[LIR] Handle the LoopInfo the same as all the other analyses. No utility
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopIdiomRecognize.cpp
index d67f6c1e95bd4bb95c4a62b8f6437c37715d6340..e3fe2530c2b8e5d61878b3531eeea115070b62a3 100644 (file)
 // the loop.  This would handle things like:
 //   void foo(_Complex float *P)
 //     for (i) { __real__(*P) = 0;  __imag__(*P) = 0; }
-// this is also "Example 2" from http://blog.regehr.org/archives/320
+//
+// We should enhance this to handle negative strides through memory.
+// Alternatively (and perhaps better) we could rely on an earlier pass to force
+// forward iteration through memory, which is generally better for cache
+// behavior.  Negative strides *do* happen for memset/memcpy loops.
 //
 // This could recognize common matrix multiplies and dot product idioms and
 // replace them with calls to BLAS (if linked in??).
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "loop-idiom"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
-#include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
+#include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
+#include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
+#include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
-#include "llvm/Target/TargetData.h"
-#include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
+#include "llvm/IR/DataLayout.h"
+#include "llvm/IR/Dominators.h"
+#include "llvm/IR/IRBuilder.h"
+#include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
+#include "llvm/IR/Module.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
-#include "llvm/Support/IRBuilder.h"
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
-#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
 using namespace llvm;
 
+#define DEBUG_TYPE "loop-idiom"
+
 STATISTIC(NumMemSet, "Number of memset's formed from loop stores");
 STATISTIC(NumMemCpy, "Number of memcpy's formed from loop load+stores");
 
 namespace {
-  class LoopIdiomRecognize : public LoopPass {
-    Loop *CurLoop;
-    const TargetData *TD;
-    DominatorTree *DT;
-    ScalarEvolution *SE;
-  public:
-    static char ID;
-    explicit LoopIdiomRecognize() : LoopPass(ID) {
-      initializeLoopIdiomRecognizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
-    }
 
-    bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
-    bool runOnLoopBlock(BasicBlock *BB, const SCEV *BECount,
-                        SmallVectorImpl<BasicBlock*> &ExitBlocks);
-
-    bool processLoopStore(StoreInst *SI, const SCEV *BECount);
-    
-    bool processLoopStoreOfSplatValue(StoreInst *SI, unsigned StoreSize,
-                                      Value *SplatValue,
-                                      const SCEVAddRecExpr *Ev,
-                                      const SCEV *BECount);
-    bool processLoopStoreOfLoopLoad(StoreInst *SI, unsigned StoreSize,
-                                    const SCEVAddRecExpr *StoreEv,
-                                    const SCEVAddRecExpr *LoadEv,
-                                    const SCEV *BECount);
-      
-    /// This transformation requires natural loop information & requires that
-    /// loop preheaders be inserted into the CFG.
-    ///
-    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
-      AU.addRequired<LoopInfo>();
-      AU.addPreserved<LoopInfo>();
-      AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
-      AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
-      AU.addRequiredID(LCSSAID);
-      AU.addPreservedID(LCSSAID);
-      AU.addRequired<AliasAnalysis>();
-      AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
-      AU.addRequired<ScalarEvolution>();
-      AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
-      AU.addPreserved<DominatorTree>();
-      AU.addRequired<DominatorTree>();
-    }
-  };
-}
+class LoopIdiomRecognize : public LoopPass {
+  Loop *CurLoop;
+  DominatorTree *DT;
+  LoopInfo *LI;
+  ScalarEvolution *SE;
+  TargetLibraryInfo *TLI;
+  const TargetTransformInfo *TTI;
+
+public:
+  static char ID;
+  explicit LoopIdiomRecognize() : LoopPass(ID) {
+    initializeLoopIdiomRecognizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+  }
+
+  bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) override;
+
+  /// This transformation requires natural loop information & requires that
+  /// loop preheaders be inserted into the CFG.
+  ///
+  void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
+    AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
+    AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
+    AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
+    AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
+    AU.addRequiredID(LCSSAID);
+    AU.addPreservedID(LCSSAID);
+    AU.addRequired<AliasAnalysis>();
+    AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
+    AU.addRequired<ScalarEvolution>();
+    AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
+    AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
+    AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
+    AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
+    AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
+  }
+
+private:
+  /// \name Countable Loop Idiom Handling
+  /// @{
+
+  bool runOnCountableLoop();
+  bool runOnLoopBlock(BasicBlock *BB, const SCEV *BECount,
+                      SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks);
+
+  bool processLoopStore(StoreInst *SI, const SCEV *BECount);
+  bool processLoopMemSet(MemSetInst *MSI, const SCEV *BECount);
+
+  bool processLoopStridedStore(Value *DestPtr, unsigned StoreSize,
+                               unsigned StoreAlignment, Value *SplatValue,
+                               Instruction *TheStore, const SCEVAddRecExpr *Ev,
+                               const SCEV *BECount);
+  bool processLoopStoreOfLoopLoad(StoreInst *SI, unsigned StoreSize,
+                                  const SCEVAddRecExpr *StoreEv,
+                                  const SCEVAddRecExpr *LoadEv,
+                                  const SCEV *BECount);
+
+  /// @}
+  /// \name Noncountable Loop Idiom Handling
+  /// @{
+
+  bool runOnNoncountableLoop();
+
+  bool recognizePopcount();
+  void transformLoopToPopcount(BasicBlock *PreCondBB, Instruction *CntInst,
+                               PHINode *CntPhi, Value *Var);
+
+  /// @}
+};
+
+} // End anonymous namespace.
 
 char LoopIdiomRecognize::ID = 0;
 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopIdiomRecognize, "loop-idiom", "Recognize loop idioms",
                       false, false)
-INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
-INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
 INITIALIZE_PASS_END(LoopIdiomRecognize, "loop-idiom", "Recognize loop idioms",
                     false, false)
 
 Pass *llvm::createLoopIdiomPass() { return new LoopIdiomRecognize(); }
 
-/// DeleteDeadInstruction - Delete this instruction.  Before we do, go through
+/// deleteDeadInstruction - Delete this instruction.  Before we do, go through
 /// and zero out all the operands of this instruction.  If any of them become
 /// dead, delete them and the computation tree that feeds them.
 ///
-static void DeleteDeadInstruction(Instruction *I, ScalarEvolution &SE) {
-  SmallVector<Instruction*, 32> NowDeadInsts;
-  
-  NowDeadInsts.push_back(I);
-  
-  // Before we touch this instruction, remove it from SE!
-  do {
-    Instruction *DeadInst = NowDeadInsts.pop_back_val();
-    
-    // This instruction is dead, zap it, in stages.  Start by removing it from
-    // SCEV.
-    SE.forgetValue(DeadInst);
-    
-    for (unsigned op = 0, e = DeadInst->getNumOperands(); op != e; ++op) {
-      Value *Op = DeadInst->getOperand(op);
-      DeadInst->setOperand(op, 0);
-      
-      // If this operand just became dead, add it to the NowDeadInsts list.
-      if (!Op->use_empty()) continue;
-      
-      if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(Op))
-        if (isInstructionTriviallyDead(OpI))
-          NowDeadInsts.push_back(OpI);
-    }
-    
-    DeadInst->eraseFromParent();
-    
-  } while (!NowDeadInsts.empty());
+static void deleteDeadInstruction(Instruction *I,
+                                  const TargetLibraryInfo *TLI) {
+  SmallVector<Value *, 16> Operands(I->value_op_begin(), I->value_op_end());
+  I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
+  I->eraseFromParent();
+  for (Value *Op : Operands)
+    RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Op, TLI);
 }
 
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//
+//          Implementation of LoopIdiomRecognize
+//
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
 bool LoopIdiomRecognize::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
+  if (skipOptnoneFunction(L))
+    return false;
+
   CurLoop = L;
-  
-  // The trip count of the loop must be analyzable.
-  SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
-  if (!SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L))
+  // If the loop could not be converted to canonical form, it must have an
+  // indirectbr in it, just give up.
+  if (!L->getLoopPreheader())
     return false;
-  const SCEV *BECount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
-  if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BECount)) return false;
-  
+
+  // Disable loop idiom recognition if the function's name is a common idiom.
+  StringRef Name = L->getHeader()->getParent()->getName();
+  if (Name == "memset" || Name == "memcpy")
+    return false;
+
+  DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
+  LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
+  SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
+  TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
+  TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(
+      *CurLoop->getHeader()->getParent());
+
+  if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L))
+    return runOnCountableLoop();
+
+  return runOnNoncountableLoop();
+}
+
+bool LoopIdiomRecognize::runOnCountableLoop() {
+  const SCEV *BECount = SE->getBackedgeTakenCount(CurLoop);
+  assert(!isa<SCEVCouldNotCompute>(BECount) &&
+         "runOnCountableLoop() called on a loop without a predictable"
+         "backedge-taken count");
+
   // If this loop executes exactly one time, then it should be peeled, not
   // optimized by this pass.
   if (const SCEVConstant *BECst = dyn_cast<SCEVConstant>(BECount))
     if (BECst->getValue()->getValue() == 0)
       return false;
-  
-  // We require target data for now.
-  TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
-  if (TD == 0) return false;
-
-  DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
-  LoopInfo &LI = getAnalysis<LoopInfo>();
-  
-  SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
+
+  SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
   CurLoop->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
 
   DEBUG(dbgs() << "loop-idiom Scanning: F["
-               << L->getHeader()->getParent()->getName()
-               << "] Loop %" << L->getHeader()->getName() << "\n");
-  
+               << CurLoop->getHeader()->getParent()->getName() << "] Loop %"
+               << CurLoop->getHeader()->getName() << "\n");
+
   bool MadeChange = false;
   // Scan all the blocks in the loop that are not in subloops.
-  for (Loop::block_iterator BI = L->block_begin(), E = L->block_end(); BI != E;
-       ++BI) {
+  for (auto *BB : CurLoop->getBlocks()) {
     // Ignore blocks in subloops.
-    if (LI.getLoopFor(*BI) != CurLoop)
+    if (LI->getLoopFor(BB) != CurLoop)
       continue;
-    
-    MadeChange |= runOnLoopBlock(*BI, BECount, ExitBlocks);
+
+    MadeChange |= runOnLoopBlock(BB, BECount, ExitBlocks);
   }
   return MadeChange;
 }
@@ -196,258 +235,756 @@ bool LoopIdiomRecognize::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
 /// runOnLoopBlock - Process the specified block, which lives in a counted loop
 /// with the specified backedge count.  This block is known to be in the current
 /// loop and not in any subloops.
-bool LoopIdiomRecognize::runOnLoopBlock(BasicBlock *BB, const SCEV *BECount,
-                                     SmallVectorImpl<BasicBlock*> &ExitBlocks) {
+bool LoopIdiomRecognize::runOnLoopBlock(
+    BasicBlock *BB, const SCEV *BECount,
+    SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks) {
   // We can only promote stores in this block if they are unconditionally
   // executed in the loop.  For a block to be unconditionally executed, it has
   // to dominate all the exit blocks of the loop.  Verify this now.
   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
     if (!DT->dominates(BB, ExitBlocks[i]))
       return false;
-  
+
   bool MadeChange = false;
-  for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ) {
+  for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
     Instruction *Inst = I++;
     // Look for store instructions, which may be optimized to memset/memcpy.
-    if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))  {
-      if (SI->isVolatile()) continue;
-    
+    if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
       WeakVH InstPtr(I);
-      if (!processLoopStore(SI, BECount)) continue;
+      if (!processLoopStore(SI, BECount))
+        continue;
       MadeChange = true;
-      
+
       // If processing the store invalidated our iterator, start over from the
-      // head of the loop.
-      if (InstPtr == 0)
+      // top of the block.
+      if (!InstPtr)
+        I = BB->begin();
+      continue;
+    }
+
+    // Look for memset instructions, which may be optimized to a larger memset.
+    if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(Inst)) {
+      WeakVH InstPtr(I);
+      if (!processLoopMemSet(MSI, BECount))
+        continue;
+      MadeChange = true;
+
+      // If processing the memset invalidated our iterator, start over from the
+      // top of the block.
+      if (!InstPtr)
         I = BB->begin();
       continue;
     }
-    
   }
-  
+
   return MadeChange;
 }
 
-
-/// scanBlock - Look over a block to see if we can promote anything out of it.
+/// processLoopStore - See if this store can be promoted to a memset or memcpy.
 bool LoopIdiomRecognize::processLoopStore(StoreInst *SI, const SCEV *BECount) {
+  if (!SI->isSimple())
+    return false;
+
   Value *StoredVal = SI->getValueOperand();
   Value *StorePtr = SI->getPointerOperand();
-  
+
   // Reject stores that are so large that they overflow an unsigned.
-  uint64_t SizeInBits = TD->getTypeSizeInBits(StoredVal->getType());
+  auto &DL = CurLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
+  uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(StoredVal->getType());
   if ((SizeInBits & 7) || (SizeInBits >> 32) != 0)
     return false;
-  
+
   // See if the pointer expression is an AddRec like {base,+,1} on the current
   // loop, which indicates a strided store.  If we have something else, it's a
   // random store we can't handle.
   const SCEVAddRecExpr *StoreEv =
-    dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(StorePtr));
-  if (StoreEv == 0 || StoreEv->getLoop() != CurLoop || !StoreEv->isAffine())
+      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(StorePtr));
+  if (!StoreEv || StoreEv->getLoop() != CurLoop || !StoreEv->isAffine())
     return false;
 
   // Check to see if the stride matches the size of the store.  If so, then we
   // know that every byte is touched in the loop.
-  unsigned StoreSize = (unsigned)SizeInBits >> 3; 
+  unsigned StoreSize = (unsigned)SizeInBits >> 3;
   const SCEVConstant *Stride = dyn_cast<SCEVConstant>(StoreEv->getOperand(1));
-  
-  // TODO: Could also handle negative stride here someday, that will require the
-  // validity check in mayLoopAccessLocation to be updated though.
-  if (Stride == 0 || StoreSize != Stride->getValue()->getValue())
+
+  if (!Stride || StoreSize != Stride->getValue()->getValue()) {
+    // TODO: Could also handle negative stride here someday, that will require
+    // the validity check in mayLoopAccessLocation to be updated though.
+    // Enable this to print exact negative strides.
+    if (0 && Stride && StoreSize == -Stride->getValue()->getValue()) {
+      dbgs() << "NEGATIVE STRIDE: " << *SI << "\n";
+      dbgs() << "BB: " << *SI->getParent();
+    }
+
     return false;
-  
-  // If the stored value is a byte-wise value (like i32 -1), then it may be
-  // turned into a memset of i8 -1, assuming that all the consequtive bytes
-  // are stored.  A store of i32 0x01020304 can never be turned into a memset.
-  if (Value *SplatValue = isBytewiseValue(StoredVal))
-    if (processLoopStoreOfSplatValue(SI, StoreSize, SplatValue, StoreEv,
-                                     BECount))
-      return true;
+  }
+
+  // See if we can optimize just this store in isolation.
+  if (processLoopStridedStore(StorePtr, StoreSize, SI->getAlignment(),
+                              StoredVal, SI, StoreEv, BECount))
+    return true;
 
   // If the stored value is a strided load in the same loop with the same stride
   // this this may be transformable into a memcpy.  This kicks in for stuff like
   //   for (i) A[i] = B[i];
   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(StoredVal)) {
     const SCEVAddRecExpr *LoadEv =
-      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(LI->getOperand(0)));
+        dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(LI->getOperand(0)));
     if (LoadEv && LoadEv->getLoop() == CurLoop && LoadEv->isAffine() &&
-        StoreEv->getOperand(1) == LoadEv->getOperand(1) && !LI->isVolatile())
+        StoreEv->getOperand(1) == LoadEv->getOperand(1) && LI->isSimple())
       if (processLoopStoreOfLoopLoad(SI, StoreSize, StoreEv, LoadEv, BECount))
         return true;
   }
-  //errs() << "UNHANDLED strided store: " << *StoreEv << " - " << *SI << "\n";
+  // errs() << "UNHANDLED strided store: " << *StoreEv << " - " << *SI << "\n";
 
   return false;
 }
 
+/// processLoopMemSet - See if this memset can be promoted to a large memset.
+bool LoopIdiomRecognize::processLoopMemSet(MemSetInst *MSI,
+                                           const SCEV *BECount) {
+  // We can only handle non-volatile memsets with a constant size.
+  if (MSI->isVolatile() || !isa<ConstantInt>(MSI->getLength()))
+    return false;
+
+  // If we're not allowed to hack on memset, we fail.
+  if (!TLI->has(LibFunc::memset))
+    return false;
+
+  Value *Pointer = MSI->getDest();
+
+  // See if the pointer expression is an AddRec like {base,+,1} on the current
+  // loop, which indicates a strided store.  If we have something else, it's a
+  // random store we can't handle.
+  const SCEVAddRecExpr *Ev = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(Pointer));
+  if (!Ev || Ev->getLoop() != CurLoop || !Ev->isAffine())
+    return false;
+
+  // Reject memsets that are so large that they overflow an unsigned.
+  uint64_t SizeInBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
+  if ((SizeInBytes >> 32) != 0)
+    return false;
+
+  // Check to see if the stride matches the size of the memset.  If so, then we
+  // know that every byte is touched in the loop.
+  const SCEVConstant *Stride = dyn_cast<SCEVConstant>(Ev->getOperand(1));
+
+  // TODO: Could also handle negative stride here someday, that will require the
+  // validity check in mayLoopAccessLocation to be updated though.
+  if (!Stride || MSI->getLength() != Stride->getValue())
+    return false;
+
+  return processLoopStridedStore(Pointer, (unsigned)SizeInBytes,
+                                 MSI->getAlignment(), MSI->getValue(), MSI, Ev,
+                                 BECount);
+}
+
 /// mayLoopAccessLocation - Return true if the specified loop might access the
 /// specified pointer location, which is a loop-strided access.  The 'Access'
 /// argument specifies what the verboten forms of access are (read or write).
-static bool mayLoopAccessLocation(Value *Ptr,AliasAnalysis::ModRefResult Access,
-                                  Loop *L, const SCEV *BECount,
-                                  unsigned StoreSize, AliasAnalysis &AA,
-                                  StoreInst *IgnoredStore) {
+static bool mayLoopAccessLocation(Value *Ptr, ModRefInfo Access, Loop *L,
+                                  const SCEV *BECount, unsigned StoreSize,
+                                  AliasAnalysis &AA,
+                                  Instruction *IgnoredStore) {
   // Get the location that may be stored across the loop.  Since the access is
   // strided positively through memory, we say that the modified location starts
   // at the pointer and has infinite size.
-  uint64_t AccessSize = AliasAnalysis::UnknownSize;
+  uint64_t AccessSize = MemoryLocation::UnknownSize;
 
   // If the loop iterates a fixed number of times, we can refine the access size
   // to be exactly the size of the memset, which is (BECount+1)*StoreSize
   if (const SCEVConstant *BECst = dyn_cast<SCEVConstant>(BECount))
-    AccessSize = (BECst->getValue()->getZExtValue()+1)*StoreSize;
-  
+    AccessSize = (BECst->getValue()->getZExtValue() + 1) * StoreSize;
+
   // TODO: For this to be really effective, we have to dive into the pointer
   // operand in the store.  Store to &A[i] of 100 will always return may alias
   // with store of &A[100], we need to StoreLoc to be "A" with size of 100,
   // which will then no-alias a store to &A[100].
-  AliasAnalysis::Location StoreLoc(Ptr, AccessSize);
+  MemoryLocation StoreLoc(Ptr, AccessSize);
 
   for (Loop::block_iterator BI = L->block_begin(), E = L->block_end(); BI != E;
        ++BI)
     for (BasicBlock::iterator I = (*BI)->begin(), E = (*BI)->end(); I != E; ++I)
-      if (&*I != IgnoredStore &&
-          (AA.getModRefInfo(I, StoreLoc) & Access))
+      if (&*I != IgnoredStore && (AA.getModRefInfo(I, StoreLoc) & Access))
         return true;
 
   return false;
 }
 
-/// processLoopStoreOfSplatValue - We see a strided store of a memsetable value.
-/// If we can transform this into a memset in the loop preheader, do so.
-bool LoopIdiomRecognize::
-processLoopStoreOfSplatValue(StoreInst *SI, unsigned StoreSize,
-                             Value *SplatValue,
-                             const SCEVAddRecExpr *Ev, const SCEV *BECount) {
-  // Verify that the stored value is loop invariant.  If not, we can't promote
-  // the memset.
-  if (!CurLoop->isLoopInvariant(SplatValue))
+/// getMemSetPatternValue - If a strided store of the specified value is safe to
+/// turn into a memset_pattern16, return a ConstantArray of 16 bytes that should
+/// be passed in.  Otherwise, return null.
+///
+/// Note that we don't ever attempt to use memset_pattern8 or 4, because these
+/// just replicate their input array and then pass on to memset_pattern16.
+static Constant *getMemSetPatternValue(Value *V, const DataLayout &DL) {
+  // If the value isn't a constant, we can't promote it to being in a constant
+  // array.  We could theoretically do a store to an alloca or something, but
+  // that doesn't seem worthwhile.
+  Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
+  if (!C)
+    return nullptr;
+
+  // Only handle simple values that are a power of two bytes in size.
+  uint64_t Size = DL.getTypeSizeInBits(V->getType());
+  if (Size == 0 || (Size & 7) || (Size & (Size - 1)))
+    return nullptr;
+
+  // Don't care enough about darwin/ppc to implement this.
+  if (DL.isBigEndian())
+    return nullptr;
+
+  // Convert to size in bytes.
+  Size /= 8;
+
+  // TODO: If CI is larger than 16-bytes, we can try slicing it in half to see
+  // if the top and bottom are the same (e.g. for vectors and large integers).
+  if (Size > 16)
+    return nullptr;
+
+  // If the constant is exactly 16 bytes, just use it.
+  if (Size == 16)
+    return C;
+
+  // Otherwise, we'll use an array of the constants.
+  unsigned ArraySize = 16 / Size;
+  ArrayType *AT = ArrayType::get(V->getType(), ArraySize);
+  return ConstantArray::get(AT, std::vector<Constant *>(ArraySize, C));
+}
+
+/// processLoopStridedStore - We see a strided store of some value.  If we can
+/// transform this into a memset or memset_pattern in the loop preheader, do so.
+bool LoopIdiomRecognize::processLoopStridedStore(
+    Value *DestPtr, unsigned StoreSize, unsigned StoreAlignment,
+    Value *StoredVal, Instruction *TheStore, const SCEVAddRecExpr *Ev,
+    const SCEV *BECount) {
+
+  // If the stored value is a byte-wise value (like i32 -1), then it may be
+  // turned into a memset of i8 -1, assuming that all the consecutive bytes
+  // are stored.  A store of i32 0x01020304 can never be turned into a memset,
+  // but it can be turned into memset_pattern if the target supports it.
+  Value *SplatValue = isBytewiseValue(StoredVal);
+  Constant *PatternValue = nullptr;
+  auto &DL = CurLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
+  unsigned DestAS = DestPtr->getType()->getPointerAddressSpace();
+
+  // If we're allowed to form a memset, and the stored value would be acceptable
+  // for memset, use it.
+  if (SplatValue && TLI->has(LibFunc::memset) &&
+      // Verify that the stored value is loop invariant.  If not, we can't
+      // promote the memset.
+      CurLoop->isLoopInvariant(SplatValue)) {
+    // Keep and use SplatValue.
+    PatternValue = nullptr;
+  } else if (DestAS == 0 && TLI->has(LibFunc::memset_pattern16) &&
+             (PatternValue = getMemSetPatternValue(StoredVal, DL))) {
+    // Don't create memset_pattern16s with address spaces.
+    // It looks like we can use PatternValue!
+    SplatValue = nullptr;
+  } else {
+    // Otherwise, this isn't an idiom we can transform.  For example, we can't
+    // do anything with a 3-byte store.
     return false;
-  
+  }
+
+  // The trip count of the loop and the base pointer of the addrec SCEV is
+  // guaranteed to be loop invariant, which means that it should dominate the
+  // header.  This allows us to insert code for it in the preheader.
+  BasicBlock *Preheader = CurLoop->getLoopPreheader();
+  IRBuilder<> Builder(Preheader->getTerminator());
+  SCEVExpander Expander(*SE, DL, "loop-idiom");
+
+  Type *DestInt8PtrTy = Builder.getInt8PtrTy(DestAS);
+
   // Okay, we have a strided store "p[i]" of a splattable value.  We can turn
   // this into a memset in the loop preheader now if we want.  However, this
   // would be unsafe to do if there is anything else in the loop that may read
-  // or write to the aliased location.  Check for an alias.
-  if (mayLoopAccessLocation(SI->getPointerOperand(), AliasAnalysis::ModRef,
-                            CurLoop, BECount,
-                            StoreSize, getAnalysis<AliasAnalysis>(), SI))
+  // or write to the aliased location.  Check for any overlap by generating the
+  // base pointer and checking the region.
+  Value *BasePtr = Expander.expandCodeFor(Ev->getStart(), DestInt8PtrTy,
+                                          Preheader->getTerminator());
+
+  if (mayLoopAccessLocation(BasePtr, MRI_ModRef, CurLoop, BECount, StoreSize,
+                            getAnalysis<AliasAnalysis>(), TheStore)) {
+    Expander.clear();
+    // If we generated new code for the base pointer, clean up.
+    RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(BasePtr, TLI);
     return false;
-  
+  }
+
   // Okay, everything looks good, insert the memset.
-  BasicBlock *Preheader = CurLoop->getLoopPreheader();
-  
-  IRBuilder<> Builder(Preheader->getTerminator());
-  
-  // The trip count of the loop and the base pointer of the addrec SCEV is
-  // guaranteed to be loop invariant, which means that it should dominate the
-  // header.  Just insert code for it in the preheader.
-  SCEVExpander Expander(*SE);
-  
-  unsigned AddrSpace = SI->getPointerAddressSpace();
-  Value *BasePtr = 
-    Expander.expandCodeFor(Ev->getStart(), Builder.getInt8PtrTy(AddrSpace),
-                           Preheader->getTerminator());
-  
+
   // The # stored bytes is (BECount+1)*Size.  Expand the trip count out to
   // pointer size if it isn't already.
-  const Type *IntPtr = TD->getIntPtrType(SI->getContext());
+  Type *IntPtr = Builder.getIntPtrTy(DL, DestAS);
   BECount = SE->getTruncateOrZeroExtend(BECount, IntPtr);
-  
-  const SCEV *NumBytesS = SE->getAddExpr(BECount, SE->getConstant(IntPtr, 1),
-                                         true /*no unsigned overflow*/);
-  if (StoreSize != 1)
+
+  const SCEV *NumBytesS =
+      SE->getAddExpr(BECount, SE->getConstant(IntPtr, 1), SCEV::FlagNUW);
+  if (StoreSize != 1) {
     NumBytesS = SE->getMulExpr(NumBytesS, SE->getConstant(IntPtr, StoreSize),
-                               true /*no unsigned overflow*/);
-  
-  Value *NumBytes = 
-    Expander.expandCodeFor(NumBytesS, IntPtr, Preheader->getTerminator());
-  
-  Value *NewCall =
-    Builder.CreateMemSet(BasePtr, SplatValue, NumBytes, SI->getAlignment());
-  
+                               SCEV::FlagNUW);
+  }
+
+  Value *NumBytes =
+      Expander.expandCodeFor(NumBytesS, IntPtr, Preheader->getTerminator());
+
+  CallInst *NewCall;
+  if (SplatValue) {
+    NewCall =
+        Builder.CreateMemSet(BasePtr, SplatValue, NumBytes, StoreAlignment);
+  } else {
+    // Everything is emitted in default address space
+    Type *Int8PtrTy = DestInt8PtrTy;
+
+    Module *M = TheStore->getParent()->getParent()->getParent();
+    Value *MSP =
+        M->getOrInsertFunction("memset_pattern16", Builder.getVoidTy(),
+                               Int8PtrTy, Int8PtrTy, IntPtr, (void *)nullptr);
+
+    // Otherwise we should form a memset_pattern16.  PatternValue is known to be
+    // an constant array of 16-bytes.  Plop the value into a mergable global.
+    GlobalVariable *GV = new GlobalVariable(*M, PatternValue->getType(), true,
+                                            GlobalValue::PrivateLinkage,
+                                            PatternValue, ".memset_pattern");
+    GV->setUnnamedAddr(true); // Ok to merge these.
+    GV->setAlignment(16);
+    Value *PatternPtr = ConstantExpr::getBitCast(GV, Int8PtrTy);
+    NewCall = Builder.CreateCall(MSP, {BasePtr, PatternPtr, NumBytes});
+  }
+
   DEBUG(dbgs() << "  Formed memset: " << *NewCall << "\n"
-               << "    from store to: " << *Ev << " at: " << *SI << "\n");
-  (void)NewCall;
-  
+               << "    from store to: " << *Ev << " at: " << *TheStore << "\n");
+  NewCall->setDebugLoc(TheStore->getDebugLoc());
+
   // Okay, the memset has been formed.  Zap the original store and anything that
   // feeds into it.
-  DeleteDeadInstruction(SI, *SE);
+  deleteDeadInstruction(TheStore, TLI);
   ++NumMemSet;
   return true;
 }
 
 /// processLoopStoreOfLoopLoad - We see a strided store whose value is a
 /// same-strided load.
-bool LoopIdiomRecognize::
-processLoopStoreOfLoopLoad(StoreInst *SI, unsigned StoreSize,
-                           const SCEVAddRecExpr *StoreEv,
-                           const SCEVAddRecExpr *LoadEv,
-                           const SCEV *BECount) {
+bool LoopIdiomRecognize::processLoopStoreOfLoopLoad(
+    StoreInst *SI, unsigned StoreSize, const SCEVAddRecExpr *StoreEv,
+    const SCEVAddRecExpr *LoadEv, const SCEV *BECount) {
+  // If we're not allowed to form memcpy, we fail.
+  if (!TLI->has(LibFunc::memcpy))
+    return false;
+
   LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
-  
+
+  // The trip count of the loop and the base pointer of the addrec SCEV is
+  // guaranteed to be loop invariant, which means that it should dominate the
+  // header.  This allows us to insert code for it in the preheader.
+  BasicBlock *Preheader = CurLoop->getLoopPreheader();
+  IRBuilder<> Builder(Preheader->getTerminator());
+  const DataLayout &DL = Preheader->getModule()->getDataLayout();
+  SCEVExpander Expander(*SE, DL, "loop-idiom");
+
   // Okay, we have a strided store "p[i]" of a loaded value.  We can turn
   // this into a memcpy in the loop preheader now if we want.  However, this
   // would be unsafe to do if there is anything else in the loop that may read
-  // or write to the stored location (including the load feeding the stores).
-  // Check for an alias.
-  if (mayLoopAccessLocation(SI->getPointerOperand(), AliasAnalysis::ModRef,
-                            CurLoop, BECount, StoreSize,
-                            getAnalysis<AliasAnalysis>(), SI))
+  // or write the memory region we're storing to.  This includes the load that
+  // feeds the stores.  Check for an alias by generating the base address and
+  // checking everything.
+  Value *StoreBasePtr = Expander.expandCodeFor(
+      StoreEv->getStart(), Builder.getInt8PtrTy(SI->getPointerAddressSpace()),
+      Preheader->getTerminator());
+
+  if (mayLoopAccessLocation(StoreBasePtr, MRI_ModRef, CurLoop, BECount,
+                            StoreSize, getAnalysis<AliasAnalysis>(), SI)) {
+    Expander.clear();
+    // If we generated new code for the base pointer, clean up.
+    RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(StoreBasePtr, TLI);
     return false;
+  }
 
   // For a memcpy, we have to make sure that the input array is not being
   // mutated by the loop.
-  if (mayLoopAccessLocation(LI->getPointerOperand(), AliasAnalysis::Mod,
-                            CurLoop, BECount, StoreSize,
-                            getAnalysis<AliasAnalysis>(), SI))
+  Value *LoadBasePtr = Expander.expandCodeFor(
+      LoadEv->getStart(), Builder.getInt8PtrTy(LI->getPointerAddressSpace()),
+      Preheader->getTerminator());
+
+  if (mayLoopAccessLocation(LoadBasePtr, MRI_Mod, CurLoop, BECount, StoreSize,
+                            getAnalysis<AliasAnalysis>(), SI)) {
+    Expander.clear();
+    // If we generated new code for the base pointer, clean up.
+    RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(LoadBasePtr, TLI);
+    RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(StoreBasePtr, TLI);
     return false;
-  
-  // Okay, everything looks good, insert the memcpy.
-  BasicBlock *Preheader = CurLoop->getLoopPreheader();
-  
-  IRBuilder<> Builder(Preheader->getTerminator());
-  
-  // The trip count of the loop and the base pointer of the addrec SCEV is
-  // guaranteed to be loop invariant, which means that it should dominate the
-  // header.  Just insert code for it in the preheader.
-  SCEVExpander Expander(*SE);
-
-  Value *LoadBasePtr = 
-    Expander.expandCodeFor(LoadEv->getStart(),
-                           Builder.getInt8PtrTy(LI->getPointerAddressSpace()),
-                           Preheader->getTerminator());
-  Value *StoreBasePtr = 
-    Expander.expandCodeFor(StoreEv->getStart(),
-                           Builder.getInt8PtrTy(SI->getPointerAddressSpace()),
-                           Preheader->getTerminator());
-  
+  }
+
+  // Okay, everything is safe, we can transform this!
+
   // The # stored bytes is (BECount+1)*Size.  Expand the trip count out to
   // pointer size if it isn't already.
-  const Type *IntPtr = TD->getIntPtrType(SI->getContext());
-  BECount = SE->getTruncateOrZeroExtend(BECount, IntPtr);
-  
-  const SCEV *NumBytesS = SE->getAddExpr(BECount, SE->getConstant(IntPtr, 1),
-                                         true /*no unsigned overflow*/);
+  Type *IntPtrTy = Builder.getIntPtrTy(DL, SI->getPointerAddressSpace());
+  BECount = SE->getTruncateOrZeroExtend(BECount, IntPtrTy);
+
+  const SCEV *NumBytesS =
+      SE->getAddExpr(BECount, SE->getConstant(IntPtrTy, 1), SCEV::FlagNUW);
   if (StoreSize != 1)
-    NumBytesS = SE->getMulExpr(NumBytesS, SE->getConstant(IntPtr, StoreSize),
-                               true /*no unsigned overflow*/);
-  
+    NumBytesS = SE->getMulExpr(NumBytesS, SE->getConstant(IntPtrTy, StoreSize),
+                               SCEV::FlagNUW);
+
   Value *NumBytes =
-    Expander.expandCodeFor(NumBytesS, IntPtr, Preheader->getTerminator());
-  
-  Value *NewCall =
-    Builder.CreateMemCpy(StoreBasePtr, LoadBasePtr, NumBytes,
-                         std::min(SI->getAlignment(), LI->getAlignment()));
-  
+      Expander.expandCodeFor(NumBytesS, IntPtrTy, Preheader->getTerminator());
+
+  CallInst *NewCall =
+      Builder.CreateMemCpy(StoreBasePtr, LoadBasePtr, NumBytes,
+                           std::min(SI->getAlignment(), LI->getAlignment()));
+  NewCall->setDebugLoc(SI->getDebugLoc());
+
   DEBUG(dbgs() << "  Formed memcpy: " << *NewCall << "\n"
                << "    from load ptr=" << *LoadEv << " at: " << *LI << "\n"
                << "    from store ptr=" << *StoreEv << " at: " << *SI << "\n");
-  (void)NewCall;
-  
+
   // Okay, the memset has been formed.  Zap the original store and anything that
   // feeds into it.
-  DeleteDeadInstruction(SI, *SE);
+  deleteDeadInstruction(SI, TLI);
   ++NumMemCpy;
   return true;
 }
+
+bool LoopIdiomRecognize::runOnNoncountableLoop() {
+  if (recognizePopcount())
+    return true;
+
+  return false;
+}
+
+/// Check if the given conditional branch is based on the comparison between
+/// a variable and zero, and if the variable is non-zero, the control yields to
+/// the loop entry. If the branch matches the behavior, the variable involved
+/// in the comparion is returned. This function will be called to see if the
+/// precondition and postcondition of the loop are in desirable form.
+static Value *matchCondition(BranchInst *BI, BasicBlock *LoopEntry) {
+  if (!BI || !BI->isConditional())
+    return nullptr;
+
+  ICmpInst *Cond = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
+  if (!Cond)
+    return nullptr;
+
+  ConstantInt *CmpZero = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
+  if (!CmpZero || !CmpZero->isZero())
+    return nullptr;
+
+  ICmpInst::Predicate Pred = Cond->getPredicate();
+  if ((Pred == ICmpInst::ICMP_NE && BI->getSuccessor(0) == LoopEntry) ||
+      (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && BI->getSuccessor(1) == LoopEntry))
+    return Cond->getOperand(0);
+
+  return nullptr;
+}
+
+/// Return true iff the idiom is detected in the loop.
+///
+/// Additionally:
+/// 1) \p CntInst is set to the instruction counting the population bit.
+/// 2) \p CntPhi is set to the corresponding phi node.
+/// 3) \p Var is set to the value whose population bits are being counted.
+///
+/// The core idiom we are trying to detect is:
+/// \code
+///    if (x0 != 0)
+///      goto loop-exit // the precondition of the loop
+///    cnt0 = init-val;
+///    do {
+///       x1 = phi (x0, x2);
+///       cnt1 = phi(cnt0, cnt2);
+///
+///       cnt2 = cnt1 + 1;
+///        ...
+///       x2 = x1 & (x1 - 1);
+///        ...
+///    } while(x != 0);
+///
+/// loop-exit:
+/// \endcode
+static bool detectPopcountIdiom(Loop *CurLoop, BasicBlock *PreCondBB,
+                                Instruction *&CntInst, PHINode *&CntPhi,
+                                Value *&Var) {
+  // step 1: Check to see if the look-back branch match this pattern:
+  //    "if (a!=0) goto loop-entry".
+  BasicBlock *LoopEntry;
+  Instruction *DefX2, *CountInst;
+  Value *VarX1, *VarX0;
+  PHINode *PhiX, *CountPhi;
+
+  DefX2 = CountInst = nullptr;
+  VarX1 = VarX0 = nullptr;
+  PhiX = CountPhi = nullptr;
+  LoopEntry = *(CurLoop->block_begin());
+
+  // step 1: Check if the loop-back branch is in desirable form.
+  {
+    if (Value *T = matchCondition(
+            dyn_cast<BranchInst>(LoopEntry->getTerminator()), LoopEntry))
+      DefX2 = dyn_cast<Instruction>(T);
+    else
+      return false;
+  }
+
+  // step 2: detect instructions corresponding to "x2 = x1 & (x1 - 1)"
+  {
+    if (!DefX2 || DefX2->getOpcode() != Instruction::And)
+      return false;
+
+    BinaryOperator *SubOneOp;
+
+    if ((SubOneOp = dyn_cast<BinaryOperator>(DefX2->getOperand(0))))
+      VarX1 = DefX2->getOperand(1);
+    else {
+      VarX1 = DefX2->getOperand(0);
+      SubOneOp = dyn_cast<BinaryOperator>(DefX2->getOperand(1));
+    }
+    if (!SubOneOp)
+      return false;
+
+    Instruction *SubInst = cast<Instruction>(SubOneOp);
+    ConstantInt *Dec = dyn_cast<ConstantInt>(SubInst->getOperand(1));
+    if (!Dec ||
+        !((SubInst->getOpcode() == Instruction::Sub && Dec->isOne()) ||
+          (SubInst->getOpcode() == Instruction::Add &&
+           Dec->isAllOnesValue()))) {
+      return false;
+    }
+  }
+
+  // step 3: Check the recurrence of variable X
+  {
+    PhiX = dyn_cast<PHINode>(VarX1);
+    if (!PhiX ||
+        (PhiX->getOperand(0) != DefX2 && PhiX->getOperand(1) != DefX2)) {
+      return false;
+    }
+  }
+
+  // step 4: Find the instruction which count the population: cnt2 = cnt1 + 1
+  {
+    CountInst = nullptr;
+    for (BasicBlock::iterator Iter = LoopEntry->getFirstNonPHI(),
+                              IterE = LoopEntry->end();
+         Iter != IterE; Iter++) {
+      Instruction *Inst = Iter;
+      if (Inst->getOpcode() != Instruction::Add)
+        continue;
+
+      ConstantInt *Inc = dyn_cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1));
+      if (!Inc || !Inc->isOne())
+        continue;
+
+      PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(Inst->getOperand(0));
+      if (!Phi || Phi->getParent() != LoopEntry)
+        continue;
+
+      // Check if the result of the instruction is live of the loop.
+      bool LiveOutLoop = false;
+      for (User *U : Inst->users()) {
+        if ((cast<Instruction>(U))->getParent() != LoopEntry) {
+          LiveOutLoop = true;
+          break;
+        }
+      }
+
+      if (LiveOutLoop) {
+        CountInst = Inst;
+        CountPhi = Phi;
+        break;
+      }
+    }
+
+    if (!CountInst)
+      return false;
+  }
+
+  // step 5: check if the precondition is in this form:
+  //   "if (x != 0) goto loop-head ; else goto somewhere-we-don't-care;"
+  {
+    auto *PreCondBr = dyn_cast<BranchInst>(PreCondBB->getTerminator());
+    Value *T = matchCondition(PreCondBr, CurLoop->getLoopPreheader());
+    if (T != PhiX->getOperand(0) && T != PhiX->getOperand(1))
+      return false;
+
+    CntInst = CountInst;
+    CntPhi = CountPhi;
+    Var = T;
+  }
+
+  return true;
+}
+
+/// Recognizes a population count idiom in a non-countable loop.
+///
+/// If detected, transforms the relevant code to issue the popcount intrinsic
+/// function call, and returns true; otherwise, returns false.
+bool LoopIdiomRecognize::recognizePopcount() {
+  if (TTI->getPopcntSupport(32) != TargetTransformInfo::PSK_FastHardware)
+    return false;
+
+  // Counting population are usually conducted by few arithmetic instructions.
+  // Such instructions can be easilly "absorbed" by vacant slots in a
+  // non-compact loop. Therefore, recognizing popcount idiom only makes sense
+  // in a compact loop.
+
+  // Give up if the loop has multiple blocks or multiple backedges.
+  if (CurLoop->getNumBackEdges() != 1 || CurLoop->getNumBlocks() != 1)
+    return false;
+
+  BasicBlock *LoopBody = *(CurLoop->block_begin());
+  if (LoopBody->size() >= 20) {
+    // The loop is too big, bail out.
+    return false;
+  }
+
+  // It should have a preheader containing nothing but an unconditional branch.
+  BasicBlock *PH = CurLoop->getLoopPreheader();
+  if (!PH)
+    return false;
+  if (&PH->front() != PH->getTerminator())
+    return false;
+  auto *EntryBI = dyn_cast<BranchInst>(PH->getTerminator());
+  if (!EntryBI || EntryBI->isConditional())
+    return false;
+
+  // It should have a precondition block where the generated popcount instrinsic
+  // function can be inserted.
+  auto *PreCondBB = PH->getSinglePredecessor();
+  if (!PreCondBB)
+    return false;
+  auto *PreCondBI = dyn_cast<BranchInst>(PreCondBB->getTerminator());
+  if (!PreCondBI || PreCondBI->isUnconditional())
+    return false;
+
+  Instruction *CntInst;
+  PHINode *CntPhi;
+  Value *Val;
+  if (!detectPopcountIdiom(CurLoop, PreCondBB, CntInst, CntPhi, Val))
+    return false;
+
+  transformLoopToPopcount(PreCondBB, CntInst, CntPhi, Val);
+  return true;
+}
+
+static CallInst *createPopcntIntrinsic(IRBuilder<> &IRBuilder, Value *Val,
+                                       DebugLoc DL) {
+  Value *Ops[] = {Val};
+  Type *Tys[] = {Val->getType()};
+
+  Module *M = IRBuilder.GetInsertBlock()->getParent()->getParent();
+  Value *Func = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::ctpop, Tys);
+  CallInst *CI = IRBuilder.CreateCall(Func, Ops);
+  CI->setDebugLoc(DL);
+
+  return CI;
+}
+
+void LoopIdiomRecognize::transformLoopToPopcount(BasicBlock *PreCondBB,
+                                                 Instruction *CntInst,
+                                                 PHINode *CntPhi, Value *Var) {
+  BasicBlock *PreHead = CurLoop->getLoopPreheader();
+  auto *PreCondBr = dyn_cast<BranchInst>(PreCondBB->getTerminator());
+  const DebugLoc DL = CntInst->getDebugLoc();
+
+  // Assuming before transformation, the loop is following:
+  //  if (x) // the precondition
+  //     do { cnt++; x &= x - 1; } while(x);
+
+  // Step 1: Insert the ctpop instruction at the end of the precondition block
+  IRBuilder<> Builder(PreCondBr);
+  Value *PopCnt, *PopCntZext, *NewCount, *TripCnt;
+  {
+    PopCnt = createPopcntIntrinsic(Builder, Var, DL);
+    NewCount = PopCntZext =
+        Builder.CreateZExtOrTrunc(PopCnt, cast<IntegerType>(CntPhi->getType()));
+
+    if (NewCount != PopCnt)
+      (cast<Instruction>(NewCount))->setDebugLoc(DL);
+
+    // TripCnt is exactly the number of iterations the loop has
+    TripCnt = NewCount;
+
+    // If the population counter's initial value is not zero, insert Add Inst.
+    Value *CntInitVal = CntPhi->getIncomingValueForBlock(PreHead);
+    ConstantInt *InitConst = dyn_cast<ConstantInt>(CntInitVal);
+    if (!InitConst || !InitConst->isZero()) {
+      NewCount = Builder.CreateAdd(NewCount, CntInitVal);
+      (cast<Instruction>(NewCount))->setDebugLoc(DL);
+    }
+  }
+
+  // Step 2: Replace the precondition from "if(x == 0) goto loop-exit" to
+  //   "if(NewCount == 0) loop-exit". Withtout this change, the intrinsic
+  //   function would be partial dead code, and downstream passes will drag
+  //   it back from the precondition block to the preheader.
+  {
+    ICmpInst *PreCond = cast<ICmpInst>(PreCondBr->getCondition());
+
+    Value *Opnd0 = PopCntZext;
+    Value *Opnd1 = ConstantInt::get(PopCntZext->getType(), 0);
+    if (PreCond->getOperand(0) != Var)
+      std::swap(Opnd0, Opnd1);
+
+    ICmpInst *NewPreCond = cast<ICmpInst>(
+        Builder.CreateICmp(PreCond->getPredicate(), Opnd0, Opnd1));
+    PreCondBr->setCondition(NewPreCond);
+
+    RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(PreCond, TLI);
+  }
+
+  // Step 3: Note that the population count is exactly the trip count of the
+  // loop in question, which enble us to to convert the loop from noncountable
+  // loop into a countable one. The benefit is twofold:
+  //
+  //  - If the loop only counts population, the entire loop become dead after
+  //    the transformation. It is lots easier to prove a countable loop dead
+  //    than to prove a noncountable one. (In some C dialects, a infite loop
+  //    isn't dead even if it computes nothing useful. In general, DCE needs
+  //    to prove a noncountable loop finite before safely delete it.)
+  //
+  //  - If the loop also performs something else, it remains alive.
+  //    Since it is transformed to countable form, it can be aggressively
+  //    optimized by some optimizations which are in general not applicable
+  //    to a noncountable loop.
+  //
+  // After this step, this loop (conceptually) would look like following:
+  //   newcnt = __builtin_ctpop(x);
+  //   t = newcnt;
+  //   if (x)
+  //     do { cnt++; x &= x-1; t--) } while (t > 0);
+  BasicBlock *Body = *(CurLoop->block_begin());
+  {
+    auto *LbBr = dyn_cast<BranchInst>(Body->getTerminator());
+    ICmpInst *LbCond = cast<ICmpInst>(LbBr->getCondition());
+    Type *Ty = TripCnt->getType();
+
+    PHINode *TcPhi = PHINode::Create(Ty, 2, "tcphi", Body->begin());
+
+    Builder.SetInsertPoint(LbCond);
+    Value *Opnd1 = cast<Value>(TcPhi);
+    Value *Opnd2 = cast<Value>(ConstantInt::get(Ty, 1));
+    Instruction *TcDec = cast<Instruction>(
+        Builder.CreateSub(Opnd1, Opnd2, "tcdec", false, true));
+
+    TcPhi->addIncoming(TripCnt, PreHead);
+    TcPhi->addIncoming(TcDec, Body);
+
+    CmpInst::Predicate Pred =
+        (LbBr->getSuccessor(0) == Body) ? CmpInst::ICMP_UGT : CmpInst::ICMP_SLE;
+    LbCond->setPredicate(Pred);
+    LbCond->setOperand(0, TcDec);
+    LbCond->setOperand(1, cast<Value>(ConstantInt::get(Ty, 0)));
+  }
+
+  // Step 4: All the references to the original population counter outside
+  //  the loop are replaced with the NewCount -- the value returned from
+  //  __builtin_ctpop().
+  CntInst->replaceUsesOutsideBlock(NewCount, Body);
+
+  // step 5: Forget the "non-computable" trip-count SCEV associated with the
+  //   loop. The loop would otherwise not be deleted even if it becomes empty.
+  SE->forgetLoop(CurLoop);
+}