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Merge remote-tracking branch 'goog/ics-aah'
[android-x86/external-llvm.git] / lib / Transforms / Vectorize / BBVectorize.cpp
1 //===- BBVectorize.cpp - A Basic-Block Vectorizer -------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements a basic-block vectorization pass. The algorithm was
11 // inspired by that used by the Vienna MAP Vectorizor by Franchetti and Kral,
12 // et al. It works by looking for chains of pairable operations and then
13 // pairing them.
14 //
15 //===----------------------------------------------------------------------===//
16
17 #define BBV_NAME "bb-vectorize"
18 #define DEBUG_TYPE BBV_NAME
19 #include "llvm/Constants.h"
20 #include "llvm/DerivedTypes.h"
21 #include "llvm/Function.h"
22 #include "llvm/Instructions.h"
23 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
24 #include "llvm/Intrinsics.h"
25 #include "llvm/LLVMContext.h"
26 #include "llvm/Pass.h"
27 #include "llvm/Type.h"
28 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
29 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
33 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
34 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
35 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
36 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
37 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
38 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
39 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
40 #include "llvm/Support/Debug.h"
41 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
42 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
43 #include "llvm/Target/TargetData.h"
44 #include "llvm/Transforms/Vectorize.h"
45 #include <algorithm>
46 #include <map>
47 using namespace llvm;
48
49 static cl::opt<unsigned>
50 ReqChainDepth("bb-vectorize-req-chain-depth", cl::init(6), cl::Hidden,
51   cl::desc("The required chain depth for vectorization"));
52
53 static cl::opt<unsigned>
54 SearchLimit("bb-vectorize-search-limit", cl::init(400), cl::Hidden,
55   cl::desc("The maximum search distance for instruction pairs"));
56
57 static cl::opt<bool>
58 SplatBreaksChain("bb-vectorize-splat-breaks-chain", cl::init(false), cl::Hidden,
59   cl::desc("Replicating one element to a pair breaks the chain"));
60
61 static cl::opt<unsigned>
62 VectorBits("bb-vectorize-vector-bits", cl::init(128), cl::Hidden,
63   cl::desc("The size of the native vector registers"));
64
65 static cl::opt<unsigned>
66 MaxIter("bb-vectorize-max-iter", cl::init(0), cl::Hidden,
67   cl::desc("The maximum number of pairing iterations"));
68
69 static cl::opt<unsigned>
70 MaxInsts("bb-vectorize-max-instr-per-group", cl::init(500), cl::Hidden,
71   cl::desc("The maximum number of pairable instructions per group"));
72
73 static cl::opt<unsigned>
74 MaxCandPairsForCycleCheck("bb-vectorize-max-cycle-check-pairs", cl::init(200),
75   cl::Hidden, cl::desc("The maximum number of candidate pairs with which to use"
76                        " a full cycle check"));
77
78 static cl::opt<bool>
79 NoInts("bb-vectorize-no-ints", cl::init(false), cl::Hidden,
80   cl::desc("Don't try to vectorize integer values"));
81
82 static cl::opt<bool>
83 NoFloats("bb-vectorize-no-floats", cl::init(false), cl::Hidden,
84   cl::desc("Don't try to vectorize floating-point values"));
85
86 static cl::opt<bool>
87 NoCasts("bb-vectorize-no-casts", cl::init(false), cl::Hidden,
88   cl::desc("Don't try to vectorize casting (conversion) operations"));
89
90 static cl::opt<bool>
91 NoMath("bb-vectorize-no-math", cl::init(false), cl::Hidden,
92   cl::desc("Don't try to vectorize floating-point math intrinsics"));
93
94 static cl::opt<bool>
95 NoFMA("bb-vectorize-no-fma", cl::init(false), cl::Hidden,
96   cl::desc("Don't try to vectorize the fused-multiply-add intrinsic"));
97
98 static cl::opt<bool>
99 NoMemOps("bb-vectorize-no-mem-ops", cl::init(false), cl::Hidden,
100   cl::desc("Don't try to vectorize loads and stores"));
101
102 static cl::opt<bool>
103 AlignedOnly("bb-vectorize-aligned-only", cl::init(false), cl::Hidden,
104   cl::desc("Only generate aligned loads and stores"));
105
106 static cl::opt<bool>
107 NoMemOpBoost("bb-vectorize-no-mem-op-boost",
108   cl::init(false), cl::Hidden,
109   cl::desc("Don't boost the chain-depth contribution of loads and stores"));
110
111 static cl::opt<bool>
112 FastDep("bb-vectorize-fast-dep", cl::init(false), cl::Hidden,
113   cl::desc("Use a fast instruction dependency analysis"));
114
115 #ifndef NDEBUG
116 static cl::opt<bool>
117 DebugInstructionExamination("bb-vectorize-debug-instruction-examination",
118   cl::init(false), cl::Hidden,
119   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
120            " instruction-examination process"));
121 static cl::opt<bool>
122 DebugCandidateSelection("bb-vectorize-debug-candidate-selection",
123   cl::init(false), cl::Hidden,
124   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
125            " candidate-selection process"));
126 static cl::opt<bool>
127 DebugPairSelection("bb-vectorize-debug-pair-selection",
128   cl::init(false), cl::Hidden,
129   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
130            " pair-selection process"));
131 static cl::opt<bool>
132 DebugCycleCheck("bb-vectorize-debug-cycle-check",
133   cl::init(false), cl::Hidden,
134   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
135            " cycle-checking process"));
136 #endif
137
138 STATISTIC(NumFusedOps, "Number of operations fused by bb-vectorize");
139
140 namespace {
141   struct BBVectorize : public BasicBlockPass {
142     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
143     BBVectorize() : BasicBlockPass(ID) {
144       initializeBBVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
145     }
146
147     typedef std::pair<Value *, Value *> ValuePair;
148     typedef std::pair<ValuePair, size_t> ValuePairWithDepth;
149     typedef std::pair<ValuePair, ValuePair> VPPair; // A ValuePair pair
150     typedef std::pair<std::multimap<Value *, Value *>::iterator,
151               std::multimap<Value *, Value *>::iterator> VPIteratorPair;
152     typedef std::pair<std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator,
153               std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator>
154                 VPPIteratorPair;
155
156     AliasAnalysis *AA;
157     ScalarEvolution *SE;
158     TargetData *TD;
159
160     // FIXME: const correct?
161
162     bool vectorizePairs(BasicBlock &BB);
163
164     bool getCandidatePairs(BasicBlock &BB,
165                        BasicBlock::iterator &Start,
166                        std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
167                        std::vector<Value *> &PairableInsts);
168
169     void computeConnectedPairs(std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
170                        std::vector<Value *> &PairableInsts,
171                        std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs);
172
173     void buildDepMap(BasicBlock &BB,
174                        std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
175                        std::vector<Value *> &PairableInsts,
176                        DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers);
177
178     void choosePairs(std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
179                         std::vector<Value *> &PairableInsts,
180                         std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
181                         DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
182                         DenseMap<Value *, Value *>& ChosenPairs);
183
184     void fuseChosenPairs(BasicBlock &BB,
185                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
186                      DenseMap<Value *, Value *>& ChosenPairs);
187
188     bool isInstVectorizable(Instruction *I, bool &IsSimpleLoadStore);
189
190     bool areInstsCompatible(Instruction *I, Instruction *J,
191                        bool IsSimpleLoadStore);
192
193     bool trackUsesOfI(DenseSet<Value *> &Users,
194                       AliasSetTracker &WriteSet, Instruction *I,
195                       Instruction *J, bool UpdateUsers = true,
196                       std::multimap<Value *, Value *> *LoadMoveSet = 0);
197
198     void computePairsConnectedTo(
199                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
200                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
201                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
202                       ValuePair P);
203
204     bool pairsConflict(ValuePair P, ValuePair Q,
205                  DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
206                  std::multimap<ValuePair, ValuePair> *PairableInstUserMap = 0);
207
208     bool pairWillFormCycle(ValuePair P,
209                        std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUsers,
210                        DenseSet<ValuePair> &CurrentPairs);
211
212     void pruneTreeFor(
213                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
214                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
215                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
216                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
217                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
218                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
219                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree,
220                       DenseSet<ValuePair> &PrunedTree, ValuePair J,
221                       bool UseCycleCheck);
222
223     void buildInitialTreeFor(
224                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
225                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
226                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
227                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
228                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
229                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree, ValuePair J);
230
231     void findBestTreeFor(
232                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
233                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
234                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
235                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
236                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
237                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
238                       DenseSet<ValuePair> &BestTree, size_t &BestMaxDepth,
239                       size_t &BestEffSize, VPIteratorPair ChoiceRange,
240                       bool UseCycleCheck);
241
242     Value *getReplacementPointerInput(LLVMContext& Context, Instruction *I,
243                      Instruction *J, unsigned o, bool &FlipMemInputs);
244
245     void fillNewShuffleMask(LLVMContext& Context, Instruction *J,
246                      unsigned NumElem, unsigned MaskOffset, unsigned NumInElem,
247                      unsigned IdxOffset, std::vector<Constant*> &Mask);
248
249     Value *getReplacementShuffleMask(LLVMContext& Context, Instruction *I,
250                      Instruction *J);
251
252     Value *getReplacementInput(LLVMContext& Context, Instruction *I,
253                      Instruction *J, unsigned o, bool FlipMemInputs);
254
255     void getReplacementInputsForPair(LLVMContext& Context, Instruction *I,
256                      Instruction *J, SmallVector<Value *, 3> &ReplacedOperands,
257                      bool &FlipMemInputs);
258
259     void replaceOutputsOfPair(LLVMContext& Context, Instruction *I,
260                      Instruction *J, Instruction *K,
261                      Instruction *&InsertionPt, Instruction *&K1,
262                      Instruction *&K2, bool &FlipMemInputs);
263
264     void collectPairLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
265                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
266                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
267                      Instruction *I);
268
269     void collectLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
270                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
271                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
272                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet);
273
274     bool canMoveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
275                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
276                      Instruction *I, Instruction *J);
277
278     void moveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
279                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
280                      Instruction *&InsertionPt,
281                      Instruction *I, Instruction *J);
282
283     virtual bool runOnBasicBlock(BasicBlock &BB) {
284       AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
285       SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
286       TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
287
288       bool changed = false;
289       // Iterate a sufficient number of times to merge types of size 1 bit,
290       // then 2 bits, then 4, etc. up to half of the target vector width of the
291       // target vector register.
292       for (unsigned v = 2, n = 1; v <= VectorBits && (!MaxIter || n <= MaxIter);
293            v *= 2, ++n) {
294         DEBUG(dbgs() << "BBV: fusing loop #" << n << 
295               " for " << BB.getName() << " in " <<
296               BB.getParent()->getName() << "...\n");
297         if (vectorizePairs(BB))
298           changed = true;
299         else
300           break;
301       }
302
303       DEBUG(dbgs() << "BBV: done!\n");
304       return changed;
305     }
306
307     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
308       BasicBlockPass::getAnalysisUsage(AU);
309       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
310       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
311       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
312       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
313       AU.setPreservesCFG();
314     }
315
316     // This returns the vector type that holds a pair of the provided type.
317     // If the provided type is already a vector, then its length is doubled.
318     static inline VectorType *getVecTypeForPair(Type *ElemTy) {
319       if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(ElemTy)) {
320         unsigned numElem = VTy->getNumElements();
321         return VectorType::get(ElemTy->getScalarType(), numElem*2);
322       }
323
324       return VectorType::get(ElemTy, 2);
325     }
326
327     // Returns the weight associated with the provided value. A chain of
328     // candidate pairs has a length given by the sum of the weights of its
329     // members (one weight per pair; the weight of each member of the pair
330     // is assumed to be the same). This length is then compared to the
331     // chain-length threshold to determine if a given chain is significant
332     // enough to be vectorized. The length is also used in comparing
333     // candidate chains where longer chains are considered to be better.
334     // Note: when this function returns 0, the resulting instructions are
335     // not actually fused.
336     static inline size_t getDepthFactor(Value *V) {
337       // InsertElement and ExtractElement have a depth factor of zero. This is
338       // for two reasons: First, they cannot be usefully fused. Second, because
339       // the pass generates a lot of these, they can confuse the simple metric
340       // used to compare the trees in the next iteration. Thus, giving them a
341       // weight of zero allows the pass to essentially ignore them in
342       // subsequent iterations when looking for vectorization opportunities
343       // while still tracking dependency chains that flow through those
344       // instructions.
345       if (isa<InsertElementInst>(V) || isa<ExtractElementInst>(V))
346         return 0;
347
348       // Give a load or store half of the required depth so that load/store
349       // pairs will vectorize.
350       if (!NoMemOpBoost && (isa<LoadInst>(V) || isa<StoreInst>(V)))
351         return ReqChainDepth/2;
352
353       return 1;
354     }
355
356     // This determines the relative offset of two loads or stores, returning
357     // true if the offset could be determined to be some constant value.
358     // For example, if OffsetInElmts == 1, then J accesses the memory directly
359     // after I; if OffsetInElmts == -1 then I accesses the memory
360     // directly after J. This function assumes that both instructions
361     // have the same type.
362     bool getPairPtrInfo(Instruction *I, Instruction *J,
363         Value *&IPtr, Value *&JPtr, unsigned &IAlignment, unsigned &JAlignment,
364         int64_t &OffsetInElmts) {
365       OffsetInElmts = 0;
366       if (isa<LoadInst>(I)) {
367         IPtr = cast<LoadInst>(I)->getPointerOperand();
368         JPtr = cast<LoadInst>(J)->getPointerOperand();
369         IAlignment = cast<LoadInst>(I)->getAlignment();
370         JAlignment = cast<LoadInst>(J)->getAlignment();
371       } else {
372         IPtr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
373         JPtr = cast<StoreInst>(J)->getPointerOperand();
374         IAlignment = cast<StoreInst>(I)->getAlignment();
375         JAlignment = cast<StoreInst>(J)->getAlignment();
376       }
377
378       const SCEV *IPtrSCEV = SE->getSCEV(IPtr);
379       const SCEV *JPtrSCEV = SE->getSCEV(JPtr);
380
381       // If this is a trivial offset, then we'll get something like
382       // 1*sizeof(type). With target data, which we need anyway, this will get
383       // constant folded into a number.
384       const SCEV *OffsetSCEV = SE->getMinusSCEV(JPtrSCEV, IPtrSCEV);
385       if (const SCEVConstant *ConstOffSCEV =
386             dyn_cast<SCEVConstant>(OffsetSCEV)) {
387         ConstantInt *IntOff = ConstOffSCEV->getValue();
388         int64_t Offset = IntOff->getSExtValue();
389
390         Type *VTy = cast<PointerType>(IPtr->getType())->getElementType();
391         int64_t VTyTSS = (int64_t) TD->getTypeStoreSize(VTy);
392
393         assert(VTy == cast<PointerType>(JPtr->getType())->getElementType());
394
395         OffsetInElmts = Offset/VTyTSS;
396         return (abs64(Offset) % VTyTSS) == 0;
397       }
398
399       return false;
400     }
401
402     // Returns true if the provided CallInst represents an intrinsic that can
403     // be vectorized.
404     bool isVectorizableIntrinsic(CallInst* I) {
405       Function *F = I->getCalledFunction();
406       if (!F) return false;
407
408       unsigned IID = F->getIntrinsicID();
409       if (!IID) return false;
410
411       switch(IID) {
412       default:
413         return false;
414       case Intrinsic::sqrt:
415       case Intrinsic::powi:
416       case Intrinsic::sin:
417       case Intrinsic::cos:
418       case Intrinsic::log:
419       case Intrinsic::log2:
420       case Intrinsic::log10:
421       case Intrinsic::exp:
422       case Intrinsic::exp2:
423       case Intrinsic::pow:
424         return !NoMath;
425       case Intrinsic::fma:
426         return !NoFMA;
427       }
428     }
429
430     // Returns true if J is the second element in some pair referenced by
431     // some multimap pair iterator pair.
432     template <typename V>
433     bool isSecondInIteratorPair(V J, std::pair<
434            typename std::multimap<V, V>::iterator,
435            typename std::multimap<V, V>::iterator> PairRange) {
436       for (typename std::multimap<V, V>::iterator K = PairRange.first;
437            K != PairRange.second; ++K)
438         if (K->second == J) return true;
439
440       return false;
441     }
442   };
443
444   // This function implements one vectorization iteration on the provided
445   // basic block. It returns true if the block is changed.
446   bool BBVectorize::vectorizePairs(BasicBlock &BB) {
447     bool ShouldContinue;
448     BasicBlock::iterator Start = BB.getFirstInsertionPt();
449
450     std::vector<Value *> AllPairableInsts;
451     DenseMap<Value *, Value *> AllChosenPairs;
452
453     do {
454       std::vector<Value *> PairableInsts;
455       std::multimap<Value *, Value *> CandidatePairs;
456       ShouldContinue = getCandidatePairs(BB, Start, CandidatePairs,
457                                          PairableInsts);
458       if (PairableInsts.empty()) continue;
459
460       // Now we have a map of all of the pairable instructions and we need to
461       // select the best possible pairing. A good pairing is one such that the
462       // users of the pair are also paired. This defines a (directed) forest
463       // over the pairs such that two pairs are connected iff the second pair
464       // uses the first.
465
466       // Note that it only matters that both members of the second pair use some
467       // element of the first pair (to allow for splatting).
468
469       std::multimap<ValuePair, ValuePair> ConnectedPairs;
470       computeConnectedPairs(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs);
471       if (ConnectedPairs.empty()) continue;
472
473       // Build the pairable-instruction dependency map
474       DenseSet<ValuePair> PairableInstUsers;
475       buildDepMap(BB, CandidatePairs, PairableInsts, PairableInstUsers);
476
477       // There is now a graph of the connected pairs. For each variable, pick
478       // the pairing with the largest tree meeting the depth requirement on at
479       // least one branch. Then select all pairings that are part of that tree
480       // and remove them from the list of available pairings and pairable
481       // variables.
482
483       DenseMap<Value *, Value *> ChosenPairs;
484       choosePairs(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs,
485         PairableInstUsers, ChosenPairs);
486
487       if (ChosenPairs.empty()) continue;
488       AllPairableInsts.insert(AllPairableInsts.end(), PairableInsts.begin(),
489                               PairableInsts.end());
490       AllChosenPairs.insert(ChosenPairs.begin(), ChosenPairs.end());
491     } while (ShouldContinue);
492
493     if (AllChosenPairs.empty()) return false;
494     NumFusedOps += AllChosenPairs.size();
495
496     // A set of pairs has now been selected. It is now necessary to replace the
497     // paired instructions with vector instructions. For this procedure each
498     // operand must be replaced with a vector operand. This vector is formed
499     // by using build_vector on the old operands. The replaced values are then
500     // replaced with a vector_extract on the result.  Subsequent optimization
501     // passes should coalesce the build/extract combinations.
502
503     fuseChosenPairs(BB, AllPairableInsts, AllChosenPairs);
504     return true;
505   }
506
507   // This function returns true if the provided instruction is capable of being
508   // fused into a vector instruction. This determination is based only on the
509   // type and other attributes of the instruction.
510   bool BBVectorize::isInstVectorizable(Instruction *I,
511                                          bool &IsSimpleLoadStore) {
512     IsSimpleLoadStore = false;
513
514     if (CallInst *C = dyn_cast<CallInst>(I)) {
515       if (!isVectorizableIntrinsic(C))
516         return false;
517     } else if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
518       // Vectorize simple loads if possbile:
519       IsSimpleLoadStore = L->isSimple();
520       if (!IsSimpleLoadStore || NoMemOps)
521         return false;
522     } else if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
523       // Vectorize simple stores if possbile:
524       IsSimpleLoadStore = S->isSimple();
525       if (!IsSimpleLoadStore || NoMemOps)
526         return false;
527     } else if (CastInst *C = dyn_cast<CastInst>(I)) {
528       // We can vectorize casts, but not casts of pointer types, etc.
529       if (NoCasts)
530         return false;
531
532       Type *SrcTy = C->getSrcTy();
533       if (!SrcTy->isSingleValueType() || SrcTy->isPointerTy())
534         return false;
535
536       Type *DestTy = C->getDestTy();
537       if (!DestTy->isSingleValueType() || DestTy->isPointerTy())
538         return false;
539     } else if (!(I->isBinaryOp() || isa<ShuffleVectorInst>(I) ||
540         isa<ExtractElementInst>(I) || isa<InsertElementInst>(I))) {
541       return false;
542     }
543
544     // We can't vectorize memory operations without target data
545     if (TD == 0 && IsSimpleLoadStore)
546       return false;
547
548     Type *T1, *T2;
549     if (isa<StoreInst>(I)) {
550       // For stores, it is the value type, not the pointer type that matters
551       // because the value is what will come from a vector register.
552
553       Value *IVal = cast<StoreInst>(I)->getValueOperand();
554       T1 = IVal->getType();
555     } else {
556       T1 = I->getType();
557     }
558
559     if (I->isCast())
560       T2 = cast<CastInst>(I)->getSrcTy();
561     else
562       T2 = T1;
563
564     // Not every type can be vectorized...
565     if (!(VectorType::isValidElementType(T1) || T1->isVectorTy()) ||
566         !(VectorType::isValidElementType(T2) || T2->isVectorTy()))
567       return false;
568
569     if (NoInts && (T1->isIntOrIntVectorTy() || T2->isIntOrIntVectorTy()))
570       return false;
571
572     if (NoFloats && (T1->isFPOrFPVectorTy() || T2->isFPOrFPVectorTy()))
573       return false;
574
575     if (T1->getPrimitiveSizeInBits() > VectorBits/2 ||
576         T2->getPrimitiveSizeInBits() > VectorBits/2)
577       return false;
578
579     return true;
580   }
581
582   // This function returns true if the two provided instructions are compatible
583   // (meaning that they can be fused into a vector instruction). This assumes
584   // that I has already been determined to be vectorizable and that J is not
585   // in the use tree of I.
586   bool BBVectorize::areInstsCompatible(Instruction *I, Instruction *J,
587                        bool IsSimpleLoadStore) {
588     DEBUG(if (DebugInstructionExamination) dbgs() << "BBV: looking at " << *I <<
589                      " <-> " << *J << "\n");
590
591     // Loads and stores can be merged if they have different alignments,
592     // but are otherwise the same.
593     LoadInst *LI, *LJ;
594     StoreInst *SI, *SJ;
595     if ((LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) && (LJ = dyn_cast<LoadInst>(J))) {
596       if (I->getType() != J->getType())
597         return false;
598
599       if (LI->getPointerOperand()->getType() !=
600             LJ->getPointerOperand()->getType() ||
601           LI->isVolatile() != LJ->isVolatile() ||
602           LI->getOrdering() != LJ->getOrdering() ||
603           LI->getSynchScope() != LJ->getSynchScope())
604         return false; 
605     } else if ((SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) && (SJ = dyn_cast<StoreInst>(J))) {
606       if (SI->getValueOperand()->getType() !=
607             SJ->getValueOperand()->getType() ||
608           SI->getPointerOperand()->getType() !=
609             SJ->getPointerOperand()->getType() ||
610           SI->isVolatile() != SJ->isVolatile() ||
611           SI->getOrdering() != SJ->getOrdering() ||
612           SI->getSynchScope() != SJ->getSynchScope())
613         return false;
614     } else if (!J->isSameOperationAs(I)) {
615       return false;
616     }
617     // FIXME: handle addsub-type operations!
618
619     if (IsSimpleLoadStore) {
620       Value *IPtr, *JPtr;
621       unsigned IAlignment, JAlignment;
622       int64_t OffsetInElmts = 0;
623       if (getPairPtrInfo(I, J, IPtr, JPtr, IAlignment, JAlignment,
624             OffsetInElmts) && abs64(OffsetInElmts) == 1) {
625         if (AlignedOnly) {
626           Type *aType = isa<StoreInst>(I) ?
627             cast<StoreInst>(I)->getValueOperand()->getType() : I->getType();
628           // An aligned load or store is possible only if the instruction
629           // with the lower offset has an alignment suitable for the
630           // vector type.
631
632           unsigned BottomAlignment = IAlignment;
633           if (OffsetInElmts < 0) BottomAlignment = JAlignment;
634
635           Type *VType = getVecTypeForPair(aType);
636           unsigned VecAlignment = TD->getPrefTypeAlignment(VType);
637           if (BottomAlignment < VecAlignment)
638             return false;
639         }
640       } else {
641         return false;
642       }
643     } else if (isa<ShuffleVectorInst>(I)) {
644       // Only merge two shuffles if they're both constant
645       return isa<Constant>(I->getOperand(2)) &&
646              isa<Constant>(J->getOperand(2));
647       // FIXME: We may want to vectorize non-constant shuffles also.
648     }
649
650     return true;
651   }
652
653   // Figure out whether or not J uses I and update the users and write-set
654   // structures associated with I. Specifically, Users represents the set of
655   // instructions that depend on I. WriteSet represents the set
656   // of memory locations that are dependent on I. If UpdateUsers is true,
657   // and J uses I, then Users is updated to contain J and WriteSet is updated
658   // to contain any memory locations to which J writes. The function returns
659   // true if J uses I. By default, alias analysis is used to determine
660   // whether J reads from memory that overlaps with a location in WriteSet.
661   // If LoadMoveSet is not null, then it is a previously-computed multimap
662   // where the key is the memory-based user instruction and the value is
663   // the instruction to be compared with I. So, if LoadMoveSet is provided,
664   // then the alias analysis is not used. This is necessary because this
665   // function is called during the process of moving instructions during
666   // vectorization and the results of the alias analysis are not stable during
667   // that process.
668   bool BBVectorize::trackUsesOfI(DenseSet<Value *> &Users,
669                        AliasSetTracker &WriteSet, Instruction *I,
670                        Instruction *J, bool UpdateUsers,
671                        std::multimap<Value *, Value *> *LoadMoveSet) {
672     bool UsesI = false;
673
674     // This instruction may already be marked as a user due, for example, to
675     // being a member of a selected pair.
676     if (Users.count(J))
677       UsesI = true;
678
679     if (!UsesI)
680       for (User::op_iterator JU = J->op_begin(), JE = J->op_end();
681            JU != JE; ++JU) {
682         Value *V = *JU;
683         if (I == V || Users.count(V)) {
684           UsesI = true;
685           break;
686         }
687       }
688     if (!UsesI && J->mayReadFromMemory()) {
689       if (LoadMoveSet) {
690         VPIteratorPair JPairRange = LoadMoveSet->equal_range(J);
691         UsesI = isSecondInIteratorPair<Value*>(I, JPairRange);
692       } else {
693         for (AliasSetTracker::iterator W = WriteSet.begin(),
694              WE = WriteSet.end(); W != WE; ++W) {
695           if (W->aliasesUnknownInst(J, *AA)) {
696             UsesI = true;
697             break;
698           }
699         }
700       }
701     }
702
703     if (UsesI && UpdateUsers) {
704       if (J->mayWriteToMemory()) WriteSet.add(J);
705       Users.insert(J);
706     }
707
708     return UsesI;
709   }
710
711   // This function iterates over all instruction pairs in the provided
712   // basic block and collects all candidate pairs for vectorization.
713   bool BBVectorize::getCandidatePairs(BasicBlock &BB,
714                        BasicBlock::iterator &Start,
715                        std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
716                        std::vector<Value *> &PairableInsts) {
717     BasicBlock::iterator E = BB.end();
718     if (Start == E) return false;
719
720     bool ShouldContinue = false, IAfterStart = false;
721     for (BasicBlock::iterator I = Start++; I != E; ++I) {
722       if (I == Start) IAfterStart = true;
723
724       bool IsSimpleLoadStore;
725       if (!isInstVectorizable(I, IsSimpleLoadStore)) continue;
726
727       // Look for an instruction with which to pair instruction *I...
728       DenseSet<Value *> Users;
729       AliasSetTracker WriteSet(*AA);
730       bool JAfterStart = IAfterStart;
731       BasicBlock::iterator J = llvm::next(I);
732       for (unsigned ss = 0; J != E && ss <= SearchLimit; ++J, ++ss) {
733         if (J == Start) JAfterStart = true;
734
735         // Determine if J uses I, if so, exit the loop.
736         bool UsesI = trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, J, !FastDep);
737         if (FastDep) {
738           // Note: For this heuristic to be effective, independent operations
739           // must tend to be intermixed. This is likely to be true from some
740           // kinds of grouped loop unrolling (but not the generic LLVM pass),
741           // but otherwise may require some kind of reordering pass.
742
743           // When using fast dependency analysis,
744           // stop searching after first use:
745           if (UsesI) break;
746         } else {
747           if (UsesI) continue;
748         }
749
750         // J does not use I, and comes before the first use of I, so it can be
751         // merged with I if the instructions are compatible.
752         if (!areInstsCompatible(I, J, IsSimpleLoadStore)) continue;
753
754         // J is a candidate for merging with I.
755         if (!PairableInsts.size() ||
756              PairableInsts[PairableInsts.size()-1] != I) {
757           PairableInsts.push_back(I);
758         }
759
760         CandidatePairs.insert(ValuePair(I, J));
761
762         // The next call to this function must start after the last instruction
763         // selected during this invocation.
764         if (JAfterStart) {
765           Start = llvm::next(J);
766           IAfterStart = JAfterStart = false;
767         }
768
769         DEBUG(if (DebugCandidateSelection) dbgs() << "BBV: candidate pair "
770                      << *I << " <-> " << *J << "\n");
771
772         // If we have already found too many pairs, break here and this function
773         // will be called again starting after the last instruction selected
774         // during this invocation.
775         if (PairableInsts.size() >= MaxInsts) {
776           ShouldContinue = true;
777           break;
778         }
779       }
780
781       if (ShouldContinue)
782         break;
783     }
784
785     DEBUG(dbgs() << "BBV: found " << PairableInsts.size()
786            << " instructions with candidate pairs\n");
787
788     return ShouldContinue;
789   }
790
791   // Finds candidate pairs connected to the pair P = <PI, PJ>. This means that
792   // it looks for pairs such that both members have an input which is an
793   // output of PI or PJ.
794   void BBVectorize::computePairsConnectedTo(
795                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
796                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
797                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
798                       ValuePair P) {
799     // For each possible pairing for this variable, look at the uses of
800     // the first value...
801     for (Value::use_iterator I = P.first->use_begin(),
802          E = P.first->use_end(); I != E; ++I) {
803       VPIteratorPair IPairRange = CandidatePairs.equal_range(*I);
804
805       // For each use of the first variable, look for uses of the second
806       // variable...
807       for (Value::use_iterator J = P.second->use_begin(),
808            E2 = P.second->use_end(); J != E2; ++J) {
809         VPIteratorPair JPairRange = CandidatePairs.equal_range(*J);
810
811         // Look for <I, J>:
812         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*J, IPairRange))
813           ConnectedPairs.insert(VPPair(P, ValuePair(*I, *J)));
814
815         // Look for <J, I>:
816         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*I, JPairRange))
817           ConnectedPairs.insert(VPPair(P, ValuePair(*J, *I)));
818       }
819
820       if (SplatBreaksChain) continue;
821       // Look for cases where just the first value in the pair is used by
822       // both members of another pair (splatting).
823       for (Value::use_iterator J = P.first->use_begin(); J != E; ++J) {
824         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*J, IPairRange))
825           ConnectedPairs.insert(VPPair(P, ValuePair(*I, *J)));
826       }
827     }
828
829     if (SplatBreaksChain) return;
830     // Look for cases where just the second value in the pair is used by
831     // both members of another pair (splatting).
832     for (Value::use_iterator I = P.second->use_begin(),
833          E = P.second->use_end(); I != E; ++I) {
834       VPIteratorPair IPairRange = CandidatePairs.equal_range(*I);
835
836       for (Value::use_iterator J = P.second->use_begin(); J != E; ++J) {
837         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*J, IPairRange))
838           ConnectedPairs.insert(VPPair(P, ValuePair(*I, *J)));
839       }
840     }
841   }
842
843   // This function figures out which pairs are connected.  Two pairs are
844   // connected if some output of the first pair forms an input to both members
845   // of the second pair.
846   void BBVectorize::computeConnectedPairs(
847                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
848                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
849                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs) {
850
851     for (std::vector<Value *>::iterator PI = PairableInsts.begin(),
852          PE = PairableInsts.end(); PI != PE; ++PI) {
853       VPIteratorPair choiceRange = CandidatePairs.equal_range(*PI);
854
855       for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator P = choiceRange.first;
856            P != choiceRange.second; ++P)
857         computePairsConnectedTo(CandidatePairs, PairableInsts,
858                                 ConnectedPairs, *P);
859     }
860
861     DEBUG(dbgs() << "BBV: found " << ConnectedPairs.size()
862                  << " pair connections.\n");
863   }
864
865   // This function builds a set of use tuples such that <A, B> is in the set
866   // if B is in the use tree of A. If B is in the use tree of A, then B
867   // depends on the output of A.
868   void BBVectorize::buildDepMap(
869                       BasicBlock &BB,
870                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
871                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
872                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers) {
873     DenseSet<Value *> IsInPair;
874     for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator C = CandidatePairs.begin(),
875          E = CandidatePairs.end(); C != E; ++C) {
876       IsInPair.insert(C->first);
877       IsInPair.insert(C->second);
878     }
879
880     // Iterate through the basic block, recording all Users of each
881     // pairable instruction.
882
883     BasicBlock::iterator E = BB.end();
884     for (BasicBlock::iterator I = BB.getFirstInsertionPt(); I != E; ++I) {
885       if (IsInPair.find(I) == IsInPair.end()) continue;
886
887       DenseSet<Value *> Users;
888       AliasSetTracker WriteSet(*AA);
889       for (BasicBlock::iterator J = llvm::next(I); J != E; ++J)
890         (void) trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, J);
891
892       for (DenseSet<Value *>::iterator U = Users.begin(), E = Users.end();
893            U != E; ++U)
894         PairableInstUsers.insert(ValuePair(I, *U));
895     }
896   }
897
898   // Returns true if an input to pair P is an output of pair Q and also an
899   // input of pair Q is an output of pair P. If this is the case, then these
900   // two pairs cannot be simultaneously fused.
901   bool BBVectorize::pairsConflict(ValuePair P, ValuePair Q,
902                      DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
903                      std::multimap<ValuePair, ValuePair> *PairableInstUserMap) {
904     // Two pairs are in conflict if they are mutual Users of eachother.
905     bool QUsesP = PairableInstUsers.count(ValuePair(P.first,  Q.first))  ||
906                   PairableInstUsers.count(ValuePair(P.first,  Q.second)) ||
907                   PairableInstUsers.count(ValuePair(P.second, Q.first))  ||
908                   PairableInstUsers.count(ValuePair(P.second, Q.second));
909     bool PUsesQ = PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.first,  P.first))  ||
910                   PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.first,  P.second)) ||
911                   PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.second, P.first))  ||
912                   PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.second, P.second));
913     if (PairableInstUserMap) {
914       // FIXME: The expensive part of the cycle check is not so much the cycle
915       // check itself but this edge insertion procedure. This needs some
916       // profiling and probably a different data structure (same is true of
917       // most uses of std::multimap).
918       if (PUsesQ) {
919         VPPIteratorPair QPairRange = PairableInstUserMap->equal_range(Q);
920         if (!isSecondInIteratorPair(P, QPairRange))
921           PairableInstUserMap->insert(VPPair(Q, P));
922       }
923       if (QUsesP) {
924         VPPIteratorPair PPairRange = PairableInstUserMap->equal_range(P);
925         if (!isSecondInIteratorPair(Q, PPairRange))
926           PairableInstUserMap->insert(VPPair(P, Q));
927       }
928     }
929
930     return (QUsesP && PUsesQ);
931   }
932
933   // This function walks the use graph of current pairs to see if, starting
934   // from P, the walk returns to P.
935   bool BBVectorize::pairWillFormCycle(ValuePair P,
936                        std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
937                        DenseSet<ValuePair> &CurrentPairs) {
938     DEBUG(if (DebugCycleCheck)
939             dbgs() << "BBV: starting cycle check for : " << *P.first << " <-> "
940                    << *P.second << "\n");
941     // A lookup table of visisted pairs is kept because the PairableInstUserMap
942     // contains non-direct associations.
943     DenseSet<ValuePair> Visited;
944     SmallVector<ValuePair, 32> Q;
945     // General depth-first post-order traversal:
946     Q.push_back(P);
947     do {
948       ValuePair QTop = Q.pop_back_val();
949       Visited.insert(QTop);
950
951       DEBUG(if (DebugCycleCheck)
952               dbgs() << "BBV: cycle check visiting: " << *QTop.first << " <-> "
953                      << *QTop.second << "\n");
954       VPPIteratorPair QPairRange = PairableInstUserMap.equal_range(QTop);
955       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator C = QPairRange.first;
956            C != QPairRange.second; ++C) {
957         if (C->second == P) {
958           DEBUG(dbgs()
959                  << "BBV: rejected to prevent non-trivial cycle formation: "
960                  << *C->first.first << " <-> " << *C->first.second << "\n");
961           return true;
962         }
963
964         if (CurrentPairs.count(C->second) && !Visited.count(C->second))
965           Q.push_back(C->second);
966       }
967     } while (!Q.empty());
968
969     return false;
970   }
971
972   // This function builds the initial tree of connected pairs with the
973   // pair J at the root.
974   void BBVectorize::buildInitialTreeFor(
975                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
976                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
977                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
978                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
979                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
980                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree, ValuePair J) {
981     // Each of these pairs is viewed as the root node of a Tree. The Tree
982     // is then walked (depth-first). As this happens, we keep track of
983     // the pairs that compose the Tree and the maximum depth of the Tree.
984     SmallVector<ValuePairWithDepth, 32> Q;
985     // General depth-first post-order traversal:
986     Q.push_back(ValuePairWithDepth(J, getDepthFactor(J.first)));
987     do {
988       ValuePairWithDepth QTop = Q.back();
989
990       // Push each child onto the queue:
991       bool MoreChildren = false;
992       size_t MaxChildDepth = QTop.second;
993       VPPIteratorPair qtRange = ConnectedPairs.equal_range(QTop.first);
994       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator k = qtRange.first;
995            k != qtRange.second; ++k) {
996         // Make sure that this child pair is still a candidate:
997         bool IsStillCand = false;
998         VPIteratorPair checkRange =
999           CandidatePairs.equal_range(k->second.first);
1000         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator m = checkRange.first;
1001              m != checkRange.second; ++m) {
1002           if (m->second == k->second.second) {
1003             IsStillCand = true;
1004             break;
1005           }
1006         }
1007
1008         if (IsStillCand) {
1009           DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C = Tree.find(k->second);
1010           if (C == Tree.end()) {
1011             size_t d = getDepthFactor(k->second.first);
1012             Q.push_back(ValuePairWithDepth(k->second, QTop.second+d));
1013             MoreChildren = true;
1014           } else {
1015             MaxChildDepth = std::max(MaxChildDepth, C->second);
1016           }
1017         }
1018       }
1019
1020       if (!MoreChildren) {
1021         // Record the current pair as part of the Tree:
1022         Tree.insert(ValuePairWithDepth(QTop.first, MaxChildDepth));
1023         Q.pop_back();
1024       }
1025     } while (!Q.empty());
1026   }
1027
1028   // Given some initial tree, prune it by removing conflicting pairs (pairs
1029   // that cannot be simultaneously chosen for vectorization).
1030   void BBVectorize::pruneTreeFor(
1031                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1032                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1033                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1034                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1035                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
1036                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
1037                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree,
1038                       DenseSet<ValuePair> &PrunedTree, ValuePair J,
1039                       bool UseCycleCheck) {
1040     SmallVector<ValuePairWithDepth, 32> Q;
1041     // General depth-first post-order traversal:
1042     Q.push_back(ValuePairWithDepth(J, getDepthFactor(J.first)));
1043     do {
1044       ValuePairWithDepth QTop = Q.pop_back_val();
1045       PrunedTree.insert(QTop.first);
1046
1047       // Visit each child, pruning as necessary...
1048       DenseMap<ValuePair, size_t> BestChildren;
1049       VPPIteratorPair QTopRange = ConnectedPairs.equal_range(QTop.first);
1050       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator K = QTopRange.first;
1051            K != QTopRange.second; ++K) {
1052         DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C = Tree.find(K->second);
1053         if (C == Tree.end()) continue;
1054
1055         // This child is in the Tree, now we need to make sure it is the
1056         // best of any conflicting children. There could be multiple
1057         // conflicting children, so first, determine if we're keeping
1058         // this child, then delete conflicting children as necessary.
1059
1060         // It is also necessary to guard against pairing-induced
1061         // dependencies. Consider instructions a .. x .. y .. b
1062         // such that (a,b) are to be fused and (x,y) are to be fused
1063         // but a is an input to x and b is an output from y. This
1064         // means that y cannot be moved after b but x must be moved
1065         // after b for (a,b) to be fused. In other words, after
1066         // fusing (a,b) we have y .. a/b .. x where y is an input
1067         // to a/b and x is an output to a/b: x and y can no longer
1068         // be legally fused. To prevent this condition, we must
1069         // make sure that a child pair added to the Tree is not
1070         // both an input and output of an already-selected pair.
1071
1072         // Pairing-induced dependencies can also form from more complicated
1073         // cycles. The pair vs. pair conflicts are easy to check, and so
1074         // that is done explicitly for "fast rejection", and because for
1075         // child vs. child conflicts, we may prefer to keep the current
1076         // pair in preference to the already-selected child.
1077         DenseSet<ValuePair> CurrentPairs;
1078
1079         bool CanAdd = true;
1080         for (DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C2
1081               = BestChildren.begin(), E2 = BestChildren.end();
1082              C2 != E2; ++C2) {
1083           if (C2->first.first == C->first.first ||
1084               C2->first.first == C->first.second ||
1085               C2->first.second == C->first.first ||
1086               C2->first.second == C->first.second ||
1087               pairsConflict(C2->first, C->first, PairableInstUsers,
1088                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1089             if (C2->second >= C->second) {
1090               CanAdd = false;
1091               break;
1092             }
1093
1094             CurrentPairs.insert(C2->first);
1095           }
1096         }
1097         if (!CanAdd) continue;
1098
1099         // Even worse, this child could conflict with another node already
1100         // selected for the Tree. If that is the case, ignore this child.
1101         for (DenseSet<ValuePair>::iterator T = PrunedTree.begin(),
1102              E2 = PrunedTree.end(); T != E2; ++T) {
1103           if (T->first == C->first.first ||
1104               T->first == C->first.second ||
1105               T->second == C->first.first ||
1106               T->second == C->first.second ||
1107               pairsConflict(*T, C->first, PairableInstUsers,
1108                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1109             CanAdd = false;
1110             break;
1111           }
1112
1113           CurrentPairs.insert(*T);
1114         }
1115         if (!CanAdd) continue;
1116
1117         // And check the queue too...
1118         for (SmallVector<ValuePairWithDepth, 32>::iterator C2 = Q.begin(),
1119              E2 = Q.end(); C2 != E2; ++C2) {
1120           if (C2->first.first == C->first.first ||
1121               C2->first.first == C->first.second ||
1122               C2->first.second == C->first.first ||
1123               C2->first.second == C->first.second ||
1124               pairsConflict(C2->first, C->first, PairableInstUsers,
1125                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1126             CanAdd = false;
1127             break;
1128           }
1129
1130           CurrentPairs.insert(C2->first);
1131         }
1132         if (!CanAdd) continue;
1133
1134         // Last but not least, check for a conflict with any of the
1135         // already-chosen pairs.
1136         for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator C2 =
1137               ChosenPairs.begin(), E2 = ChosenPairs.end();
1138              C2 != E2; ++C2) {
1139           if (pairsConflict(*C2, C->first, PairableInstUsers,
1140                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1141             CanAdd = false;
1142             break;
1143           }
1144
1145           CurrentPairs.insert(*C2);
1146         }
1147         if (!CanAdd) continue;
1148
1149         // To check for non-trivial cycles formed by the addition of the
1150         // current pair we've formed a list of all relevant pairs, now use a
1151         // graph walk to check for a cycle. We start from the current pair and
1152         // walk the use tree to see if we again reach the current pair. If we
1153         // do, then the current pair is rejected.
1154
1155         // FIXME: It may be more efficient to use a topological-ordering
1156         // algorithm to improve the cycle check. This should be investigated.
1157         if (UseCycleCheck &&
1158             pairWillFormCycle(C->first, PairableInstUserMap, CurrentPairs))
1159           continue;
1160
1161         // This child can be added, but we may have chosen it in preference
1162         // to an already-selected child. Check for this here, and if a
1163         // conflict is found, then remove the previously-selected child
1164         // before adding this one in its place.
1165         for (DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C2
1166               = BestChildren.begin(); C2 != BestChildren.end();) {
1167           if (C2->first.first == C->first.first ||
1168               C2->first.first == C->first.second ||
1169               C2->first.second == C->first.first ||
1170               C2->first.second == C->first.second ||
1171               pairsConflict(C2->first, C->first, PairableInstUsers))
1172             BestChildren.erase(C2++);
1173           else
1174             ++C2;
1175         }
1176
1177         BestChildren.insert(ValuePairWithDepth(C->first, C->second));
1178       }
1179
1180       for (DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C
1181             = BestChildren.begin(), E2 = BestChildren.end();
1182            C != E2; ++C) {
1183         size_t DepthF = getDepthFactor(C->first.first);
1184         Q.push_back(ValuePairWithDepth(C->first, QTop.second+DepthF));
1185       }
1186     } while (!Q.empty());
1187   }
1188
1189   // This function finds the best tree of mututally-compatible connected
1190   // pairs, given the choice of root pairs as an iterator range.
1191   void BBVectorize::findBestTreeFor(
1192                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1193                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1194                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1195                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1196                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
1197                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
1198                       DenseSet<ValuePair> &BestTree, size_t &BestMaxDepth,
1199                       size_t &BestEffSize, VPIteratorPair ChoiceRange,
1200                       bool UseCycleCheck) {
1201     for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator J = ChoiceRange.first;
1202          J != ChoiceRange.second; ++J) {
1203
1204       // Before going any further, make sure that this pair does not
1205       // conflict with any already-selected pairs (see comment below
1206       // near the Tree pruning for more details).
1207       DenseSet<ValuePair> ChosenPairSet;
1208       bool DoesConflict = false;
1209       for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator C = ChosenPairs.begin(),
1210            E = ChosenPairs.end(); C != E; ++C) {
1211         if (pairsConflict(*C, *J, PairableInstUsers,
1212                           UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1213           DoesConflict = true;
1214           break;
1215         }
1216
1217         ChosenPairSet.insert(*C);
1218       }
1219       if (DoesConflict) continue;
1220
1221       if (UseCycleCheck &&
1222           pairWillFormCycle(*J, PairableInstUserMap, ChosenPairSet))
1223         continue;
1224
1225       DenseMap<ValuePair, size_t> Tree;
1226       buildInitialTreeFor(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs,
1227                           PairableInstUsers, ChosenPairs, Tree, *J);
1228
1229       // Because we'll keep the child with the largest depth, the largest
1230       // depth is still the same in the unpruned Tree.
1231       size_t MaxDepth = Tree.lookup(*J);
1232
1233       DEBUG(if (DebugPairSelection) dbgs() << "BBV: found Tree for pair {"
1234                    << *J->first << " <-> " << *J->second << "} of depth " <<
1235                    MaxDepth << " and size " << Tree.size() << "\n");
1236
1237       // At this point the Tree has been constructed, but, may contain
1238       // contradictory children (meaning that different children of
1239       // some tree node may be attempting to fuse the same instruction).
1240       // So now we walk the tree again, in the case of a conflict,
1241       // keep only the child with the largest depth. To break a tie,
1242       // favor the first child.
1243
1244       DenseSet<ValuePair> PrunedTree;
1245       pruneTreeFor(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs,
1246                    PairableInstUsers, PairableInstUserMap, ChosenPairs, Tree,
1247                    PrunedTree, *J, UseCycleCheck);
1248
1249       size_t EffSize = 0;
1250       for (DenseSet<ValuePair>::iterator S = PrunedTree.begin(),
1251            E = PrunedTree.end(); S != E; ++S)
1252         EffSize += getDepthFactor(S->first);
1253
1254       DEBUG(if (DebugPairSelection)
1255              dbgs() << "BBV: found pruned Tree for pair {"
1256              << *J->first << " <-> " << *J->second << "} of depth " <<
1257              MaxDepth << " and size " << PrunedTree.size() <<
1258             " (effective size: " << EffSize << ")\n");
1259       if (MaxDepth >= ReqChainDepth && EffSize > BestEffSize) {
1260         BestMaxDepth = MaxDepth;
1261         BestEffSize = EffSize;
1262         BestTree = PrunedTree;
1263       }
1264     }
1265   }
1266
1267   // Given the list of candidate pairs, this function selects those
1268   // that will be fused into vector instructions.
1269   void BBVectorize::choosePairs(
1270                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1271                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1272                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1273                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1274                       DenseMap<Value *, Value *>& ChosenPairs) {
1275     bool UseCycleCheck = CandidatePairs.size() <= MaxCandPairsForCycleCheck;
1276     std::multimap<ValuePair, ValuePair> PairableInstUserMap;
1277     for (std::vector<Value *>::iterator I = PairableInsts.begin(),
1278          E = PairableInsts.end(); I != E; ++I) {
1279       // The number of possible pairings for this variable:
1280       size_t NumChoices = CandidatePairs.count(*I);
1281       if (!NumChoices) continue;
1282
1283       VPIteratorPair ChoiceRange = CandidatePairs.equal_range(*I);
1284
1285       // The best pair to choose and its tree:
1286       size_t BestMaxDepth = 0, BestEffSize = 0;
1287       DenseSet<ValuePair> BestTree;
1288       findBestTreeFor(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs,
1289                       PairableInstUsers, PairableInstUserMap, ChosenPairs,
1290                       BestTree, BestMaxDepth, BestEffSize, ChoiceRange,
1291                       UseCycleCheck);
1292
1293       // A tree has been chosen (or not) at this point. If no tree was
1294       // chosen, then this instruction, I, cannot be paired (and is no longer
1295       // considered).
1296
1297       DEBUG(if (BestTree.size() > 0)
1298               dbgs() << "BBV: selected pairs in the best tree for: "
1299                      << *cast<Instruction>(*I) << "\n");
1300
1301       for (DenseSet<ValuePair>::iterator S = BestTree.begin(),
1302            SE2 = BestTree.end(); S != SE2; ++S) {
1303         // Insert the members of this tree into the list of chosen pairs.
1304         ChosenPairs.insert(ValuePair(S->first, S->second));
1305         DEBUG(dbgs() << "BBV: selected pair: " << *S->first << " <-> " <<
1306                *S->second << "\n");
1307
1308         // Remove all candidate pairs that have values in the chosen tree.
1309         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator K =
1310                CandidatePairs.begin(); K != CandidatePairs.end();) {
1311           if (K->first == S->first || K->second == S->first ||
1312               K->second == S->second || K->first == S->second) {
1313             // Don't remove the actual pair chosen so that it can be used
1314             // in subsequent tree selections.
1315             if (!(K->first == S->first && K->second == S->second))
1316               CandidatePairs.erase(K++);
1317             else
1318               ++K;
1319           } else {
1320             ++K;
1321           }
1322         }
1323       }
1324     }
1325
1326     DEBUG(dbgs() << "BBV: selected " << ChosenPairs.size() << " pairs.\n");
1327   }
1328
1329   std::string getReplacementName(Instruction *I, bool IsInput, unsigned o,
1330                      unsigned n = 0) {
1331     if (!I->hasName())
1332       return "";
1333
1334     return (I->getName() + (IsInput ? ".v.i" : ".v.r") + utostr(o) +
1335              (n > 0 ? "." + utostr(n) : "")).str();
1336   }
1337
1338   // Returns the value that is to be used as the pointer input to the vector
1339   // instruction that fuses I with J.
1340   Value *BBVectorize::getReplacementPointerInput(LLVMContext& Context,
1341                      Instruction *I, Instruction *J, unsigned o,
1342                      bool &FlipMemInputs) {
1343     Value *IPtr, *JPtr;
1344     unsigned IAlignment, JAlignment;
1345     int64_t OffsetInElmts;
1346     (void) getPairPtrInfo(I, J, IPtr, JPtr, IAlignment, JAlignment,
1347                           OffsetInElmts);
1348
1349     // The pointer value is taken to be the one with the lowest offset.
1350     Value *VPtr;
1351     if (OffsetInElmts > 0) {
1352       VPtr = IPtr;
1353     } else {
1354       FlipMemInputs = true;
1355       VPtr = JPtr;
1356     }
1357
1358     Type *ArgType = cast<PointerType>(IPtr->getType())->getElementType();
1359     Type *VArgType = getVecTypeForPair(ArgType);
1360     Type *VArgPtrType = PointerType::get(VArgType,
1361       cast<PointerType>(IPtr->getType())->getAddressSpace());
1362     return new BitCastInst(VPtr, VArgPtrType, getReplacementName(I, true, o),
1363                         /* insert before */ FlipMemInputs ? J : I);
1364   }
1365
1366   void BBVectorize::fillNewShuffleMask(LLVMContext& Context, Instruction *J,
1367                      unsigned NumElem, unsigned MaskOffset, unsigned NumInElem,
1368                      unsigned IdxOffset, std::vector<Constant*> &Mask) {
1369     for (unsigned v = 0; v < NumElem/2; ++v) {
1370       int m = cast<ShuffleVectorInst>(J)->getMaskValue(v);
1371       if (m < 0) {
1372         Mask[v+MaskOffset] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
1373       } else {
1374         unsigned mm = m + (int) IdxOffset;
1375         if (m >= (int) NumInElem)
1376           mm += (int) NumInElem;
1377
1378         Mask[v+MaskOffset] =
1379           ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), mm);
1380       }
1381     }
1382   }
1383
1384   // Returns the value that is to be used as the vector-shuffle mask to the
1385   // vector instruction that fuses I with J.
1386   Value *BBVectorize::getReplacementShuffleMask(LLVMContext& Context,
1387                      Instruction *I, Instruction *J) {
1388     // This is the shuffle mask. We need to append the second
1389     // mask to the first, and the numbers need to be adjusted.
1390
1391     Type *ArgType = I->getType();
1392     Type *VArgType = getVecTypeForPair(ArgType);
1393
1394     // Get the total number of elements in the fused vector type.
1395     // By definition, this must equal the number of elements in
1396     // the final mask.
1397     unsigned NumElem = cast<VectorType>(VArgType)->getNumElements();
1398     std::vector<Constant*> Mask(NumElem);
1399
1400     Type *OpType = I->getOperand(0)->getType();
1401     unsigned NumInElem = cast<VectorType>(OpType)->getNumElements();
1402
1403     // For the mask from the first pair...
1404     fillNewShuffleMask(Context, I, NumElem, 0, NumInElem, 0, Mask);
1405
1406     // For the mask from the second pair...
1407     fillNewShuffleMask(Context, J, NumElem, NumElem/2, NumInElem, NumInElem,
1408                        Mask);
1409
1410     return ConstantVector::get(Mask);
1411   }
1412
1413   // Returns the value to be used as the specified operand of the vector
1414   // instruction that fuses I with J.
1415   Value *BBVectorize::getReplacementInput(LLVMContext& Context, Instruction *I,
1416                      Instruction *J, unsigned o, bool FlipMemInputs) {
1417     Value *CV0 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 0);
1418     Value *CV1 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 1);
1419
1420       // Compute the fused vector type for this operand
1421     Type *ArgType = I->getOperand(o)->getType();
1422     VectorType *VArgType = getVecTypeForPair(ArgType);
1423
1424     Instruction *L = I, *H = J;
1425     if (FlipMemInputs) {
1426       L = J;
1427       H = I;
1428     }
1429
1430     if (ArgType->isVectorTy()) {
1431       unsigned numElem = cast<VectorType>(VArgType)->getNumElements();
1432       std::vector<Constant*> Mask(numElem);
1433       for (unsigned v = 0; v < numElem; ++v)
1434         Mask[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
1435
1436       Instruction *BV = new ShuffleVectorInst(L->getOperand(o),
1437                                               H->getOperand(o),
1438                                               ConstantVector::get(Mask),
1439                                               getReplacementName(I, true, o));
1440       BV->insertBefore(J);
1441       return BV;
1442     }
1443
1444     // If these two inputs are the output of another vector instruction,
1445     // then we should use that output directly. It might be necessary to
1446     // permute it first. [When pairings are fused recursively, you can
1447     // end up with cases where a large vector is decomposed into scalars
1448     // using extractelement instructions, then built into size-2
1449     // vectors using insertelement and the into larger vectors using
1450     // shuffles. InstCombine does not simplify all of these cases well,
1451     // and so we make sure that shuffles are generated here when possible.
1452     ExtractElementInst *LEE
1453       = dyn_cast<ExtractElementInst>(L->getOperand(o));
1454     ExtractElementInst *HEE
1455       = dyn_cast<ExtractElementInst>(H->getOperand(o));
1456
1457     if (LEE && HEE &&
1458         LEE->getOperand(0)->getType() == HEE->getOperand(0)->getType()) {
1459       VectorType *EEType = cast<VectorType>(LEE->getOperand(0)->getType());
1460       unsigned LowIndx = cast<ConstantInt>(LEE->getOperand(1))->getZExtValue();
1461       unsigned HighIndx = cast<ConstantInt>(HEE->getOperand(1))->getZExtValue();
1462       if (LEE->getOperand(0) == HEE->getOperand(0)) {
1463         if (LowIndx == 0 && HighIndx == 1)
1464           return LEE->getOperand(0);
1465
1466         std::vector<Constant*> Mask(2);
1467         Mask[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), LowIndx);
1468         Mask[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), HighIndx);
1469
1470         Instruction *BV = new ShuffleVectorInst(LEE->getOperand(0),
1471                                           UndefValue::get(EEType),
1472                                           ConstantVector::get(Mask),
1473                                           getReplacementName(I, true, o));
1474         BV->insertBefore(J);
1475         return BV;
1476       }
1477
1478       std::vector<Constant*> Mask(2);
1479       HighIndx += EEType->getNumElements();
1480       Mask[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), LowIndx);
1481       Mask[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), HighIndx);
1482
1483       Instruction *BV = new ShuffleVectorInst(LEE->getOperand(0),
1484                                           HEE->getOperand(0),
1485                                           ConstantVector::get(Mask),
1486                                           getReplacementName(I, true, o));
1487       BV->insertBefore(J);
1488       return BV;
1489     }
1490
1491     Instruction *BV1 = InsertElementInst::Create(
1492                                           UndefValue::get(VArgType),
1493                                           L->getOperand(o), CV0,
1494                                           getReplacementName(I, true, o, 1));
1495     BV1->insertBefore(I);
1496     Instruction *BV2 = InsertElementInst::Create(BV1, H->getOperand(o),
1497                                           CV1,
1498                                           getReplacementName(I, true, o, 2));
1499     BV2->insertBefore(J);
1500     return BV2;
1501   }
1502
1503   // This function creates an array of values that will be used as the inputs
1504   // to the vector instruction that fuses I with J.
1505   void BBVectorize::getReplacementInputsForPair(LLVMContext& Context,
1506                      Instruction *I, Instruction *J,
1507                      SmallVector<Value *, 3> &ReplacedOperands,
1508                      bool &FlipMemInputs) {
1509     FlipMemInputs = false;
1510     unsigned NumOperands = I->getNumOperands();
1511
1512     for (unsigned p = 0, o = NumOperands-1; p < NumOperands; ++p, --o) {
1513       // Iterate backward so that we look at the store pointer
1514       // first and know whether or not we need to flip the inputs.
1515
1516       if (isa<LoadInst>(I) || (o == 1 && isa<StoreInst>(I))) {
1517         // This is the pointer for a load/store instruction.
1518         ReplacedOperands[o] = getReplacementPointerInput(Context, I, J, o,
1519                                 FlipMemInputs);
1520         continue;
1521       } else if (isa<CallInst>(I) && o == NumOperands-1) {
1522         Function *F = cast<CallInst>(I)->getCalledFunction();
1523         unsigned IID = F->getIntrinsicID();
1524         BasicBlock &BB = *I->getParent();
1525
1526         Module *M = BB.getParent()->getParent();
1527         Type *ArgType = I->getType();
1528         Type *VArgType = getVecTypeForPair(ArgType);
1529
1530         // FIXME: is it safe to do this here?
1531         ReplacedOperands[o] = Intrinsic::getDeclaration(M,
1532           (Intrinsic::ID) IID, VArgType);
1533         continue;
1534       } else if (isa<ShuffleVectorInst>(I) && o == NumOperands-1) {
1535         ReplacedOperands[o] = getReplacementShuffleMask(Context, I, J);
1536         continue;
1537       }
1538
1539       ReplacedOperands[o] =
1540         getReplacementInput(Context, I, J, o, FlipMemInputs);
1541     }
1542   }
1543
1544   // This function creates two values that represent the outputs of the
1545   // original I and J instructions. These are generally vector shuffles
1546   // or extracts. In many cases, these will end up being unused and, thus,
1547   // eliminated by later passes.
1548   void BBVectorize::replaceOutputsOfPair(LLVMContext& Context, Instruction *I,
1549                      Instruction *J, Instruction *K,
1550                      Instruction *&InsertionPt,
1551                      Instruction *&K1, Instruction *&K2,
1552                      bool &FlipMemInputs) {
1553     Value *CV0 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 0);
1554     Value *CV1 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 1);
1555
1556     if (isa<StoreInst>(I)) {
1557       AA->replaceWithNewValue(I, K);
1558       AA->replaceWithNewValue(J, K);
1559     } else {
1560       Type *IType = I->getType();
1561       Type *VType = getVecTypeForPair(IType);
1562
1563       if (IType->isVectorTy()) {
1564           unsigned numElem = cast<VectorType>(IType)->getNumElements();
1565           std::vector<Constant*> Mask1(numElem), Mask2(numElem);
1566           for (unsigned v = 0; v < numElem; ++v) {
1567             Mask1[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
1568             Mask2[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), numElem+v);
1569           }
1570
1571           K1 = new ShuffleVectorInst(K, UndefValue::get(VType),
1572                                        ConstantVector::get(
1573                                          FlipMemInputs ? Mask2 : Mask1),
1574                                        getReplacementName(K, false, 1));
1575           K2 = new ShuffleVectorInst(K, UndefValue::get(VType),
1576                                        ConstantVector::get(
1577                                          FlipMemInputs ? Mask1 : Mask2),
1578                                        getReplacementName(K, false, 2));
1579       } else {
1580         K1 = ExtractElementInst::Create(K, FlipMemInputs ? CV1 : CV0,
1581                                           getReplacementName(K, false, 1));
1582         K2 = ExtractElementInst::Create(K, FlipMemInputs ? CV0 : CV1,
1583                                           getReplacementName(K, false, 2));
1584       }
1585
1586       K1->insertAfter(K);
1587       K2->insertAfter(K1);
1588       InsertionPt = K2;
1589     }
1590   }
1591
1592   // Move all uses of the function I (including pairing-induced uses) after J.
1593   bool BBVectorize::canMoveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
1594                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
1595                      Instruction *I, Instruction *J) {
1596     // Skip to the first instruction past I.
1597     BasicBlock::iterator L = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
1598
1599     DenseSet<Value *> Users;
1600     AliasSetTracker WriteSet(*AA);
1601     for (; cast<Instruction>(L) != J; ++L)
1602       (void) trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, L, true, &LoadMoveSet);
1603
1604     assert(cast<Instruction>(L) == J &&
1605       "Tracking has not proceeded far enough to check for dependencies");
1606     // If J is now in the use set of I, then trackUsesOfI will return true
1607     // and we have a dependency cycle (and the fusing operation must abort).
1608     return !trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, J, true, &LoadMoveSet);
1609   }
1610
1611   // Move all uses of the function I (including pairing-induced uses) after J.
1612   void BBVectorize::moveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
1613                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
1614                      Instruction *&InsertionPt,
1615                      Instruction *I, Instruction *J) {
1616     // Skip to the first instruction past I.
1617     BasicBlock::iterator L = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
1618
1619     DenseSet<Value *> Users;
1620     AliasSetTracker WriteSet(*AA);
1621     for (; cast<Instruction>(L) != J;) {
1622       if (trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, L, true, &LoadMoveSet)) {
1623         // Move this instruction
1624         Instruction *InstToMove = L; ++L;
1625
1626         DEBUG(dbgs() << "BBV: moving: " << *InstToMove <<
1627                         " to after " << *InsertionPt << "\n");
1628         InstToMove->removeFromParent();
1629         InstToMove->insertAfter(InsertionPt);
1630         InsertionPt = InstToMove;
1631       } else {
1632         ++L;
1633       }
1634     }
1635   }
1636
1637   // Collect all load instruction that are in the move set of a given first
1638   // pair member.  These loads depend on the first instruction, I, and so need
1639   // to be moved after J (the second instruction) when the pair is fused.
1640   void BBVectorize::collectPairLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
1641                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
1642                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
1643                      Instruction *I) {
1644     // Skip to the first instruction past I.
1645     BasicBlock::iterator L = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
1646
1647     DenseSet<Value *> Users;
1648     AliasSetTracker WriteSet(*AA);
1649
1650     // Note: We cannot end the loop when we reach J because J could be moved
1651     // farther down the use chain by another instruction pairing. Also, J
1652     // could be before I if this is an inverted input.
1653     for (BasicBlock::iterator E = BB.end(); cast<Instruction>(L) != E; ++L) {
1654       if (trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, L)) {
1655         if (L->mayReadFromMemory())
1656           LoadMoveSet.insert(ValuePair(L, I));
1657       }
1658     }
1659   }
1660
1661   // In cases where both load/stores and the computation of their pointers
1662   // are chosen for vectorization, we can end up in a situation where the
1663   // aliasing analysis starts returning different query results as the
1664   // process of fusing instruction pairs continues. Because the algorithm
1665   // relies on finding the same use trees here as were found earlier, we'll
1666   // need to precompute the necessary aliasing information here and then
1667   // manually update it during the fusion process.
1668   void BBVectorize::collectLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
1669                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
1670                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
1671                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet) {
1672     for (std::vector<Value *>::iterator PI = PairableInsts.begin(),
1673          PIE = PairableInsts.end(); PI != PIE; ++PI) {
1674       DenseMap<Value *, Value *>::iterator P = ChosenPairs.find(*PI);
1675       if (P == ChosenPairs.end()) continue;
1676
1677       Instruction *I = cast<Instruction>(P->first);
1678       collectPairLoadMoveSet(BB, ChosenPairs, LoadMoveSet, I);
1679     }
1680   }
1681
1682   // This function fuses the chosen instruction pairs into vector instructions,
1683   // taking care preserve any needed scalar outputs and, then, it reorders the
1684   // remaining instructions as needed (users of the first member of the pair
1685   // need to be moved to after the location of the second member of the pair
1686   // because the vector instruction is inserted in the location of the pair's
1687   // second member).
1688   void BBVectorize::fuseChosenPairs(BasicBlock &BB,
1689                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
1690                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs) {
1691     LLVMContext& Context = BB.getContext();
1692
1693     // During the vectorization process, the order of the pairs to be fused
1694     // could be flipped. So we'll add each pair, flipped, into the ChosenPairs
1695     // list. After a pair is fused, the flipped pair is removed from the list.
1696     std::vector<ValuePair> FlippedPairs;
1697     FlippedPairs.reserve(ChosenPairs.size());
1698     for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator P = ChosenPairs.begin(),
1699          E = ChosenPairs.end(); P != E; ++P)
1700       FlippedPairs.push_back(ValuePair(P->second, P->first));
1701     for (std::vector<ValuePair>::iterator P = FlippedPairs.begin(),
1702          E = FlippedPairs.end(); P != E; ++P)
1703       ChosenPairs.insert(*P);
1704
1705     std::multimap<Value *, Value *> LoadMoveSet;
1706     collectLoadMoveSet(BB, PairableInsts, ChosenPairs, LoadMoveSet);
1707
1708     DEBUG(dbgs() << "BBV: initial: \n" << BB << "\n");
1709
1710     for (BasicBlock::iterator PI = BB.getFirstInsertionPt(); PI != BB.end();) {
1711       DenseMap<Value *, Value *>::iterator P = ChosenPairs.find(PI);
1712       if (P == ChosenPairs.end()) {
1713         ++PI;
1714         continue;
1715       }
1716
1717       if (getDepthFactor(P->first) == 0) {
1718         // These instructions are not really fused, but are tracked as though
1719         // they are. Any case in which it would be interesting to fuse them
1720         // will be taken care of by InstCombine.
1721         --NumFusedOps;
1722         ++PI;
1723         continue;
1724       }
1725
1726       Instruction *I = cast<Instruction>(P->first),
1727         *J = cast<Instruction>(P->second);
1728
1729       DEBUG(dbgs() << "BBV: fusing: " << *I <<
1730              " <-> " << *J << "\n");
1731
1732       // Remove the pair and flipped pair from the list.
1733       DenseMap<Value *, Value *>::iterator FP = ChosenPairs.find(P->second);
1734       assert(FP != ChosenPairs.end() && "Flipped pair not found in list");
1735       ChosenPairs.erase(FP);
1736       ChosenPairs.erase(P);
1737
1738       if (!canMoveUsesOfIAfterJ(BB, LoadMoveSet, I, J)) {
1739         DEBUG(dbgs() << "BBV: fusion of: " << *I <<
1740                " <-> " << *J <<
1741                " aborted because of non-trivial dependency cycle\n");
1742         --NumFusedOps;
1743         ++PI;
1744         continue;
1745       }
1746
1747       bool FlipMemInputs;
1748       unsigned NumOperands = I->getNumOperands();
1749       SmallVector<Value *, 3> ReplacedOperands(NumOperands);
1750       getReplacementInputsForPair(Context, I, J, ReplacedOperands,
1751         FlipMemInputs);
1752
1753       // Make a copy of the original operation, change its type to the vector
1754       // type and replace its operands with the vector operands.
1755       Instruction *K = I->clone();
1756       if (I->hasName()) K->takeName(I);
1757
1758       if (!isa<StoreInst>(K))
1759         K->mutateType(getVecTypeForPair(I->getType()));
1760
1761       for (unsigned o = 0; o < NumOperands; ++o)
1762         K->setOperand(o, ReplacedOperands[o]);
1763
1764       // If we've flipped the memory inputs, make sure that we take the correct
1765       // alignment.
1766       if (FlipMemInputs) {
1767         if (isa<StoreInst>(K))
1768           cast<StoreInst>(K)->setAlignment(cast<StoreInst>(J)->getAlignment());
1769         else
1770           cast<LoadInst>(K)->setAlignment(cast<LoadInst>(J)->getAlignment());
1771       }
1772
1773       K->insertAfter(J);
1774
1775       // Instruction insertion point:
1776       Instruction *InsertionPt = K;
1777       Instruction *K1 = 0, *K2 = 0;
1778       replaceOutputsOfPair(Context, I, J, K, InsertionPt, K1, K2,
1779         FlipMemInputs);
1780
1781       // The use tree of the first original instruction must be moved to after
1782       // the location of the second instruction. The entire use tree of the
1783       // first instruction is disjoint from the input tree of the second
1784       // (by definition), and so commutes with it.
1785
1786       moveUsesOfIAfterJ(BB, LoadMoveSet, InsertionPt, I, J);
1787
1788       if (!isa<StoreInst>(I)) {
1789         I->replaceAllUsesWith(K1);
1790         J->replaceAllUsesWith(K2);
1791         AA->replaceWithNewValue(I, K1);
1792         AA->replaceWithNewValue(J, K2);
1793       }
1794
1795       // Instructions that may read from memory may be in the load move set.
1796       // Once an instruction is fused, we no longer need its move set, and so
1797       // the values of the map never need to be updated. However, when a load
1798       // is fused, we need to merge the entries from both instructions in the
1799       // pair in case those instructions were in the move set of some other
1800       // yet-to-be-fused pair. The loads in question are the keys of the map.
1801       if (I->mayReadFromMemory()) {
1802         std::vector<ValuePair> NewSetMembers;
1803         VPIteratorPair IPairRange = LoadMoveSet.equal_range(I);
1804         VPIteratorPair JPairRange = LoadMoveSet.equal_range(J);
1805         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator N = IPairRange.first;
1806              N != IPairRange.second; ++N)
1807           NewSetMembers.push_back(ValuePair(K, N->second));
1808         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator N = JPairRange.first;
1809              N != JPairRange.second; ++N)
1810           NewSetMembers.push_back(ValuePair(K, N->second));
1811         for (std::vector<ValuePair>::iterator A = NewSetMembers.begin(),
1812              AE = NewSetMembers.end(); A != AE; ++A)
1813           LoadMoveSet.insert(*A);
1814       }
1815
1816       // Before removing I, set the iterator to the next instruction.
1817       PI = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
1818       if (cast<Instruction>(PI) == J)
1819         ++PI;
1820
1821       SE->forgetValue(I);
1822       SE->forgetValue(J);
1823       I->eraseFromParent();
1824       J->eraseFromParent();
1825     }
1826
1827     DEBUG(dbgs() << "BBV: final: \n" << BB << "\n");
1828   }
1829 }
1830
1831 char BBVectorize::ID = 0;
1832 static const char bb_vectorize_name[] = "Basic-Block Vectorization";
1833 INITIALIZE_PASS_BEGIN(BBVectorize, BBV_NAME, bb_vectorize_name, false, false)
1834 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
1835 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
1836 INITIALIZE_PASS_END(BBVectorize, BBV_NAME, bb_vectorize_name, false, false)
1837
1838 BasicBlockPass *llvm::createBBVectorizePass() {
1839   return new BBVectorize();
1840 }
1841