilder<> &Builder) {
2330     assert(VectorizedValue && "Need to have a vectorized tree node");
2331     Instruction *ValToReduce = dyn_cast<Instruction>(VectorizedValue);
2332     assert(isPowerOf2_32(ReduxWidth) &&
2333            "We only handle power-of-two reductions for now");
2334
2335     Value *TmpVec = ValToReduce;
2336     for (unsigned i = ReduxWidth / 2; i != 0; i >>= 1) {
2337       if (IsPairwiseReduction) {
2338         Value *LeftMask =
2339           createRdxShuffleMask(ReduxWidth, i, true, true, Builder);
2340         Value *RightMask =
2341           createRdxShuffleMask(ReduxWidth, i, true, false, Builder);
2342
2343         Value *LeftShuf = Builder.CreateShuffleVector(
2344           TmpVec, UndefValue::get(TmpVec->getType()), LeftMask, "rdx.shuf.l");
2345         Value *RightShuf = Builder.CreateShuffleVector(
2346           TmpVec, UndefValue::get(TmpVec->getType()), (RightMask),
2347           "rdx.shuf.r");
2348         TmpVec = createBinOp(Builder, ReductionOpcode, LeftShuf, RightShuf,
2349                              "bin.rdx");
2350       } else {
2351         Value *UpperHalf =
2352           createRdxShuffleMask(ReduxWidth, i, false, false, Builder);
2353         Value *Shuf = Builder.CreateShuffleVector(
2354           TmpVec, UndefValue::get(TmpVec->getType()), UpperHalf, "rdx.shuf");
2355         TmpVec = createBinOp(Builder, ReductionOpcode, TmpVec, Shuf, "bin.rdx");
2356       }
2357     }
2358
2359     // The result is in the first element of the vector.
2360     return Builder.CreateExtractElement(TmpVec, Builder.getInt32(0));
2361   }
2362 };
2363
2364 /// \brief Recognize construction of vectors like
2365 ///  %ra = insertelement <4 x float> undef, float %s0, i32 0
2366 ///  %rb = insertelement <4 x float> %ra, float %s1, i32 1
2367 ///  %rc = insertelement <4 x float> %rb, float %s2, i32 2
2368 ///  %rd = insertelement <4 x float> %rc, float %s3, i32 3
2369 ///
2370 /// Returns true if it matches
2371 ///
2372 static bool findBuildVector(InsertElementInst *IE,
2373                             SmallVectorImpl<Value *> &Ops) {
2374   if (!isa<UndefValue>(IE->getOperand(0)))
2375     return false;
2376
2377   while (true) {
2378     Ops.push_back(IE->getOperand(1));
2379
2380     if (IE->use_empty())
2381       return false;
2382
2383     InsertElementInst *NextUse = dyn_cast<InsertElementInst>(IE->use_back());
2384     if (!NextUse)
2385       return true;
2386
2387     // If this isn't the final use, make sure the next insertelement is the only
2388     // use. It's OK if the final constructed vector is used multiple times
2389     if (!IE->hasOneUse())
2390       return false;
2391
2392     IE = NextUse;
2393   }
2394
2395   return false;
2396 }
2397
2398 static bool PhiTypeSorterFunc(Value *V, Value *V2) {
2399   return V->getType() < V2->getType();
2400 }
2401
2402 bool SLPVectorizer::vectorizeChainsInBlock(BasicBlock *BB, BoUpSLP &R) {
2403   bool Changed = false;
2404   SmallVector<Value *, 4> Incoming;
2405   SmallSet<Value *, 16> VisitedInstrs;
2406
2407   bool HaveVectorizedPhiNodes = true;
2408   while (HaveVectorizedPhiNodes) {
2409     HaveVectorizedPhiNodes = false;
2410
2411     // Collect the incoming values from the PHIs.
2412     Incoming.clear();
2413     for (BasicBlock::iterator instr = BB->begin(), ie = BB->end(); instr != ie;
2414          ++instr) {
2415       PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(instr);
2416       if (!P)
2417         break;
2418
2419       if (!VisitedInstrs.count(P))
2420         Incoming.push_back(P);
2421     }
2422
2423     // Sort by type.
2424     std::stable_sort(Incoming.begin(), Incoming.end(), PhiTypeSorterFunc);
2425
2426     // Try to vectorize elements base on their type.
2427     for (SmallVector<Value *, 4>::iterator IncIt = Incoming.begin(),
2428                                            E = Incoming.end();
2429          IncIt != E;) {
2430
2431       // Look for the next elements with the same type.
2432       SmallVector<Value *, 4>::iterator SameTypeIt = IncIt;
2433       while (SameTypeIt != E &&
2434              (*SameTypeIt)->getType() == (*IncIt)->getType()) {
2435         VisitedInstrs.insert(*SameTypeIt);
2436         ++SameTypeIt;
2437       }
2438
2439       // Try to vectorize them.
2440       unsigned NumElts = (SameTypeIt - IncIt);
2441       DEBUG(errs() << "SLP: Trying to vectorize starting at PHIs (" << NumElts << ")\n");
2442       if (NumElts > 1 &&
2443           tryToVectorizeList(ArrayRef<Value *>(IncIt, NumElts), R)) {
2444         // Success start over because instructions might have been changed.
2445         HaveVectorizedPhiNodes = true;
2446         Changed = true;
2447         break;
2448       }
2449
2450       // Start over at the next instruction of a differnt type (or the end).
2451       IncIt = SameTypeIt;
2452     }
2453   }
2454
2455   VisitedInstrs.clear();
2456
2457   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; it++) {
2458     // We may go through BB multiple times so skip the one we have checked.
2459     if (!VisitedInstrs.insert(it))
2460       continue;
2461
2462     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
2463       continue;
2464
2465     // Try to vectorize reductions that use PHINodes.
2466     if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(it)) {
2467       // Check that the PHI is a reduction PHI.
2468       if (P->getNumIncomingValues() != 2)
2469         return Changed;
2470       Value *Rdx =
2471           (P->getIncomingBlock(0) == BB
2472                ? (P->getIncomingValue(0))
2473                : (P->getIncomingBlock(1) == BB ? P->getIncomingValue(1) : 0));
2474       // Check if this is a Binary Operator.
2475       BinaryOperator *BI = dyn_cast_or_null<BinaryOperator>(Rdx);
2476       if (!BI)
2477         continue;
2478
2479       // Try to match and vectorize a horizontal reduction.
2480       HorizontalReduction HorRdx;
2481       if (ShouldVectorizeHor &&
2482           HorRdx.matchAssociativeReduction(P, BI, DL) &&
2483           HorRdx.tryToReduce(R, TTI)) {
2484         Changed = true;
2485         it = BB->begin();
2486         e = BB->end();
2487         continue;
2488       }
2489
2490      Value *Inst = BI->getOperand(0);
2491       if (Inst == P)
2492         Inst = BI->getOperand(1);
2493
2494       if (tryToVectorize(dyn_cast<BinaryOperator>(Inst), R)) {
2495         // We would like to start over since some instructions are deleted
2496         // and the iterator may become invalid value.
2497         Changed = true;
2498         it = BB->begin();
2499         e = BB->end();
2500         continue;
2501       }
2502
2503       continue;
2504     }
2505
2506     // Try to vectorize horizontal reductions feeding into a store.
2507     if (ShouldStartVectorizeHorAtStore)
2508       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(it))
2509         if (BinaryOperator *BinOp =
2510                 dyn_cast<BinaryOperator>(SI->getValueOperand())) {
2511           HorizontalReduction HorRdx;
2512           if (((HorRdx.matchAssociativeReduction(0, BinOp, DL) &&
2513                 HorRdx.tryToReduce(R, TTI)) ||
2514                tryToVectorize(BinOp, R))) {
2515             Changed = true;
2516             it = BB->begin();
2517             e = BB->end();
2518             continue;
2519           }
2520         }
2521
2522     // Try to vectorize trees that start at compare instructions.
2523     if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(it)) {
2524       if (tryToVectorizePair(CI->getOperand(0), CI->getOperand(1), R)) {
2525         Changed = true;
2526         // We would like to start over since some instructions are deleted
2527         // and the iterator may become invalid value.
2528         it = BB->begin();
2529         e = BB->end();
2530         continue;
2531       }
2532
2533       for (int i = 0; i < 2; ++i) {
2534          if (BinaryOperator *BI = dyn_cast<BinaryOperator>(CI->getOperand(i))) {
2535             if (tryToVectorizePair(BI->getOperand(0), BI->getOperand(1), R)) {
2536               Changed = true;
2537               // We would like to start over since some instructions are deleted
2538               // and the iterator may become invalid value.
2539               it = BB->begin();
2540               e = BB->end();
2541             }
2542          }
2543       }
2544       continue;
2545     }
2546
2547     // Try to vectorize trees that start at insertelement instructions.
2548     if (InsertElementInst *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(it)) {
2549       SmallVector<Value *, 8> Ops;
2550       if (!findBuildVector(IE, Ops))
2551         continue;
2552
2553       if (tryToVectorizeList(Ops, R)) {
2554         Changed = true;
2555         it = BB->begin();
2556         e = BB->end();
2557       }
2558
2559       continue;
2560     }
2561   }
2562
2563   return Changed;
2564 }
2565
2566 bool SLPVectorizer::vectorizeStoreChains(BoUpSLP &R) {
2567   bool Changed = false;
2568   // Attempt to sort and vectorize each of the store-groups.
2569   for (StoreListMap::iterator it = StoreRefs.begin(), e = StoreRefs.end();
2570        it != e; ++it) {
2571     if (it->second.size() < 2)
2572       continue;
2573
2574     DEBUG(dbgs() << "SLP: Analyzing a store chain of length "
2575           << it->second.size() << ".\n");
2576
2577     // Process the stores in chunks of 16.
2578     for (unsigned CI = 0, CE = it->second.size(); CI < CE; CI+=16) {
2579       unsigned Len = std::min<unsigned>(CE - CI, 16);
2580       ArrayRef<StoreInst *> Chunk(&it->second[CI], Len);
2581       Changed |= vectorizeStores(Chunk, -SLPCostThreshold, R);
2582     }
2583   }
2584   return Changed;
2585 }
2586
2587 } // end anonymous namespace
2588
2589 char SLPVectorizer::ID = 0;
2590 static const char lv_name[] = "SLP Vectorizer";
2591 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SLPVectorizer, SV_NAME, lv_name, false, false)
2592 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
2593 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(TargetTransformInfo)
2594 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
2595 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
2596 INITIALIZE_PASS_END(SLPVectorizer, SV_NAME, lv_name, false, false)
2597
2598 namespace llvm {
2599 Pass *createSLPVectorizerPass() { return new SLPVectorizer(); }
2600 }