API change for {BinaryOperator|CmpInst|CastInst}::create*() --> Create. Legacy interf...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / IndVarSimplify.cpp
index 411ab11fece088c2fc009ce7faf2cd356426aea9..ed377658932cde2d9b957d59a19d500131456035 100644 (file)
 //===- IndVarSimplify.cpp - Induction Variable Elimination ----------------===//
 //
-// InductionVariableSimplify - Transform induction variables in a program
-//   to all use a single cannonical induction variable per loop.
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
+//
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
+//
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//
+// This transformation analyzes and transforms the induction variables (and
+// computations derived from them) into simpler forms suitable for subsequent
+// analysis and transformation.
+//
+// This transformation makes the following changes to each loop with an
+// identifiable induction variable:
+//   1. All loops are transformed to have a SINGLE canonical induction variable
+//      which starts at zero and steps by one.
+//   2. The canonical induction variable is guaranteed to be the first PHI node
+//      in the loop header block.
+//   3. Any pointer arithmetic recurrences are raised to use array subscripts.
+//
+// If the trip count of a loop is computable, this pass also makes the following
+// changes:
+//   1. The exit condition for the loop is canonicalized to compare the
+//      induction value against the exit value.  This turns loops like:
+//        'for (i = 7; i*i < 1000; ++i)' into 'for (i = 0; i != 25; ++i)'
+//   2. Any use outside of the loop of an expression derived from the indvar
+//      is changed to compute the derived value outside of the loop, eliminating
+//      the dependence on the exit value of the induction variable.  If the only
+//      purpose of the loop is to compute the exit value of some derived
+//      expression, this transformation will make the loop dead.
+//
+// This transformation should be followed by strength reduction after all of the
+// desired loop transformations have been performed.  Additionally, on targets
+// where it is profitable, the loop could be transformed to count down to zero
+// (the "do loop" optimization).
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#define DEBUG_TYPE "indvars"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
-#include "llvm/Analysis/InductionVariable.h"
-#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
-#include "llvm/Analysis/Writer.h"
-#include "llvm/iPHINode.h"
-#include "llvm/iOther.h"
-#include "llvm/Type.h"
+#include "llvm/BasicBlock.h"
 #include "llvm/Constants.h"
+#include "llvm/Instructions.h"
+#include "llvm/Type.h"
+#include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
+#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
+#include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
-#include "Support/STLExtras.h"
-#include "Support/StatisticReporter.h"
+#include "llvm/Support/Compiler.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
+#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+using namespace llvm;
 
-static Statistic<> NumRemoved ("indvars\t\t- Number of aux indvars removed");
-static Statistic<> NumInserted("indvars\t\t- Number of cannonical indvars added");
+STATISTIC(NumRemoved , "Number of aux indvars removed");
+STATISTIC(NumPointer , "Number of pointer indvars promoted");
+STATISTIC(NumInserted, "Number of canonical indvars added");
+STATISTIC(NumReplaced, "Number of exit values replaced");
+STATISTIC(NumLFTR    , "Number of loop exit tests replaced");
 
+namespace {
+  class VISIBILITY_HIDDEN IndVarSimplify : public LoopPass {
+    LoopInfo        *LI;
+    ScalarEvolution *SE;
+    bool Changed;
+  public:
 
-// InsertCast - Cast Val to Ty, setting a useful name on the cast if Val has a
-// name...
-//
-static Instruction *InsertCast(Instruction *Val, const Type *Ty,
-                               BasicBlock::iterator It) {
-  Instruction *Cast = new CastInst(Val, Ty);
-  if (Val->hasName()) Cast->setName(Val->getName()+"-casted");
-  Val->getParent()->getInstList().insert(It, Cast);
-  return Cast;
+   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+   IndVarSimplify() : LoopPass((intptr_t)&ID) {}
+
+   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
+   bool doInitialization(Loop *L, LPPassManager &LPM);
+   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
+     AU.addRequiredID(LCSSAID);
+     AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
+     AU.addRequired<LoopInfo>();
+     AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
+     AU.addPreservedID(LCSSAID);
+     AU.setPreservesCFG();
+   }
+
+  private:
+
+    void EliminatePointerRecurrence(PHINode *PN, BasicBlock *Preheader,
+                                    std::set<Instruction*> &DeadInsts);
+    Instruction *LinearFunctionTestReplace(Loop *L, SCEV *IterationCount,
+                                           SCEVExpander &RW);
+    void RewriteLoopExitValues(Loop *L);
+
+    void DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts);
+  };
 }
 
-static bool TransformLoop(LoopInfo *Loops, Loop *Loop) {
-  // Transform all subloops before this loop...
-  bool Changed = reduce_apply_bool(Loop->getSubLoops().begin(),
-                                   Loop->getSubLoops().end(),
-                              std::bind1st(std::ptr_fun(TransformLoop), Loops));
-  // Get the header node for this loop.  All of the phi nodes that could be
-  // induction variables must live in this basic block.
-  //
-  BasicBlock *Header = Loop->getBlocks().front();
-  
-  // Loop over all of the PHI nodes in the basic block, calculating the
-  // induction variables that they represent... stuffing the induction variable
-  // info into a vector...
-  //
-  std::vector<InductionVariable> IndVars;    // Induction variables for block
-  BasicBlock::iterator AfterPHIIt = Header->begin();
-  for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&*AfterPHIIt); ++AfterPHIIt)
-    IndVars.push_back(InductionVariable(PN, Loops));
-  // AfterPHIIt now points to first nonphi instruction...
-
-  // If there are no phi nodes in this basic block, there can't be indvars...
-  if (IndVars.empty()) return Changed;
-  
-  // Loop over the induction variables, looking for a cannonical induction
-  // variable, and checking to make sure they are not all unknown induction
-  // variables.
-  //
-  bool FoundIndVars = false;
-  InductionVariable *Cannonical = 0;
-  for (unsigned i = 0; i < IndVars.size(); ++i) {
-    if (IndVars[i].InductionType == InductionVariable::Cannonical)
-      Cannonical = &IndVars[i];
-    if (IndVars[i].InductionType != InductionVariable::Unknown)
-      FoundIndVars = true;
-  }
+char IndVarSimplify::ID = 0;
+static RegisterPass<IndVarSimplify>
+X("indvars", "Canonicalize Induction Variables");
 
-  // No induction variables, bail early... don't add a cannonnical indvar
-  if (!FoundIndVars) return Changed;
-
-  // Okay, we want to convert other induction variables to use a cannonical
-  // indvar.  If we don't have one, add one now...
-  if (!Cannonical) {
-    // Create the PHI node for the new induction variable
-    PHINode *PN = new PHINode(Type::UIntTy, "cann-indvar");
-
-    // Insert the phi node at the end of the other phi nodes...
-    AfterPHIIt = ++Header->getInstList().insert(AfterPHIIt, PN);
-
-    // Create the increment instruction to add one to the counter...
-    Instruction *Add = BinaryOperator::create(Instruction::Add, PN,
-                                              ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1),
-                                              "add1-indvar");
-
-    // Insert the add instruction after all of the PHI nodes...
-    Header->getInstList().insert(AfterPHIIt, Add);
-
-    // Figure out which block is incoming and which is the backedge for the loop
-    BasicBlock *Incoming, *BackEdgeBlock;
-    pred_iterator PI = pred_begin(Header);
-    assert(PI != pred_end(Header) && "Loop headers should have 2 preds!");
-    if (Loop->contains(*PI)) {  // First pred is back edge...
-      BackEdgeBlock = *PI++;
-      Incoming      = *PI++;
-    } else {
-      Incoming      = *PI++;
-      BackEdgeBlock = *PI++;
+LoopPass *llvm::createIndVarSimplifyPass() {
+  return new IndVarSimplify();
+}
+
+/// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
+/// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
+/// their operands subsequently dead.
+void IndVarSimplify::
+DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts) {
+  while (!Insts.empty()) {
+    Instruction *I = *Insts.begin();
+    Insts.erase(Insts.begin());
+    if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
+      for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
+        if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
+          Insts.insert(U);
+      SE->deleteValueFromRecords(I);
+      DOUT << "INDVARS: Deleting: " << *I;
+      I->eraseFromParent();
+      Changed = true;
     }
-    assert(PI == pred_end(Header) && "Loop headers should have 2 preds!");
-    
-    // Add incoming values for the PHI node...
-    PN->addIncoming(Constant::getNullValue(Type::UIntTy), Incoming);
-    PN->addIncoming(Add, BackEdgeBlock);
-
-    // Analyze the new induction variable...
-    IndVars.push_back(InductionVariable(PN, Loops));
-    assert(IndVars.back().InductionType == InductionVariable::Cannonical &&
-           "Just inserted cannonical indvar that is not cannonical!");
-    Cannonical = &IndVars.back();
-    ++NumInserted;
-    Changed = true;
   }
+}
 
-  DEBUG(std::cerr << "Induction variables:\n");
 
-  // Get the current loop iteration count, which is always the value of the
-  // cannonical phi node...
-  //
-  PHINode *IterCount = Cannonical->Phi;
+/// EliminatePointerRecurrence - Check to see if this is a trivial GEP pointer
+/// recurrence.  If so, change it into an integer recurrence, permitting
+/// analysis by the SCEV routines.
+void IndVarSimplify::EliminatePointerRecurrence(PHINode *PN,
+                                                BasicBlock *Preheader,
+                                            std::set<Instruction*> &DeadInsts) {
+  assert(PN->getNumIncomingValues() == 2 && "Noncanonicalized loop!");
+  unsigned PreheaderIdx = PN->getBasicBlockIndex(Preheader);
+  unsigned BackedgeIdx = PreheaderIdx^1;
+  if (GetElementPtrInst *GEPI =
+          dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getIncomingValue(BackedgeIdx)))
+    if (GEPI->getOperand(0) == PN) {
+      assert(GEPI->getNumOperands() == 2 && "GEP types must match!");
+      DOUT << "INDVARS: Eliminating pointer recurrence: " << *GEPI;
+      
+      // Okay, we found a pointer recurrence.  Transform this pointer
+      // recurrence into an integer recurrence.  Compute the value that gets
+      // added to the pointer at every iteration.
+      Value *AddedVal = GEPI->getOperand(1);
 
-  // Loop through and replace all of the auxillary induction variables with
-  // references to the primary induction variable...
-  //
-  for (unsigned i = 0; i < IndVars.size(); ++i) {
-    InductionVariable *IV = &IndVars[i];
-
-    DEBUG(std::cerr << IV);
-
-    // Don't modify the cannonical indvar or unrecognized indvars...
-    if (IV != Cannonical && IV->InductionType != InductionVariable::Unknown) {
-      Instruction *Val = IterCount;
-      if (!isa<ConstantInt>(IV->Step) ||   // If the step != 1
-          !cast<ConstantInt>(IV->Step)->equalsInt(1)) {
-        std::string Name;   // Create a scale by the step value...
-        if (IV->Phi->hasName()) Name = IV->Phi->getName()+"-scale";
-
-        // If the types are not compatible, insert a cast now...
-        if (Val->getType() != IV->Step->getType())
-          Val = InsertCast(Val, IV->Step->getType(), AfterPHIIt);
-
-        Val = BinaryOperator::create(Instruction::Mul, Val, IV->Step, Name);
-        // Insert the phi node at the end of the other phi nodes...
-        Header->getInstList().insert(AfterPHIIt, Val);
-      }
+      // Insert a new integer PHI node into the top of the block.
+      PHINode *NewPhi = PHINode::Create(AddedVal->getType(),
+                                        PN->getName()+".rec", PN);
+      NewPhi->addIncoming(Constant::getNullValue(NewPhi->getType()), Preheader);
+
+      // Create the new add instruction.
+      Value *NewAdd = BinaryOperator::CreateAdd(NewPhi, AddedVal,
+                                                GEPI->getName()+".rec", GEPI);
+      NewPhi->addIncoming(NewAdd, PN->getIncomingBlock(BackedgeIdx));
 
-      if (!isa<Constant>(IV->Start) ||   // If the start != 0
-          !cast<Constant>(IV->Start)->isNullValue()) {
-        std::string Name;   // Create a offset by the start value...
-        if (IV->Phi->hasName()) Name = IV->Phi->getName()+"-offset";
+      // Update the existing GEP to use the recurrence.
+      GEPI->setOperand(0, PN->getIncomingValue(PreheaderIdx));
 
-        // If the types are not compatible, insert a cast now...
-        if (Val->getType() != IV->Start->getType())
-          Val = InsertCast(Val, IV->Start->getType(), AfterPHIIt);
+      // Update the GEP to use the new recurrence we just inserted.
+      GEPI->setOperand(1, NewAdd);
 
-        Val = BinaryOperator::create(Instruction::Add, Val, IV->Start, Name);
-        // Insert the phi node at the end of the other phi nodes...
-        Header->getInstList().insert(AfterPHIIt, Val);
+      // If the incoming value is a constant expr GEP, try peeling out the array
+      // 0 index if possible to make things simpler.
+      if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GEPI->getOperand(0)))
+        if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
+          unsigned NumOps = CE->getNumOperands();
+          assert(NumOps > 1 && "CE folding didn't work!");
+          if (CE->getOperand(NumOps-1)->isNullValue()) {
+            // Check to make sure the last index really is an array index.
+            gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(CE);
+            for (unsigned i = 1, e = CE->getNumOperands()-1;
+                 i != e; ++i, ++GTI)
+              /*empty*/;
+            if (isa<SequentialType>(*GTI)) {
+              // Pull the last index out of the constant expr GEP.
+              SmallVector<Value*, 8> CEIdxs(CE->op_begin()+1, CE->op_end()-1);
+              Constant *NCE = ConstantExpr::getGetElementPtr(CE->getOperand(0),
+                                                             &CEIdxs[0],
+                                                             CEIdxs.size());
+              Value *Idx[2];
+              Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::Int32Ty);
+              Idx[1] = NewAdd;
+              GetElementPtrInst *NGEPI = GetElementPtrInst::Create(
+                  NCE, Idx, Idx + 2, 
+                  GEPI->getName(), GEPI);
+              SE->deleteValueFromRecords(GEPI);
+              GEPI->replaceAllUsesWith(NGEPI);
+              GEPI->eraseFromParent();
+              GEPI = NGEPI;
+            }
+          }
+        }
+
+
+      // Finally, if there are any other users of the PHI node, we must
+      // insert a new GEP instruction that uses the pre-incremented version
+      // of the induction amount.
+      if (!PN->use_empty()) {
+        BasicBlock::iterator InsertPos = PN; ++InsertPos;
+        while (isa<PHINode>(InsertPos)) ++InsertPos;
+        Value *PreInc =
+          GetElementPtrInst::Create(PN->getIncomingValue(PreheaderIdx),
+                                    NewPhi, "", InsertPos);
+        PreInc->takeName(PN);
+        PN->replaceAllUsesWith(PreInc);
       }
 
-      // If the PHI node has a different type than val is, insert a cast now...
-      if (Val->getType() != IV->Phi->getType())
-        Val = InsertCast(Val, IV->Phi->getType(), AfterPHIIt);
+      // Delete the old PHI for sure, and the GEP if its otherwise unused.
+      DeadInsts.insert(PN);
+
+      ++NumPointer;
+      Changed = true;
+    }
+}
+
+/// LinearFunctionTestReplace - This method rewrites the exit condition of the
+/// loop to be a canonical != comparison against the incremented loop induction
+/// variable.  This pass is able to rewrite the exit tests of any loop where the
+/// SCEV analysis can determine a loop-invariant trip count of the loop, which
+/// is actually a much broader range than just linear tests.
+///
+/// This method returns a "potentially dead" instruction whose computation chain
+/// should be deleted when convenient.
+Instruction *IndVarSimplify::LinearFunctionTestReplace(Loop *L,
+                                                       SCEV *IterationCount,
+                                                       SCEVExpander &RW) {
+  // Find the exit block for the loop.  We can currently only handle loops with
+  // a single exit.
+  SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
+  L->getExitBlocks(ExitBlocks);
+  if (ExitBlocks.size() != 1) return 0;
+  BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[0];
+
+  // Make sure there is only one predecessor block in the loop.
+  BasicBlock *ExitingBlock = 0;
+  for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), PE = pred_end(ExitBlock);
+       PI != PE; ++PI)
+    if (L->contains(*PI)) {
+      if (ExitingBlock == 0)
+        ExitingBlock = *PI;
+      else
+        return 0;  // Multiple exits from loop to this block.
+    }
+  assert(ExitingBlock && "Loop info is broken");
+
+  if (!isa<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator()))
+    return 0;  // Can't rewrite non-branch yet
+  BranchInst *BI = cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
+  assert(BI->isConditional() && "Must be conditional to be part of loop!");
+
+  Instruction *PotentiallyDeadInst = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
+  
+  // If the exiting block is not the same as the backedge block, we must compare
+  // against the preincremented value, otherwise we prefer to compare against
+  // the post-incremented value.
+  BasicBlock *Header = L->getHeader();
+  pred_iterator HPI = pred_begin(Header);
+  assert(HPI != pred_end(Header) && "Loop with zero preds???");
+  if (!L->contains(*HPI)) ++HPI;
+  assert(HPI != pred_end(Header) && L->contains(*HPI) &&
+         "No backedge in loop?");
+
+  SCEVHandle TripCount = IterationCount;
+  Value *IndVar;
+  if (*HPI == ExitingBlock) {
+    // The IterationCount expression contains the number of times that the
+    // backedge actually branches to the loop header.  This is one less than the
+    // number of times the loop executes, so add one to it.
+    ConstantInt *OneC = ConstantInt::get(IterationCount->getType(), 1);
+    TripCount = SE->getAddExpr(IterationCount, SE->getConstant(OneC));
+    IndVar = L->getCanonicalInductionVariableIncrement();
+  } else {
+    // We have to use the preincremented value...
+    IndVar = L->getCanonicalInductionVariable();
+  }
+  
+  DOUT << "INDVARS: LFTR: TripCount = " << *TripCount
+       << "  IndVar = " << *IndVar << "\n";
+
+  // Expand the code for the iteration count into the preheader of the loop.
+  BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
+  Value *ExitCnt = RW.expandCodeFor(TripCount, Preheader->getTerminator());
+
+  // Insert a new icmp_ne or icmp_eq instruction before the branch.
+  ICmpInst::Predicate Opcode;
+  if (L->contains(BI->getSuccessor(0)))
+    Opcode = ICmpInst::ICMP_NE;
+  else
+    Opcode = ICmpInst::ICMP_EQ;
+
+  Value *Cond = new ICmpInst(Opcode, IndVar, ExitCnt, "exitcond", BI);
+  BI->setCondition(Cond);
+  ++NumLFTR;
+  Changed = true;
+  return PotentiallyDeadInst;
+}
+
+
+/// RewriteLoopExitValues - Check to see if this loop has a computable
+/// loop-invariant execution count.  If so, this means that we can compute the
+/// final value of any expressions that are recurrent in the loop, and
+/// substitute the exit values from the loop into any instructions outside of
+/// the loop that use the final values of the current expressions.
+void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L) {
+  BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
+
+  // Scan all of the instructions in the loop, looking at those that have
+  // extra-loop users and which are recurrences.
+  SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
+
+  // We insert the code into the preheader of the loop if the loop contains
+  // multiple exit blocks, or in the exit block if there is exactly one.
+  BasicBlock *BlockToInsertInto;
+  SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
+  L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
+  if (ExitBlocks.size() == 1)
+    BlockToInsertInto = ExitBlocks[0];
+  else
+    BlockToInsertInto = Preheader;
+  BasicBlock::iterator InsertPt = BlockToInsertInto->begin();
+  while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
+
+  bool HasConstantItCount = isa<SCEVConstant>(SE->getIterationCount(L));
+
+  std::set<Instruction*> InstructionsToDelete;
+  std::map<Instruction*, Value*> ExitValues;
+
+  // Find all values that are computed inside the loop, but used outside of it.
+  // Because of LCSSA, these values will only occur in LCSSA PHI Nodes.  Scan
+  // the exit blocks of the loop to find them.
+  for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
+    BasicBlock *ExitBB = ExitBlocks[i];
+    
+    // If there are no PHI nodes in this exit block, then no values defined
+    // inside the loop are used on this path, skip it.
+    PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(ExitBB->begin());
+    if (!PN) continue;
+    
+    unsigned NumPreds = PN->getNumIncomingValues();
+    
+    // Iterate over all of the PHI nodes.
+    BasicBlock::iterator BBI = ExitBB->begin();
+    while ((PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++))) {
       
-      // Replace all uses of the old PHI node with the new computed value...
-      IV->Phi->replaceAllUsesWith(Val);
+      // Iterate over all of the values in all the PHI nodes.
+      for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i) {
+        // If the value being merged in is not integer or is not defined
+        // in the loop, skip it.
+        Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
+        if (!isa<Instruction>(InVal) ||
+            // SCEV only supports integer expressions for now.
+            !isa<IntegerType>(InVal->getType()))
+          continue;
 
-      // Move the PHI name to it's new equivalent value...
-      std::string OldName = IV->Phi->getName();
-      IV->Phi->setName("");
-      Val->setName(OldName);
+        // If this pred is for a subloop, not L itself, skip it.
+        if (LI->getLoopFor(PN->getIncomingBlock(i)) != L) 
+          continue; // The Block is in a subloop, skip it.
 
-      // Delete the old, now unused, phi node...
-      Header->getInstList().erase(IV->Phi);
-      Changed = true;
-      ++NumRemoved;
+        // Check that InVal is defined in the loop.
+        Instruction *Inst = cast<Instruction>(InVal);
+        if (!L->contains(Inst->getParent()))
+          continue;
+        
+        // We require that this value either have a computable evolution or that
+        // the loop have a constant iteration count.  In the case where the loop
+        // has a constant iteration count, we can sometimes force evaluation of
+        // the exit value through brute force.
+        SCEVHandle SH = SE->getSCEV(Inst);
+        if (!SH->hasComputableLoopEvolution(L) && !HasConstantItCount)
+          continue;          // Cannot get exit evolution for the loop value.
+        
+        // Okay, this instruction has a user outside of the current loop
+        // and varies predictably *inside* the loop.  Evaluate the value it
+        // contains when the loop exits, if possible.
+        SCEVHandle ExitValue = SE->getSCEVAtScope(Inst, L->getParentLoop());
+        if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ExitValue) ||
+            !ExitValue->isLoopInvariant(L))
+          continue;
+
+        Changed = true;
+        ++NumReplaced;
+        
+        // See if we already computed the exit value for the instruction, if so,
+        // just reuse it.
+        Value *&ExitVal = ExitValues[Inst];
+        if (!ExitVal)
+          ExitVal = Rewriter.expandCodeFor(ExitValue, InsertPt);
+        
+        DOUT << "INDVARS: RLEV: AfterLoopVal = " << *ExitVal
+             << "  LoopVal = " << *Inst << "\n";
+
+        PN->setIncomingValue(i, ExitVal);
+        
+        // If this instruction is dead now, schedule it to be removed.
+        if (Inst->use_empty())
+          InstructionsToDelete.insert(Inst);
+        
+        // See if this is a single-entry LCSSA PHI node.  If so, we can (and
+        // have to) remove
+        // the PHI entirely.  This is safe, because the NewVal won't be variant
+        // in the loop, so we don't need an LCSSA phi node anymore.
+        if (NumPreds == 1) {
+          SE->deleteValueFromRecords(PN);
+          PN->replaceAllUsesWith(ExitVal);
+          PN->eraseFromParent();
+          break;
+        }
+      }
     }
   }
+  
+  DeleteTriviallyDeadInstructions(InstructionsToDelete);
+}
+
+bool IndVarSimplify::doInitialization(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
+
+  Changed = false;
+  // First step.  Check to see if there are any trivial GEP pointer recurrences.
+  // If there are, change them into integer recurrences, permitting analysis by
+  // the SCEV routines.
+  //
+  BasicBlock *Header    = L->getHeader();
+  BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
+  SE = &LPM.getAnalysis<ScalarEvolution>();
+
+  std::set<Instruction*> DeadInsts;
+  for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
+    PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
+    if (isa<PointerType>(PN->getType()))
+      EliminatePointerRecurrence(PN, Preheader, DeadInsts);
+  }
+
+  if (!DeadInsts.empty())
+    DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
 
   return Changed;
 }
 
-namespace {
-  struct InductionVariableSimplify : public FunctionPass {
-    virtual bool runOnFunction(Function &) {
-      LoopInfo &LI = getAnalysis<LoopInfo>();
-
-      // Induction Variables live in the header nodes of loops
-      return reduce_apply_bool(LI.getTopLevelLoops().begin(),
-                               LI.getTopLevelLoops().end(),
-                               std::bind1st(std::ptr_fun(TransformLoop), &LI));
+bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
+
+
+  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
+  SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
+
+  Changed = false;
+  BasicBlock *Header    = L->getHeader();
+  std::set<Instruction*> DeadInsts;
+  
+  // Verify the input to the pass in already in LCSSA form.
+  assert(L->isLCSSAForm());
+
+  // Check to see if this loop has a computable loop-invariant execution count.
+  // If so, this means that we can compute the final value of any expressions
+  // that are recurrent in the loop, and substitute the exit values from the
+  // loop into any instructions outside of the loop that use the final values of
+  // the current expressions.
+  //
+  SCEVHandle IterationCount = SE->getIterationCount(L);
+  if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount))
+    RewriteLoopExitValues(L);
+
+  // Next, analyze all of the induction variables in the loop, canonicalizing
+  // auxillary induction variables.
+  std::vector<std::pair<PHINode*, SCEVHandle> > IndVars;
+
+  for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
+    PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
+    if (PN->getType()->isInteger()) { // FIXME: when we have fast-math, enable!
+      SCEVHandle SCEV = SE->getSCEV(PN);
+      if (SCEV->hasComputableLoopEvolution(L))
+        // FIXME: It is an extremely bad idea to indvar substitute anything more
+        // complex than affine induction variables.  Doing so will put expensive
+        // polynomial evaluations inside of the loop, and the str reduction pass
+        // currently can only reduce affine polynomials.  For now just disable
+        // indvar subst on anything more complex than an affine addrec.
+        if (SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SCEV))
+          if (AR->isAffine())
+            IndVars.push_back(std::make_pair(PN, SCEV));
     }
-    
-    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
-      AU.addRequired(LoopInfo::ID);
-      AU.preservesCFG();
+  }
+
+  // If there are no induction variables in the loop, there is nothing more to
+  // do.
+  if (IndVars.empty()) {
+    // Actually, if we know how many times the loop iterates, lets insert a
+    // canonical induction variable to help subsequent passes.
+    if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount)) {
+      SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
+      Rewriter.getOrInsertCanonicalInductionVariable(L,
+                                                     IterationCount->getType());
+      if (Instruction *I = LinearFunctionTestReplace(L, IterationCount,
+                                                     Rewriter)) {
+        std::set<Instruction*> InstructionsToDelete;
+        InstructionsToDelete.insert(I);
+        DeleteTriviallyDeadInstructions(InstructionsToDelete);
+      }
     }
-  };
-  RegisterOpt<InductionVariableSimplify> X("indvars",
-                                           "Cannonicalize Induction Variables");
-}
+    return Changed;
+  }
+
+  // Compute the type of the largest recurrence expression.
+  //
+  const Type *LargestType = IndVars[0].first->getType();
+  bool DifferingSizes = false;
+  for (unsigned i = 1, e = IndVars.size(); i != e; ++i) {
+    const Type *Ty = IndVars[i].first->getType();
+    DifferingSizes |= 
+      Ty->getPrimitiveSizeInBits() != LargestType->getPrimitiveSizeInBits();
+    if (Ty->getPrimitiveSizeInBits() > LargestType->getPrimitiveSizeInBits())
+      LargestType = Ty;
+  }
+
+  // Create a rewriter object which we'll use to transform the code with.
+  SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
+
+  // Now that we know the largest of of the induction variables in this loop,
+  // insert a canonical induction variable of the largest size.
+  Value *IndVar = Rewriter.getOrInsertCanonicalInductionVariable(L,LargestType);
+  ++NumInserted;
+  Changed = true;
+  DOUT << "INDVARS: New CanIV: " << *IndVar;
+
+  if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(IterationCount)) {
+    if (IterationCount->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
+        LargestType->getPrimitiveSizeInBits())
+      IterationCount = SE->getZeroExtendExpr(IterationCount, LargestType);
+    else if (IterationCount->getType() != LargestType)
+      IterationCount = SE->getTruncateExpr(IterationCount, LargestType);
+    if (Instruction *DI = LinearFunctionTestReplace(L, IterationCount,Rewriter))
+      DeadInsts.insert(DI);
+  }
+
+  // Now that we have a canonical induction variable, we can rewrite any
+  // recurrences in terms of the induction variable.  Start with the auxillary
+  // induction variables, and recursively rewrite any of their uses.
+  BasicBlock::iterator InsertPt = Header->begin();
+  while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
+
+  // If there were induction variables of other sizes, cast the primary
+  // induction variable to the right size for them, avoiding the need for the
+  // code evaluation methods to insert induction variables of different sizes.
+  if (DifferingSizes) {
+    SmallVector<unsigned,4> InsertedSizes;
+    InsertedSizes.push_back(LargestType->getPrimitiveSizeInBits());
+    for (unsigned i = 0, e = IndVars.size(); i != e; ++i) {
+      unsigned ithSize = IndVars[i].first->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
+      if (std::find(InsertedSizes.begin(), InsertedSizes.end(), ithSize)
+          == InsertedSizes.end()) {
+        PHINode *PN = IndVars[i].first;
+        InsertedSizes.push_back(ithSize);
+        Instruction *New = new TruncInst(IndVar, PN->getType(), "indvar",
+                                         InsertPt);
+        Rewriter.addInsertedValue(New, SE->getSCEV(New));
+        DOUT << "INDVARS: Made trunc IV for " << *PN
+             << "   NewVal = " << *New << "\n";
+      }
+    }
+  }
+
+  // Rewrite all induction variables in terms of the canonical induction
+  // variable.
+  std::map<unsigned, Value*> InsertedSizes;
+  while (!IndVars.empty()) {
+    PHINode *PN = IndVars.back().first;
+    Value *NewVal = Rewriter.expandCodeFor(IndVars.back().second, InsertPt);
+    DOUT << "INDVARS: Rewrote IV '" << *IndVars.back().second << "' " << *PN
+         << "   into = " << *NewVal << "\n";
+    NewVal->takeName(PN);
 
-Pass *createIndVarSimplifyPass() {
-  return new InductionVariableSimplify();
+    // Replace the old PHI Node with the inserted computation.
+    PN->replaceAllUsesWith(NewVal);
+    DeadInsts.insert(PN);
+    IndVars.pop_back();
+    ++NumRemoved;
+    Changed = true;
+  }
+
+#if 0
+  // Now replace all derived expressions in the loop body with simpler
+  // expressions.
+  for (unsigned i = 0, e = L->getBlocks().size(); i != e; ++i)
+    if (LI->getLoopFor(L->getBlocks()[i]) == L) {  // Not in a subloop...
+      BasicBlock *BB = L->getBlocks()[i];
+      for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
+        if (I->getType()->isInteger() &&      // Is an integer instruction
+            !I->use_empty() &&
+            !Rewriter.isInsertedInstruction(I)) {
+          SCEVHandle SH = SE->getSCEV(I);
+          Value *V = Rewriter.expandCodeFor(SH, I, I->getType());
+          if (V != I) {
+            if (isa<Instruction>(V))
+              V->takeName(I);
+            I->replaceAllUsesWith(V);
+            DeadInsts.insert(I);
+            ++NumRemoved;
+            Changed = true;
+          }
+        }
+    }
+#endif
+
+  DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
+  
+  assert(L->isLCSSAForm());
+  return Changed;
 }