Fix SLPVectorizer commutativity reordering
[oota-llvm.git] / 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 #include "llvm/Transforms/Vectorize.h"
19 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
20 #include "llvm/ADT/Optional.h"
21 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
22 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
23 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
24 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
25 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
26 #include "llvm/Analysis/CodeMetrics.h"
27 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
28 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
29 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
30 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
31 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
32 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
33 #include "llvm/IR/Dominators.h"
34 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
35 #include "llvm/IR/Instructions.h"
36 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
37 #include "llvm/IR/Module.h"
38 #include "llvm/IR/NoFolder.h"
39 #include "llvm/IR/Type.h"
40 #include "llvm/IR/Value.h"
41 #include "llvm/IR/Verifier.h"
42 #include "llvm/Pass.h"
43 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
44 #include "llvm/Support/Debug.h"
45 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
46 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
47 #include <algorithm>
48 #include <map>
49 #include <memory>
50
51 using namespace llvm;
52
53 #define SV_NAME "slp-vectorizer"
54 #define DEBUG_TYPE "SLP"
55
56 STATISTIC(NumVectorInstructions, "Number of vector instructions generated");
57
58 static cl::opt<int>
59     SLPCostThreshold("slp-threshold", cl::init(0), cl::Hidden,
60                      cl::desc("Only vectorize if you gain more than this "
61                               "number "));
62
63 static cl::opt<bool>
64 ShouldVectorizeHor("slp-vectorize-hor", cl::init(false), cl::Hidden,
65                    cl::desc("Attempt to vectorize horizontal reductions"));
66
67 static cl::opt<bool> ShouldStartVectorizeHorAtStore(
68     "slp-vectorize-hor-store", cl::init(false), cl::Hidden,
69     cl::desc(
70         "Attempt to vectorize horizontal reductions feeding into a store"));
71
72 static cl::opt<int>
73 MaxVectorRegSizeOption("slp-max-reg-size", cl::init(128), cl::Hidden,
74     cl::desc("Attempt to vectorize for this register size in bits"));
75
76 /// Limits the size of scheduling regions in a block.
77 /// It avoid long compile times for _very_ large blocks where vector
78 /// instructions are spread over a wide range.
79 /// This limit is way higher than needed by real-world functions.
80 static cl::opt<int>
81 ScheduleRegionSizeBudget("slp-schedule-budget", cl::init(100000), cl::Hidden,
82     cl::desc("Limit the size of the SLP scheduling region per block"));
83
84 namespace {
85
86 // FIXME: Set this via cl::opt to allow overriding.
87 static const unsigned MinVecRegSize = 128;
88
89 static const unsigned RecursionMaxDepth = 12;
90
91 // Limit the number of alias checks. The limit is chosen so that
92 // it has no negative effect on the llvm benchmarks.
93 static const unsigned AliasedCheckLimit = 10;
94
95 // Another limit for the alias checks: The maximum distance between load/store
96 // instructions where alias checks are done.
97 // This limit is useful for very large basic blocks.
98 static const unsigned MaxMemDepDistance = 160;
99
100 /// If the ScheduleRegionSizeBudget is exhausted, we allow small scheduling
101 /// regions to be handled.
102 static const int MinScheduleRegionSize = 16;
103
104 /// \brief Predicate for the element types that the SLP vectorizer supports.
105 ///
106 /// The most important thing to filter here are types which are invalid in LLVM
107 /// vectors. We also filter target specific types which have absolutely no
108 /// meaningful vectorization path such as x86_fp80 and ppc_f128. This just
109 /// avoids spending time checking the cost model and realizing that they will
110 /// be inevitably scalarized.
111 static bool isValidElementType(Type *Ty) {
112   return VectorType::isValidElementType(Ty) && !Ty->isX86_FP80Ty() &&
113          !Ty->isPPC_FP128Ty();
114 }
115
116 /// \returns the parent basic block if all of the instructions in \p VL
117 /// are in the same block or null otherwise.
118 static BasicBlock *getSameBlock(ArrayRef<Value *> VL) {
119   Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(VL[0]);
120   if (!I0)
121     return nullptr;
122   BasicBlock *BB = I0->getParent();
123   for (int i = 1, e = VL.size(); i < e; i++) {
124     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(VL[i]);
125     if (!I)
126       return nullptr;
127
128     if (BB != I->getParent())
129       return nullptr;
130   }
131   return BB;
132 }
133
134 /// \returns True if all of the values in \p VL are constants.
135 static bool allConstant(ArrayRef<Value *> VL) {
136   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i)
137     if (!isa<Constant>(VL[i]))
138       return false;
139   return true;
140 }
141
142 /// \returns True if all of the values in \p VL are identical.
143 static bool isSplat(ArrayRef<Value *> VL) {
144   for (unsigned i = 1, e = VL.size(); i < e; ++i)
145     if (VL[i] != VL[0])
146       return false;
147   return true;
148 }
149
150 ///\returns Opcode that can be clubbed with \p Op to create an alternate
151 /// sequence which can later be merged as a ShuffleVector instruction.
152 static unsigned getAltOpcode(unsigned Op) {
153   switch (Op) {
154   case Instruction::FAdd:
155     return Instruction::FSub;
156   case Instruction::FSub:
157     return Instruction::FAdd;
158   case Instruction::Add:
159     return Instruction::Sub;
160   case Instruction::Sub:
161     return Instruction::Add;
162   default:
163     return 0;
164   }
165 }
166
167 ///\returns bool representing if Opcode \p Op can be part
168 /// of an alternate sequence which can later be merged as
169 /// a ShuffleVector instruction.
170 static bool canCombineAsAltInst(unsigned Op) {
171   return Op == Instruction::FAdd || Op == Instruction::FSub ||
172          Op == Instruction::Sub || Op == Instruction::Add;
173 }
174
175 /// \returns ShuffleVector instruction if instructions in \p VL have
176 ///  alternate fadd,fsub / fsub,fadd/add,sub/sub,add sequence.
177 /// (i.e. e.g. opcodes of fadd,fsub,fadd,fsub...)
178 static unsigned isAltInst(ArrayRef<Value *> VL) {
179   Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(VL[0]);
180   unsigned Opcode = I0->getOpcode();
181   unsigned AltOpcode = getAltOpcode(Opcode);
182   for (int i = 1, e = VL.size(); i < e; i++) {
183     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(VL[i]);
184     if (!I || I->getOpcode() != ((i & 1) ? AltOpcode : Opcode))
185       return 0;
186   }
187   return Instruction::ShuffleVector;
188 }
189
190 /// \returns The opcode if all of the Instructions in \p VL have the same
191 /// opcode, or zero.
192 static unsigned getSameOpcode(ArrayRef<Value *> VL) {
193   Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(VL[0]);
194   if (!I0)
195     return 0;
196   unsigned Opcode = I0->getOpcode();
197   for (int i = 1, e = VL.size(); i < e; i++) {
198     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(VL[i]);
199     if (!I || Opcode != I->getOpcode()) {
200       if (canCombineAsAltInst(Opcode) && i == 1)
201         return isAltInst(VL);
202       return 0;
203     }
204   }
205   return Opcode;
206 }
207
208 /// Get the intersection (logical and) of all of the potential IR flags
209 /// of each scalar operation (VL) that will be converted into a vector (I).
210 /// Flag set: NSW, NUW, exact, and all of fast-math.
211 static void propagateIRFlags(Value *I, ArrayRef<Value *> VL) {
212   if (auto *VecOp = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
213     if (auto *Intersection = dyn_cast<BinaryOperator>(VL[0])) {
214       // Intersection is initialized to the 0th scalar,
215       // so start counting from index '1'.
216       for (int i = 1, e = VL.size(); i < e; ++i) {
217         if (auto *Scalar = dyn_cast<BinaryOperator>(VL[i]))
218           Intersection->andIRFlags(Scalar);
219       }
220       VecOp->copyIRFlags(Intersection);
221     }
222   }
223 }
224   
225 /// \returns \p I after propagating metadata from \p VL.
226 static Instruction *propagateMetadata(Instruction *I, ArrayRef<Value *> VL) {
227   Instruction *I0 = cast<Instruction>(VL[0]);
228   SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 4> Metadata;
229   I0->getAllMetadataOtherThanDebugLoc(Metadata);
230
231   for (unsigned i = 0, n = Metadata.size(); i != n; ++i) {
232     unsigned Kind = Metadata[i].first;
233     MDNode *MD = Metadata[i].second;
234
235     for (int i = 1, e = VL.size(); MD && i != e; i++) {
236       Instruction *I = cast<Instruction>(VL[i]);
237       MDNode *IMD = I->getMetadata(Kind);
238
239       switch (Kind) {
240       default:
241         MD = nullptr; // Remove unknown metadata
242         break;
243       case LLVMContext::MD_tbaa:
244         MD = MDNode::getMostGenericTBAA(MD, IMD);
245         break;
246       case LLVMContext::MD_alias_scope:
247         MD = MDNode::getMostGenericAliasScope(MD, IMD);
248         break;
249       case LLVMContext::MD_noalias:
250         MD = MDNode::intersect(MD, IMD);
251         break;
252       case LLVMContext::MD_fpmath:
253         MD = MDNode::getMostGenericFPMath(MD, IMD);
254         break;
255       case LLVMContext::MD_nontemporal:
256         MD = MDNode::intersect(MD, IMD);
257         break;
258       }
259     }
260     I->setMetadata(Kind, MD);
261   }
262   return I;
263 }
264
265 /// \returns The type that all of the values in \p VL have or null if there
266 /// are different types.
267 static Type* getSameType(ArrayRef<Value *> VL) {
268   Type *Ty = VL[0]->getType();
269   for (int i = 1, e = VL.size(); i < e; i++)
270     if (VL[i]->getType() != Ty)
271       return nullptr;
272
273   return Ty;
274 }
275
276 /// \returns True if the ExtractElement instructions in VL can be vectorized
277 /// to use the original vector.
278 static bool CanReuseExtract(ArrayRef<Value *> VL) {
279   assert(Instruction::ExtractElement == getSameOpcode(VL) && "Invalid opcode");
280   // Check if all of the extracts come from the same vector and from the
281   // correct offset.
282   Value *VL0 = VL[0];
283   ExtractElementInst *E0 = cast<ExtractElementInst>(VL0);
284   Value *Vec = E0->getOperand(0);
285
286   // We have to extract from the same vector type.
287   unsigned NElts = Vec->getType()->getVectorNumElements();
288
289   if (NElts != VL.size())
290     return false;
291
292   // Check that all of the indices extract from the correct offset.
293   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(E0->getOperand(1));
294   if (!CI || CI->getZExtValue())
295     return false;
296
297   for (unsigned i = 1, e = VL.size(); i < e; ++i) {
298     ExtractElementInst *E = cast<ExtractElementInst>(VL[i]);
299     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(E->getOperand(1));
300
301     if (!CI || CI->getZExtValue() != i || E->getOperand(0) != Vec)
302       return false;
303   }
304
305   return true;
306 }
307
308 /// \returns True if in-tree use also needs extract. This refers to
309 /// possible scalar operand in vectorized instruction.
310 static bool InTreeUserNeedToExtract(Value *Scalar, Instruction *UserInst,
311                                     TargetLibraryInfo *TLI) {
312
313   unsigned Opcode = UserInst->getOpcode();
314   switch (Opcode) {
315   case Instruction::Load: {
316     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(UserInst);
317     return (LI->getPointerOperand() == Scalar);
318   }
319   case Instruction::Store: {
320     StoreInst *SI = cast<StoreInst>(UserInst);
321     return (SI->getPointerOperand() == Scalar);
322   }
323   case Instruction::Call: {
324     CallInst *CI = cast<CallInst>(UserInst);
325     Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
326     if (hasVectorInstrinsicScalarOpd(ID, 1)) {
327       return (CI->getArgOperand(1) == Scalar);
328     }
329   }
330   default:
331     return false;
332   }
333 }
334
335 /// \returns the AA location that is being access by the instruction.
336 static MemoryLocation getLocation(Instruction *I, AliasAnalysis *AA) {
337   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
338     return MemoryLocation::get(SI);
339   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
340     return MemoryLocation::get(LI);
341   return MemoryLocation();
342 }
343
344 /// \returns True if the instruction is not a volatile or atomic load/store.
345 static bool isSimple(Instruction *I) {
346   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
347     return LI->isSimple();
348   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
349     return SI->isSimple();
350   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I))
351     return !MI->isVolatile();
352   return true;
353 }
354
355 /// Bottom Up SLP Vectorizer.
356 class BoUpSLP {
357 public:
358   typedef SmallVector<Value *, 8> ValueList;
359   typedef SmallVector<Instruction *, 16> InstrList;
360   typedef SmallPtrSet<Value *, 16> ValueSet;
361   typedef SmallVector<StoreInst *, 8> StoreList;
362
363   BoUpSLP(Function *Func, ScalarEvolution *Se, TargetTransformInfo *Tti,
364           TargetLibraryInfo *TLi, AliasAnalysis *Aa, LoopInfo *Li,
365           DominatorTree *Dt, AssumptionCache *AC)
366       : NumLoadsWantToKeepOrder(0), NumLoadsWantToChangeOrder(0), F(Func),
367         SE(Se), TTI(Tti), TLI(TLi), AA(Aa), LI(Li), DT(Dt),
368         Builder(Se->getContext()) {
369     CodeMetrics::collectEphemeralValues(F, AC, EphValues);
370   }
371
372   /// \brief Vectorize the tree that starts with the elements in \p VL.
373   /// Returns the vectorized root.
374   Value *vectorizeTree();
375
376   /// \returns the cost incurred by unwanted spills and fills, caused by
377   /// holding live values over call sites.
378   int getSpillCost();
379
380   /// \returns the vectorization cost of the subtree that starts at \p VL.
381   /// A negative number means that this is profitable.
382   int getTreeCost();
383
384   /// Construct a vectorizable tree that starts at \p Roots, ignoring users for
385   /// the purpose of scheduling and extraction in the \p UserIgnoreLst.
386   void buildTree(ArrayRef<Value *> Roots,
387                  ArrayRef<Value *> UserIgnoreLst = None);
388
389   /// Clear the internal data structures that are created by 'buildTree'.
390   void deleteTree() {
391     VectorizableTree.clear();
392     ScalarToTreeEntry.clear();
393     MustGather.clear();
394     ExternalUses.clear();
395     NumLoadsWantToKeepOrder = 0;
396     NumLoadsWantToChangeOrder = 0;
397     for (auto &Iter : BlocksSchedules) {
398       BlockScheduling *BS = Iter.second.get();
399       BS->clear();
400     }
401   }
402
403   /// \returns true if the memory operations A and B are consecutive.
404   bool isConsecutiveAccess(Value *A, Value *B, const DataLayout &DL);
405
406   /// \brief Perform LICM and CSE on the newly generated gather sequences.
407   void optimizeGatherSequence();
408
409   /// \returns true if it is beneficial to reverse the vector order.
410   bool shouldReorder() const {
411     return NumLoadsWantToChangeOrder > NumLoadsWantToKeepOrder;
412   }
413
414 private:
415   struct TreeEntry;
416
417   /// \returns the cost of the vectorizable entry.
418   int getEntryCost(TreeEntry *E);
419
420   /// This is the recursive part of buildTree.
421   void buildTree_rec(ArrayRef<Value *> Roots, unsigned Depth);
422
423   /// Vectorize a single entry in the tree.
424   Value *vectorizeTree(TreeEntry *E);
425
426   /// Vectorize a single entry in the tree, starting in \p VL.
427   Value *vectorizeTree(ArrayRef<Value *> VL);
428
429   /// \returns the pointer to the vectorized value if \p VL is already
430   /// vectorized, or NULL. They may happen in cycles.
431   Value *alreadyVectorized(ArrayRef<Value *> VL) const;
432
433   /// \brief Take the pointer operand from the Load/Store instruction.
434   /// \returns NULL if this is not a valid Load/Store instruction.
435   static Value *getPointerOperand(Value *I);
436
437   /// \brief Take the address space operand from the Load/Store instruction.
438   /// \returns -1 if this is not a valid Load/Store instruction.
439   static unsigned getAddressSpaceOperand(Value *I);
440
441   /// \returns the scalarization cost for this type. Scalarization in this
442   /// context means the creation of vectors from a group of scalars.
443   int getGatherCost(Type *Ty);
444
445   /// \returns the scalarization cost for this list of values. Assuming that
446   /// this subtree gets vectorized, we may need to extract the values from the
447   /// roots. This method calculates the cost of extracting the values.
448   int getGatherCost(ArrayRef<Value *> VL);
449
450   /// \brief Set the Builder insert point to one after the last instruction in
451   /// the bundle
452   void setInsertPointAfterBundle(ArrayRef<Value *> VL);
453
454   /// \returns a vector from a collection of scalars in \p VL.
455   Value *Gather(ArrayRef<Value *> VL, VectorType *Ty);
456
457   /// \returns whether the VectorizableTree is fully vectorizable and will
458   /// be beneficial even the tree height is tiny.
459   bool isFullyVectorizableTinyTree();
460
461   /// \reorder commutative operands in alt shuffle if they result in
462   ///  vectorized code.
463   void reorderAltShuffleOperands(ArrayRef<Value *> VL,
464                                  SmallVectorImpl<Value *> &Left,
465                                  SmallVectorImpl<Value *> &Right);
466   /// \reorder commutative operands to get better probability of
467   /// generating vectorized code.
468   void reorderInputsAccordingToOpcode(ArrayRef<Value *> VL,
469                                       SmallVectorImpl<Value *> &Left,
470                                       SmallVectorImpl<Value *> &Right);
471   struct TreeEntry {
472     TreeEntry() : Scalars(), VectorizedValue(nullptr),
473     NeedToGather(0) {}
474
475     /// \returns true if the scalars in VL are equal to this entry.
476     bool isSame(ArrayRef<Value *> VL) const {
477       assert(VL.size() == Scalars.size() && "Invalid size");
478       return std::equal(VL.begin(), VL.end(), Scalars.begin());
479     }
480
481     /// A vector of scalars.
482     ValueList Scalars;
483
484     /// The Scalars are vectorized into this value. It is initialized to Null.
485     Value *VectorizedValue;
486
487     /// Do we need to gather this sequence ?
488     bool NeedToGather;
489   };
490
491   /// Create a new VectorizableTree entry.
492   TreeEntry *newTreeEntry(ArrayRef<Value *> VL, bool Vectorized) {
493     VectorizableTree.emplace_back();
494     int idx = VectorizableTree.size() - 1;
495     TreeEntry *Last = &VectorizableTree[idx];
496     Last->Scalars.insert(Last->Scalars.begin(), VL.begin(), VL.end());
497     Last->NeedToGather = !Vectorized;
498     if (Vectorized) {
499       for (int i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
500         assert(!ScalarToTreeEntry.count(VL[i]) && "Scalar already in tree!");
501         ScalarToTreeEntry[VL[i]] = idx;
502       }
503     } else {
504       MustGather.insert(VL.begin(), VL.end());
505     }
506     return Last;
507   }
508   
509   /// -- Vectorization State --
510   /// Holds all of the tree entries.
511   std::vector<TreeEntry> VectorizableTree;
512
513   /// Maps a specific scalar to its tree entry.
514   SmallDenseMap<Value*, int> ScalarToTreeEntry;
515
516   /// A list of scalars that we found that we need to keep as scalars.
517   ValueSet MustGather;
518
519   /// This POD struct describes one external user in the vectorized tree.
520   struct ExternalUser {
521     ExternalUser (Value *S, llvm::User *U, int L) :
522       Scalar(S), User(U), Lane(L){}
523     // Which scalar in our function.
524     Value *Scalar;
525     // Which user that uses the scalar.
526     llvm::User *User;
527     // Which lane does the scalar belong to.
528     int Lane;
529   };
530   typedef SmallVector<ExternalUser, 16> UserList;
531
532   /// Checks if two instructions may access the same memory.
533   ///
534   /// \p Loc1 is the location of \p Inst1. It is passed explicitly because it
535   /// is invariant in the calling loop.
536   bool isAliased(const MemoryLocation &Loc1, Instruction *Inst1,
537                  Instruction *Inst2) {
538
539     // First check if the result is already in the cache.
540     AliasCacheKey key = std::make_pair(Inst1, Inst2);
541     Optional<bool> &result = AliasCache[key];
542     if (result.hasValue()) {
543       return result.getValue();
544     }
545     MemoryLocation Loc2 = getLocation(Inst2, AA);
546     bool aliased = true;
547     if (Loc1.Ptr && Loc2.Ptr && isSimple(Inst1) && isSimple(Inst2)) {
548       // Do the alias check.
549       aliased = AA->alias(Loc1, Loc2);
550     }
551     // Store the result in the cache.
552     result = aliased;
553     return aliased;
554   }
555
556   typedef std::pair<Instruction *, Instruction *> AliasCacheKey;
557
558   /// Cache for alias results.
559   /// TODO: consider moving this to the AliasAnalysis itself.
560   DenseMap<AliasCacheKey, Optional<bool>> AliasCache;
561
562   /// Removes an instruction from its block and eventually deletes it.
563   /// It's like Instruction::eraseFromParent() except that the actual deletion
564   /// is delayed until BoUpSLP is destructed.
565   /// This is required to ensure that there are no incorrect collisions in the
566   /// AliasCache, which can happen if a new instruction is allocated at the
567   /// same address as a previously deleted instruction.
568   void eraseInstruction(Instruction *I) {
569     I->removeFromParent();
570     I->dropAllReferences();
571     DeletedInstructions.push_back(std::unique_ptr<Instruction>(I));
572   }
573
574   /// Temporary store for deleted instructions. Instructions will be deleted
575   /// eventually when the BoUpSLP is destructed.
576   SmallVector<std::unique_ptr<Instruction>, 8> DeletedInstructions;
577
578   /// A list of values that need to extracted out of the tree.
579   /// This list holds pairs of (Internal Scalar : External User).
580   UserList ExternalUses;
581
582   /// Values used only by @llvm.assume calls.
583   SmallPtrSet<const Value *, 32> EphValues;
584
585   /// Holds all of the instructions that we gathered.
586   SetVector<Instruction *> GatherSeq;
587   /// A list of blocks that we are going to CSE.
588   SetVector<BasicBlock *> CSEBlocks;
589
590   /// Contains all scheduling relevant data for an instruction.
591   /// A ScheduleData either represents a single instruction or a member of an
592   /// instruction bundle (= a group of instructions which is combined into a
593   /// vector instruction).
594   struct ScheduleData {
595
596     // The initial value for the dependency counters. It means that the
597     // dependencies are not calculated yet.
598     enum { InvalidDeps = -1 };
599
600     ScheduleData()
601         : Inst(nullptr), FirstInBundle(nullptr), NextInBundle(nullptr),
602           NextLoadStore(nullptr), SchedulingRegionID(0), SchedulingPriority(0),
603           Dependencies(InvalidDeps), UnscheduledDeps(InvalidDeps),
604           UnscheduledDepsInBundle(InvalidDeps), IsScheduled(false) {}
605
606     void init(int BlockSchedulingRegionID) {
607       FirstInBundle = this;
608       NextInBundle = nullptr;
609       NextLoadStore = nullptr;
610       IsScheduled = false;
611       SchedulingRegionID = BlockSchedulingRegionID;
612       UnscheduledDepsInBundle = UnscheduledDeps;
613       clearDependencies();
614     }
615
616     /// Returns true if the dependency information has been calculated.
617     bool hasValidDependencies() const { return Dependencies != InvalidDeps; }
618
619     /// Returns true for single instructions and for bundle representatives
620     /// (= the head of a bundle).
621     bool isSchedulingEntity() const { return FirstInBundle == this; }
622
623     /// Returns true if it represents an instruction bundle and not only a
624     /// single instruction.
625     bool isPartOfBundle() const {
626       return NextInBundle != nullptr || FirstInBundle != this;
627     }
628
629     /// Returns true if it is ready for scheduling, i.e. it has no more
630     /// unscheduled depending instructions/bundles.
631     bool isReady() const {
632       assert(isSchedulingEntity() &&
633              "can't consider non-scheduling entity for ready list");
634       return UnscheduledDepsInBundle == 0 && !IsScheduled;
635     }
636
637     /// Modifies the number of unscheduled dependencies, also updating it for
638     /// the whole bundle.
639     int incrementUnscheduledDeps(int Incr) {
640       UnscheduledDeps += Incr;
641       return FirstInBundle->UnscheduledDepsInBundle += Incr;
642     }
643
644     /// Sets the number of unscheduled dependencies to the number of
645     /// dependencies.
646     void resetUnscheduledDeps() {
647       incrementUnscheduledDeps(Dependencies - UnscheduledDeps);
648     }
649
650     /// Clears all dependency information.
651     void clearDependencies() {
652       Dependencies = InvalidDeps;
653       resetUnscheduledDeps();
654       MemoryDependencies.clear();
655     }
656
657     void dump(raw_ostream &os) const {
658       if (!isSchedulingEntity()) {
659         os << "/ " << *Inst;
660       } else if (NextInBundle) {
661         os << '[' << *Inst;
662         ScheduleData *SD = NextInBundle;
663         while (SD) {
664           os << ';' << *SD->Inst;
665           SD = SD->NextInBundle;
666         }
667         os << ']';
668       } else {
669         os << *Inst;
670       }
671     }
672
673     Instruction *Inst;
674
675     /// Points to the head in an instruction bundle (and always to this for
676     /// single instructions).
677     ScheduleData *FirstInBundle;
678
679     /// Single linked list of all instructions in a bundle. Null if it is a
680     /// single instruction.
681     ScheduleData *NextInBundle;
682
683     /// Single linked list of all memory instructions (e.g. load, store, call)
684     /// in the block - until the end of the scheduling region.
685     ScheduleData *NextLoadStore;
686
687     /// The dependent memory instructions.
688     /// This list is derived on demand in calculateDependencies().
689     SmallVector<ScheduleData *, 4> MemoryDependencies;
690
691     /// This ScheduleData is in the current scheduling region if this matches
692     /// the current SchedulingRegionID of BlockScheduling.
693     int SchedulingRegionID;
694
695     /// Used for getting a "good" final ordering of instructions.
696     int SchedulingPriority;
697
698     /// The number of dependencies. Constitutes of the number of users of the
699     /// instruction plus the number of dependent memory instructions (if any).
700     /// This value is calculated on demand.
701     /// If InvalidDeps, the number of dependencies is not calculated yet.
702     ///
703     int Dependencies;
704
705     /// The number of dependencies minus the number of dependencies of scheduled
706     /// instructions. As soon as this is zero, the instruction/bundle gets ready
707     /// for scheduling.
708     /// Note that this is negative as long as Dependencies is not calculated.
709     int UnscheduledDeps;
710
711     /// The sum of UnscheduledDeps in a bundle. Equals to UnscheduledDeps for
712     /// single instructions.
713     int UnscheduledDepsInBundle;
714
715     /// True if this instruction is scheduled (or considered as scheduled in the
716     /// dry-run).
717     bool IsScheduled;
718   };
719
720 #ifndef NDEBUG
721   friend raw_ostream &operator<<(raw_ostream &os,
722                                  const BoUpSLP::ScheduleData &SD);
723 #endif
724
725   /// Contains all scheduling data for a basic block.
726   ///
727   struct BlockScheduling {
728
729     BlockScheduling(BasicBlock *BB)
730         : BB(BB), ChunkSize(BB->size()), ChunkPos(ChunkSize),
731           ScheduleStart(nullptr), ScheduleEnd(nullptr),
732           FirstLoadStoreInRegion(nullptr), LastLoadStoreInRegion(nullptr),
733           ScheduleRegionSize(0),
734           ScheduleRegionSizeLimit(ScheduleRegionSizeBudget),
735           // Make sure that the initial SchedulingRegionID is greater than the
736           // initial SchedulingRegionID in ScheduleData (which is 0).
737           SchedulingRegionID(1) {}
738
739     void clear() {
740       ReadyInsts.clear();
741       ScheduleStart = nullptr;
742       ScheduleEnd = nullptr;
743       FirstLoadStoreInRegion = nullptr;
744       LastLoadStoreInRegion = nullptr;
745
746       // Reduce the maximum schedule region size by the size of the
747       // previous scheduling run.
748       ScheduleRegionSizeLimit -= ScheduleRegionSize;
749       if (ScheduleRegionSizeLimit < MinScheduleRegionSize)
750         ScheduleRegionSizeLimit = MinScheduleRegionSize;
751       ScheduleRegionSize = 0;
752
753       // Make a new scheduling region, i.e. all existing ScheduleData is not
754       // in the new region yet.
755       ++SchedulingRegionID;
756     }
757
758     ScheduleData *getScheduleData(Value *V) {
759       ScheduleData *SD = ScheduleDataMap[V];
760       if (SD && SD->SchedulingRegionID == SchedulingRegionID)
761         return SD;
762       return nullptr;
763     }
764
765     bool isInSchedulingRegion(ScheduleData *SD) {
766       return SD->SchedulingRegionID == SchedulingRegionID;
767     }
768
769     /// Marks an instruction as scheduled and puts all dependent ready
770     /// instructions into the ready-list.
771     template <typename ReadyListType>
772     void schedule(ScheduleData *SD, ReadyListType &ReadyList) {
773       SD->IsScheduled = true;
774       DEBUG(dbgs() << "SLP:   schedule " << *SD << "\n");
775
776       ScheduleData *BundleMember = SD;
777       while (BundleMember) {
778         // Handle the def-use chain dependencies.
779         for (Use &U : BundleMember->Inst->operands()) {
780           ScheduleData *OpDef = getScheduleData(U.get());
781           if (OpDef && OpDef->hasValidDependencies() &&
782               OpDef->incrementUnscheduledDeps(-1) == 0) {
783             // There are no more unscheduled dependencies after decrementing,
784             // so we can put the dependent instruction into the ready list.
785             ScheduleData *DepBundle = OpDef->FirstInBundle;
786             assert(!DepBundle->IsScheduled &&
787                    "already scheduled bundle gets ready");
788             ReadyList.insert(DepBundle);
789             DEBUG(dbgs() << "SLP:    gets ready (def): " << *DepBundle << "\n");
790           }
791         }
792         // Handle the memory dependencies.
793         for (ScheduleData *MemoryDepSD : BundleMember->MemoryDependencies) {
794           if (MemoryDepSD->incrementUnscheduledDeps(-1) == 0) {
795             // There are no more unscheduled dependencies after decrementing,
796             // so we can put the dependent instruction into the ready list.
797             ScheduleData *DepBundle = MemoryDepSD->FirstInBundle;
798             assert(!DepBundle->IsScheduled &&
799                    "already scheduled bundle gets ready");
800             ReadyList.insert(DepBundle);
801             DEBUG(dbgs() << "SLP:    gets ready (mem): " << *DepBundle << "\n");
802           }
803         }
804         BundleMember = BundleMember->NextInBundle;
805       }
806     }
807
808     /// Put all instructions into the ReadyList which are ready for scheduling.
809     template <typename ReadyListType>
810     void initialFillReadyList(ReadyListType &ReadyList) {
811       for (auto *I = ScheduleStart; I != ScheduleEnd; I = I->getNextNode()) {
812         ScheduleData *SD = getScheduleData(I);
813         if (SD->isSchedulingEntity() && SD->isReady()) {
814           ReadyList.insert(SD);
815           DEBUG(dbgs() << "SLP:    initially in ready list: " << *I << "\n");
816         }
817       }
818     }
819
820     /// Checks if a bundle of instructions can be scheduled, i.e. has no
821     /// cyclic dependencies. This is only a dry-run, no instructions are
822     /// actually moved at this stage.
823     bool tryScheduleBundle(ArrayRef<Value *> VL, BoUpSLP *SLP);
824
825     /// Un-bundles a group of instructions.
826     void cancelScheduling(ArrayRef<Value *> VL);
827
828     /// Extends the scheduling region so that V is inside the region.
829     /// \returns true if the region size is within the limit.
830     bool extendSchedulingRegion(Value *V);
831
832     /// Initialize the ScheduleData structures for new instructions in the
833     /// scheduling region.
834     void initScheduleData(Instruction *FromI, Instruction *ToI,
835                           ScheduleData *PrevLoadStore,
836                           ScheduleData *NextLoadStore);
837
838     /// Updates the dependency information of a bundle and of all instructions/
839     /// bundles which depend on the original bundle.
840     void calculateDependencies(ScheduleData *SD, bool InsertInReadyList,
841                                BoUpSLP *SLP);
842
843     /// Sets all instruction in the scheduling region to un-scheduled.
844     void resetSchedule();
845
846     BasicBlock *BB;
847
848     /// Simple memory allocation for ScheduleData.
849     std::vector<std::unique_ptr<ScheduleData[]>> ScheduleDataChunks;
850
851     /// The size of a ScheduleData array in ScheduleDataChunks.
852     int ChunkSize;
853
854     /// The allocator position in the current chunk, which is the last entry
855     /// of ScheduleDataChunks.
856     int ChunkPos;
857
858     /// Attaches ScheduleData to Instruction.
859     /// Note that the mapping survives during all vectorization iterations, i.e.
860     /// ScheduleData structures are recycled.
861     DenseMap<Value *, ScheduleData *> ScheduleDataMap;
862
863     struct ReadyList : SmallVector<ScheduleData *, 8> {
864       void insert(ScheduleData *SD) { push_back(SD); }
865     };
866
867     /// The ready-list for scheduling (only used for the dry-run).
868     ReadyList ReadyInsts;
869
870     /// The first instruction of the scheduling region.
871     Instruction *ScheduleStart;
872
873     /// The first instruction _after_ the scheduling region.
874     Instruction *ScheduleEnd;
875
876     /// The first memory accessing instruction in the scheduling region
877     /// (can be null).
878     ScheduleData *FirstLoadStoreInRegion;
879
880     /// The last memory accessing instruction in the scheduling region
881     /// (can be null).
882     ScheduleData *LastLoadStoreInRegion;
883
884     /// The current size of the scheduling region.
885     int ScheduleRegionSize;
886     
887     /// The maximum size allowed for the scheduling region.
888     int ScheduleRegionSizeLimit;
889
890     /// The ID of the scheduling region. For a new vectorization iteration this
891     /// is incremented which "removes" all ScheduleData from the region.
892     int SchedulingRegionID;
893   };
894
895   /// Attaches the BlockScheduling structures to basic blocks.
896   MapVector<BasicBlock *, std::unique_ptr<BlockScheduling>> BlocksSchedules;
897
898   /// Performs the "real" scheduling. Done before vectorization is actually
899   /// performed in a basic block.
900   void scheduleBlock(BlockScheduling *BS);
901
902   /// List of users to ignore during scheduling and that don't need extracting.
903   ArrayRef<Value *> UserIgnoreList;
904
905   // Number of load-bundles, which contain consecutive loads.
906   int NumLoadsWantToKeepOrder;
907
908   // Number of load-bundles of size 2, which are consecutive loads if reversed.
909   int NumLoadsWantToChangeOrder;
910
911   // Analysis and block reference.
912   Function *F;
913   ScalarEvolution *SE;
914   TargetTransformInfo *TTI;
915   TargetLibraryInfo *TLI;
916   AliasAnalysis *AA;
917   LoopInfo *LI;
918   DominatorTree *DT;
919   /// Instruction builder to construct the vectorized tree.
920   IRBuilder<> Builder;
921 };
922
923 #ifndef NDEBUG
924 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &os, const BoUpSLP::ScheduleData &SD) {
925   SD.dump(os);
926   return os;
927 }
928 #endif
929
930 void BoUpSLP::buildTree(ArrayRef<Value *> Roots,
931                         ArrayRef<Value *> UserIgnoreLst) {
932   deleteTree();
933   UserIgnoreList = UserIgnoreLst;
934   if (!getSameType(Roots))
935     return;
936   buildTree_rec(Roots, 0);
937
938   // Collect the values that we need to extract from the tree.
939   for (int EIdx = 0, EE = VectorizableTree.size(); EIdx < EE; ++EIdx) {
940     TreeEntry *Entry = &VectorizableTree[EIdx];
941
942     // For each lane:
943     for (int Lane = 0, LE = Entry->Scalars.size(); Lane != LE; ++Lane) {
944       Value *Scalar = Entry->Scalars[Lane];
945
946       // No need to handle users of gathered values.
947       if (Entry->NeedToGather)
948         continue;
949
950       for (User *U : Scalar->users()) {
951         DEBUG(dbgs() << "SLP: Checking user:" << *U << ".\n");
952
953         Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(U);
954         if (!UserInst)
955           continue;
956
957         // Skip in-tree scalars that become vectors
958         if (ScalarToTreeEntry.count(U)) {
959           int Idx = ScalarToTreeEntry[U];
960           TreeEntry *UseEntry = &VectorizableTree[Idx];
961           Value *UseScalar = UseEntry->Scalars[0];
962           // Some in-tree scalars will remain as scalar in vectorized
963           // instructions. If that is the case, the one in Lane 0 will
964           // be used.
965           if (UseScalar != U ||
966               !InTreeUserNeedToExtract(Scalar, UserInst, TLI)) {
967             DEBUG(dbgs() << "SLP: \tInternal user will be removed:" << *U
968                          << ".\n");
969             assert(!VectorizableTree[Idx].NeedToGather && "Bad state");
970             continue;
971           }
972         }
973
974         // Ignore users in the user ignore list.
975         if (std::find(UserIgnoreList.begin(), UserIgnoreList.end(), UserInst) !=
976             UserIgnoreList.end())
977           continue;
978
979         DEBUG(dbgs() << "SLP: Need to extract:" << *U << " from lane " <<
980               Lane << " from " << *Scalar << ".\n");
981         ExternalUses.push_back(ExternalUser(Scalar, U, Lane));
982       }
983     }
984   }
985 }
986
987
988 void BoUpSLP::buildTree_rec(ArrayRef<Value *> VL, unsigned Depth) {
989   bool SameTy = getSameType(VL); (void)SameTy;
990   bool isAltShuffle = false;
991   assert(SameTy && "Invalid types!");
992
993   if (Depth == RecursionMaxDepth) {
994     DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to max recursion depth.\n");
995     newTreeEntry(VL, false);
996     return;
997   }
998
999   // Don't handle vectors.
1000   if (VL[0]->getType()->isVectorTy()) {
1001     DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to vector type.\n");
1002     newTreeEntry(VL, false);
1003     return;
1004   }
1005
1006   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(VL[0]))
1007     if (SI->getValueOperand()->getType()->isVectorTy()) {
1008       DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to store vector type.\n");
1009       newTreeEntry(VL, false);
1010       return;
1011     }
1012   unsigned Opcode = getSameOpcode(VL);
1013
1014   // Check that this shuffle vector refers to the alternate
1015   // sequence of opcodes.
1016   if (Opcode == Instruction::ShuffleVector) {
1017     Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(VL[0]);
1018     unsigned Op = I0->getOpcode();
1019     if (Op != Instruction::ShuffleVector)
1020       isAltShuffle = true;
1021   }
1022
1023   // If all of the operands are identical or constant we have a simple solution.
1024   if (allConstant(VL) || isSplat(VL) || !getSameBlock(VL) || !Opcode) {
1025     DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to C,S,B,O. \n");
1026     newTreeEntry(VL, false);
1027     return;
1028   }
1029
1030   // We now know that this is a vector of instructions of the same type from
1031   // the same block.
1032
1033   // Don't vectorize ephemeral values.
1034   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
1035     if (EphValues.count(VL[i])) {
1036       DEBUG(dbgs() << "SLP: The instruction (" << *VL[i] <<
1037             ") is ephemeral.\n");
1038       newTreeEntry(VL, false);
1039       return;
1040     }
1041   }
1042
1043   // Check if this is a duplicate of another entry.
1044   if (ScalarToTreeEntry.count(VL[0])) {
1045     int Idx = ScalarToTreeEntry[VL[0]];
1046     TreeEntry *E = &VectorizableTree[Idx];
1047     for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
1048       DEBUG(dbgs() << "SLP: \tChecking bundle: " << *VL[i] << ".\n");
1049       if (E->Scalars[i] != VL[i]) {
1050         DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to partial overlap.\n");
1051         newTreeEntry(VL, false);
1052         return;
1053       }
1054     }
1055     DEBUG(dbgs() << "SLP: Perfect diamond merge at " << *VL[0] << ".\n");
1056     return;
1057   }
1058
1059   // Check that none of the instructions in the bundle are already in the tree.
1060   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
1061     if (ScalarToTreeEntry.count(VL[i])) {
1062       DEBUG(dbgs() << "SLP: The instruction (" << *VL[i] <<
1063             ") is already in tree.\n");
1064       newTreeEntry(VL, false);
1065       return;
1066     }
1067   }
1068
1069   // If any of the scalars is marked as a value that needs to stay scalar then
1070   // we need to gather the scalars.
1071   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i != e; ++i) {
1072     if (MustGather.count(VL[i])) {
1073       DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering due to gathered scalar.\n");
1074       newTreeEntry(VL, false);
1075       return;
1076     }
1077   }
1078
1079   // Check that all of the users of the scalars that we want to vectorize are
1080   // schedulable.
1081   Instruction *VL0 = cast<Instruction>(VL[0]);
1082   BasicBlock *BB = cast<Instruction>(VL0)->getParent();
1083
1084   if (!DT->isReachableFromEntry(BB)) {
1085     // Don't go into unreachable blocks. They may contain instructions with
1086     // dependency cycles which confuse the final scheduling.
1087     DEBUG(dbgs() << "SLP: bundle in unreachable block.\n");
1088     newTreeEntry(VL, false);
1089     return;
1090   }
1091   
1092   // Check that every instructions appears once in this bundle.
1093   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i)
1094     for (unsigned j = i+1; j < e; ++j)
1095       if (VL[i] == VL[j]) {
1096         DEBUG(dbgs() << "SLP: Scalar used twice in bundle.\n");
1097         newTreeEntry(VL, false);
1098         return;
1099       }
1100
1101   auto &BSRef = BlocksSchedules[BB];
1102   if (!BSRef) {
1103     BSRef = llvm::make_unique<BlockScheduling>(BB);
1104   }
1105   BlockScheduling &BS = *BSRef.get();
1106
1107   if (!BS.tryScheduleBundle(VL, this)) {
1108     DEBUG(dbgs() << "SLP: We are not able to schedule this bundle!\n");
1109     assert((!BS.getScheduleData(VL[0]) ||
1110             !BS.getScheduleData(VL[0])->isPartOfBundle()) &&
1111            "tryScheduleBundle should cancelScheduling on failure");
1112     newTreeEntry(VL, false);
1113     return;
1114   }
1115   DEBUG(dbgs() << "SLP: We are able to schedule this bundle.\n");
1116
1117   switch (Opcode) {
1118     case Instruction::PHI: {
1119       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(VL0);
1120
1121       // Check for terminator values (e.g. invoke).
1122       for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
1123         for (unsigned i = 0, e = PH->getNumIncomingValues(); i < e; ++i) {
1124           TerminatorInst *Term = dyn_cast<TerminatorInst>(
1125               cast<PHINode>(VL[j])->getIncomingValueForBlock(PH->getIncomingBlock(i)));
1126           if (Term) {
1127             DEBUG(dbgs() << "SLP: Need to swizzle PHINodes (TerminatorInst use).\n");
1128             BS.cancelScheduling(VL);
1129             newTreeEntry(VL, false);
1130             return;
1131           }
1132         }
1133
1134       newTreeEntry(VL, true);
1135       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of PHINodes.\n");
1136
1137       for (unsigned i = 0, e = PH->getNumIncomingValues(); i < e; ++i) {
1138         ValueList Operands;
1139         // Prepare the operand vector.
1140         for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
1141           Operands.push_back(cast<PHINode>(VL[j])->getIncomingValueForBlock(
1142               PH->getIncomingBlock(i)));
1143
1144         buildTree_rec(Operands, Depth + 1);
1145       }
1146       return;
1147     }
1148     case Instruction::ExtractElement: {
1149       bool Reuse = CanReuseExtract(VL);
1150       if (Reuse) {
1151         DEBUG(dbgs() << "SLP: Reusing extract sequence.\n");
1152       } else {
1153         BS.cancelScheduling(VL);
1154       }
1155       newTreeEntry(VL, Reuse);
1156       return;
1157     }
1158     case Instruction::Load: {
1159       // Check that a vectorized load would load the same memory as a scalar
1160       // load.
1161       // For example we don't want vectorize loads that are smaller than 8 bit.
1162       // Even though we have a packed struct {<i2, i2, i2, i2>} LLVM treats
1163       // loading/storing it as an i8 struct. If we vectorize loads/stores from
1164       // such a struct we read/write packed bits disagreeing with the
1165       // unvectorized version.
1166       const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
1167       Type *ScalarTy = VL[0]->getType();
1168
1169       if (DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) !=
1170           DL.getTypeAllocSizeInBits(ScalarTy)) {
1171         BS.cancelScheduling(VL);
1172         newTreeEntry(VL, false);
1173         DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering loads of non-packed type.\n");
1174         return;
1175       }
1176       // Check if the loads are consecutive or of we need to swizzle them.
1177       for (unsigned i = 0, e = VL.size() - 1; i < e; ++i) {
1178         LoadInst *L = cast<LoadInst>(VL[i]);
1179         if (!L->isSimple()) {
1180           BS.cancelScheduling(VL);
1181           newTreeEntry(VL, false);
1182           DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering non-simple loads.\n");
1183           return;
1184         }
1185
1186         if (!isConsecutiveAccess(VL[i], VL[i + 1], DL)) {
1187           if (VL.size() == 2 && isConsecutiveAccess(VL[1], VL[0], DL)) {
1188             ++NumLoadsWantToChangeOrder;
1189           }
1190           BS.cancelScheduling(VL);
1191           newTreeEntry(VL, false);
1192           DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering non-consecutive loads.\n");
1193           return;
1194         }
1195       }
1196       ++NumLoadsWantToKeepOrder;
1197       newTreeEntry(VL, true);
1198       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of loads.\n");
1199       return;
1200     }
1201     case Instruction::ZExt:
1202     case Instruction::SExt:
1203     case Instruction::FPToUI:
1204     case Instruction::FPToSI:
1205     case Instruction::FPExt:
1206     case Instruction::PtrToInt:
1207     case Instruction::IntToPtr:
1208     case Instruction::SIToFP:
1209     case Instruction::UIToFP:
1210     case Instruction::Trunc:
1211     case Instruction::FPTrunc:
1212     case Instruction::BitCast: {
1213       Type *SrcTy = VL0->getOperand(0)->getType();
1214       for (unsigned i = 0; i < VL.size(); ++i) {
1215         Type *Ty = cast<Instruction>(VL[i])->getOperand(0)->getType();
1216         if (Ty != SrcTy || !isValidElementType(Ty)) {
1217           BS.cancelScheduling(VL);
1218           newTreeEntry(VL, false);
1219           DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering casts with different src types.\n");
1220           return;
1221         }
1222       }
1223       newTreeEntry(VL, true);
1224       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of casts.\n");
1225
1226       for (unsigned i = 0, e = VL0->getNumOperands(); i < e; ++i) {
1227         ValueList Operands;
1228         // Prepare the operand vector.
1229         for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
1230           Operands.push_back(cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(i));
1231
1232         buildTree_rec(Operands, Depth+1);
1233       }
1234       return;
1235     }
1236     case Instruction::ICmp:
1237     case Instruction::FCmp: {
1238       // Check that all of the compares have the same predicate.
1239       CmpInst::Predicate P0 = cast<CmpInst>(VL0)->getPredicate();
1240       Type *ComparedTy = cast<Instruction>(VL[0])->getOperand(0)->getType();
1241       for (unsigned i = 1, e = VL.size(); i < e; ++i) {
1242         CmpInst *Cmp = cast<CmpInst>(VL[i]);
1243         if (Cmp->getPredicate() != P0 ||
1244             Cmp->getOperand(0)->getType() != ComparedTy) {
1245           BS.cancelScheduling(VL);
1246           newTreeEntry(VL, false);
1247           DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering cmp with different predicate.\n");
1248           return;
1249         }
1250       }
1251
1252       newTreeEntry(VL, true);
1253       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of compares.\n");
1254
1255       for (unsigned i = 0, e = VL0->getNumOperands(); i < e; ++i) {
1256         ValueList Operands;
1257         // Prepare the operand vector.
1258         for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
1259           Operands.push_back(cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(i));
1260
1261         buildTree_rec(Operands, Depth+1);
1262       }
1263       return;
1264     }
1265     case Instruction::Select:
1266     case Instruction::Add:
1267     case Instruction::FAdd:
1268     case Instruction::Sub:
1269     case Instruction::FSub:
1270     case Instruction::Mul:
1271     case Instruction::FMul:
1272     case Instruction::UDiv:
1273     case Instruction::SDiv:
1274     case Instruction::FDiv:
1275     case Instruction::URem:
1276     case Instruction::SRem:
1277     case Instruction::FRem:
1278     case Instruction::Shl:
1279     case Instruction::LShr:
1280     case Instruction::AShr:
1281     case Instruction::And:
1282     case Instruction::Or:
1283     case Instruction::Xor: {
1284       newTreeEntry(VL, true);
1285       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of bin op.\n");
1286
1287       // Sort operands of the instructions so that each side is more likely to
1288       // have the same opcode.
1289       if (isa<BinaryOperator>(VL0) && VL0->isCommutative()) {
1290         ValueList Left, Right;
1291         reorderInputsAccordingToOpcode(VL, Left, Right);
1292         buildTree_rec(Left, Depth + 1);
1293         buildTree_rec(Right, Depth + 1);
1294         return;
1295       }
1296
1297       for (unsigned i = 0, e = VL0->getNumOperands(); i < e; ++i) {
1298         ValueList Operands;
1299         // Prepare the operand vector.
1300         for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
1301           Operands.push_back(cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(i));
1302
1303         buildTree_rec(Operands, Depth+1);
1304       }
1305       return;
1306     }
1307     case Instruction::GetElementPtr: {
1308       // We don't combine GEPs with complicated (nested) indexing.
1309       for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j) {
1310         if (cast<Instruction>(VL[j])->getNumOperands() != 2) {
1311           DEBUG(dbgs() << "SLP: not-vectorizable GEP (nested indexes).\n");
1312           BS.cancelScheduling(VL);
1313           newTreeEntry(VL, false);
1314           return;
1315         }
1316       }
1317
1318       // We can't combine several GEPs into one vector if they operate on
1319       // different types.
1320       Type *Ty0 = cast<Instruction>(VL0)->getOperand(0)->getType();
1321       for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j) {
1322         Type *CurTy = cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(0)->getType();
1323         if (Ty0 != CurTy) {
1324           DEBUG(dbgs() << "SLP: not-vectorizable GEP (different types).\n");
1325           BS.cancelScheduling(VL);
1326           newTreeEntry(VL, false);
1327           return;
1328         }
1329       }
1330
1331       // We don't combine GEPs with non-constant indexes.
1332       for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j) {
1333         auto Op = cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(1);
1334         if (!isa<ConstantInt>(Op)) {
1335           DEBUG(
1336               dbgs() << "SLP: not-vectorizable GEP (non-constant indexes).\n");
1337           BS.cancelScheduling(VL);
1338           newTreeEntry(VL, false);
1339           return;
1340         }
1341       }
1342
1343       newTreeEntry(VL, true);
1344       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of GEPs.\n");
1345       for (unsigned i = 0, e = 2; i < e; ++i) {
1346         ValueList Operands;
1347         // Prepare the operand vector.
1348         for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
1349           Operands.push_back(cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(i));
1350
1351         buildTree_rec(Operands, Depth + 1);
1352       }
1353       return;
1354     }
1355     case Instruction::Store: {
1356       const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
1357       // Check if the stores are consecutive or of we need to swizzle them.
1358       for (unsigned i = 0, e = VL.size() - 1; i < e; ++i)
1359         if (!isConsecutiveAccess(VL[i], VL[i + 1], DL)) {
1360           BS.cancelScheduling(VL);
1361           newTreeEntry(VL, false);
1362           DEBUG(dbgs() << "SLP: Non-consecutive store.\n");
1363           return;
1364         }
1365
1366       newTreeEntry(VL, true);
1367       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a vector of stores.\n");
1368
1369       ValueList Operands;
1370       for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
1371         Operands.push_back(cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(0));
1372
1373       buildTree_rec(Operands, Depth + 1);
1374       return;
1375     }
1376     case Instruction::Call: {
1377       // Check if the calls are all to the same vectorizable intrinsic.
1378       CallInst *CI = cast<CallInst>(VL[0]);
1379       // Check if this is an Intrinsic call or something that can be
1380       // represented by an intrinsic call
1381       Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
1382       if (!isTriviallyVectorizable(ID)) {
1383         BS.cancelScheduling(VL);
1384         newTreeEntry(VL, false);
1385         DEBUG(dbgs() << "SLP: Non-vectorizable call.\n");
1386         return;
1387       }
1388       Function *Int = CI->getCalledFunction();
1389       Value *A1I = nullptr;
1390       if (hasVectorInstrinsicScalarOpd(ID, 1))
1391         A1I = CI->getArgOperand(1);
1392       for (unsigned i = 1, e = VL.size(); i != e; ++i) {
1393         CallInst *CI2 = dyn_cast<CallInst>(VL[i]);
1394         if (!CI2 || CI2->getCalledFunction() != Int ||
1395             getIntrinsicIDForCall(CI2, TLI) != ID) {
1396           BS.cancelScheduling(VL);
1397           newTreeEntry(VL, false);
1398           DEBUG(dbgs() << "SLP: mismatched calls:" << *CI << "!=" << *VL[i]
1399                        << "\n");
1400           return;
1401         }
1402         // ctlz,cttz and powi are special intrinsics whose second argument
1403         // should be same in order for them to be vectorized.
1404         if (hasVectorInstrinsicScalarOpd(ID, 1)) {
1405           Value *A1J = CI2->getArgOperand(1);
1406           if (A1I != A1J) {
1407             BS.cancelScheduling(VL);
1408             newTreeEntry(VL, false);
1409             DEBUG(dbgs() << "SLP: mismatched arguments in call:" << *CI
1410                          << " argument "<< A1I<<"!=" << A1J
1411                          << "\n");
1412             return;
1413           }
1414         }
1415       }
1416
1417       newTreeEntry(VL, true);
1418       for (unsigned i = 0, e = CI->getNumArgOperands(); i != e; ++i) {
1419         ValueList Operands;
1420         // Prepare the operand vector.
1421         for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j) {
1422           CallInst *CI2 = dyn_cast<CallInst>(VL[j]);
1423           Operands.push_back(CI2->getArgOperand(i));
1424         }
1425         buildTree_rec(Operands, Depth + 1);
1426       }
1427       return;
1428     }
1429     case Instruction::ShuffleVector: {
1430       // If this is not an alternate sequence of opcode like add-sub
1431       // then do not vectorize this instruction.
1432       if (!isAltShuffle) {
1433         BS.cancelScheduling(VL);
1434         newTreeEntry(VL, false);
1435         DEBUG(dbgs() << "SLP: ShuffleVector are not vectorized.\n");
1436         return;
1437       }
1438       newTreeEntry(VL, true);
1439       DEBUG(dbgs() << "SLP: added a ShuffleVector op.\n");
1440
1441       // Reorder operands if reordering would enable vectorization.
1442       if (isa<BinaryOperator>(VL0)) {
1443         ValueList Left, Right;
1444         reorderAltShuffleOperands(VL, Left, Right);
1445         buildTree_rec(Left, Depth + 1);
1446         buildTree_rec(Right, Depth + 1);
1447         return;
1448       }
1449
1450       for (unsigned i = 0, e = VL0->getNumOperands(); i < e; ++i) {
1451         ValueList Operands;
1452         // Prepare the operand vector.
1453         for (unsigned j = 0; j < VL.size(); ++j)
1454           Operands.push_back(cast<Instruction>(VL[j])->getOperand(i));
1455
1456         buildTree_rec(Operands, Depth + 1);
1457       }
1458       return;
1459     }
1460     default:
1461       BS.cancelScheduling(VL);
1462       newTreeEntry(VL, false);
1463       DEBUG(dbgs() << "SLP: Gathering unknown instruction.\n");
1464       return;
1465   }
1466 }
1467
1468 int BoUpSLP::getEntryCost(TreeEntry *E) {
1469   ArrayRef<Value*> VL = E->Scalars;
1470
1471   Type *ScalarTy = VL[0]->getType();
1472   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(VL[0]))
1473     ScalarTy = SI->getValueOperand()->getType();
1474   VectorType *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, VL.size());
1475
1476   if (E->NeedToGather) {
1477     if (allConstant(VL))
1478       return 0;
1479     if (isSplat(VL)) {
1480       return TTI->getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Broadcast, VecTy, 0);
1481     }
1482     return getGatherCost(E->Scalars);
1483   }
1484   unsigned Opcode = getSameOpcode(VL);
1485   assert(Opcode && getSameType(VL) && getSameBlock(VL) && "Invalid VL");
1486   Instruction *VL0 = cast<Instruction>(VL[0]);
1487   switch (Opcode) {
1488     case Instruction::PHI: {
1489       return 0;
1490     }
1491     case Instruction::ExtractElement: {
1492       if (CanReuseExtract(VL)) {
1493         int DeadCost = 0;
1494         for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i) {
1495           ExtractElementInst *E = cast<ExtractElementInst>(VL[i]);
1496           if (E->hasOneUse())
1497             // Take credit for instruction that will become dead.
1498             DeadCost +=
1499                 TTI->getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, VecTy, i);
1500         }
1501         return -DeadCost;
1502       }
1503       return getGatherCost(VecTy);
1504     }
1505     case Instruction::ZExt:
1506     case Instruction::SExt:
1507     case Instruction::FPToUI:
1508     case Instruction::FPToSI:
1509     case Instruction::FPExt:
1510     case Instruction::PtrToInt:
1511     case Instruction::IntToPtr:
1512     case Instruction::SIToFP:
1513     case Instruction::UIToFP:
1514     case Instruction::Trunc:
1515     case Instruction::FPTrunc:
1516     case Instruction::BitCast: {
1517       Type *SrcTy = VL0->getOperand(0)->getType();
1518
1519       // Calculate the cost of this instruction.
1520       int ScalarCost = VL.size() * TTI->getCastInstrCost(VL0->getOpcode(),
1521                                                          VL0->getType(), SrcTy);
1522
1523       VectorType *SrcVecTy = VectorType::get(SrcTy, VL.size());
1524       int VecCost = TTI->getCastInstrCost(VL0->getOpcode(), VecTy, SrcVecTy);
1525       return VecCost - ScalarCost;
1526     }
1527     case Instruction::FCmp:
1528     case Instruction::ICmp:
1529     case Instruction::Select:
1530     case Instruction::Add:
1531     case Instruction::FAdd:
1532     case Instruction::Sub:
1533     case Instruction::FSub:
1534     case Instruction::Mul:
1535     case Instruction::FMul:
1536     case Instruction::UDiv:
1537     case Instruction::SDiv:
1538     case Instruction::FDiv:
1539     case Instruction::URem:
1540     case Instruction::SRem:
1541     case Instruction::FRem:
1542     case Instruction::Shl:
1543     case Instruction::LShr:
1544     case Instruction::AShr:
1545     case Instruction::And:
1546     case Instruction::Or:
1547     case Instruction::Xor: {
1548       // Calculate the cost of this instruction.
1549       int ScalarCost = 0;
1550       int VecCost = 0;
1551       if (Opcode == Instruction::FCmp || Opcode == Instruction::ICmp ||
1552           Opcode == Instruction::Select) {
1553         VectorType *MaskTy = VectorType::get(Builder.getInt1Ty(), VL.size());
1554         ScalarCost = VecTy->getNumElements() *
1555         TTI->getCmpSelInstrCost(Opcode, ScalarTy, Builder.getInt1Ty());
1556         VecCost = TTI->getCmpSelInstrCost(Opcode, VecTy, MaskTy);
1557       } else {
1558         // Certain instructions can be cheaper to vectorize if they have a
1559         // constant second vector operand.
1560         TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
1561             TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
1562         TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
1563             TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
1564         TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op1VP =
1565             TargetTransformInfo::OP_None;
1566         TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op2VP =
1567             TargetTransformInfo::OP_None;
1568
1569         // If all operands are exactly the same ConstantInt then set the
1570         // operand kind to OK_UniformConstantValue.
1571         // If instead not all operands are constants, then set the operand kind
1572         // to OK_AnyValue. If all operands are constants but not the same,
1573         // then set the operand kind to OK_NonUniformConstantValue.
1574         ConstantInt *CInt = nullptr;
1575         for (unsigned i = 0; i < VL.size(); ++i) {
1576           const Instruction *I = cast<Instruction>(VL[i]);
1577           if (!isa<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1578             Op2VK = TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
1579             break;
1580           }
1581           if (i == 0) {
1582             CInt = cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
1583             continue;
1584           }
1585           if (Op2VK == TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue &&
1586               CInt != cast<ConstantInt>(I->getOperand(1)))
1587             Op2VK = TargetTransformInfo::OK_NonUniformConstantValue;
1588         }
1589         // FIXME: Currently cost of model modification for division by
1590         // power of 2 is handled only for X86. Add support for other targets.
1591         if (Op2VK == TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue && CInt &&
1592             CInt->getValue().isPowerOf2())
1593           Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
1594
1595         ScalarCost = VecTy->getNumElements() *
1596                      TTI->getArithmeticInstrCost(Opcode, ScalarTy, Op1VK, Op2VK,
1597                                                  Op1VP, Op2VP);
1598         VecCost = TTI->getArithmeticInstrCost(Opcode, VecTy, Op1VK, Op2VK,
1599                                               Op1VP, Op2VP);
1600       }
1601       return VecCost - ScalarCost;
1602     }
1603     case Instruction::GetElementPtr: {
1604       TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
1605           TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
1606       TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
1607           TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
1608
1609       int ScalarCost =
1610           VecTy->getNumElements() *
1611           TTI->getArithmeticInstrCost(Instruction::Add, ScalarTy, Op1VK, Op2VK);
1612       int VecCost =
1613           TTI->getArithmeticInstrCost(Instruction::Add, VecTy, Op1VK, Op2VK);
1614
1615       return VecCost - ScalarCost;
1616     }
1617     case Instruction::Load: {
1618       // Cost of wide load - cost of scalar loads.
1619       int ScalarLdCost = VecTy->getNumElements() *
1620       TTI->getMemoryOpCost(Instruction::Load, ScalarTy, 1, 0);
1621       int VecLdCost = TTI->getMemoryOpCost(Instruction::Load, VecTy, 1, 0);
1622       return VecLdCost - ScalarLdCost;
1623     }
1624     case Instruction::Store: {
1625       // We know that we can merge the stores. Calculate the cost.
1626       int ScalarStCost = VecTy->getNumElements() *
1627       TTI->getMemoryOpCost(Instruction::Store, ScalarTy, 1, 0);
1628       int VecStCost = TTI->getMemoryOpCost(Instruction::Store, VecTy, 1, 0);
1629       return VecStCost - ScalarStCost;
1630     }
1631     case Instruction::Call: {
1632       CallInst *CI = cast<CallInst>(VL0);
1633       Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
1634
1635       // Calculate the cost of the scalar and vector calls.
1636       SmallVector<Type*, 4> ScalarTys, VecTys;
1637       for (unsigned op = 0, opc = CI->getNumArgOperands(); op!= opc; ++op) {
1638         ScalarTys.push_back(CI->getArgOperand(op)->getType());
1639         VecTys.push_back(VectorType::get(CI->getArgOperand(op)->getType(),
1640                                          VecTy->getNumElements()));
1641       }
1642
1643       int ScalarCallCost = VecTy->getNumElements() *
1644           TTI->getIntrinsicInstrCost(ID, ScalarTy, ScalarTys);
1645
1646       int VecCallCost = TTI->getIntrinsicInstrCost(ID, VecTy, VecTys);
1647
1648       DEBUG(dbgs() << "SLP: Call cost "<< VecCallCost - ScalarCallCost
1649             << " (" << VecCallCost  << "-" <<  ScalarCallCost << ")"
1650             << " for " << *CI << "\n");
1651
1652       return VecCallCost - ScalarCallCost;
1653     }
1654     case Instruction::ShuffleVector: {
1655       TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
1656           TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
1657       TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
1658           TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
1659       int ScalarCost = 0;
1660       int VecCost = 0;
1661       for (unsigned i = 0; i < VL.size(); ++i) {
1662         Instruction *I = cast<Instruction>(VL[i]);
1663         if (!I)
1664           break;
1665         ScalarCost +=
1666             TTI->getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), ScalarTy, Op1VK, Op2VK);
1667       }
1668       // VecCost is equal to sum of the cost of creating 2 vectors
1669       // and the cost of creating shuffle.
1670       Instruction *I0 = cast<Instruction>(VL[0]);
1671       VecCost =
1672           TTI->getArithmeticInstrCost(I0->getOpcode(), VecTy, Op1VK, Op2VK);
1673       Instruction *I1 = cast<Instruction>(VL[1]);
1674       VecCost +=
1675           TTI->getArithmeticInstrCost(I1->getOpcode(), VecTy, Op1VK, Op2VK);
1676       VecCost +=
1677           TTI->getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Alternate, VecTy, 0);
1678       return VecCost - ScalarCost;
1679     }
1680     default:
1681       llvm_unreachable("Unknown instruction");
1682   }
1683 }
1684
1685 bool BoUpSLP::isFullyVectorizableTinyTree() {
1686   DEBUG(dbgs() << "SLP: Check whether the tree with height " <<
1687         VectorizableTree.size() << " is fully vectorizable .\n");
1688
1689   // We only handle trees of height 2.
1690   if (VectorizableTree.size() != 2)
1691     return false;
1692
1693   // Handle splat and all-constants stores.
1694   if (!VectorizableTree[0].NeedToGather &&
1695       (allConstant(VectorizableTree[1].Scalars) ||
1696        isSplat(VectorizableTree[1].Scalars)))
1697     return true;
1698
1699   // Gathering cost would be too much for tiny trees.
1700   if (VectorizableTree[0].NeedToGather || VectorizableTree[1].NeedToGather)
1701     return false;
1702
1703   return true;
1704 }
1705
1706 int BoUpSLP::getSpillCost() {
1707   // Walk from the bottom of the tree to the top, tracking which values are
1708   // live. When we see a call instruction that is not part of our tree,
1709   // query TTI to see if there is a cost to keeping values live over it
1710   // (for example, if spills and fills are required).
1711   unsigned BundleWidth = VectorizableTree.front().Scalars.size();
1712   int Cost = 0;
1713
1714   SmallPtrSet<Instruction*, 4> LiveValues;
1715   Instruction *PrevInst = nullptr; 
1716
1717   for (unsigned N = 0; N < VectorizableTree.size(); ++N) {
1718     Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(VectorizableTree[N].Scalars[0]);
1719     if (!Inst)
1720       continue;
1721
1722     if (!PrevInst) {
1723       PrevInst = Inst;
1724       continue;
1725     }
1726
1727     DEBUG(
1728       dbgs() << "SLP: #LV: " << LiveValues.size();
1729       for (auto *X : LiveValues)
1730         dbgs() << " " << X->getName();
1731       dbgs() << ", Looking at ";
1732       Inst->dump();
1733       );
1734
1735     // Update LiveValues.
1736     LiveValues.erase(PrevInst);
1737     for (auto &J : PrevInst->operands()) {
1738       if (isa<Instruction>(&*J) && ScalarToTreeEntry.count(&*J))
1739         LiveValues.insert(cast<Instruction>(&*J));
1740     }    
1741
1742     // Now find the sequence of instructions between PrevInst and Inst.
1743     BasicBlock::reverse_iterator InstIt(Inst->getIterator()),
1744         PrevInstIt(PrevInst->getIterator());
1745     --PrevInstIt;
1746     while (InstIt != PrevInstIt) {
1747       if (PrevInstIt == PrevInst->getParent()->rend()) {
1748         PrevInstIt = Inst->getParent()->rbegin();
1749         continue;
1750       }
1751
1752       if (isa<CallInst>(&*PrevInstIt) && &*PrevInstIt != PrevInst) {
1753         SmallVector<Type*, 4> V;
1754         for (auto *II : LiveValues)
1755           V.push_back(VectorType::get(II->getType(), BundleWidth));
1756         Cost += TTI->getCostOfKeepingLiveOverCall(V);
1757       }
1758
1759       ++PrevInstIt;
1760     }
1761
1762     PrevInst = Inst;
1763   }
1764
1765   DEBUG(dbgs() << "SLP: SpillCost=" << Cost << "\n");
1766   return Cost;
1767 }
1768
1769 int BoUpSLP::getTreeCost() {
1770   int Cost = 0;
1771   DEBUG(dbgs() << "SLP: Calculating cost for tree of size " <<
1772         VectorizableTree.size() << ".\n");
1773
1774   // We only vectorize tiny trees if it is fully vectorizable.
1775   if (VectorizableTree.size() < 3 && !isFullyVectorizableTinyTree()) {
1776     if (VectorizableTree.empty()) {
1777       assert(!ExternalUses.size() && "We should not have any external users");
1778     }
1779     return INT_MAX;
1780   }
1781
1782   unsigned BundleWidth = VectorizableTree[0].Scalars.size();
1783
1784   for (unsigned i = 0, e = VectorizableTree.size(); i != e; ++i) {
1785     int C = getEntryCost(&VectorizableTree[i]);
1786     DEBUG(dbgs() << "SLP: Adding cost " << C << " for bundle that starts with "
1787           << *VectorizableTree[i].Scalars[0] << " .\n");
1788     Cost += C;
1789   }
1790
1791   SmallSet<Value *, 16> ExtractCostCalculated;
1792   int ExtractCost = 0;
1793   for (UserList::iterator I = ExternalUses.begin(), E = ExternalUses.end();
1794        I != E; ++I) {
1795     // We only add extract cost once for the same scalar.
1796     if (!ExtractCostCalculated.insert(I->Scalar).second)
1797       continue;
1798
1799     // Uses by ephemeral values are free (because the ephemeral value will be
1800     // removed prior to code generation, and so the extraction will be
1801     // removed as well).
1802     if (EphValues.count(I->User))
1803       continue;
1804
1805     VectorType *VecTy = VectorType::get(I->Scalar->getType(), BundleWidth);
1806     ExtractCost += TTI->getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, VecTy,
1807                                            I->Lane);
1808   }
1809
1810   Cost += getSpillCost();
1811
1812   DEBUG(dbgs() << "SLP: Total Cost " << Cost + ExtractCost<< ".\n");
1813   return  Cost + ExtractCost;
1814 }
1815
1816 int BoUpSLP::getGatherCost(Type *Ty) {
1817   int Cost = 0;
1818   for (unsigned i = 0, e = cast<VectorType>(Ty)->getNumElements(); i < e; ++i)
1819     Cost += TTI->getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement, Ty, i);
1820   return Cost;
1821 }
1822
1823 int BoUpSLP::getGatherCost(ArrayRef<Value *> VL) {
1824   // Find the type of the operands in VL.
1825   Type *ScalarTy = VL[0]->getType();
1826   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(VL[0]))
1827     ScalarTy = SI->getValueOperand()->getType();
1828   VectorType *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, VL.size());
1829   // Find the cost of inserting/extracting values from the vector.
1830   return getGatherCost(VecTy);
1831 }
1832
1833 Value *BoUpSLP::getPointerOperand(Value *I) {
1834   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1835     return LI->getPointerOperand();
1836   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
1837     return SI->getPointerOperand();
1838   return nullptr;
1839 }
1840
1841 unsigned BoUpSLP::getAddressSpaceOperand(Value *I) {
1842   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I))
1843     return L->getPointerAddressSpace();
1844   if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(I))
1845     return S->getPointerAddressSpace();
1846   return -1;
1847 }
1848
1849 bool BoUpSLP::isConsecutiveAccess(Value *A, Value *B, const DataLayout &DL) {
1850   Value *PtrA = getPointerOperand(A);
1851   Value *PtrB = getPointerOperand(B);
1852   unsigned ASA = getAddressSpaceOperand(A);
1853   unsigned ASB = getAddressSpaceOperand(B);
1854
1855   // Check that the address spaces match and that the pointers are valid.
1856   if (!PtrA || !PtrB || (ASA != ASB))
1857     return false;
1858
1859   // Make sure that A and B are different pointers of the same type.
1860   if (PtrA == PtrB || PtrA->getType() != PtrB->getType())
1861     return false;
1862
1863   unsigned PtrBitWidth = DL.getPointerSizeInBits(ASA);
1864   Type *Ty = cast<PointerType>(PtrA->getType())->getElementType();
1865   APInt Size(PtrBitWidth, DL.getTypeStoreSize(Ty));
1866
1867   APInt OffsetA(PtrBitWidth, 0), OffsetB(PtrBitWidth, 0);
1868   PtrA = PtrA->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(DL, OffsetA);
1869   PtrB = PtrB->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(DL, OffsetB);
1870
1871   APInt OffsetDelta = OffsetB - OffsetA;
1872
1873   // Check if they are based on the same pointer. That makes the offsets
1874   // sufficient.
1875   if (PtrA == PtrB)
1876     return OffsetDelta == Size;
1877
1878   // Compute the necessary base pointer delta to have the necessary final delta
1879   // equal to the size.
1880   APInt BaseDelta = Size - OffsetDelta;
1881
1882   // Otherwise compute the distance with SCEV between the base pointers.
1883   const SCEV *PtrSCEVA = SE->getSCEV(PtrA);
1884   const SCEV *PtrSCEVB = SE->getSCEV(PtrB);
1885   const SCEV *C = SE->getConstant(BaseDelta);
1886   const SCEV *X = SE->getAddExpr(PtrSCEVA, C);
1887   return X == PtrSCEVB;
1888 }
1889
1890 // Reorder commutative operations in alternate shuffle if the resulting vectors
1891 // are consecutive loads. This would allow us to vectorize the tree.
1892 // If we have something like-
1893 // load a[0] - load b[0]
1894 // load b[1] + load a[1]
1895 // load a[2] - load b[2]
1896 // load a[3] + load b[3]
1897 // Reordering the second load b[1]  load a[1] would allow us to vectorize this
1898 // code.
1899 void BoUpSLP::reorderAltShuffleOperands(ArrayRef<Value *> VL,
1900                                         SmallVectorImpl<Value *> &Left,
1901                                         SmallVectorImpl<Value *> &Right) {
1902   const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
1903
1904   // Push left and right operands of binary operation into Left and Right
1905   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i) {
1906     Left.push_back(cast<Instruction>(VL[i])->getOperand(0));
1907     Right.push_back(cast<Instruction>(VL[i])->getOperand(1));
1908   }
1909
1910   // Reorder if we have a commutative operation and consecutive access
1911   // are on either side of the alternate instructions.
1912   for (unsigned j = 0; j < VL.size() - 1; ++j) {
1913     if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Left[j])) {
1914       if (LoadInst *L1 = dyn_cast<LoadInst>(Right[j + 1])) {
1915         Instruction *VL1 = cast<Instruction>(VL[j]);
1916         Instruction *VL2 = cast<Instruction>(VL[j + 1]);
1917         if (isConsecutiveAccess(L, L1, DL) && VL1->isCommutative()) {
1918           std::swap(Left[j], Right[j]);
1919           continue;
1920         } else if (isConsecutiveAccess(L, L1, DL) && VL2->isCommutative()) {
1921           std::swap(Left[j + 1], Right[j + 1]);
1922           continue;
1923         }
1924         // else unchanged
1925       }
1926     }
1927     if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Right[j])) {
1928       if (LoadInst *L1 = dyn_cast<LoadInst>(Left[j + 1])) {
1929         Instruction *VL1 = cast<Instruction>(VL[j]);
1930         Instruction *VL2 = cast<Instruction>(VL[j + 1]);
1931         if (isConsecutiveAccess(L, L1, DL) && VL1->isCommutative()) {
1932           std::swap(Left[j], Right[j]);
1933           continue;
1934         } else if (isConsecutiveAccess(L, L1, DL) && VL2->isCommutative()) {
1935           std::swap(Left[j + 1], Right[j + 1]);
1936           continue;
1937         }
1938         // else unchanged
1939       }
1940     }
1941   }
1942 }
1943
1944 // Return true if I should be commuted before adding it's left and right
1945 // operands to the arrays Left and Right.
1946 //
1947 // The vectorizer is trying to either have all elements one side being
1948 // instruction with the same opcode to enable further vectorization, or having
1949 // a splat to lower the vectorizing cost.
1950 static bool shouldReorderOperands(int i, Instruction &I,
1951                                   SmallVectorImpl<Value *> &Left,
1952                                   SmallVectorImpl<Value *> &Right,
1953                                   bool AllSameOpcodeLeft,
1954                                   bool AllSameOpcodeRight, bool SplatLeft,
1955                                   bool SplatRight) {
1956   Value *VLeft = I.getOperand(0);
1957   Value *VRight = I.getOperand(1);
1958   // If we have "SplatRight", try to see if commuting is needed to preserve it.
1959   if (SplatRight) {
1960     if (VRight == Right[i - 1])
1961       // Preserve SplatRight
1962       return false;
1963     if (VLeft == Right[i - 1]) {
1964       // Commuting would preserve SplatRight, but we don't want to break
1965       // SplatLeft either, i.e. preserve the original order if possible.
1966       // (FIXME: why do we care?)
1967       if (SplatLeft && VLeft == Left[i - 1])
1968         return false;
1969       return true;
1970     }
1971   }
1972   // Symmetrically handle Right side.
1973   if (SplatLeft) {
1974     if (VLeft == Left[i - 1])
1975       // Preserve SplatLeft
1976       return false;
1977     if (VRight == Left[i - 1])
1978       return true;
1979   }
1980
1981   Instruction *ILeft = dyn_cast<Instruction>(VLeft);
1982   Instruction *IRight = dyn_cast<Instruction>(VRight);
1983
1984   // If we have "AllSameOpcodeRight", try to see if the left operands preserves
1985   // it and not the right, in this case we want to commute.
1986   if (AllSameOpcodeRight) {
1987     unsigned RightPrevOpcode = cast<Instruction>(Right[i - 1])->getOpcode();
1988     if (IRight && RightPrevOpcode == IRight->getOpcode())
1989       // Do not commute, a match on the right preserves AllSameOpcodeRight
1990       return false;
1991     if (ILeft && RightPrevOpcode == ILeft->getOpcode()) {
1992       // We have a match and may want to commute, but first check if there is
1993       // not also a match on the existing operands on the Left to preserve
1994       // AllSameOpcodeLeft, i.e. preserve the original order if possible.
1995       // (FIXME: why do we care?)
1996       if (AllSameOpcodeLeft && ILeft &&
1997           cast<Instruction>(Left[i - 1])->getOpcode() == ILeft->getOpcode())
1998         return false;
1999       return true;
2000     }
2001   }
2002   // Symmetrically handle Left side.
2003   if (AllSameOpcodeLeft) {
2004     unsigned LeftPrevOpcode = cast<Instruction>(Left[i - 1])->getOpcode();
2005     if (ILeft && LeftPrevOpcode == ILeft->getOpcode())
2006       return false;
2007     if (IRight && LeftPrevOpcode == IRight->getOpcode())
2008       return true;
2009   }
2010   return false;
2011 }
2012
2013 void BoUpSLP::reorderInputsAccordingToOpcode(ArrayRef<Value *> VL,
2014                                              SmallVectorImpl<Value *> &Left,
2015                                              SmallVectorImpl<Value *> &Right) {
2016
2017   if (VL.size()) {
2018     // Peel the first iteration out of the loop since there's nothing
2019     // interesting to do anyway and it simplifies the checks in the loop.
2020     auto VLeft = cast<Instruction>(VL[0])->getOperand(0);
2021     auto VRight = cast<Instruction>(VL[0])->getOperand(1);
2022     if (!isa<Instruction>(VRight) && isa<Instruction>(VLeft))
2023       // Favor having instruction to the right. FIXME: why?
2024       std::swap(VLeft, VRight);
2025     Left.push_back(VLeft);
2026     Right.push_back(VRight);
2027   }
2028
2029   // Keep track if we have instructions with all the same opcode on one side.
2030   bool AllSameOpcodeLeft = isa<Instruction>(Left[0]);
2031   bool AllSameOpcodeRight = isa<Instruction>(Right[0]);
2032   // Keep track if we have one side with all the same value (broadcast).
2033   bool SplatLeft = true;
2034   bool SplatRight = true;
2035
2036   for (unsigned i = 1, e = VL.size(); i != e; ++i) {
2037     Instruction *I = cast<Instruction>(VL[i]);
2038     assert(I->isCommutative() && "Can only process commutative instruction");
2039     // Commute to favor either a splat or maximizing having the same opcodes on
2040     // one side.
2041     if (shouldReorderOperands(i, *I, Left, Right, AllSameOpcodeLeft,
2042                               AllSameOpcodeRight, SplatLeft, SplatRight)) {
2043       Left.push_back(I->getOperand(1));
2044       Right.push_back(I->getOperand(0));
2045     } else {
2046       Left.push_back(I->getOperand(0));
2047       Right.push_back(I->getOperand(1));
2048     }
2049     // Update Splat* and AllSameOpcode* after the insertion.
2050     SplatRight = SplatRight && (Right[i - 1] == Right[i]);
2051     SplatLeft = SplatLeft && (Left[i - 1] == Left[i]);
2052     AllSameOpcodeLeft = AllSameOpcodeLeft && isa<Instruction>(Left[i]) &&
2053                         (cast<Instruction>(Left[i - 1])->getOpcode() ==
2054                          cast<Instruction>(Left[i])->getOpcode());
2055     AllSameOpcodeRight = AllSameOpcodeRight && isa<Instruction>(Right[i]) &&
2056                          (cast<Instruction>(Right[i - 1])->getOpcode() ==
2057                           cast<Instruction>(Right[i])->getOpcode());
2058   }
2059
2060   // If one operand end up being broadcast, return this operand order.
2061   if (SplatRight || SplatLeft)
2062     return;
2063
2064   const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
2065
2066   // Finally check if we can get longer vectorizable chain by reordering
2067   // without breaking the good operand order detected above.
2068   // E.g. If we have something like-
2069   // load a[0]  load b[0]
2070   // load b[1]  load a[1]
2071   // load a[2]  load b[2]
2072   // load a[3]  load b[3]
2073   // Reordering the second load b[1]  load a[1] would allow us to vectorize
2074   // this code and we still retain AllSameOpcode property.
2075   // FIXME: This load reordering might break AllSameOpcode in some rare cases
2076   // such as-
2077   // add a[0],c[0]  load b[0]
2078   // add a[1],c[2]  load b[1]
2079   // b[2]           load b[2]
2080   // add a[3],c[3]  load b[3]
2081   for (unsigned j = 0; j < VL.size() - 1; ++j) {
2082     if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Left[j])) {
2083       if (LoadInst *L1 = dyn_cast<LoadInst>(Right[j + 1])) {
2084         if (isConsecutiveAccess(L, L1, DL)) {
2085           std::swap(Left[j + 1], Right[j + 1]);
2086           continue;
2087         }
2088       }
2089     }
2090     if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Right[j])) {
2091       if (LoadInst *L1 = dyn_cast<LoadInst>(Left[j + 1])) {
2092         if (isConsecutiveAccess(L, L1, DL)) {
2093           std::swap(Left[j + 1], Right[j + 1]);
2094           continue;
2095         }
2096       }
2097     }
2098     // else unchanged
2099   }
2100 }
2101
2102 void BoUpSLP::setInsertPointAfterBundle(ArrayRef<Value *> VL) {
2103   Instruction *VL0 = cast<Instruction>(VL[0]);
2104   BasicBlock::iterator NextInst(VL0);
2105   ++NextInst;
2106   Builder.SetInsertPoint(VL0->getParent(), NextInst);
2107   Builder.SetCurrentDebugLocation(VL0->getDebugLoc());
2108 }
2109
2110 Value *BoUpSLP::Gather(ArrayRef<Value *> VL, VectorType *Ty) {
2111   Value *Vec = UndefValue::get(Ty);
2112   // Generate the 'InsertElement' instruction.
2113   for (unsigned i = 0; i < Ty->getNumElements(); ++i) {
2114     Vec = Builder.CreateInsertElement(Vec, VL[i], Builder.getInt32(i));
2115     if (Instruction *Insrt = dyn_cast<Instruction>(Vec)) {
2116       GatherSeq.insert(Insrt);
2117       CSEBlocks.insert(Insrt->getParent());
2118
2119       // Add to our 'need-to-extract' list.
2120       if (ScalarToTreeEntry.count(VL[i])) {
2121         int Idx = ScalarToTreeEntry[VL[i]];
2122         TreeEntry *E = &VectorizableTree[Idx];
2123         // Find which lane we need to extract.
2124         int FoundLane = -1;
2125         for (unsigned Lane = 0, LE = VL.size(); Lane != LE; ++Lane) {
2126           // Is this the lane of the scalar that we are looking for ?
2127           if (E->Scalars[Lane] == VL[i]) {
2128             FoundLane = Lane;
2129             break;
2130           }
2131         }
2132         assert(FoundLane >= 0 && "Could not find the correct lane");
2133         ExternalUses.push_back(ExternalUser(VL[i], Insrt, FoundLane));
2134       }
2135     }
2136   }
2137
2138   return Vec;
2139 }
2140
2141 Value *BoUpSLP::alreadyVectorized(ArrayRef<Value *> VL) const {
2142   SmallDenseMap<Value*, int>::const_iterator Entry
2143     = ScalarToTreeEntry.find(VL[0]);
2144   if (Entry != ScalarToTreeEntry.end()) {
2145     int Idx = Entry->second;
2146     const TreeEntry *En = &VectorizableTree[Idx];
2147     if (En->isSame(VL) && En->VectorizedValue)
2148       return En->VectorizedValue;
2149   }
2150   return nullptr;
2151 }
2152
2153 Value *BoUpSLP::vectorizeTree(ArrayRef<Value *> VL) {
2154   if (ScalarToTreeEntry.count(VL[0])) {
2155     int Idx = ScalarToTreeEntry[VL[0]];
2156     TreeEntry *E = &VectorizableTree[Idx];
2157     if (E->isSame(VL))
2158       return vectorizeTree(E);
2159   }
2160
2161   Type *ScalarTy = VL[0]->getType();
2162   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(VL[0]))
2163     ScalarTy = SI->getValueOperand()->getType();
2164   VectorType *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, VL.size());
2165
2166   return Gather(VL, VecTy);
2167 }
2168
2169 Value *BoUpSLP::vectorizeTree(TreeEntry *E) {
2170   IRBuilder<>::InsertPointGuard Guard(Builder);
2171
2172   if (E->VectorizedValue) {
2173     DEBUG(dbgs() << "SLP: Diamond merged for " << *E->Scalars[0] << ".\n");
2174     return E->VectorizedValue;
2175   }
2176
2177   Instruction *VL0 = cast<Instruction>(E->Scalars[0]);
2178   Type *ScalarTy = VL0->getType();
2179   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(VL0))
2180     ScalarTy = SI->getValueOperand()->getType();
2181   VectorType *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, E->Scalars.size());
2182
2183   if (E->NeedToGather) {
2184     setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
2185     return Gather(E->Scalars, VecTy);
2186   }
2187
2188   const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
2189   unsigned Opcode = getSameOpcode(E->Scalars);
2190
2191   switch (Opcode) {
2192     case Instruction::PHI: {
2193       PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(VL0);
2194       Builder.SetInsertPoint(PH->getParent()->getFirstNonPHI());
2195       Builder.SetCurrentDebugLocation(PH->getDebugLoc());
2196       PHINode *NewPhi = Builder.CreatePHI(VecTy, PH->getNumIncomingValues());
2197       E->VectorizedValue = NewPhi;
2198
2199       // PHINodes may have multiple entries from the same block. We want to
2200       // visit every block once.
2201       SmallSet<BasicBlock*, 4> VisitedBBs;
2202
2203       for (unsigned i = 0, e = PH->getNumIncomingValues(); i < e; ++i) {
2204         ValueList Operands;
2205         BasicBlock *IBB = PH->getIncomingBlock(i);
2206
2207         if (!VisitedBBs.insert(IBB).second) {
2208           NewPhi->addIncoming(NewPhi->getIncomingValueForBlock(IBB), IBB);
2209           continue;
2210         }
2211
2212         // Prepare the operand vector.
2213         for (Value *V : E->Scalars)
2214           Operands.push_back(cast<PHINode>(V)->getIncomingValueForBlock(IBB));
2215
2216         Builder.SetInsertPoint(IBB->getTerminator());
2217         Builder.SetCurrentDebugLocation(PH->getDebugLoc());
2218         Value *Vec = vectorizeTree(Operands);
2219         NewPhi->addIncoming(Vec, IBB);
2220       }
2221
2222       assert(NewPhi->getNumIncomingValues() == PH->getNumIncomingValues() &&
2223              "Invalid number of incoming values");
2224       return NewPhi;
2225     }
2226
2227     case Instruction::ExtractElement: {
2228       if (CanReuseExtract(E->Scalars)) {
2229         Value *V = VL0->getOperand(0);
2230         E->VectorizedValue = V;
2231         return V;
2232       }
2233       return Gather(E->Scalars, VecTy);
2234     }
2235     case Instruction::ZExt:
2236     case Instruction::SExt:
2237     case Instruction::FPToUI:
2238     case Instruction::FPToSI:
2239     case Instruction::FPExt:
2240     case Instruction::PtrToInt:
2241     case Instruction::IntToPtr:
2242     case Instruction::SIToFP:
2243     case Instruction::UIToFP:
2244     case Instruction::Trunc:
2245     case Instruction::FPTrunc:
2246     case Instruction::BitCast: {
2247       ValueList INVL;
2248       for (Value *V : E->Scalars)
2249         INVL.push_back(cast<Instruction>(V)->getOperand(0));
2250
2251       setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
2252
2253       Value *InVec = vectorizeTree(INVL);
2254
2255       if (Value *V = alreadyVectorized(E->Scalars))
2256         return V;
2257
2258       CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(VL0);
2259       Value *V = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), InVec, VecTy);
2260       E->VectorizedValue = V;
2261       ++NumVectorInstructions;
2262       return V;
2263     }
2264     case Instruction::FCmp:
2265     case Instruction::ICmp: {
2266       ValueList LHSV, RHSV;
2267       for (Value *V : E->Scalars) {
2268         LHSV.push_back(cast<Instruction>(V)->getOperand(0));
2269         RHSV.push_back(cast<Instruction>(V)->getOperand(1));
2270       }
2271
2272       setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
2273
2274       Value *L = vectorizeTree(LHSV);
2275       Value *R = vectorizeTree(RHSV);
2276
2277       if (Value *V = alreadyVectorized(E->Scalars))
2278         return V;
2279
2280       CmpInst::Predicate P0 = cast<CmpInst>(VL0)->getPredicate();
2281       Value *V;
2282       if (Opcode == Instruction::FCmp)
2283         V = Builder.CreateFCmp(P0, L, R);
2284       else
2285         V = Builder.CreateICmp(P0, L, R);
2286
2287       E->VectorizedValue = V;
2288       ++NumVectorInstructions;
2289       return V;
2290     }
2291     case Instruction::Select: {
2292       ValueList TrueVec, FalseVec, CondVec;
2293       for (Value *V : E->Scalars) {
2294         CondVec.push_back(cast<Instruction>(V)->getOperand(0));
2295         TrueVec.push_back(cast<Instruction>(V)->getOperand(1));
2296         FalseVec.push_back(cast<Instruction>(V)->getOperand(2));
2297       }
2298
2299       setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
2300
2301       Value *Cond = vectorizeTree(CondVec);
2302       Value *True = vectorizeTree(TrueVec);
2303       Value *False = vectorizeTree(FalseVec);
2304
2305       if (Value *V = alreadyVectorized(E->Scalars))
2306         return V;
2307
2308       Value *V = Builder.CreateSelect(Cond, True, False);
2309       E->VectorizedValue = V;
2310       ++NumVectorInstructions;
2311       return V;
2312     }
2313     case Instruction::Add:
2314     case Instruction::FAdd:
2315     case Instruction::Sub:
2316     case Instruction::FSub:
2317     case Instruction::Mul:
2318     case Instruction::FMul:
2319     case Instruction::UDiv:
2320     case Instruction::SDiv:
2321     case Instruction::FDiv:
2322     case Instruction::URem:
2323     case Instruction::SRem:
2324     case Instruction::FRem:
2325     case Instruction::Shl:
2326     case Instruction::LShr:
2327     case Instruction::AShr:
2328     case Instruction::And:
2329     case Instruction::Or:
2330     case Instruction::Xor: {
2331       ValueList LHSVL, RHSVL;
2332       if (isa<BinaryOperator>(VL0) && VL0->isCommutative())
2333         reorderInputsAccordingToOpcode(E->Scalars, LHSVL, RHSVL);
2334       else
2335         for (Value *V : E->Scalars) {
2336           LHSVL.push_back(cast<Instruction>(V)->getOperand(0));
2337           RHSVL.push_back(cast<Instruction>(V)->getOperand(1));
2338         }
2339
2340       setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
2341
2342       Value *LHS = vectorizeTree(LHSVL);
2343       Value *RHS = vectorizeTree(RHSVL);
2344
2345       if (LHS == RHS && isa<Instruction>(LHS)) {
2346         assert((VL0->getOperand(0) == VL0->getOperand(1)) && "Invalid order");
2347       }
2348
2349       if (Value *V = alreadyVectorized(E->Scalars))
2350         return V;
2351
2352       BinaryOperator *BinOp = cast<BinaryOperator>(VL0);
2353       Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), LHS, RHS);
2354       E->VectorizedValue = V;
2355       propagateIRFlags(E->VectorizedValue, E->Scalars);
2356       ++NumVectorInstructions;
2357
2358       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2359         return propagateMetadata(I, E->Scalars);
2360
2361       return V;
2362     }
2363     case Instruction::Load: {
2364       // Loads are inserted at the head of the tree because we don't want to
2365       // sink them all the way down past store instructions.
2366       setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
2367
2368       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(VL0);
2369       Type *ScalarLoadTy = LI->getType();
2370       unsigned AS = LI->getPointerAddressSpace();
2371
2372       Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(LI->getPointerOperand(),
2373                                             VecTy->getPointerTo(AS));
2374
2375       // The pointer operand uses an in-tree scalar so we add the new BitCast to
2376       // ExternalUses list to make sure that an extract will be generated in the
2377       // future.
2378       if (ScalarToTreeEntry.count(LI->getPointerOperand()))
2379         ExternalUses.push_back(
2380             ExternalUser(LI->getPointerOperand(), cast<User>(VecPtr), 0));
2381
2382       unsigned Alignment = LI->getAlignment();
2383       LI = Builder.CreateLoad(VecPtr);
2384       if (!Alignment) {
2385         Alignment = DL.getABITypeAlignment(ScalarLoadTy);
2386       }
2387       LI->setAlignment(Alignment);
2388       E->VectorizedValue = LI;
2389       ++NumVectorInstructions;
2390       return propagateMetadata(LI, E->Scalars);
2391     }
2392     case Instruction::Store: {
2393       StoreInst *SI = cast<StoreInst>(VL0);
2394       unsigned Alignment = SI->getAlignment();
2395       unsigned AS = SI->getPointerAddressSpace();
2396
2397       ValueList ValueOp;
2398       for (Value *V : E->Scalars)
2399         ValueOp.push_back(cast<StoreInst>(V)->getValueOperand());
2400
2401       setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
2402
2403       Value *VecValue = vectorizeTree(ValueOp);
2404       Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(SI->getPointerOperand(),
2405                                             VecTy->getPointerTo(AS));
2406       StoreInst *S = Builder.CreateStore(VecValue, VecPtr);
2407
2408       // The pointer operand uses an in-tree scalar so we add the new BitCast to
2409       // ExternalUses list to make sure that an extract will be generated in the
2410       // future.
2411       if (ScalarToTreeEntry.count(SI->getPointerOperand()))
2412         ExternalUses.push_back(
2413             ExternalUser(SI->getPointerOperand(), cast<User>(VecPtr), 0));
2414
2415       if (!Alignment) {
2416         Alignment = DL.getABITypeAlignment(SI->getValueOperand()->getType());
2417       }
2418       S->setAlignment(Alignment);
2419       E->VectorizedValue = S;
2420       ++NumVectorInstructions;
2421       return propagateMetadata(S, E->Scalars);
2422     }
2423     case Instruction::GetElementPtr: {
2424       setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
2425
2426       ValueList Op0VL;
2427       for (Value *V : E->Scalars)
2428         Op0VL.push_back(cast<GetElementPtrInst>(V)->getOperand(0));
2429
2430       Value *Op0 = vectorizeTree(Op0VL);
2431
2432       std::vector<Value *> OpVecs;
2433       for (int j = 1, e = cast<GetElementPtrInst>(VL0)->getNumOperands(); j < e;
2434            ++j) {
2435         ValueList OpVL;
2436         for (Value *V : E->Scalars)
2437           OpVL.push_back(cast<GetElementPtrInst>(V)->getOperand(j));
2438
2439         Value *OpVec = vectorizeTree(OpVL);
2440         OpVecs.push_back(OpVec);
2441       }
2442
2443       Value *V = Builder.CreateGEP(
2444           cast<GetElementPtrInst>(VL0)->getSourceElementType(), Op0, OpVecs);
2445       E->VectorizedValue = V;
2446       ++NumVectorInstructions;
2447
2448       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2449         return propagateMetadata(I, E->Scalars);
2450
2451       return V;
2452     }
2453     case Instruction::Call: {
2454       CallInst *CI = cast<CallInst>(VL0);
2455       setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
2456       Function *FI;
2457       Intrinsic::ID IID  = Intrinsic::not_intrinsic;
2458       Value *ScalarArg = nullptr;
2459       if (CI && (FI = CI->getCalledFunction())) {
2460         IID = FI->getIntrinsicID();
2461       }
2462       std::vector<Value *> OpVecs;
2463       for (int j = 0, e = CI->getNumArgOperands(); j < e; ++j) {
2464         ValueList OpVL;
2465         // ctlz,cttz and powi are special intrinsics whose second argument is
2466         // a scalar. This argument should not be vectorized.
2467         if (hasVectorInstrinsicScalarOpd(IID, 1) && j == 1) {
2468           CallInst *CEI = cast<CallInst>(E->Scalars[0]);
2469           ScalarArg = CEI->getArgOperand(j);
2470           OpVecs.push_back(CEI->getArgOperand(j));
2471           continue;
2472         }
2473         for (Value *V : E->Scalars) {
2474           CallInst *CEI = cast<CallInst>(V);
2475           OpVL.push_back(CEI->getArgOperand(j));
2476         }
2477
2478         Value *OpVec = vectorizeTree(OpVL);
2479         DEBUG(dbgs() << "SLP: OpVec[" << j << "]: " << *OpVec << "\n");
2480         OpVecs.push_back(OpVec);
2481       }
2482
2483       Module *M = F->getParent();
2484       Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
2485       Type *Tys[] = { VectorType::get(CI->getType(), E->Scalars.size()) };
2486       Function *CF = Intrinsic::getDeclaration(M, ID, Tys);
2487       Value *V = Builder.CreateCall(CF, OpVecs);
2488
2489       // The scalar argument uses an in-tree scalar so we add the new vectorized
2490       // call to ExternalUses list to make sure that an extract will be
2491       // generated in the future.
2492       if (ScalarArg && ScalarToTreeEntry.count(ScalarArg))
2493         ExternalUses.push_back(ExternalUser(ScalarArg, cast<User>(V), 0));
2494
2495       E->VectorizedValue = V;
2496       ++NumVectorInstructions;
2497       return V;
2498     }
2499     case Instruction::ShuffleVector: {
2500       ValueList LHSVL, RHSVL;
2501       assert(isa<BinaryOperator>(VL0) && "Invalid Shuffle Vector Operand");
2502       reorderAltShuffleOperands(E->Scalars, LHSVL, RHSVL);
2503       setInsertPointAfterBundle(E->Scalars);
2504
2505       Value *LHS = vectorizeTree(LHSVL);
2506       Value *RHS = vectorizeTree(RHSVL);
2507
2508       if (Value *V = alreadyVectorized(E->Scalars))
2509         return V;
2510
2511       // Create a vector of LHS op1 RHS
2512       BinaryOperator *BinOp0 = cast<BinaryOperator>(VL0);
2513       Value *V0 = Builder.CreateBinOp(BinOp0->getOpcode(), LHS, RHS);
2514
2515       // Create a vector of LHS op2 RHS
2516       Instruction *VL1 = cast<Instruction>(E->Scalars[1]);
2517       BinaryOperator *BinOp1 = cast<BinaryOperator>(VL1);
2518       Value *V1 = Builder.CreateBinOp(BinOp1->getOpcode(), LHS, RHS);
2519
2520       // Create shuffle to take alternate operations from the vector.
2521       // Also, gather up odd and even scalar ops to propagate IR flags to
2522       // each vector operation.
2523       ValueList OddScalars, EvenScalars;
2524       unsigned e = E->Scalars.size();
2525       SmallVector<Constant *, 8> Mask(e);
2526       for (unsigned i = 0; i < e; ++i) {
2527         if (i & 1) {
2528           Mask[i] = Builder.getInt32(e + i);
2529           OddScalars.push_back(E->Scalars[i]);
2530         } else {
2531           Mask[i] = Builder.getInt32(i);
2532           EvenScalars.push_back(E->Scalars[i]);
2533         }
2534       }
2535
2536       Value *ShuffleMask = ConstantVector::get(Mask);
2537       propagateIRFlags(V0, EvenScalars);
2538       propagateIRFlags(V1, OddScalars);
2539
2540       Value *V = Builder.CreateShuffleVector(V0, V1, ShuffleMask);
2541       E->VectorizedValue = V;
2542       ++NumVectorInstructions;
2543       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2544         return propagateMetadata(I, E->Scalars);
2545
2546       return V;
2547     }
2548     default:
2549     llvm_unreachable("unknown inst");
2550   }
2551   return nullptr;
2552 }
2553
2554 Value *BoUpSLP::vectorizeTree() {
2555   
2556   // All blocks must be scheduled before any instructions are inserted.
2557   for (auto &BSIter : BlocksSchedules) {
2558     scheduleBlock(BSIter.second.get());
2559   }
2560
2561   Builder.SetInsertPoint(&F->getEntryBlock().front());
2562   vectorizeTree(&VectorizableTree[0]);
2563
2564   DEBUG(dbgs() << "SLP: Extracting " << ExternalUses.size() << " values .\n");
2565
2566   // Extract all of the elements with the external uses.
2567   for (UserList::iterator it = ExternalUses.begin(), e = ExternalUses.end();
2568        it != e; ++it) {
2569     Value *Scalar = it->Scalar;
2570     llvm::User *User = it->User;
2571
2572     // Skip users that we already RAUW. This happens when one instruction
2573     // has multiple uses of the same value.
2574     if (std::find(Scalar->user_begin(), Scalar->user_end(), User) ==
2575         Scalar->user_end())
2576       continue;
2577     assert(ScalarToTreeEntry.count(Scalar) && "Invalid scalar");
2578
2579     int Idx = ScalarToTreeEntry[Scalar];
2580     TreeEntry *E = &VectorizableTree[Idx];
2581     assert(!E->NeedToGather && "Extracting from a gather list");
2582
2583     Value *Vec = E->VectorizedValue;
2584     assert(Vec && "Can't find vectorizable value");
2585
2586     Value *Lane = Builder.getInt32(it->Lane);
2587     // Generate extracts for out-of-tree users.
2588     // Find the insertion point for the extractelement lane.
2589     if (isa<Instruction>(Vec)){
2590       if (PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(User)) {
2591         for (int i = 0, e = PH->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2592           if (PH->getIncomingValue(i) == Scalar) {
2593             Builder.SetInsertPoint(PH->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
2594             Value *Ex = Builder.CreateExtractElement(Vec, Lane);
2595             CSEBlocks.insert(PH->getIncomingBlock(i));
2596             PH->setOperand(i, Ex);
2597           }
2598         }
2599       } else {
2600         Builder.SetInsertPoint(cast<Instruction>(User));
2601         Value *Ex = Builder.CreateExtractElement(Vec, Lane);
2602         CSEBlocks.insert(cast<Instruction>(User)->getParent());
2603         User->replaceUsesOfWith(Scalar, Ex);
2604      }
2605     } else {
2606       Builder.SetInsertPoint(&F->getEntryBlock().front());
2607       Value *Ex = Builder.CreateExtractElement(Vec, Lane);
2608       CSEBlocks.insert(&F->getEntryBlock());
2609       User->replaceUsesOfWith(Scalar, Ex);
2610     }
2611
2612     DEBUG(dbgs() << "SLP: Replaced:" << *User << ".\n");
2613   }
2614
2615   // For each vectorized value:
2616   for (int EIdx = 0, EE = VectorizableTree.size(); EIdx < EE; ++EIdx) {
2617     TreeEntry *Entry = &VectorizableTree[EIdx];
2618
2619     // For each lane:
2620     for (int Lane = 0, LE = Entry->Scalars.size(); Lane != LE; ++Lane) {
2621       Value *Scalar = Entry->Scalars[Lane];
2622       // No need to handle users of gathered values.
2623       if (Entry->NeedToGather)
2624         continue;
2625
2626       assert(Entry->VectorizedValue && "Can't find vectorizable value");
2627
2628       Type *Ty = Scalar->getType();
2629       if (!Ty->isVoidTy()) {
2630 #ifndef NDEBUG
2631         for (User *U : Scalar->users()) {
2632           DEBUG(dbgs() << "SLP: \tvalidating user:" << *U << ".\n");
2633
2634           assert((ScalarToTreeEntry.count(U) ||
2635                   // It is legal to replace users in the ignorelist by undef.
2636                   (std::find(UserIgnoreList.begin(), UserIgnoreList.end(), U) !=
2637                    UserIgnoreList.end())) &&
2638                  "Replacing out-of-tree value with undef");
2639         }
2640 #endif
2641         Value *Undef = UndefValue::get(Ty);
2642         Scalar->replaceAllUsesWith(Undef);
2643       }
2644       DEBUG(dbgs() << "SLP: \tErasing scalar:" << *Scalar << ".\n");
2645       eraseInstruction(cast<Instruction>(Scalar));
2646     }
2647   }
2648
2649   Builder.ClearInsertionPoint();
2650
2651   return VectorizableTree[0].VectorizedValue;
2652 }
2653
2654 void BoUpSLP::optimizeGatherSequence() {
2655   DEBUG(dbgs() << "SLP: Optimizing " << GatherSeq.size()
2656         << " gather sequences instructions.\n");
2657   // LICM InsertElementInst sequences.
2658   for (SetVector<Instruction *>::iterator it = GatherSeq.begin(),
2659        e = GatherSeq.end(); it != e; ++it) {
2660     InsertElementInst *Insert = dyn_cast<InsertElementInst>(*it);
2661
2662     if (!Insert)
2663       continue;
2664
2665     // Check if this block is inside a loop.
2666     Loop *L = LI->getLoopFor(Insert->getParent());
2667     if (!L)
2668       continue;
2669
2670     // Check if it has a preheader.
2671     BasicBlock *PreHeader = L->getLoopPreheader();
2672     if (!PreHeader)
2673       continue;
2674
2675     // If the vector or the element that we insert into it are
2676     // instructions that are defined in this basic block then we can't
2677     // hoist this instruction.
2678     Instruction *CurrVec = dyn_cast<Instruction>(Insert->getOperand(0));
2679     Instruction *NewElem = dyn_cast<Instruction>(Insert->getOperand(1));
2680     if (CurrVec && L->contains(CurrVec))
2681       continue;
2682     if (NewElem && L->contains(NewElem))
2683       continue;
2684
2685     // We can hoist this instruction. Move it to the pre-header.
2686     Insert->moveBefore(PreHeader->getTerminator());
2687   }
2688
2689   // Make a list of all reachable blocks in our CSE queue.
2690   SmallVector<const DomTreeNode *, 8> CSEWorkList;
2691   CSEWorkList.reserve(CSEBlocks.size());
2692   for (BasicBlock *BB : CSEBlocks)
2693     if (DomTreeNode *N = DT->getNode(BB)) {
2694       assert(DT->isReachableFromEntry(N));
2695       CSEWorkList.push_back(N);
2696     }
2697
2698   // Sort blocks by domination. This ensures we visit a block after all blocks
2699   // dominating it are visited.
2700   std::stable_sort(CSEWorkList.begin(), CSEWorkList.end(),
2701                    [this](const DomTreeNode *A, const DomTreeNode *B) {
2702     return DT->properlyDominates(A, B);
2703   });
2704
2705   // Perform O(N^2) search over the gather sequences and merge identical
2706   // instructions. TODO: We can further optimize this scan if we split the
2707   // instructions into different buckets based on the insert lane.
2708   SmallVector<Instruction *, 16> Visited;
2709   for (auto I = CSEWorkList.begin(), E = CSEWorkList.end(); I != E; ++I) {
2710     assert((I == CSEWorkList.begin() || !DT->dominates(*I, *std::prev(I))) &&
2711            "Worklist not sorted properly!");
2712     BasicBlock *BB = (*I)->getBlock();
2713     // For all instructions in blocks containing gather sequences:
2714     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e;) {
2715       Instruction *In = &*it++;
2716       if (!isa<InsertElementInst>(In) && !isa<ExtractElementInst>(In))
2717         continue;
2718
2719       // Check if we can replace this instruction with any of the
2720       // visited instructions.
2721       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::iterator v = Visited.begin(),
2722                                                     ve = Visited.end();
2723            v != ve; ++v) {
2724         if (In->isIdenticalTo(*v) &&
2725             DT->dominates((*v)->getParent(), In->getParent())) {
2726           In->replaceAllUsesWith(*v);
2727           eraseInstruction(In);
2728           In = nullptr;
2729           break;
2730         }
2731       }
2732       if (In) {
2733         assert(std::find(Visited.begin(), Visited.end(), In) == Visited.end());
2734         Visited.push_back(In);
2735       }
2736     }
2737   }
2738   CSEBlocks.clear();
2739   GatherSeq.clear();
2740 }
2741
2742 // Groups the instructions to a bundle (which is then a single scheduling entity)
2743 // and schedules instructions until the bundle gets ready.
2744 bool BoUpSLP::BlockScheduling::tryScheduleBundle(ArrayRef<Value *> VL,
2745                                                  BoUpSLP *SLP) {
2746   if (isa<PHINode>(VL[0]))
2747     return true;
2748
2749   // Initialize the instruction bundle.
2750   Instruction *OldScheduleEnd = ScheduleEnd;
2751   ScheduleData *PrevInBundle = nullptr;
2752   ScheduleData *Bundle = nullptr;
2753   bool ReSchedule = false;
2754   DEBUG(dbgs() << "SLP:  bundle: " << *VL[0] << "\n");
2755
2756   // Make sure that the scheduling region contains all
2757   // instructions of the bundle.
2758   for (Value *V : VL) {
2759     if (!extendSchedulingRegion(V))
2760       return false;
2761   }
2762
2763   for (Value *V : VL) {
2764     ScheduleData *BundleMember = getScheduleData(V);
2765     assert(BundleMember &&
2766            "no ScheduleData for bundle member (maybe not in same basic block)");
2767     if (BundleMember->IsScheduled) {
2768       // A bundle member was scheduled as single instruction before and now
2769       // needs to be scheduled as part of the bundle. We just get rid of the
2770       // existing schedule.
2771       DEBUG(dbgs() << "SLP:  reset schedule because " << *BundleMember
2772                    << " was already scheduled\n");
2773       ReSchedule = true;
2774     }
2775     assert(BundleMember->isSchedulingEntity() &&
2776            "bundle member already part of other bundle");
2777     if (PrevInBundle) {
2778       PrevInBundle->NextInBundle = BundleMember;
2779     } else {
2780       Bundle = BundleMember;
2781     }
2782     BundleMember->UnscheduledDepsInBundle = 0;
2783     Bundle->UnscheduledDepsInBundle += BundleMember->UnscheduledDeps;
2784
2785     // Group the instructions to a bundle.
2786     BundleMember->FirstInBundle = Bundle;
2787     PrevInBundle = BundleMember;
2788   }
2789   if (ScheduleEnd != OldScheduleEnd) {
2790     // The scheduling region got new instructions at the lower end (or it is a
2791     // new region for the first bundle). This makes it necessary to
2792     // recalculate all dependencies.
2793     // It is seldom that this needs to be done a second time after adding the
2794     // initial bundle to the region.
2795     for (auto *I = ScheduleStart; I != ScheduleEnd; I = I->getNextNode()) {
2796       ScheduleData *SD = getScheduleData(I);
2797       SD->clearDependencies();
2798     }
2799     ReSchedule = true;
2800   }
2801   if (ReSchedule) {
2802     resetSchedule();
2803     initialFillReadyList(ReadyInsts);
2804   }
2805
2806   DEBUG(dbgs() << "SLP: try schedule bundle " << *Bundle << " in block "
2807                << BB->getName() << "\n");
2808
2809   calculateDependencies(Bundle, true, SLP);
2810
2811   // Now try to schedule the new bundle. As soon as the bundle is "ready" it
2812   // means that there are no cyclic dependencies and we can schedule it.
2813   // Note that's important that we don't "schedule" the bundle yet (see
2814   // cancelScheduling).
2815   while (!Bundle->isReady() && !ReadyInsts.empty()) {
2816
2817     ScheduleData *pickedSD = ReadyInsts.back();
2818     ReadyInsts.pop_back();
2819
2820     if (pickedSD->isSchedulingEntity() && pickedSD->isReady()) {
2821       schedule(pickedSD, ReadyInsts);
2822     }
2823   }
2824   if (!Bundle->isReady()) {
2825     cancelScheduling(VL);
2826     return false;
2827   }
2828   return true;
2829 }
2830
2831 void BoUpSLP::BlockScheduling::cancelScheduling(ArrayRef<Value *> VL) {
2832   if (isa<PHINode>(VL[0]))
2833     return;
2834
2835   ScheduleData *Bundle = getScheduleData(VL[0]);
2836   DEBUG(dbgs() << "SLP:  cancel scheduling of " << *Bundle << "\n");
2837   assert(!Bundle->IsScheduled &&
2838          "Can't cancel bundle which is already scheduled");
2839   assert(Bundle->isSchedulingEntity() && Bundle->isPartOfBundle() &&
2840          "tried to unbundle something which is not a bundle");
2841
2842   // Un-bundle: make single instructions out of the bundle.
2843   ScheduleData *BundleMember = Bundle;
2844   while (BundleMember) {
2845     assert(BundleMember->FirstInBundle == Bundle && "corrupt bundle links");
2846     BundleMember->FirstInBundle = BundleMember;
2847     ScheduleData *Next = BundleMember->NextInBundle;
2848     BundleMember->NextInBundle = nullptr;
2849     BundleMember->UnscheduledDepsInBundle = BundleMember->UnscheduledDeps;
2850     if (BundleMember->UnscheduledDepsInBundle == 0) {
2851       ReadyInsts.insert(BundleMember);
2852     }
2853     BundleMember = Next;
2854   }
2855 }
2856
2857 bool BoUpSLP::BlockScheduling::extendSchedulingRegion(Value *V) {
2858   if (getScheduleData(V))
2859     return true;
2860   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
2861   assert(I && "bundle member must be an instruction");
2862   assert(!isa<PHINode>(I) && "phi nodes don't need to be scheduled");
2863   if (!ScheduleStart) {
2864     // It's the first instruction in the new region.
2865     initScheduleData(I, I->getNextNode(), nullptr, nullptr);
2866     ScheduleStart = I;
2867     ScheduleEnd = I->getNextNode();
2868     assert(ScheduleEnd && "tried to vectorize a TerminatorInst?");
2869     DEBUG(dbgs() << "SLP:  initialize schedule region to " << *I << "\n");
2870     return true;
2871   }
2872   // Search up and down at the same time, because we don't know if the new
2873   // instruction is above or below the existing scheduling region.
2874   BasicBlock::reverse_iterator UpIter(ScheduleStart->getIterator());
2875   BasicBlock::reverse_iterator UpperEnd = BB->rend();
2876   BasicBlock::iterator DownIter(ScheduleEnd);
2877   BasicBlock::iterator LowerEnd = BB->end();
2878   for (;;) {
2879     if (++ScheduleRegionSize > ScheduleRegionSizeLimit) {
2880       DEBUG(dbgs() << "SLP:  exceeded schedule region size limit\n");
2881       return false;
2882     }
2883
2884     if (UpIter != UpperEnd) {
2885       if (&*UpIter == I) {
2886         initScheduleData(I, ScheduleStart, nullptr, FirstLoadStoreInRegion);
2887         ScheduleStart = I;
2888         DEBUG(dbgs() << "SLP:  extend schedule region start to " << *I << "\n");
2889         return true;
2890       }
2891       UpIter++;
2892     }
2893     if (DownIter != LowerEnd) {
2894       if (&*DownIter == I) {
2895         initScheduleData(ScheduleEnd, I->getNextNode(), LastLoadStoreInRegion,
2896                          nullptr);
2897         ScheduleEnd = I->getNextNode();
2898         assert(ScheduleEnd && "tried to vectorize a TerminatorInst?");
2899         DEBUG(dbgs() << "SLP:  extend schedule region end to " << *I << "\n");
2900         return true;
2901       }
2902       DownIter++;
2903     }
2904     assert((UpIter != UpperEnd || DownIter != LowerEnd) &&
2905            "instruction not found in block");
2906   }
2907   return true;
2908 }
2909
2910 void BoUpSLP::BlockScheduling::initScheduleData(Instruction *FromI,
2911                                                 Instruction *ToI,
2912                                                 ScheduleData *PrevLoadStore,
2913                                                 ScheduleData *NextLoadStore) {
2914   ScheduleData *CurrentLoadStore = PrevLoadStore;
2915   for (Instruction *I = FromI; I != ToI; I = I->getNextNode()) {
2916     ScheduleData *SD = ScheduleDataMap[I];
2917     if (!SD) {
2918       // Allocate a new ScheduleData for the instruction.
2919       if (ChunkPos >= ChunkSize) {
2920         ScheduleDataChunks.push_back(
2921             llvm::make_unique<ScheduleData[]>(ChunkSize));
2922         ChunkPos = 0;
2923       }
2924       SD = &(ScheduleDataChunks.back()[ChunkPos++]);
2925       ScheduleDataMap[I] = SD;
2926       SD->Inst = I;
2927     }
2928     assert(!isInSchedulingRegion(SD) &&
2929            "new ScheduleData already in scheduling region");
2930     SD->init(SchedulingRegionID);
2931
2932     if (I->mayReadOrWriteMemory()) {
2933       // Update the linked list of memory accessing instructions.
2934       if (CurrentLoadStore) {
2935         CurrentLoadStore->NextLoadStore = SD;
2936       } else {
2937         FirstLoadStoreInRegion = SD;
2938       }
2939       CurrentLoadStore = SD;
2940     }
2941   }
2942   if (NextLoadStore) {
2943     if (CurrentLoadStore)
2944       CurrentLoadStore->NextLoadStore = NextLoadStore;
2945   } else {
2946     LastLoadStoreInRegion = CurrentLoadStore;
2947   }
2948 }
2949
2950 void BoUpSLP::BlockScheduling::calculateDependencies(ScheduleData *SD,
2951                                                      bool InsertInReadyList,
2952                                                      BoUpSLP *SLP) {
2953   assert(SD->isSchedulingEntity());
2954
2955   SmallVector<ScheduleData *, 10> WorkList;
2956   WorkList.push_back(SD);
2957
2958   while (!WorkList.empty()) {
2959     ScheduleData *SD = WorkList.back();
2960     WorkList.pop_back();
2961
2962     ScheduleData *BundleMember = SD;
2963     while (BundleMember) {
2964       assert(isInSchedulingRegion(BundleMember));
2965       if (!BundleMember->hasValidDependencies()) {
2966
2967         DEBUG(dbgs() << "SLP:       update deps of " << *BundleMember << "\n");
2968         BundleMember->Dependencies = 0;
2969         BundleMember->resetUnscheduledDeps();
2970
2971         // Handle def-use chain dependencies.
2972         for (User *U : BundleMember->Inst->users()) {
2973           if (isa<Instruction>(U)) {
2974             ScheduleData *UseSD = getScheduleData(U);
2975             if (UseSD && isInSchedulingRegion(UseSD->FirstInBundle)) {
2976               BundleMember->Dependencies++;
2977               ScheduleData *DestBundle = UseSD->FirstInBundle;
2978               if (!DestBundle->IsScheduled) {
2979                 BundleMember->incrementUnscheduledDeps(1);
2980               }
2981               if (!DestBundle->hasValidDependencies()) {
2982                 WorkList.push_back(DestBundle);
2983               }
2984             }
2985           } else {
2986             // I'm not sure if this can ever happen. But we need to be safe.
2987             // This lets the instruction/bundle never be scheduled and
2988             // eventually disable vectorization.
2989             BundleMember->Dependencies++;
2990             BundleMember->incrementUnscheduledDeps(1);
2991           }
2992         }
2993
2994         // Handle the memory dependencies.
2995         ScheduleData *DepDest = BundleMember->NextLoadStore;
2996         if (DepDest) {
2997           Instruction *SrcInst = BundleMember->Inst;
2998           MemoryLocation SrcLoc = getLocation(SrcInst, SLP->AA);
2999           bool SrcMayWrite = BundleMember->Inst->mayWriteToMemory();
3000           unsigned numAliased = 0;
3001           unsigned DistToSrc = 1;
3002
3003           while (DepDest) {
3004             assert(isInSchedulingRegion(DepDest));
3005
3006             // We have two limits to reduce the complexity:
3007             // 1) AliasedCheckLimit: It's a small limit to reduce calls to
3008             //    SLP->isAliased (which is the expensive part in this loop).
3009             // 2) MaxMemDepDistance: It's for very large blocks and it aborts
3010             //    the whole loop (even if the loop is fast, it's quadratic).
3011             //    It's important for the loop break condition (see below) to
3012             //    check this limit even between two read-only instructions.
3013             if (DistToSrc >= MaxMemDepDistance ||
3014                     ((SrcMayWrite || DepDest->Inst->mayWriteToMemory()) &&
3015                      (numAliased >= AliasedCheckLimit ||
3016                       SLP->isAliased(SrcLoc, SrcInst, DepDest->Inst)))) {
3017
3018               // We increment the counter only if the locations are aliased
3019               // (instead of counting all alias checks). This gives a better
3020               // balance between reduced runtime and accurate dependencies.
3021               numAliased++;
3022
3023               DepDest->MemoryDependencies.push_back(BundleMember);
3024               BundleMember->Dependencies++;
3025               ScheduleData *DestBundle = DepDest->FirstInBundle;
3026               if (!DestBundle->IsScheduled) {
3027                 BundleMember->incrementUnscheduledDeps(1);
3028               }
3029               if (!DestBundle->hasValidDependencies()) {
3030                 WorkList.push_back(DestBundle);
3031               }
3032             }
3033             DepDest = DepDest->NextLoadStore;
3034
3035             // Example, explaining the loop break condition: Let's assume our
3036             // starting instruction is i0 and MaxMemDepDistance = 3.
3037             //
3038             //                      +--------v--v--v
3039             //             i0,i1,i2,i3,i4,i5,i6,i7,i8
3040             //             +--------^--^--^
3041             //
3042             // MaxMemDepDistance let us stop alias-checking at i3 and we add
3043             // dependencies from i0 to i3,i4,.. (even if they are not aliased).
3044             // Previously we already added dependencies from i3 to i6,i7,i8
3045             // (because of MaxMemDepDistance). As we added a dependency from
3046             // i0 to i3, we have transitive dependencies from i0 to i6,i7,i8
3047             // and we can abort this loop at i6.
3048             if (DistToSrc >= 2 * MaxMemDepDistance)
3049                 break;
3050             DistToSrc++;
3051           }
3052         }
3053       }
3054       BundleMember = BundleMember->NextInBundle;
3055     }
3056     if (InsertInReadyList && SD->isReady()) {
3057       ReadyInsts.push_back(SD);
3058       DEBUG(dbgs() << "SLP:     gets ready on update: " << *SD->Inst << "\n");
3059     }
3060   }
3061 }
3062
3063 void BoUpSLP::BlockScheduling::resetSchedule() {
3064   assert(ScheduleStart &&
3065          "tried to reset schedule on block which has not been scheduled");
3066   for (Instruction *I = ScheduleStart; I != ScheduleEnd; I = I->getNextNode()) {
3067     ScheduleData *SD = getScheduleData(I);
3068     assert(isInSchedulingRegion(SD));
3069     SD->IsScheduled = false;
3070     SD->resetUnscheduledDeps();
3071   }
3072   ReadyInsts.clear();
3073 }
3074
3075 void BoUpSLP::scheduleBlock(BlockScheduling *BS) {
3076   
3077   if (!BS->ScheduleStart)
3078     return;
3079   
3080   DEBUG(dbgs() << "SLP: schedule block " << BS->BB->getName() << "\n");
3081
3082   BS->resetSchedule();
3083
3084   // For the real scheduling we use a more sophisticated ready-list: it is
3085   // sorted by the original instruction location. This lets the final schedule
3086   // be as  close as possible to the original instruction order.
3087   struct ScheduleDataCompare {
3088     bool operator()(ScheduleData *SD1, ScheduleData *SD2) {
3089       return SD2->SchedulingPriority < SD1->SchedulingPriority;
3090     }
3091   };
3092   std::set<ScheduleData *, ScheduleDataCompare> ReadyInsts;
3093
3094   // Ensure that all dependency data is updated and fill the ready-list with
3095   // initial instructions.
3096   int Idx = 0;
3097   int NumToSchedule = 0;
3098   for (auto *I = BS->ScheduleStart; I != BS->ScheduleEnd;
3099        I = I->getNextNode()) {
3100     ScheduleData *SD = BS->getScheduleData(I);
3101     assert(
3102         SD->isPartOfBundle() == (ScalarToTreeEntry.count(SD->Inst) != 0) &&
3103         "scheduler and vectorizer have different opinion on what is a bundle");
3104     SD->FirstInBundle->SchedulingPriority = Idx++;
3105     if (SD->isSchedulingEntity()) {
3106       BS->calculateDependencies(SD, false, this);
3107       NumToSchedule++;
3108     }
3109   }
3110   BS->initialFillReadyList(ReadyInsts);
3111
3112   Instruction *LastScheduledInst = BS->ScheduleEnd;
3113
3114   // Do the "real" scheduling.
3115   while (!ReadyInsts.empty()) {
3116     ScheduleData *picked = *ReadyInsts.begin();
3117     ReadyInsts.erase(ReadyInsts.begin());
3118
3119     // Move the scheduled instruction(s) to their dedicated places, if not
3120     // there yet.
3121     ScheduleData *BundleMember = picked;
3122     while (BundleMember) {
3123       Instruction *pickedInst = BundleMember->Inst;
3124       if (LastScheduledInst->getNextNode() != pickedInst) {
3125         BS->BB->getInstList().remove(pickedInst);
3126         BS->BB->getInstList().insert(LastScheduledInst->getIterator(),
3127                                      pickedInst);
3128       }
3129       LastScheduledInst = pickedInst;
3130       BundleMember = BundleMember->NextInBundle;
3131     }
3132
3133     BS->schedule(picked, ReadyInsts);
3134     NumToSchedule--;
3135   }
3136   assert(NumToSchedule == 0 && "could not schedule all instructions");
3137
3138   // Avoid duplicate scheduling of the block.
3139   BS->ScheduleStart = nullptr;
3140 }
3141
3142 /// The SLPVectorizer Pass.
3143 struct SLPVectorizer : public FunctionPass {
3144   typedef SmallVector<StoreInst *, 8> StoreList;
3145   typedef MapVector<Value *, StoreList> StoreListMap;
3146
3147   /// Pass identification, replacement for typeid
3148   static char ID;
3149
3150   explicit SLPVectorizer() : FunctionPass(ID) {
3151     initializeSLPVectorizerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
3152   }
3153
3154   ScalarEvolution *SE;
3155   TargetTransformInfo *TTI;
3156   TargetLibraryInfo *TLI;
3157   AliasAnalysis *AA;
3158   LoopInfo *LI;
3159   DominatorTree *DT;
3160   AssumptionCache *AC;
3161
3162   bool runOnFunction(Function &F) override {
3163     if (skipOptnoneFunction(F))
3164       return false;
3165
3166     SE = &getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
3167     TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
3168     auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
3169     TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
3170     AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
3171     LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
3172     DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
3173     AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
3174
3175     StoreRefs.clear();
3176     bool Changed = false;
3177
3178     // If the target claims to have no vector registers don't attempt
3179     // vectorization.
3180     if (!TTI->getNumberOfRegisters(true))
3181       return false;
3182
3183     // Use the vector register size specified by the target unless overridden
3184     // by a command-line option.
3185     // TODO: It would be better to limit the vectorization factor based on
3186     //       data type rather than just register size. For example, x86 AVX has
3187     //       256-bit registers, but it does not support integer operations
3188     //       at that width (that requires AVX2).
3189     if (MaxVectorRegSizeOption.getNumOccurrences())
3190       MaxVecRegSize = MaxVectorRegSizeOption;
3191     else
3192       MaxVecRegSize = TTI->getRegisterBitWidth(true);
3193
3194     // Don't vectorize when the attribute NoImplicitFloat is used.
3195     if (F.hasFnAttribute(Attribute::NoImplicitFloat))
3196       return false;
3197
3198     DEBUG(dbgs() << "SLP: Analyzing blocks in " << F.getName() << ".\n");
3199
3200     // Use the bottom up slp vectorizer to construct chains that start with
3201     // store instructions.
3202     BoUpSLP R(&F, SE, TTI, TLI, AA, LI, DT, AC);
3203
3204     // A general note: the vectorizer must use BoUpSLP::eraseInstruction() to
3205     // delete instructions.
3206
3207     // Scan the blocks in the function in post order.
3208     for (auto BB : post_order(&F.getEntryBlock())) {
3209       // Vectorize trees that end at stores.
3210       if (unsigned count = collectStores(BB, R)) {
3211         (void)count;
3212         DEBUG(dbgs() << "SLP: Found " << count << " stores to vectorize.\n");
3213         Changed |= vectorizeStoreChains(R);
3214       }
3215
3216       // Vectorize trees that end at reductions.
3217       Changed |= vectorizeChainsInBlock(BB, R);
3218     }
3219
3220     if (Changed) {
3221       R.optimizeGatherSequence();
3222       DEBUG(dbgs() << "SLP: vectorized \"" << F.getName() << "\"\n");
3223       DEBUG(verifyFunction(F));
3224     }
3225     return Changed;
3226   }
3227
3228   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
3229     FunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
3230     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
3231     AU.addRequired<ScalarEvolutionWrapperPass>();
3232     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
3233     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
3234     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
3235     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3236     AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
3237     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
3238     AU.setPreservesCFG();
3239   }
3240
3241 private:
3242
3243   /// \brief Collect memory references and sort them according to their base
3244   /// object. We sort the stores to their base objects to reduce the cost of the
3245   /// quadratic search on the stores. TODO: We can further reduce this cost
3246   /// if we flush the chain creation every time we run into a memory barrier.
3247   unsigned collectStores(BasicBlock *BB, BoUpSLP &R);
3248
3249   /// \brief Try to vectorize a chain that starts at two arithmetic instrs.
3250   bool tryToVectorizePair(Value *A, Value *B, BoUpSLP &R);
3251
3252   /// \brief Try to vectorize a list of operands.
3253   /// \@param BuildVector A list of users to ignore for the purpose of
3254   ///                     scheduling and that don't need extracting.
3255   /// \returns true if a value was vectorized.
3256   bool tryToVectorizeList(ArrayRef<Value *> VL, BoUpSLP &R,
3257                           ArrayRef<Value *> BuildVector = None,
3258                           bool allowReorder = false);
3259
3260   /// \brief Try to vectorize a chain that may start at the operands of \V;
3261   bool tryToVectorize(BinaryOperator *V, BoUpSLP &R);
3262
3263   /// \brief Vectorize the stores that were collected in StoreRefs.
3264   bool vectorizeStoreChains(BoUpSLP &R);
3265
3266   /// \brief Scan the basic block and look for patterns that are likely to start
3267   /// a vectorization chain.
3268   bool vectorizeChainsInBlock(BasicBlock *BB, BoUpSLP &R);
3269
3270   bool vectorizeStoreChain(ArrayRef<Value *> Chain, int CostThreshold,
3271                            BoUpSLP &R, unsigned VecRegSize);
3272
3273   bool vectorizeStores(ArrayRef<StoreInst *> Stores, int costThreshold,
3274                        BoUpSLP &R);
3275 private:
3276   StoreListMap StoreRefs;
3277   unsigned MaxVecRegSize; // This is set by TTI or overridden by cl::opt.
3278 };
3279
3280 /// \brief Check that the Values in the slice in VL array are still existent in
3281 /// the WeakVH array.
3282 /// Vectorization of part of the VL array may cause later values in the VL array
3283 /// to become invalid. We track when this has happened in the WeakVH array.
3284 static bool hasValueBeenRAUWed(ArrayRef<Value *> VL, ArrayRef<WeakVH> VH,
3285                                unsigned SliceBegin, unsigned SliceSize) {
3286   VL = VL.slice(SliceBegin, SliceSize);
3287   VH = VH.slice(SliceBegin, SliceSize);
3288   return !std::equal(VL.begin(), VL.end(), VH.begin());
3289 }
3290
3291 bool SLPVectorizer::vectorizeStoreChain(ArrayRef<Value *> Chain,
3292                                         int CostThreshold, BoUpSLP &R,
3293                                         unsigned VecRegSize) {
3294   unsigned ChainLen = Chain.size();
3295   DEBUG(dbgs() << "SLP: Analyzing a store chain of length " << ChainLen
3296         << "\n");
3297   Type *StoreTy = cast<StoreInst>(Chain[0])->getValueOperand()->getType();
3298   auto &DL = cast<StoreInst>(Chain[0])->getModule()->getDataLayout();
3299   unsigned Sz = DL.getTypeSizeInBits(StoreTy);
3300   unsigned VF = VecRegSize / Sz;
3301
3302   if (!isPowerOf2_32(Sz) || VF < 2)
3303     return false;
3304
3305   // Keep track of values that were deleted by vectorizing in the loop below.
3306   SmallVector<WeakVH, 8> TrackValues(Chain.begin(), Chain.end());
3307
3308   bool Changed = false;
3309   // Look for profitable vectorizable trees at all offsets, starting at zero.
3310   for (unsigned i = 0, e = ChainLen; i < e; ++i) {
3311     if (i + VF > e)
3312       break;
3313
3314     // Check that a previous iteration of this loop did not delete the Value.
3315     if (hasValueBeenRAUWed(Chain, TrackValues, i, VF))
3316       continue;
3317
3318     DEBUG(dbgs() << "SLP: Analyzing " << VF << " stores at offset " << i
3319           << "\n");
3320     ArrayRef<Value *> Operands = Chain.slice(i, VF);
3321
3322     R.buildTree(Operands);
3323
3324     int Cost = R.getTreeCost();
3325
3326     DEBUG(dbgs() << "SLP: Found cost=" << Cost << " for VF=" << VF << "\n");
3327     if (Cost < CostThreshold) {
3328       DEBUG(dbgs() << "SLP: Decided to vectorize cost=" << Cost << "\n");
3329       R.vectorizeTree();
3330
3331       // Move to the next bundle.
3332       i += VF - 1;
3333       Changed = true;
3334     }
3335   }
3336
3337   return Changed;
3338 }
3339
3340 bool SLPVectorizer::vectorizeStores(ArrayRef<StoreInst *> Stores,
3341                                     int costThreshold, BoUpSLP &R) {
3342   SetVector<StoreInst *> Heads, Tails;
3343   SmallDenseMap<StoreInst *, StoreInst *> ConsecutiveChain;
3344
3345   // We may run into multiple chains that merge into a single chain. We mark the
3346   // stores that we vectorized so that we don't visit the same store twice.
3347   BoUpSLP::ValueSet VectorizedStores;
3348   bool Changed = false;
3349
3350   // Do a quadratic search on all of the given stores and find
3351   // all of the pairs of stores that follow each other.
3352   SmallVector<unsigned, 16> IndexQueue;
3353   for (unsigned i = 0, e = Stores.size(); i < e; ++i) {
3354     const DataLayout &DL = Stores[i]->getModule()->getDataLayout();
3355     IndexQueue.clear();
3356     // If a store has multiple consecutive store candidates, search Stores
3357     // array according to the sequence: from i+1 to e, then from i-1 to 0.
3358     // This is because usually pairing with immediate succeeding or preceding
3359     // candidate create the best chance to find slp vectorization opportunity.
3360     unsigned j = 0;
3361     for (j = i + 1; j < e; ++j)
3362       IndexQueue.push_back(j);
3363     for (j = i; j > 0; --j)
3364       IndexQueue.push_back(j - 1);
3365
3366     for (auto &k : IndexQueue) {
3367       if (R.isConsecutiveAccess(Stores[i], Stores[k], DL)) {
3368         Tails.insert(Stores[k]);
3369         Heads.insert(Stores[i]);
3370         ConsecutiveChain[Stores[i]] = Stores[k];
3371         break;
3372       }
3373     }
3374   }
3375
3376   // For stores that start but don't end a link in the chain:
3377   for (SetVector<StoreInst *>::iterator it = Heads.begin(), e = Heads.end();
3378        it != e; ++it) {
3379     if (Tails.count(*it))
3380       continue;
3381
3382     // We found a store instr that starts a chain. Now follow the chain and try
3383     // to vectorize it.
3384     BoUpSLP::ValueList Operands;
3385     StoreInst *I = *it;
3386     // Collect the chain into a list.
3387     while (Tails.count(I) || Heads.count(I)) {
3388       if (VectorizedStores.count(I))
3389         break;
3390       Operands.push_back(I);
3391       // Move to the next value in the chain.
3392       I = ConsecutiveChain[I];
3393     }
3394
3395     // FIXME: Is division-by-2 the correct step? Should we assert that the
3396     // register size is a power-of-2?
3397     for (unsigned Size = MaxVecRegSize; Size >= MinVecRegSize; Size /= 2) {
3398       if (vectorizeStoreChain(Operands, costThreshold, R, Size)) {
3399         // Mark the vectorized stores so that we don't vectorize them again.
3400         VectorizedStores.insert(Operands.begin(), Operands.end());
3401         Changed = true;
3402         break;
3403       }
3404     }
3405   }
3406
3407   return Changed;
3408 }
3409
3410
3411 unsigned SLPVectorizer::collectStores(BasicBlock *BB, BoUpSLP &R) {
3412   unsigned count = 0;
3413   StoreRefs.clear();
3414   const DataLayout &DL = BB->getModule()->getDataLayout();
3415   for (Instruction &I : *BB) {
3416     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I);
3417     if (!SI)
3418       continue;
3419
3420     // Don't touch volatile stores.
3421     if (!SI->isSimple())
3422       continue;
3423
3424     // Check that the pointer points to scalars.
3425     Type *Ty = SI->getValueOperand()->getType();
3426     if (!isValidElementType(Ty))
3427       continue;
3428
3429     // Find the base pointer.
3430     Value *Ptr = GetUnderlyingObject(SI->getPointerOperand(), DL);
3431
3432     // Save the store locations.
3433     StoreRefs[Ptr].push_back(SI);
3434     count++;
3435   }
3436   return count;
3437 }
3438
3439 bool SLPVectorizer::tryToVectorizePair(Value *A, Value *B, BoUpSLP &R) {
3440   if (!A || !B)
3441     return false;
3442   Value *VL[] = { A, B };
3443   return tryToVectorizeList(VL, R, None, true);
3444 }
3445
3446 bool SLPVectorizer::tryToVectorizeList(ArrayRef<Value *> VL, BoUpSLP &R,
3447                                        ArrayRef<Value *> BuildVector,
3448                                        bool allowReorder) {
3449   if (VL.size() < 2)
3450     return false;
3451
3452   DEBUG(dbgs() << "SLP: Vectorizing a list of length = " << VL.size() << ".\n");
3453
3454   // Check that all of the parts are scalar instructions of the same type.
3455   Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(VL[0]);
3456   if (!I0)
3457     return false;
3458
3459   unsigned Opcode0 = I0->getOpcode();
3460   const DataLayout &DL = I0->getModule()->getDataLayout();
3461
3462   Type *Ty0 = I0->getType();
3463   unsigned Sz = DL.getTypeSizeInBits(Ty0);
3464   // FIXME: Register size should be a parameter to this function, so we can
3465   // try different vectorization factors.
3466   unsigned VF = MinVecRegSize / Sz;
3467
3468   for (Value *V : VL) {
3469     Type *Ty = V->getType();
3470     if (!isValidElementType(Ty))
3471       return false;
3472     Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
3473     if (!Inst || Inst->getOpcode() != Opcode0)
3474       return false;
3475   }
3476
3477   bool Changed = false;
3478
3479   // Keep track of values that were deleted by vectorizing in the loop below.
3480   SmallVector<WeakVH, 8> TrackValues(VL.begin(), VL.end());
3481
3482   for (unsigned i = 0, e = VL.size(); i < e; ++i) {
3483     unsigned OpsWidth = 0;
3484
3485     if (i + VF > e)
3486       OpsWidth = e - i;
3487     else
3488       OpsWidth = VF;
3489
3490     if (!isPowerOf2_32(OpsWidth) || OpsWidth < 2)
3491       break;
3492
3493     // Check that a previous iteration of this loop did not delete the Value.
3494     if (hasValueBeenRAUWed(VL, TrackValues, i, OpsWidth))
3495       continue;
3496
3497     DEBUG(dbgs() << "SLP: Analyzing " << OpsWidth << " operations "
3498                  << "\n");
3499     ArrayRef<Value *> Ops = VL.slice(i, OpsWidth);
3500
3501     ArrayRef<Value *> BuildVectorSlice;
3502     if (!BuildVector.empty())
3503       BuildVectorSlice = BuildVector.slice(i, OpsWidth);
3504
3505     R.buildTree(Ops, BuildVectorSlice);
3506     // TODO: check if we can allow reordering also for other cases than
3507     // tryToVectorizePair()
3508     if (allowReorder && R.shouldReorder()) {
3509       assert(Ops.size() == 2);
3510       assert(BuildVectorSlice.empty());
3511       Value *ReorderedOps[] = { Ops[1], Ops[0] };
3512       R.buildTree(ReorderedOps, None);
3513     }
3514     int Cost = R.getTreeCost();
3515
3516     if (Cost < -SLPCostThreshold) {
3517       DEBUG(dbgs() << "SLP: Vectorizing list at cost:" << Cost << ".\n");
3518       Value *VectorizedRoot = R.vectorizeTree();
3519
3520       // Reconstruct the build vector by extracting the vectorized root. This
3521       // way we handle the case where some elements of the vector are undefined.
3522       //  (return (inserelt <4 xi32> (insertelt undef (opd0) 0) (opd1) 2))
3523       if (!BuildVectorSlice.empty()) {
3524         // The insert point is the last build vector instruction. The vectorized
3525         // root will precede it. This guarantees that we get an instruction. The
3526         // vectorized tree could have been constant folded.
3527         Instruction *InsertAfter = cast<Instruction>(BuildVectorSlice.back());
3528         unsigned VecIdx = 0;
3529         for (auto &V : BuildVectorSlice) {
3530           IRBuilder<true, NoFolder> Builder(
3531               InsertAfter->getParent(), ++BasicBlock::iterator(InsertAfter));
3532           InsertElementInst *IE = cast<InsertElementInst>(V);
3533           Instruction *Extract = cast<Instruction>(Builder.CreateExtractElement(
3534               VectorizedRoot, Builder.getInt32(VecIdx++)));
3535           IE->setOperand(1, Extract);
3536           IE->removeFromParent();
3537           IE->insertAfter(Extract);
3538           InsertAfter = IE;
3539         }
3540       }
3541       // Move to the next bundle.
3542       i += VF - 1;
3543       Changed = true;
3544     }
3545   }
3546
3547   return Changed;
3548 }
3549
3550 bool SLPVectorizer::tryToVectorize(BinaryOperator *V, BoUpSLP &R) {
3551   if (!V)
3552     return false;
3553
3554   // Try to vectorize V.
3555   if (tryToVectorizePair(V->getOperand(0), V->getOperand(1), R))
3556     return true;
3557
3558   BinaryOperator *A = dyn_cast<BinaryOperator>(V->getOperand(0));
3559   BinaryOperator *B = dyn_cast<BinaryOperator>(V->getOperand(1));
3560   // Try to skip B.
3561   if (B && B->hasOneUse()) {
3562     BinaryOperator *B0 = dyn_cast<BinaryOperator>(B->getOperand(0));
3563     BinaryOperator *B1 = dyn_cast<BinaryOperator>(B->getOperand(1));
3564     if (tryToVectorizePair(A, B0, R)) {
3565       return true;
3566     }
3567     if (tryToVectorizePair(A, B1, R)) {
3568       return true;
3569     }
3570   }
3571
3572   // Try to skip A.
3573   if (A && A->hasOneUse()) {
3574     BinaryOperator *A0 = dyn_cast<BinaryOperator>(A->getOperand(0));
3575     BinaryOperator *A1 = dyn_cast<BinaryOperator>(A->getOperand(1));
3576     if (tryToVectorizePair(A0, B, R)) {
3577       return true;
3578     }
3579     if (tryToVectorizePair(A1, B, R)) {
3580       return true;
3581     }
3582   }
3583   return 0;
3584 }
3585
3586 /// \brief Generate a shuffle mask to be used in a reduction tree.
3587 ///
3588 /// \param VecLen The length of the vector to be reduced.
3589 /// \param NumEltsToRdx The number of elements that should be reduced in the
3590 ///        vector.
3591 /// \param IsPairwise Whether the reduction is a pairwise or splitting
3592 ///        reduction. A pairwise reduction will generate a mask of 
3593 ///        <0,2,...> or <1,3,..> while a splitting reduction will generate
3594 ///        <2,3, undef,undef> for a vector of 4 and NumElts = 2.
3595 /// \param IsLeft True will generate a mask of even elements, odd otherwise.
3596 static Value *createRdxShuffleMask(unsigned VecLen, unsigned NumEltsToRdx,
3597                                    bool IsPairwise, bool IsLeft,
3598                                    IRBuilder<> &Builder) {
3599   assert((IsPairwise || !IsLeft) && "Don't support a <0,1,undef,...> mask");
3600
3601   SmallVector<Constant *, 32> ShuffleMask(
3602       VecLen, UndefValue::get(Builder.getInt32Ty()));
3603
3604   if (IsPairwise)
3605     // Build a mask of 0, 2, ... (left) or 1, 3, ... (right).
3606     for (unsigned i = 0; i != NumEltsToRdx; ++i)
3607       ShuffleMask[i] = Builder.getInt32(2 * i + !IsLeft);
3608   else
3609     // Move the upper half of the vector to the lower half.
3610     for (unsigned i = 0; i != NumEltsToRdx; ++i)
3611       ShuffleMask[i] = Builder.getInt32(NumEltsToRdx + i);
3612
3613   return ConstantVector::get(ShuffleMask);
3614 }
3615
3616
3617 /// Model horizontal reductions.
3618 ///
3619 /// A horizontal reduction is a tree of reduction operations (currently add and
3620 /// fadd) that has operations that can be put into a vector as its leaf.
3621 /// For example, this tree:
3622 ///
3623 /// mul mul mul mul
3624 ///  \  /    \  /
3625 ///   +       +
3626 ///    \     /
3627 ///       +
3628 /// This tree has "mul" as its reduced values and "+" as its reduction
3629 /// operations. A reduction might be feeding into a store or a binary operation
3630 /// feeding a phi.
3631 ///    ...
3632 ///    \  /
3633 ///     +
3634 ///     |
3635 ///  phi +=
3636 ///
3637 ///  Or:
3638 ///    ...
3639 ///    \  /
3640 ///     +
3641 ///     |
3642 ///   *p =
3643 ///
3644 class HorizontalReduction {
3645   SmallVector<Value *, 16> ReductionOps;
3646   SmallVector<Value *, 32> ReducedVals;
3647
3648   BinaryOperator *ReductionRoot;
3649   PHINode *ReductionPHI;
3650
3651   /// The opcode of the reduction.
3652   unsigned ReductionOpcode;
3653   /// The opcode of the values we perform a reduction on.
3654   unsigned ReducedValueOpcode;
3655   /// Should we model this reduction as a pairwise reduction tree or a tree that
3656   /// splits the vector in halves and adds those halves.
3657   bool IsPairwiseReduction;
3658
3659 public:
3660   /// The width of one full horizontal reduction operation.
3661   unsigned ReduxWidth;
3662
3663   HorizontalReduction()
3664     : ReductionRoot(nullptr), ReductionPHI(nullptr), ReductionOpcode(0),
3665     ReducedValueOpcode(0), IsPairwiseReduction(false), ReduxWidth(0) {}
3666
3667   /// \brief Try to find a reduction tree.
3668   bool matchAssociativeReduction(PHINode *Phi, BinaryOperator *B) {
3669     assert((!Phi ||
3670             std::find(Phi->op_begin(), Phi->op_end(), B) != Phi->op_end()) &&
3671            "Thi phi needs to use the binary operator");
3672
3673     // We could have a initial reductions that is not an add.
3674     //  r *= v1 + v2 + v3 + v4
3675     // In such a case start looking for a tree rooted in the first '+'.
3676     if (Phi) {
3677       if (B->getOperand(0) == Phi) {
3678         Phi = nullptr;
3679         B = dyn_cast<BinaryOperator>(B->getOperand(1));
3680       } else if (B->getOperand(1) == Phi) {
3681         Phi = nullptr;
3682         B = dyn_cast<BinaryOperator>(B->getOperand(0));
3683       }
3684     }
3685
3686     if (!B)
3687       return false;
3688
3689     Type *Ty = B->getType();
3690     if (!isValidElementType(Ty))
3691       return false;
3692
3693     const DataLayout &DL = B->getModule()->getDataLayout();
3694     ReductionOpcode = B->getOpcode();
3695     ReducedValueOpcode = 0;
3696     // FIXME: Register size should be a parameter to this function, so we can
3697     // try different vectorization factors.
3698     ReduxWidth = MinVecRegSize / DL.getTypeSizeInBits(Ty);
3699     ReductionRoot = B;
3700     ReductionPHI = Phi;
3701
3702     if (ReduxWidth < 4)
3703       return false;
3704
3705     // We currently only support adds.
3706     if (ReductionOpcode != Instruction::Add &&
3707         ReductionOpcode != Instruction::FAdd)
3708       return false;
3709
3710     // Post order traverse the reduction tree starting at B. We only handle true
3711     // trees containing only binary operators or selects.
3712     SmallVector<std::pair<Instruction *, unsigned>, 32> Stack;
3713     Stack.push_back(std::make_pair(B, 0));
3714     while (!Stack.empty()) {
3715       Instruction *TreeN = Stack.back().first;
3716       unsigned EdgeToVist = Stack.back().second++;
3717       bool IsReducedValue = TreeN->getOpcode() != ReductionOpcode;
3718
3719       // Only handle trees in the current basic block.
3720       if (TreeN->getParent() != B->getParent())
3721         return false;
3722
3723       // Each tree node needs to have one user except for the ultimate
3724       // reduction.
3725       if (!TreeN->hasOneUse() && TreeN != B)
3726         return false;
3727
3728       // Postorder vist.
3729       if (EdgeToVist == 2 || IsReducedValue) {
3730         if (IsReducedValue) {
3731           // Make sure that the opcodes of the operations that we are going to
3732           // reduce match.
3733           if (!ReducedValueOpcode)
3734             ReducedValueOpcode = TreeN->getOpcode();
3735           else if (ReducedValueOpcode != TreeN->getOpcode())
3736             return false;
3737           ReducedVals.push_back(TreeN);
3738         } else {
3739           // We need to be able to reassociate the adds.
3740           if (!TreeN->isAssociative())
3741             return false;
3742           ReductionOps.push_back(TreeN);
3743         }
3744         // Retract.
3745         Stack.pop_back();
3746         continue;
3747       }
3748
3749       // Visit left or right.
3750       Value *NextV = TreeN->getOperand(EdgeToVist);
3751       // We currently only allow BinaryOperator's and SelectInst's as reduction
3752       // values in our tree.
3753       if (isa<BinaryOperator>(NextV) || isa<SelectInst>(NextV))
3754         Stack.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(NextV), 0));
3755       else if (NextV != Phi)
3756         return false;
3757     }
3758     return true;
3759   }
3760
3761   /// \brief Attempt to vectorize the tree found by
3762   /// matchAssociativeReduction.
3763   bool tryToReduce(BoUpSLP &V, TargetTransformInfo *TTI) {
3764     if (ReducedVals.empty())
3765       return false;
3766
3767     unsigned NumReducedVals = ReducedVals.size();
3768     if (NumReducedVals < ReduxWidth)
3769       return false;
3770
3771     Value *VectorizedTree = nullptr;
3772     IRBuilder<> Builder(ReductionRoot);
3773     FastMathFlags Unsafe;
3774     Unsafe.setUnsafeAlgebra();
3775     Builder.SetFastMathFlags(Unsafe);
3776     unsigned i = 0;
3777
3778     for (; i < NumReducedVals - ReduxWidth + 1; i += ReduxWidth) {
3779       V.buildTree(makeArrayRef(&ReducedVals[i], ReduxWidth), ReductionOps);
3780
3781       // Estimate cost.
3782       int Cost = V.getTreeCost() + getReductionCost(TTI, ReducedVals[i]);
3783       if (Cost >= -SLPCostThreshold)
3784         break;
3785
3786       DEBUG(dbgs() << "SLP: Vectorizing horizontal reduction at cost:" << Cost
3787                    << ". (HorRdx)\n");
3788
3789       // Vectorize a tree.
3790       DebugLoc Loc = cast<Instruction>(ReducedVals[i])->getDebugLoc();
3791       Value *VectorizedRoot = V.vectorizeTree();
3792
3793       // Emit a reduction.
3794       Value *ReducedSubTree = emitReduction(VectorizedRoot, Builder);
3795       if (VectorizedTree) {
3796         Builder.SetCurrentDebugLocation(Loc);
3797         VectorizedTree = createBinOp(Builder, ReductionOpcode, VectorizedTree,
3798                                      ReducedSubTree, "bin.rdx");
3799       } else
3800         VectorizedTree = ReducedSubTree;
3801     }
3802
3803     if (VectorizedTree) {
3804       // Finish the reduction.
3805       for (; i < NumReducedVals; ++i) {
3806         Builder.SetCurrentDebugLocation(
3807           cast<Instruction>(ReducedVals[i])->getDebugLoc());
3808         VectorizedTree = createBinOp(Builder, ReductionOpcode, VectorizedTree,
3809                                      ReducedVals[i]);
3810       }
3811       // Update users.
3812       if (ReductionPHI) {
3813         assert(ReductionRoot && "Need a reduction operation");
3814         ReductionRoot->setOperand(0, VectorizedTree);
3815         ReductionRoot->setOperand(1, ReductionPHI);
3816       } else
3817         ReductionRoot->replaceAllUsesWith(VectorizedTree);
3818     }
3819     return VectorizedTree != nullptr;
3820   }
3821
3822   unsigned numReductionValues() const {
3823     return ReducedVals.size();
3824   }
3825
3826 private:
3827   /// \brief Calculate the cost of a reduction.
3828   int getReductionCost(TargetTransformInfo *TTI, Value *FirstReducedVal) {
3829     Type *ScalarTy = FirstReducedVal->getType();
3830     Type *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, ReduxWidth);
3831
3832     int PairwiseRdxCost = TTI->getReductionCost(ReductionOpcode, VecTy, true);
3833     int SplittingRdxCost = TTI->getReductionCost(ReductionOpcode, VecTy, false);
3834
3835     IsPairwiseReduction = PairwiseRdxCost < SplittingRdxCost;
3836     int VecReduxCost = IsPairwiseReduction ? PairwiseRdxCost : SplittingRdxCost;
3837
3838     int ScalarReduxCost =
3839         ReduxWidth * TTI->getArithmeticInstrCost(ReductionOpcode, VecTy);
3840
3841     DEBUG(dbgs() << "SLP: Adding cost " << VecReduxCost - ScalarReduxCost
3842                  << " for reduction that starts with " << *FirstReducedVal
3843                  << " (It is a "
3844                  << (IsPairwiseReduction ? "pairwise" : "splitting")
3845                  << " reduction)\n");
3846
3847     return VecReduxCost - ScalarReduxCost;
3848   }
3849
3850   static Value *createBinOp(IRBuilder<> &Builder, unsigned Opcode, Value *L,
3851                             Value *R, const Twine &Name = "") {
3852     if (Opcode == Instruction::FAdd)
3853       return Builder.CreateFAdd(L, R, Name);
3854     return Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Opcode, L, R, Name);
3855   }
3856
3857   /// \brief Emit a horizontal reduction of the vectorized value.
3858   Value *emitReduction(Value *VectorizedValue, IRBuilder<> &Builder) {
3859     assert(VectorizedValue && "Need to have a vectorized tree node");
3860     assert(isPowerOf2_32(ReduxWidth) &&
3861            "We only handle power-of-two reductions for now");
3862
3863     Value *TmpVec = VectorizedValue;
3864     for (unsigned i = ReduxWidth / 2; i != 0; i >>= 1) {
3865       if (IsPairwiseReduction) {
3866         Value *LeftMask =
3867           createRdxShuffleMask(ReduxWidth, i, true, true, Builder);
3868         Value *RightMask =
3869           createRdxShuffleMask(ReduxWidth, i, true, false, Builder);
3870
3871         Value *LeftShuf = Builder.CreateShuffleVector(
3872           TmpVec, UndefValue::get(TmpVec->getType()), LeftMask, "rdx.shuf.l");
3873         Value *RightShuf = Builder.CreateShuffleVector(
3874           TmpVec, UndefValue::get(TmpVec->getType()), (RightMask),
3875           "rdx.shuf.r");
3876         TmpVec = createBinOp(Builder, ReductionOpcode, LeftShuf, RightShuf,
3877                              "bin.rdx");
3878       } else {
3879         Value *UpperHalf =
3880           createRdxShuffleMask(ReduxWidth, i, false, false, Builder);
3881         Value *Shuf = Builder.CreateShuffleVector(
3882           TmpVec, UndefValue::get(TmpVec->getType()), UpperHalf, "rdx.shuf");
3883         TmpVec = createBinOp(Builder, ReductionOpcode, TmpVec, Shuf, "bin.rdx");
3884       }
3885     }
3886
3887     // The result is in the first element of the vector.
3888     return Builder.CreateExtractElement(TmpVec, Builder.getInt32(0));
3889   }
3890 };
3891
3892 /// \brief Recognize construction of vectors like
3893 ///  %ra = insertelement <4 x float> undef, float %s0, i32 0
3894 ///  %rb = insertelement <4 x float> %ra, float %s1, i32 1
3895 ///  %rc = insertelement <4 x float> %rb, float %s2, i32 2
3896 ///  %rd = insertelement <4 x float> %rc, float %s3, i32 3
3897 ///
3898 /// Returns true if it matches
3899 ///
3900 static bool findBuildVector(InsertElementInst *FirstInsertElem,
3901                             SmallVectorImpl<Value *> &BuildVector,
3902                             SmallVectorImpl<Value *> &BuildVectorOpds) {
3903   if (!isa<UndefValue>(FirstInsertElem->getOperand(0)))
3904     return false;
3905
3906   InsertElementInst *IE = FirstInsertElem;
3907   while (true) {
3908     BuildVector.push_back(IE);
3909     BuildVectorOpds.push_back(IE->getOperand(1));
3910
3911     if (IE->use_empty())
3912       return false;
3913
3914     InsertElementInst *NextUse = dyn_cast<InsertElementInst>(IE->user_back());
3915     if (!NextUse)
3916       return true;
3917
3918     // If this isn't the final use, make sure the next insertelement is the only
3919     // use. It's OK if the final constructed vector is used multiple times
3920     if (!IE->hasOneUse())
3921       return false;
3922
3923     IE = NextUse;
3924   }
3925
3926   return false;
3927 }
3928
3929 static bool PhiTypeSorterFunc(Value *V, Value *V2) {
3930   return V->getType() < V2->getType();
3931 }
3932
3933 /// \brief Try and get a reduction value from a phi node.
3934 ///
3935 /// Given a phi node \p P in a block \p ParentBB, consider possible reductions
3936 /// if they come from either \p ParentBB or a containing loop latch.
3937 ///
3938 /// \returns A candidate reduction value if possible, or \code nullptr \endcode
3939 /// if not possible.
3940 static Value *getReductionValue(PHINode *P, BasicBlock *ParentBB,
3941                                 LoopInfo *LI) {
3942   Value *Rdx = nullptr;
3943
3944   // Return the incoming value if it comes from the same BB as the phi node.
3945   if (P->getIncomingBlock(0) == ParentBB) {
3946     Rdx = P->getIncomingValue(0);
3947   } else if (P->getIncomingBlock(1) == ParentBB) {
3948     Rdx = P->getIncomingValue(1);
3949   }
3950
3951   if (Rdx)
3952     return Rdx;
3953
3954   // Otherwise, check whether we have a loop latch to look at.
3955   Loop *BBL = LI->getLoopFor(ParentBB);
3956   if (!BBL)
3957     return Rdx;
3958   BasicBlock *BBLatch = BBL->getLoopLatch();
3959   if (!BBLatch)
3960     return Rdx;
3961
3962   // There is a loop latch, return the incoming value if it comes from
3963   // that. This reduction pattern occassionaly turns up.
3964   if (P->getIncomingBlock(0) == BBLatch) {
3965     Rdx = P->getIncomingValue(0);
3966   } else if (P->getIncomingBlock(1) == BBLatch) {
3967     Rdx = P->getIncomingValue(1);
3968   }
3969
3970   return Rdx;
3971 }
3972
3973 /// \brief Attempt to reduce a horizontal reduction.
3974 /// If it is legal to match a horizontal reduction feeding
3975 /// the phi node P with reduction operators BI, then check if it
3976 /// can be done.
3977 /// \returns true if a horizontal reduction was matched and reduced.
3978 /// \returns false if a horizontal reduction was not matched.
3979 static bool canMatchHorizontalReduction(PHINode *P, BinaryOperator *BI,
3980                                         BoUpSLP &R, TargetTransformInfo *TTI) {
3981   if (!ShouldVectorizeHor)
3982     return false;
3983
3984   HorizontalReduction HorRdx;
3985   if (!HorRdx.matchAssociativeReduction(P, BI))
3986     return false;
3987
3988   // If there is a sufficient number of reduction values, reduce
3989   // to a nearby power-of-2. Can safely generate oversized
3990   // vectors and rely on the backend to split them to legal sizes.
3991   HorRdx.ReduxWidth =
3992     std::max((uint64_t)4, PowerOf2Floor(HorRdx.numReductionValues()));
3993
3994   return HorRdx.tryToReduce(R, TTI);
3995 }
3996
3997 bool SLPVectorizer::vectorizeChainsInBlock(BasicBlock *BB, BoUpSLP &R) {
3998   bool Changed = false;
3999   SmallVector<Value *, 4> Incoming;
4000   SmallSet<Value *, 16> VisitedInstrs;
4001
4002   bool HaveVectorizedPhiNodes = true;
4003   while (HaveVectorizedPhiNodes) {
4004     HaveVectorizedPhiNodes = false;
4005
4006     // Collect the incoming values from the PHIs.
4007     Incoming.clear();
4008     for (BasicBlock::iterator instr = BB->begin(), ie = BB->end(); instr != ie;
4009          ++instr) {
4010       PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(instr);
4011       if (!P)
4012         break;
4013
4014       if (!VisitedInstrs.count(P))
4015         Incoming.push_back(P);
4016     }
4017
4018     // Sort by type.
4019     std::stable_sort(Incoming.begin(), Incoming.end(), PhiTypeSorterFunc);
4020
4021     // Try to vectorize elements base on their type.
4022     for (SmallVector<Value *, 4>::iterator IncIt = Incoming.begin(),
4023                                            E = Incoming.end();
4024          IncIt != E;) {
4025
4026       // Look for the next elements with the same type.
4027       SmallVector<Value *, 4>::iterator SameTypeIt = IncIt;
4028       while (SameTypeIt != E &&
4029              (*SameTypeIt)->getType() == (*IncIt)->getType()) {
4030         VisitedInstrs.insert(*SameTypeIt);
4031         ++SameTypeIt;
4032       }
4033
4034       // Try to vectorize them.
4035       unsigned NumElts = (SameTypeIt - IncIt);
4036       DEBUG(errs() << "SLP: Trying to vectorize starting at PHIs (" << NumElts << ")\n");
4037       if (NumElts > 1 && tryToVectorizeList(makeArrayRef(IncIt, NumElts), R)) {
4038         // Success start over because instructions might have been changed.
4039         HaveVectorizedPhiNodes = true;
4040         Changed = true;
4041         break;
4042       }
4043
4044       // Start over at the next instruction of a different type (or the end).
4045       IncIt = SameTypeIt;
4046     }
4047   }
4048
4049   VisitedInstrs.clear();
4050
4051   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; it++) {
4052     // We may go through BB multiple times so skip the one we have checked.
4053     if (!VisitedInstrs.insert(&*it).second)
4054       continue;
4055
4056     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
4057       continue;
4058
4059     // Try to vectorize reductions that use PHINodes.
4060     if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(it)) {
4061       // Check that the PHI is a reduction PHI.
4062       if (P->getNumIncomingValues() != 2)
4063         return Changed;
4064
4065       Value *Rdx = getReductionValue(P, BB, LI);
4066
4067       // Check if this is a Binary Operator.
4068       BinaryOperator *BI = dyn_cast_or_null<BinaryOperator>(Rdx);
4069       if (!BI)
4070         continue;
4071
4072       // Try to match and vectorize a horizontal reduction.
4073       if (canMatchHorizontalReduction(P, BI, R, TTI)) {
4074         Changed = true;
4075         it = BB->begin();
4076         e = BB->end();
4077         continue;
4078       }
4079
4080      Value *Inst = BI->getOperand(0);
4081       if (Inst == P)
4082         Inst = BI->getOperand(1);
4083
4084       if (tryToVectorize(dyn_cast<BinaryOperator>(Inst), R)) {
4085         // We would like to start over since some instructions are deleted
4086         // and the iterator may become invalid value.
4087         Changed = true;
4088         it = BB->begin();
4089         e = BB->end();
4090         continue;
4091       }
4092
4093       continue;
4094     }
4095
4096     if (ShouldStartVectorizeHorAtStore)
4097       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(it))
4098         if (BinaryOperator *BinOp =
4099                 dyn_cast<BinaryOperator>(SI->getValueOperand())) {
4100           if (canMatchHorizontalReduction(nullptr, BinOp, R, TTI) ||
4101               tryToVectorize(BinOp, R)) {
4102             Changed = true;
4103             it = BB->begin();
4104             e = BB->end();
4105             continue;
4106           }
4107         }
4108
4109     // Try to vectorize horizontal reductions feeding into a return.
4110     if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(it))
4111       if (RI->getNumOperands() != 0)
4112         if (BinaryOperator *BinOp =
4113                 dyn_cast<BinaryOperator>(RI->getOperand(0))) {
4114           DEBUG(dbgs() << "SLP: Found a return to vectorize.\n");
4115           if (tryToVectorizePair(BinOp->getOperand(0),
4116                                  BinOp->getOperand(1), R)) {
4117             Changed = true;
4118             it = BB->begin();
4119             e = BB->end();
4120             continue;
4121           }
4122         }
4123
4124     // Try to vectorize trees that start at compare instructions.
4125     if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(it)) {
4126       if (tryToVectorizePair(CI->getOperand(0), CI->getOperand(1), R)) {
4127         Changed = true;
4128         // We would like to start over since some instructions are deleted
4129         // and the iterator may become invalid value.
4130         it = BB->begin();
4131         e = BB->end();
4132         continue;
4133       }
4134
4135       for (int i = 0; i < 2; ++i) {
4136         if (BinaryOperator *BI = dyn_cast<BinaryOperator>(CI->getOperand(i))) {
4137           if (tryToVectorizePair(BI->getOperand(0), BI->getOperand(1), R)) {
4138             Changed = true;
4139             // We would like to start over since some instructions are deleted
4140             // and the iterator may become invalid value.
4141             it = BB->begin();
4142             e = BB->end();
4143             break;
4144           }
4145         }
4146       }
4147       continue;
4148     }
4149
4150     // Try to vectorize trees that start at insertelement instructions.
4151     if (InsertElementInst *FirstInsertElem = dyn_cast<InsertElementInst>(it)) {
4152       SmallVector<Value *, 16> BuildVector;
4153       SmallVector<Value *, 16> BuildVectorOpds;
4154       if (!findBuildVector(FirstInsertElem, BuildVector, BuildVectorOpds))
4155         continue;
4156
4157       // Vectorize starting with the build vector operands ignoring the
4158       // BuildVector instructions for the purpose of scheduling and user
4159       // extraction.
4160       if (tryToVectorizeList(BuildVectorOpds, R, BuildVector)) {
4161         Changed = true;
4162         it = BB->begin();
4163         e = BB->end();
4164       }
4165
4166       continue;
4167     }
4168   }
4169
4170   return Changed;
4171 }
4172
4173 bool SLPVectorizer::vectorizeStoreChains(BoUpSLP &R) {
4174   bool Changed = false;
4175   // Attempt to sort and vectorize each of the store-groups.
4176   for (StoreListMap::iterator it = StoreRefs.begin(), e = StoreRefs.end();
4177        it != e; ++it) {
4178     if (it->second.size() < 2)
4179       continue;
4180
4181     DEBUG(dbgs() << "SLP: Analyzing a store chain of length "
4182           << it->second.size() << ".\n");
4183
4184     // Process the stores in chunks of 16.
4185     // TODO: The limit of 16 inhibits greater vectorization factors.
4186     //       For example, AVX2 supports v32i8. Increasing this limit, however,
4187     //       may cause a significant compile-time increase.
4188     for (unsigned CI = 0, CE = it->second.size(); CI < CE; CI+=16) {
4189       unsigned Len = std::min<unsigned>(CE - CI, 16);
4190       Changed |= vectorizeStores(makeArrayRef(&it->second[CI], Len),
4191                                  -SLPCostThreshold, R);
4192     }
4193   }
4194   return Changed;
4195 }
4196
4197 } // end anonymous namespace
4198
4199 char SLPVectorizer::ID = 0;
4200 static const char lv_name[] = "SLP Vectorizer";
4201 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SLPVectorizer, SV_NAME, lv_name, false, false)
4202 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
4203 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
4204 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
4205 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolutionWrapperPass)
4206 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
4207 INITIALIZE_PASS_END(SLPVectorizer, SV_NAME, lv_name, false, false)
4208
4209 namespace llvm {
4210 Pass *createSLPVectorizerPass() { return new SLPVectorizer(); }
4211 }