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/Transforms/Vectorize.h"
  20 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  21 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
  22 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  23 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
  24 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  25 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  26 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
  27 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  28 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
  29 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  30 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
  31 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
  32 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  33 #include "llvm/Constants.h"
  34 #include "llvm/DataLayout.h"
  35 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  36 #include "llvm/Function.h"
  37 #include "llvm/Instructions.h"
  38 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  39 #include "llvm/Intrinsics.h"
  40 #include "llvm/LLVMContext.h"
  41 #include "llvm/Metadata.h"
  42 #include "llvm/Pass.h"
  43 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  44 #include "llvm/Support/Debug.h"
  45 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
  46 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  47 #include "llvm/TargetTransformInfo.h"
  48 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  49 #include "llvm/Type.h"
  50 #include <algorithm>
  51 #include <map>
  52 using namespace llvm;
  53
  54 static cl::opt<bool>
  55 IgnoreTargetInfo("bb-vectorize-ignore-target-info",  cl::init(false),
  56   cl::Hidden, cl::desc("Ignore target information"));
  57
  58 static cl::opt<unsigned>
  59 ReqChainDepth("bb-vectorize-req-chain-depth", cl::init(6), cl::Hidden,
  60   cl::desc("The required chain depth for vectorization"));
  61
  62 static cl::opt<bool>
  63 UseChainDepthWithTI("bb-vectorize-use-chain-depth",  cl::init(false),
  64   cl::Hidden, cl::desc("Use the chain depth requirement with"
  65                        " target information"));
  66
  67 static cl::opt<unsigned>
  68 SearchLimit("bb-vectorize-search-limit", cl::init(400), cl::Hidden,
  69   cl::desc("The maximum search distance for instruction pairs"));
  70
  71 static cl::opt<bool>
  72 SplatBreaksChain("bb-vectorize-splat-breaks-chain", cl::init(false), cl::Hidden,
  73   cl::desc("Replicating one element to a pair breaks the chain"));
  74
  75 static cl::opt<unsigned>
  76 VectorBits("bb-vectorize-vector-bits", cl::init(128), cl::Hidden,
  77   cl::desc("The size of the native vector registers"));
  78
  79 static cl::opt<unsigned>
  80 MaxIter("bb-vectorize-max-iter", cl::init(0), cl::Hidden,
  81   cl::desc("The maximum number of pairing iterations"));
  82
  83 static cl::opt<bool>
  84 Pow2LenOnly("bb-vectorize-pow2-len-only", cl::init(false), cl::Hidden,
  85   cl::desc("Don't try to form non-2^n-length vectors"));
  86
  87 static cl::opt<unsigned>
  88 MaxInsts("bb-vectorize-max-instr-per-group", cl::init(500), cl::Hidden,
  89   cl::desc("The maximum number of pairable instructions per group"));
  90
  91 static cl::opt<unsigned>
  92 MaxCandPairsForCycleCheck("bb-vectorize-max-cycle-check-pairs", cl::init(200),
  93   cl::Hidden, cl::desc("The maximum number of candidate pairs with which to use"
  94                        " a full cycle check"));
  95
  96 static cl::opt<bool>
  97 NoBools("bb-vectorize-no-bools", cl::init(false), cl::Hidden,
  98   cl::desc("Don't try to vectorize boolean (i1) values"));
  99
 100 static cl::opt<bool>
 101 NoInts("bb-vectorize-no-ints", cl::init(false), cl::Hidden,
 102   cl::desc("Don't try to vectorize integer values"));
 103
 104 static cl::opt<bool>
 105 NoFloats("bb-vectorize-no-floats", cl::init(false), cl::Hidden,
 106   cl::desc("Don't try to vectorize floating-point values"));
 107
 108 // FIXME: This should default to false once pointer vector support works.
 109 static cl::opt<bool>
 110 NoPointers("bb-vectorize-no-pointers", cl::init(/*false*/ true), cl::Hidden,
 111   cl::desc("Don't try to vectorize pointer values"));
 112
 113 static cl::opt<bool>
 114 NoCasts("bb-vectorize-no-casts", cl::init(false), cl::Hidden,
 115   cl::desc("Don't try to vectorize casting (conversion) operations"));
 116
 117 static cl::opt<bool>
 118 NoMath("bb-vectorize-no-math", cl::init(false), cl::Hidden,
 119   cl::desc("Don't try to vectorize floating-point math intrinsics"));
 120
 121 static cl::opt<bool>
 122 NoFMA("bb-vectorize-no-fma", cl::init(false), cl::Hidden,
 123   cl::desc("Don't try to vectorize the fused-multiply-add intrinsic"));
 124
 125 static cl::opt<bool>
 126 NoSelect("bb-vectorize-no-select", cl::init(false), cl::Hidden,
 127   cl::desc("Don't try to vectorize select instructions"));
 128
 129 static cl::opt<bool>
 130 NoCmp("bb-vectorize-no-cmp", cl::init(false), cl::Hidden,
 131   cl::desc("Don't try to vectorize comparison instructions"));
 132
 133 static cl::opt<bool>
 134 NoGEP("bb-vectorize-no-gep", cl::init(false), cl::Hidden,
 135   cl::desc("Don't try to vectorize getelementptr instructions"));
 136
 137 static cl::opt<bool>
 138 NoMemOps("bb-vectorize-no-mem-ops", cl::init(false), cl::Hidden,
 139   cl::desc("Don't try to vectorize loads and stores"));
 140
 141 static cl::opt<bool>
 142 AlignedOnly("bb-vectorize-aligned-only", cl::init(false), cl::Hidden,
 143   cl::desc("Only generate aligned loads and stores"));
 144
 145 static cl::opt<bool>
 146 NoMemOpBoost("bb-vectorize-no-mem-op-boost",
 147   cl::init(false), cl::Hidden,
 148   cl::desc("Don't boost the chain-depth contribution of loads and stores"));
 149
 150 static cl::opt<bool>
 151 FastDep("bb-vectorize-fast-dep", cl::init(false), cl::Hidden,
 152   cl::desc("Use a fast instruction dependency analysis"));
 153
 154 #ifndef NDEBUG
 155 static cl::opt<bool>
 156 DebugInstructionExamination("bb-vectorize-debug-instruction-examination",
 157   cl::init(false), cl::Hidden,
 158   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
 159            " instruction-examination process"));
 160 static cl::opt<bool>
 161 DebugCandidateSelection("bb-vectorize-debug-candidate-selection",
 162   cl::init(false), cl::Hidden,
 163   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
 164            " candidate-selection process"));
 165 static cl::opt<bool>
 166 DebugPairSelection("bb-vectorize-debug-pair-selection",
 167   cl::init(false), cl::Hidden,
 168   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
 169            " pair-selection process"));
 170 static cl::opt<bool>
 171 DebugCycleCheck("bb-vectorize-debug-cycle-check",
 172   cl::init(false), cl::Hidden,
 173   cl::desc("When debugging is enabled, output information on the"
 174            " cycle-checking process"));
 175
 176 static cl::opt<bool>
 177 PrintAfterEveryPair("bb-vectorize-debug-print-after-every-pair",
 178   cl::init(false), cl::Hidden,
 179   cl::desc("When debugging is enabled, dump the basic block after"
 180            " every pair is fused"));
 181 #endif
 182
 183 STATISTIC(NumFusedOps, "Number of operations fused by bb-vectorize");
 184
 185 namespace {
 186   struct BBVectorize : public BasicBlockPass {
 187     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
 188
 189     const VectorizeConfig Config;
 190
 191     BBVectorize(const VectorizeConfig &C = VectorizeConfig())
 192       : BasicBlockPass(ID), Config(C) {
 193       initializeBBVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 194     }
 195
 196     BBVectorize(Pass *P, const VectorizeConfig &C)
 197       : BasicBlockPass(ID), Config(C) {
 198       AA = &P->getAnalysis<AliasAnalysis>();
 199       DT = &P->getAnalysis<DominatorTree>();
 200       SE = &P->getAnalysis<ScalarEvolution>();
 201       TD = P->getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
 202       TTI = IgnoreTargetInfo ? 0 :
 203         P->getAnalysisIfAvailable<TargetTransformInfo>();
 204       VTTI = TTI ? TTI->getVectorTargetTransformInfo() : 0;
 205     }
 206
 207     typedef std::pair<Value *, Value *> ValuePair;
 208     typedef std::pair<ValuePair, int> ValuePairWithCost;
 209     typedef std::pair<ValuePair, size_t> ValuePairWithDepth;
 210     typedef std::pair<ValuePair, ValuePair> VPPair; // A ValuePair pair
 211     typedef std::pair<VPPair, unsigned> VPPairWithType;
 212     typedef std::pair<std::multimap<Value *, Value *>::iterator,
 213               std::multimap<Value *, Value *>::iterator> VPIteratorPair;
 214     typedef std::pair<std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator,
 215               std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator>
 216                 VPPIteratorPair;
 217
 218     AliasAnalysis *AA;
 219     DominatorTree *DT;
 220     ScalarEvolution *SE;
 221     DataLayout *TD;
 222     TargetTransformInfo *TTI;
 223     const VectorTargetTransformInfo *VTTI;
 224
 225     // FIXME: const correct?
 226
 227     bool vectorizePairs(BasicBlock &BB, bool NonPow2Len = false);
 228
 229     bool getCandidatePairs(BasicBlock &BB,
 230                        BasicBlock::iterator &Start,
 231                        std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
 232                        DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
 233                        DenseMap<ValuePair, int> &CandidatePairCostSavings,
 234                        std::vector<Value *> &PairableInsts, bool NonPow2Len);
 235
 236     // FIXME: The current implementation does not account for pairs that
 237     // are connected in multiple ways. For example:
 238     //   C1 = A1 / A2; C2 = A2 / A1 (which may be both direct and a swap)
 239     enum PairConnectionType {
 240       PairConnectionDirect,
 241       PairConnectionSwap,
 242       PairConnectionSplat
 243     };
 244
 245     void computeConnectedPairs(std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
 246                        std::vector<Value *> &PairableInsts,
 247                        std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
 248                        DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes);
 249
 250     void buildDepMap(BasicBlock &BB,
 251                        std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
 252                        std::vector<Value *> &PairableInsts,
 253                        DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers);
 254
 255     void choosePairs(std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
 256                         DenseMap<ValuePair, int> &CandidatePairCostSavings,
 257                         std::vector<Value *> &PairableInsts,
 258                         DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
 259                         DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
 260                         std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
 261                         std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairDeps,
 262                         DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
 263                         DenseMap<Value *, Value *>& ChosenPairs);
 264
 265     void fuseChosenPairs(BasicBlock &BB,
 266                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
 267                      DenseMap<Value *, Value *>& ChosenPairs,
 268                      DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
 269                      DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
 270                      std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
 271                      std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairDeps);
 272
 273
 274     bool isInstVectorizable(Instruction *I, bool &IsSimpleLoadStore);
 275
 276     bool areInstsCompatible(Instruction *I, Instruction *J,
 277                        bool IsSimpleLoadStore, bool NonPow2Len,
 278                        int &CostSavings, int &FixedOrder);
 279
 280     bool trackUsesOfI(DenseSet<Value *> &Users,
 281                       AliasSetTracker &WriteSet, Instruction *I,
 282                       Instruction *J, bool UpdateUsers = true,
 283                       std::multimap<Value *, Value *> *LoadMoveSet = 0);
 284
 285     void computePairsConnectedTo(
 286                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
 287                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
 288                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
 289                       DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
 290                       ValuePair P);
 291
 292     bool pairsConflict(ValuePair P, ValuePair Q,
 293                  DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
 294                  std::multimap<ValuePair, ValuePair> *PairableInstUserMap = 0);
 295
 296     bool pairWillFormCycle(ValuePair P,
 297                        std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUsers,
 298                        DenseSet<ValuePair> &CurrentPairs);
 299
 300     void pruneTreeFor(
 301                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
 302                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
 303                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
 304                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
 305                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
 306                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
 307                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree,
 308                       DenseSet<ValuePair> &PrunedTree, ValuePair J,
 309                       bool UseCycleCheck);
 310
 311     void buildInitialTreeFor(
 312                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
 313                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
 314                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
 315                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
 316                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
 317                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree, ValuePair J);
 318
 319     void findBestTreeFor(
 320                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
 321                       DenseMap<ValuePair, int> &CandidatePairCostSavings,
 322                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
 323                       DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
 324                       DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
 325                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
 326                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairDeps,
 327                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
 328                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
 329                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
 330                       DenseSet<ValuePair> &BestTree, size_t &BestMaxDepth,
 331                       int &BestEffSize, VPIteratorPair ChoiceRange,
 332                       bool UseCycleCheck);
 333
 334     Value *getReplacementPointerInput(LLVMContext& Context, Instruction *I,
 335                      Instruction *J, unsigned o);
 336
 337     void fillNewShuffleMask(LLVMContext& Context, Instruction *J,
 338                      unsigned MaskOffset, unsigned NumInElem,
 339                      unsigned NumInElem1, unsigned IdxOffset,
 340                      std::vector<Constant*> &Mask);
 341
 342     Value *getReplacementShuffleMask(LLVMContext& Context, Instruction *I,
 343                      Instruction *J);
 344
 345     bool expandIEChain(LLVMContext& Context, Instruction *I, Instruction *J,
 346                        unsigned o, Value *&LOp, unsigned numElemL,
 347                        Type *ArgTypeL, Type *ArgTypeR, bool IBeforeJ,
 348                        unsigned IdxOff = 0);
 349
 350     Value *getReplacementInput(LLVMContext& Context, Instruction *I,
 351                      Instruction *J, unsigned o, bool IBeforeJ);
 352
 353     void getReplacementInputsForPair(LLVMContext& Context, Instruction *I,
 354                      Instruction *J, SmallVector<Value *, 3> &ReplacedOperands,
 355                      bool IBeforeJ);
 356
 357     void replaceOutputsOfPair(LLVMContext& Context, Instruction *I,
 358                      Instruction *J, Instruction *K,
 359                      Instruction *&InsertionPt, Instruction *&K1,
 360                      Instruction *&K2);
 361
 362     void collectPairLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
 363                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
 364                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
 365                      Instruction *I);
 366
 367     void collectLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
 368                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
 369                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
 370                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet);
 371
 372     bool canMoveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
 373                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
 374                      Instruction *I, Instruction *J);
 375
 376     void moveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
 377                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
 378                      Instruction *&InsertionPt,
 379                      Instruction *I, Instruction *J);
 380
 381     void combineMetadata(Instruction *K, const Instruction *J);
 382
 383     bool vectorizeBB(BasicBlock &BB) {
 384       if (!DT->isReachableFromEntry(&BB)) {
 385         DEBUG(dbgs() << "BBV: skipping unreachable " << BB.getName() <<
 386               " in " << BB.getParent()->getName() << "\n");
 387         return false;
 388       }
 389
 390       DEBUG(if (VTTI) dbgs() << "BBV: using target information\n");
 391
 392       bool changed = false;
 393       // Iterate a sufficient number of times to merge types of size 1 bit,
 394       // then 2 bits, then 4, etc. up to half of the target vector width of the
 395       // target vector register.
 396       unsigned n = 1;
 397       for (unsigned v = 2;
 398            (VTTI || v <= Config.VectorBits) &&
 399            (!Config.MaxIter || n <= Config.MaxIter);
 400            v *= 2, ++n) {
 401         DEBUG(dbgs() << "BBV: fusing loop #" << n <<
 402               " for " << BB.getName() << " in " <<
 403               BB.getParent()->getName() << "...\n");
 404         if (vectorizePairs(BB))
 405           changed = true;
 406         else
 407           break;
 408       }
 409
 410       if (changed && !Pow2LenOnly) {
 411         ++n;
 412         for (; !Config.MaxIter || n <= Config.MaxIter; ++n) {
 413           DEBUG(dbgs() << "BBV: fusing for non-2^n-length vectors loop #: " <<
 414                 n << " for " << BB.getName() << " in " <<
 415                 BB.getParent()->getName() << "...\n");
 416           if (!vectorizePairs(BB, true)) break;
 417         }
 418       }
 419
 420       DEBUG(dbgs() << "BBV: done!\n");
 421       return changed;
 422     }
 423
 424     virtual bool runOnBasicBlock(BasicBlock &BB) {
 425       AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
 426       DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
 427       SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
 428       TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
 429       TTI = IgnoreTargetInfo ? 0 :
 430         getAnalysisIfAvailable<TargetTransformInfo>();
 431       VTTI = TTI ? TTI->getVectorTargetTransformInfo() : 0;
 432
 433       return vectorizeBB(BB);
 434     }
 435
 436     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 437       BasicBlockPass::getAnalysisUsage(AU);
 438       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
 439       AU.addRequired<DominatorTree>();
 440       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
 441       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
 442       AU.addPreserved<DominatorTree>();
 443       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
 444       AU.setPreservesCFG();
 445     }
 446
 447     static inline VectorType *getVecTypeForPair(Type *ElemTy, Type *Elem2Ty) {
 448       assert(ElemTy->getScalarType() == Elem2Ty->getScalarType() &&
 449              "Cannot form vector from incompatible scalar types");
 450       Type *STy = ElemTy->getScalarType();
 451
 452       unsigned numElem;
 453       if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(ElemTy)) {
 454         numElem = VTy->getNumElements();
 455       } else {
 456         numElem = 1;
 457       }
 458
 459       if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(Elem2Ty)) {
 460         numElem += VTy->getNumElements();
 461       } else {
 462         numElem += 1;
 463       }
 464
 465       return VectorType::get(STy, numElem);
 466     }
 467
 468     static inline void getInstructionTypes(Instruction *I,
 469                                            Type *&T1, Type *&T2) {
 470       if (isa<StoreInst>(I)) {
 471         // For stores, it is the value type, not the pointer type that matters
 472         // because the value is what will come from a vector register.
 473
 474         Value *IVal = cast<StoreInst>(I)->getValueOperand();
 475         T1 = IVal->getType();
 476       } else {
 477         T1 = I->getType();
 478       }
 479
 480       if (I->isCast())
 481         T2 = cast<CastInst>(I)->getSrcTy();
 482       else
 483         T2 = T1;
 484
 485       if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
 486         T2 = SI->getCondition()->getType();
 487       } else if (ShuffleVectorInst *SI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I)) {
 488         T2 = SI->getOperand(0)->getType();
 489       } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
 490         T2 = CI->getOperand(0)->getType();
 491       }
 492     }
 493
 494     // Returns the weight associated with the provided value. A chain of
 495     // candidate pairs has a length given by the sum of the weights of its
 496     // members (one weight per pair; the weight of each member of the pair
 497     // is assumed to be the same). This length is then compared to the
 498     // chain-length threshold to determine if a given chain is significant
 499     // enough to be vectorized. The length is also used in comparing
 500     // candidate chains where longer chains are considered to be better.
 501     // Note: when this function returns 0, the resulting instructions are
 502     // not actually fused.
 503     inline size_t getDepthFactor(Value *V) {
 504       // InsertElement and ExtractElement have a depth factor of zero. This is
 505       // for two reasons: First, they cannot be usefully fused. Second, because
 506       // the pass generates a lot of these, they can confuse the simple metric
 507       // used to compare the trees in the next iteration. Thus, giving them a
 508       // weight of zero allows the pass to essentially ignore them in
 509       // subsequent iterations when looking for vectorization opportunities
 510       // while still tracking dependency chains that flow through those
 511       // instructions.
 512       if (isa<InsertElementInst>(V) || isa<ExtractElementInst>(V))
 513         return 0;
 514
 515       // Give a load or store half of the required depth so that load/store
 516       // pairs will vectorize.
 517       if (!Config.NoMemOpBoost && (isa<LoadInst>(V) || isa<StoreInst>(V)))
 518         return Config.ReqChainDepth/2;
 519
 520       return 1;
 521     }
 522
 523     // Returns the cost of the provided instruction using VTTI.
 524     // This does not handle loads and stores.
 525     unsigned getInstrCost(unsigned Opcode, Type *T1, Type *T2) {
 526       switch (Opcode) {
 527       default: break;
 528       case Instruction::GetElementPtr:
 529         // We mark this instruction as zero-cost because scalar GEPs are usually
 530         // lowered to the intruction addressing mode. At the moment we don't
 531         // generate vector GEPs.
 532         return 0;
 533       case Instruction::Br:
 534         return VTTI->getCFInstrCost(Opcode);
 535       case Instruction::PHI:
 536         return 0;
 537       case Instruction::Add:
 538       case Instruction::FAdd:
 539       case Instruction::Sub:
 540       case Instruction::FSub:
 541       case Instruction::Mul:
 542       case Instruction::FMul:
 543       case Instruction::UDiv:
 544       case Instruction::SDiv:
 545       case Instruction::FDiv:
 546       case Instruction::URem:
 547       case Instruction::SRem:
 548       case Instruction::FRem:
 549       case Instruction::Shl:
 550       case Instruction::LShr:
 551       case Instruction::AShr:
 552       case Instruction::And:
 553       case Instruction::Or:
 554       case Instruction::Xor:
 555         return VTTI->getArithmeticInstrCost(Opcode, T1);
 556       case Instruction::Select:
 557       case Instruction::ICmp:
 558       case Instruction::FCmp:
 559         return VTTI->getCmpSelInstrCost(Opcode, T1, T2);
 560       case Instruction::ZExt:
 561       case Instruction::SExt:
 562       case Instruction::FPToUI:
 563       case Instruction::FPToSI:
 564       case Instruction::FPExt:
 565       case Instruction::PtrToInt:
 566       case Instruction::IntToPtr:
 567       case Instruction::SIToFP:
 568       case Instruction::UIToFP:
 569       case Instruction::Trunc:
 570       case Instruction::FPTrunc:
 571       case Instruction::BitCast:
 572       case Instruction::ShuffleVector:
 573         return VTTI->getCastInstrCost(Opcode, T1, T2);
 574       }
 575
 576       return 1;
 577     }
 578
 579     // This determines the relative offset of two loads or stores, returning
 580     // true if the offset could be determined to be some constant value.
 581     // For example, if OffsetInElmts == 1, then J accesses the memory directly
 582     // after I; if OffsetInElmts == -1 then I accesses the memory
 583     // directly after J.
 584     bool getPairPtrInfo(Instruction *I, Instruction *J,
 585         Value *&IPtr, Value *&JPtr, unsigned &IAlignment, unsigned &JAlignment,
 586         unsigned &IAddressSpace, unsigned &JAddressSpace,
 587         int64_t &OffsetInElmts, bool ComputeOffset = true) {
 588       OffsetInElmts = 0;
 589       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
 590         LoadInst *LJ = cast<LoadInst>(J);
 591         IPtr = LI->getPointerOperand();
 592         JPtr = LJ->getPointerOperand();
 593         IAlignment = LI->getAlignment();
 594         JAlignment = LJ->getAlignment();
 595         IAddressSpace = LI->getPointerAddressSpace();
 596         JAddressSpace = LJ->getPointerAddressSpace();
 597       } else {
 598         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I), *SJ = cast<StoreInst>(J);
 599         IPtr = SI->getPointerOperand();
 600         JPtr = SJ->getPointerOperand();
 601         IAlignment = SI->getAlignment();
 602         JAlignment = SJ->getAlignment();
 603         IAddressSpace = SI->getPointerAddressSpace();
 604         JAddressSpace = SJ->getPointerAddressSpace();
 605       }
 606
 607       if (!ComputeOffset)
 608         return true;
 609
 610       const SCEV *IPtrSCEV = SE->getSCEV(IPtr);
 611       const SCEV *JPtrSCEV = SE->getSCEV(JPtr);
 612
 613       // If this is a trivial offset, then we'll get something like
 614       // 1*sizeof(type). With target data, which we need anyway, this will get
 615       // constant folded into a number.
 616       const SCEV *OffsetSCEV = SE->getMinusSCEV(JPtrSCEV, IPtrSCEV);
 617       if (const SCEVConstant *ConstOffSCEV =
 618             dyn_cast<SCEVConstant>(OffsetSCEV)) {
 619         ConstantInt *IntOff = ConstOffSCEV->getValue();
 620         int64_t Offset = IntOff->getSExtValue();
 621
 622         Type *VTy = cast<PointerType>(IPtr->getType())->getElementType();
 623         int64_t VTyTSS = (int64_t) TD->getTypeStoreSize(VTy);
 624
 625         Type *VTy2 = cast<PointerType>(JPtr->getType())->getElementType();
 626         if (VTy != VTy2 && Offset < 0) {
 627           int64_t VTy2TSS = (int64_t) TD->getTypeStoreSize(VTy2);
 628           OffsetInElmts = Offset/VTy2TSS;
 629           return (abs64(Offset) % VTy2TSS) == 0;
 630         }
 631
 632         OffsetInElmts = Offset/VTyTSS;
 633         return (abs64(Offset) % VTyTSS) == 0;
 634       }
 635
 636       return false;
 637     }
 638
 639     // Returns true if the provided CallInst represents an intrinsic that can
 640     // be vectorized.
 641     bool isVectorizableIntrinsic(CallInst* I) {
 642       Function *F = I->getCalledFunction();
 643       if (!F) return false;
 644
 645       unsigned IID = F->getIntrinsicID();
 646       if (!IID) return false;
 647
 648       switch(IID) {
 649       default:
 650         return false;
 651       case Intrinsic::sqrt:
 652       case Intrinsic::powi:
 653       case Intrinsic::sin:
 654       case Intrinsic::cos:
 655       case Intrinsic::log:
 656       case Intrinsic::log2:
 657       case Intrinsic::log10:
 658       case Intrinsic::exp:
 659       case Intrinsic::exp2:
 660       case Intrinsic::pow:
 661         return Config.VectorizeMath;
 662       case Intrinsic::fma:
 663       case Intrinsic::fmuladd:
 664         return Config.VectorizeFMA;
 665       }
 666     }
 667
 668     // Returns true if J is the second element in some pair referenced by
 669     // some multimap pair iterator pair.
 670     template <typename V>
 671     bool isSecondInIteratorPair(V J, std::pair<
 672            typename std::multimap<V, V>::iterator,
 673            typename std::multimap<V, V>::iterator> PairRange) {
 674       for (typename std::multimap<V, V>::iterator K = PairRange.first;
 675            K != PairRange.second; ++K)
 676         if (K->second == J) return true;
 677
 678       return false;
 679     }
 680
 681     bool isPureIEChain(InsertElementInst *IE) {
 682       InsertElementInst *IENext = IE;
 683       do {
 684         if (!isa<UndefValue>(IENext->getOperand(0)) &&
 685             !isa<InsertElementInst>(IENext->getOperand(0))) {
 686           return false;
 687         }
 688       } while ((IENext =
 689                  dyn_cast<InsertElementInst>(IENext->getOperand(0))));
 690
 691       return true;
 692     }
 693   };
 694
 695   // This function implements one vectorization iteration on the provided
 696   // basic block. It returns true if the block is changed.
 697   bool BBVectorize::vectorizePairs(BasicBlock &BB, bool NonPow2Len) {
 698     bool ShouldContinue;
 699     BasicBlock::iterator Start = BB.getFirstInsertionPt();
 700
 701     std::vector<Value *> AllPairableInsts;
 702     DenseMap<Value *, Value *> AllChosenPairs;
 703     DenseSet<ValuePair> AllFixedOrderPairs;
 704     DenseMap<VPPair, unsigned> AllPairConnectionTypes;
 705     std::multimap<ValuePair, ValuePair> AllConnectedPairs, AllConnectedPairDeps;
 706
 707     do {
 708       std::vector<Value *> PairableInsts;
 709       std::multimap<Value *, Value *> CandidatePairs;
 710       DenseSet<ValuePair> FixedOrderPairs;
 711       DenseMap<ValuePair, int> CandidatePairCostSavings;
 712       ShouldContinue = getCandidatePairs(BB, Start, CandidatePairs,
 713                                          FixedOrderPairs,
 714                                          CandidatePairCostSavings,
 715                                          PairableInsts, NonPow2Len);
 716       if (PairableInsts.empty()) continue;
 717
 718       // Now we have a map of all of the pairable instructions and we need to
 719       // select the best possible pairing. A good pairing is one such that the
 720       // users of the pair are also paired. This defines a (directed) forest
 721       // over the pairs such that two pairs are connected iff the second pair
 722       // uses the first.
 723
 724       // Note that it only matters that both members of the second pair use some
 725       // element of the first pair (to allow for splatting).
 726
 727       std::multimap<ValuePair, ValuePair> ConnectedPairs, ConnectedPairDeps;
 728       DenseMap<VPPair, unsigned> PairConnectionTypes;
 729       computeConnectedPairs(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs,
 730                             PairConnectionTypes);
 731       if (ConnectedPairs.empty()) continue;
 732
 733       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator
 734            I = ConnectedPairs.begin(), IE = ConnectedPairs.end();
 735            I != IE; ++I) {
 736         ConnectedPairDeps.insert(VPPair(I->second, I->first));
 737       }
 738
 739       // Build the pairable-instruction dependency map
 740       DenseSet<ValuePair> PairableInstUsers;
 741       buildDepMap(BB, CandidatePairs, PairableInsts, PairableInstUsers);
 742
 743       // There is now a graph of the connected pairs. For each variable, pick
 744       // the pairing with the largest tree meeting the depth requirement on at
 745       // least one branch. Then select all pairings that are part of that tree
 746       // and remove them from the list of available pairings and pairable
 747       // variables.
 748
 749       DenseMap<Value *, Value *> ChosenPairs;
 750       choosePairs(CandidatePairs, CandidatePairCostSavings,
 751         PairableInsts, FixedOrderPairs, PairConnectionTypes,
 752         ConnectedPairs, ConnectedPairDeps,
 753         PairableInstUsers, ChosenPairs);
 754
 755       if (ChosenPairs.empty()) continue;
 756       AllPairableInsts.insert(AllPairableInsts.end(), PairableInsts.begin(),
 757                               PairableInsts.end());
 758       AllChosenPairs.insert(ChosenPairs.begin(), ChosenPairs.end());
 759
 760       // Only for the chosen pairs, propagate information on fixed-order pairs,
 761       // pair connections, and their types to the data structures used by the
 762       // pair fusion procedures.
 763       for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator I = ChosenPairs.begin(),
 764            IE = ChosenPairs.end(); I != IE; ++I) {
 765         if (FixedOrderPairs.count(*I))
 766           AllFixedOrderPairs.insert(*I);
 767         else if (FixedOrderPairs.count(ValuePair(I->second, I->first)))
 768           AllFixedOrderPairs.insert(ValuePair(I->second, I->first));
 769
 770         for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator J = ChosenPairs.begin();
 771              J != IE; ++J) {
 772           DenseMap<VPPair, unsigned>::iterator K =
 773             PairConnectionTypes.find(VPPair(*I, *J));
 774           if (K != PairConnectionTypes.end()) {
 775             AllPairConnectionTypes.insert(*K);
 776           } else {
 777             K = PairConnectionTypes.find(VPPair(*J, *I));
 778             if (K != PairConnectionTypes.end())
 779               AllPairConnectionTypes.insert(*K);
 780           }
 781         }
 782       }
 783
 784       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator
 785            I = ConnectedPairs.begin(), IE = ConnectedPairs.end();
 786            I != IE; ++I) {
 787         if (AllPairConnectionTypes.count(*I)) {
 788           AllConnectedPairs.insert(*I);
 789           AllConnectedPairDeps.insert(VPPair(I->second, I->first));
 790         }
 791       }
 792     } while (ShouldContinue);
 793
 794     if (AllChosenPairs.empty()) return false;
 795     NumFusedOps += AllChosenPairs.size();
 796
 797     // A set of pairs has now been selected. It is now necessary to replace the
 798     // paired instructions with vector instructions. For this procedure each
 799     // operand must be replaced with a vector operand. This vector is formed
 800     // by using build_vector on the old operands. The replaced values are then
 801     // replaced with a vector_extract on the result.  Subsequent optimization
 802     // passes should coalesce the build/extract combinations.
 803
 804     fuseChosenPairs(BB, AllPairableInsts, AllChosenPairs, AllFixedOrderPairs,
 805                     AllPairConnectionTypes,
 806                     AllConnectedPairs, AllConnectedPairDeps);
 807
 808     // It is important to cleanup here so that future iterations of this
 809     // function have less work to do.
 810     (void) SimplifyInstructionsInBlock(&BB, TD, AA->getTargetLibraryInfo());
 811     return true;
 812   }
 813
 814   // This function returns true if the provided instruction is capable of being
 815   // fused into a vector instruction. This determination is based only on the
 816   // type and other attributes of the instruction.
 817   bool BBVectorize::isInstVectorizable(Instruction *I,
 818                                          bool &IsSimpleLoadStore) {
 819     IsSimpleLoadStore = false;
 820
 821     if (CallInst *C = dyn_cast<CallInst>(I)) {
 822       if (!isVectorizableIntrinsic(C))
 823         return false;
 824     } else if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
 825       // Vectorize simple loads if possbile:
 826       IsSimpleLoadStore = L->isSimple();
 827       if (!IsSimpleLoadStore || !Config.VectorizeMemOps)
 828         return false;
 829     } else if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
 830       // Vectorize simple stores if possbile:
 831       IsSimpleLoadStore = S->isSimple();
 832       if (!IsSimpleLoadStore || !Config.VectorizeMemOps)
 833         return false;
 834     } else if (CastInst *C = dyn_cast<CastInst>(I)) {
 835       // We can vectorize casts, but not casts of pointer types, etc.
 836       if (!Config.VectorizeCasts)
 837         return false;
 838
 839       Type *SrcTy = C->getSrcTy();
 840       if (!SrcTy->isSingleValueType())
 841         return false;
 842
 843       Type *DestTy = C->getDestTy();
 844       if (!DestTy->isSingleValueType())
 845         return false;
 846     } else if (isa<SelectInst>(I)) {
 847       if (!Config.VectorizeSelect)
 848         return false;
 849     } else if (isa<CmpInst>(I)) {
 850       if (!Config.VectorizeCmp)
 851         return false;
 852     } else if (GetElementPtrInst *G = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
 853       if (!Config.VectorizeGEP)
 854         return false;
 855
 856       // Currently, vector GEPs exist only with one index.
 857       if (G->getNumIndices() != 1)
 858         return false;
 859     } else if (!(I->isBinaryOp() || isa<ShuffleVectorInst>(I) ||
 860         isa<ExtractElementInst>(I) || isa<InsertElementInst>(I))) {
 861       return false;
 862     }
 863
 864     // We can't vectorize memory operations without target data
 865     if (TD == 0 && IsSimpleLoadStore)
 866       return false;
 867
 868     Type *T1, *T2;
 869     getInstructionTypes(I, T1, T2);
 870
 871     // Not every type can be vectorized...
 872     if (!(VectorType::isValidElementType(T1) || T1->isVectorTy()) ||
 873         !(VectorType::isValidElementType(T2) || T2->isVectorTy()))
 874       return false;
 875
 876     if (T1->getScalarSizeInBits() == 1) {
 877       if (!Config.VectorizeBools)
 878         return false;
 879     } else {
 880       if (!Config.VectorizeInts && T1->isIntOrIntVectorTy())
 881         return false;
 882     }
 883
 884     if (T2->getScalarSizeInBits() == 1) {
 885       if (!Config.VectorizeBools)
 886         return false;
 887     } else {
 888       if (!Config.VectorizeInts && T2->isIntOrIntVectorTy())
 889         return false;
 890     }
 891
 892     if (!Config.VectorizeFloats
 893         && (T1->isFPOrFPVectorTy() || T2->isFPOrFPVectorTy()))
 894       return false;
 895
 896     // Don't vectorize target-specific types.
 897     if (T1->isX86_FP80Ty() || T1->isPPC_FP128Ty() || T1->isX86_MMXTy())
 898       return false;
 899     if (T2->isX86_FP80Ty() || T2->isPPC_FP128Ty() || T2->isX86_MMXTy())
 900       return false;
 901
 902     if ((!Config.VectorizePointers || TD == 0) &&
 903         (T1->getScalarType()->isPointerTy() ||
 904          T2->getScalarType()->isPointerTy()))
 905       return false;
 906
 907     if (!VTTI && (T1->getPrimitiveSizeInBits() >= Config.VectorBits ||
 908                   T2->getPrimitiveSizeInBits() >= Config.VectorBits))
 909       return false;
 910
 911     return true;
 912   }
 913
 914   // This function returns true if the two provided instructions are compatible
 915   // (meaning that they can be fused into a vector instruction). This assumes
 916   // that I has already been determined to be vectorizable and that J is not
 917   // in the use tree of I.
 918   bool BBVectorize::areInstsCompatible(Instruction *I, Instruction *J,
 919                        bool IsSimpleLoadStore, bool NonPow2Len,
 920                        int &CostSavings, int &FixedOrder) {
 921     DEBUG(if (DebugInstructionExamination) dbgs() << "BBV: looking at " << *I <<
 922                      " <-> " << *J << "\n");
 923
 924     CostSavings = 0;
 925     FixedOrder = 0;
 926
 927     // Loads and stores can be merged if they have different alignments,
 928     // but are otherwise the same.
 929     if (!J->isSameOperationAs(I, Instruction::CompareIgnoringAlignment |
 930                       (NonPow2Len ? Instruction::CompareUsingScalarTypes : 0)))
 931       return false;
 932
 933     Type *IT1, *IT2, *JT1, *JT2;
 934     getInstructionTypes(I, IT1, IT2);
 935     getInstructionTypes(J, JT1, JT2);
 936     unsigned MaxTypeBits = std::max(
 937       IT1->getPrimitiveSizeInBits() + JT1->getPrimitiveSizeInBits(),
 938       IT2->getPrimitiveSizeInBits() + JT2->getPrimitiveSizeInBits());
 939     if (!VTTI && MaxTypeBits > Config.VectorBits)
 940       return false;
 941
 942     // FIXME: handle addsub-type operations!
 943
 944     if (IsSimpleLoadStore) {
 945       Value *IPtr, *JPtr;
 946       unsigned IAlignment, JAlignment, IAddressSpace, JAddressSpace;
 947       int64_t OffsetInElmts = 0;
 948       if (getPairPtrInfo(I, J, IPtr, JPtr, IAlignment, JAlignment,
 949             IAddressSpace, JAddressSpace,
 950             OffsetInElmts) && abs64(OffsetInElmts) == 1) {
 951         FixedOrder = (int) OffsetInElmts;
 952         unsigned BottomAlignment = IAlignment;
 953         if (OffsetInElmts < 0) BottomAlignment = JAlignment;
 954
 955         Type *aTypeI = isa<StoreInst>(I) ?
 956           cast<StoreInst>(I)->getValueOperand()->getType() : I->getType();
 957         Type *aTypeJ = isa<StoreInst>(J) ?
 958           cast<StoreInst>(J)->getValueOperand()->getType() : J->getType();
 959         Type *VType = getVecTypeForPair(aTypeI, aTypeJ);
 960
 961         if (Config.AlignedOnly) {
 962           // An aligned load or store is possible only if the instruction
 963           // with the lower offset has an alignment suitable for the
 964           // vector type.
 965
 966           unsigned VecAlignment = TD->getPrefTypeAlignment(VType);
 967           if (BottomAlignment < VecAlignment)
 968             return false;
 969         }
 970
 971         if (VTTI) {
 972           unsigned ICost = VTTI->getMemoryOpCost(I->getOpcode(), aTypeI,
 973                                                  IAlignment, IAddressSpace);
 974           unsigned JCost = VTTI->getMemoryOpCost(J->getOpcode(), aTypeJ,
 975                                                  JAlignment, JAddressSpace);
 976           unsigned VCost = VTTI->getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VType,
 977                                                  BottomAlignment,
 978                                                  IAddressSpace);
 979           if (VCost > ICost + JCost)
 980             return false;
 981
 982           // We don't want to fuse to a type that will be split, even
 983           // if the two input types will also be split and there is no other
 984           // associated cost.
 985           unsigned VParts = VTTI->getNumberOfParts(VType);
 986           if (VParts > 1)
 987             return false;
 988           else if (!VParts && VCost == ICost + JCost)
 989             return false;
 990
 991           CostSavings = ICost + JCost - VCost;
 992         }
 993       } else {
 994         return false;
 995       }
 996     } else if (VTTI) {
 997       unsigned ICost = getInstrCost(I->getOpcode(), IT1, IT2);
 998       unsigned JCost = getInstrCost(J->getOpcode(), JT1, JT2);
 999       Type *VT1 = getVecTypeForPair(IT1, JT1),
1000            *VT2 = getVecTypeForPair(IT2, JT2);
1001       unsigned VCost = getInstrCost(I->getOpcode(), VT1, VT2);
1002
1003       if (VCost > ICost + JCost)
1004         return false;
1005
1006       // We don't want to fuse to a type that will be split, even
1007       // if the two input types will also be split and there is no other
1008       // associated cost.
1009       unsigned VParts1 = VTTI->getNumberOfParts(VT1),
1010                VParts2 = VTTI->getNumberOfParts(VT2);
1011       if (VParts1 > 1 || VParts2 > 1)
1012         return false;
1013       else if ((!VParts1 || !VParts2) && VCost == ICost + JCost)
1014         return false;
1015
1016       CostSavings = ICost + JCost - VCost;
1017     }
1018
1019     // The powi intrinsic is special because only the first argument is
1020     // vectorized, the second arguments must be equal.
1021     CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1022     Function *FI;
1023     if (CI && (FI = CI->getCalledFunction()) &&
1024         FI->getIntrinsicID() == Intrinsic::powi) {
1025
1026       Value *A1I = CI->getArgOperand(1),
1027             *A1J = cast<CallInst>(J)->getArgOperand(1);
1028       const SCEV *A1ISCEV = SE->getSCEV(A1I),
1029                  *A1JSCEV = SE->getSCEV(A1J);
1030       return (A1ISCEV == A1JSCEV);
1031     }
1032
1033     return true;
1034   }
1035
1036   // Figure out whether or not J uses I and update the users and write-set
1037   // structures associated with I. Specifically, Users represents the set of
1038   // instructions that depend on I. WriteSet represents the set
1039   // of memory locations that are dependent on I. If UpdateUsers is true,
1040   // and J uses I, then Users is updated to contain J and WriteSet is updated
1041   // to contain any memory locations to which J writes. The function returns
1042   // true if J uses I. By default, alias analysis is used to determine
1043   // whether J reads from memory that overlaps with a location in WriteSet.
1044   // If LoadMoveSet is not null, then it is a previously-computed multimap
1045   // where the key is the memory-based user instruction and the value is
1046   // the instruction to be compared with I. So, if LoadMoveSet is provided,
1047   // then the alias analysis is not used. This is necessary because this
1048   // function is called during the process of moving instructions during
1049   // vectorization and the results of the alias analysis are not stable during
1050   // that process.
1051   bool BBVectorize::trackUsesOfI(DenseSet<Value *> &Users,
1052                        AliasSetTracker &WriteSet, Instruction *I,
1053                        Instruction *J, bool UpdateUsers,
1054                        std::multimap<Value *, Value *> *LoadMoveSet) {
1055     bool UsesI = false;
1056
1057     // This instruction may already be marked as a user due, for example, to
1058     // being a member of a selected pair.
1059     if (Users.count(J))
1060       UsesI = true;
1061
1062     if (!UsesI)
1063       for (User::op_iterator JU = J->op_begin(), JE = J->op_end();
1064            JU != JE; ++JU) {
1065         Value *V = *JU;
1066         if (I == V || Users.count(V)) {
1067           UsesI = true;
1068           break;
1069         }
1070       }
1071     if (!UsesI && J->mayReadFromMemory()) {
1072       if (LoadMoveSet) {
1073         VPIteratorPair JPairRange = LoadMoveSet->equal_range(J);
1074         UsesI = isSecondInIteratorPair<Value*>(I, JPairRange);
1075       } else {
1076         for (AliasSetTracker::iterator W = WriteSet.begin(),
1077              WE = WriteSet.end(); W != WE; ++W) {
1078           if (W->aliasesUnknownInst(J, *AA)) {
1079             UsesI = true;
1080             break;
1081           }
1082         }
1083       }
1084     }
1085
1086     if (UsesI && UpdateUsers) {
1087       if (J->mayWriteToMemory()) WriteSet.add(J);
1088       Users.insert(J);
1089     }
1090
1091     return UsesI;
1092   }
1093
1094   // This function iterates over all instruction pairs in the provided
1095   // basic block and collects all candidate pairs for vectorization.
1096   bool BBVectorize::getCandidatePairs(BasicBlock &BB,
1097                        BasicBlock::iterator &Start,
1098                        std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1099                        DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
1100                        DenseMap<ValuePair, int> &CandidatePairCostSavings,
1101                        std::vector<Value *> &PairableInsts, bool NonPow2Len) {
1102     BasicBlock::iterator E = BB.end();
1103     if (Start == E) return false;
1104
1105     bool ShouldContinue = false, IAfterStart = false;
1106     for (BasicBlock::iterator I = Start++; I != E; ++I) {
1107       if (I == Start) IAfterStart = true;
1108
1109       bool IsSimpleLoadStore;
1110       if (!isInstVectorizable(I, IsSimpleLoadStore)) continue;
1111
1112       // Look for an instruction with which to pair instruction *I...
1113       DenseSet<Value *> Users;
1114       AliasSetTracker WriteSet(*AA);
1115       bool JAfterStart = IAfterStart;
1116       BasicBlock::iterator J = llvm::next(I);
1117       for (unsigned ss = 0; J != E && ss <= Config.SearchLimit; ++J, ++ss) {
1118         if (J == Start) JAfterStart = true;
1119
1120         // Determine if J uses I, if so, exit the loop.
1121         bool UsesI = trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, J, !Config.FastDep);
1122         if (Config.FastDep) {
1123           // Note: For this heuristic to be effective, independent operations
1124           // must tend to be intermixed. This is likely to be true from some
1125           // kinds of grouped loop unrolling (but not the generic LLVM pass),
1126           // but otherwise may require some kind of reordering pass.
1127
1128           // When using fast dependency analysis,
1129           // stop searching after first use:
1130           if (UsesI) break;
1131         } else {
1132           if (UsesI) continue;
1133         }
1134
1135         // J does not use I, and comes before the first use of I, so it can be
1136         // merged with I if the instructions are compatible.
1137         int CostSavings, FixedOrder;
1138         if (!areInstsCompatible(I, J, IsSimpleLoadStore, NonPow2Len,
1139             CostSavings, FixedOrder)) continue;
1140
1141         // J is a candidate for merging with I.
1142         if (!PairableInsts.size() ||
1143              PairableInsts[PairableInsts.size()-1] != I) {
1144           PairableInsts.push_back(I);
1145         }
1146
1147         CandidatePairs.insert(ValuePair(I, J));
1148         if (VTTI)
1149           CandidatePairCostSavings.insert(ValuePairWithCost(ValuePair(I, J),
1150                                                             CostSavings));
1151
1152         if (FixedOrder == 1)
1153           FixedOrderPairs.insert(ValuePair(I, J));
1154         else if (FixedOrder == -1)
1155           FixedOrderPairs.insert(ValuePair(J, I));
1156
1157         // The next call to this function must start after the last instruction
1158         // selected during this invocation.
1159         if (JAfterStart) {
1160           Start = llvm::next(J);
1161           IAfterStart = JAfterStart = false;
1162         }
1163
1164         DEBUG(if (DebugCandidateSelection) dbgs() << "BBV: candidate pair "
1165                      << *I << " <-> " << *J << " (cost savings: " <<
1166                      CostSavings << ")\n");
1167
1168         // If we have already found too many pairs, break here and this function
1169         // will be called again starting after the last instruction selected
1170         // during this invocation.
1171         if (PairableInsts.size() >= Config.MaxInsts) {
1172           ShouldContinue = true;
1173           break;
1174         }
1175       }
1176
1177       if (ShouldContinue)
1178         break;
1179     }
1180
1181     DEBUG(dbgs() << "BBV: found " << PairableInsts.size()
1182            << " instructions with candidate pairs\n");
1183
1184     return ShouldContinue;
1185   }
1186
1187   // Finds candidate pairs connected to the pair P = <PI, PJ>. This means that
1188   // it looks for pairs such that both members have an input which is an
1189   // output of PI or PJ.
1190   void BBVectorize::computePairsConnectedTo(
1191                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1192                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1193                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1194                       DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
1195                       ValuePair P) {
1196     StoreInst *SI, *SJ;
1197
1198     // For each possible pairing for this variable, look at the uses of
1199     // the first value...
1200     for (Value::use_iterator I = P.first->use_begin(),
1201          E = P.first->use_end(); I != E; ++I) {
1202       if (isa<LoadInst>(*I)) {
1203         // A pair cannot be connected to a load because the load only takes one
1204         // operand (the address) and it is a scalar even after vectorization.
1205         continue;
1206       } else if ((SI = dyn_cast<StoreInst>(*I)) &&
1207                  P.first == SI->getPointerOperand()) {
1208         // Similarly, a pair cannot be connected to a store through its
1209         // pointer operand.
1210         continue;
1211       }
1212
1213       VPIteratorPair IPairRange = CandidatePairs.equal_range(*I);
1214
1215       // For each use of the first variable, look for uses of the second
1216       // variable...
1217       for (Value::use_iterator J = P.second->use_begin(),
1218            E2 = P.second->use_end(); J != E2; ++J) {
1219         if ((SJ = dyn_cast<StoreInst>(*J)) &&
1220             P.second == SJ->getPointerOperand())
1221           continue;
1222
1223         VPIteratorPair JPairRange = CandidatePairs.equal_range(*J);
1224
1225         // Look for <I, J>:
1226         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*J, IPairRange)) {
1227           VPPair VP(P, ValuePair(*I, *J));
1228           ConnectedPairs.insert(VP);
1229           PairConnectionTypes.insert(VPPairWithType(VP, PairConnectionDirect));
1230         }
1231
1232         // Look for <J, I>:
1233         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*I, JPairRange)) {
1234           VPPair VP(P, ValuePair(*J, *I));
1235           ConnectedPairs.insert(VP);
1236           PairConnectionTypes.insert(VPPairWithType(VP, PairConnectionSwap));
1237         }
1238       }
1239
1240       if (Config.SplatBreaksChain) continue;
1241       // Look for cases where just the first value in the pair is used by
1242       // both members of another pair (splatting).
1243       for (Value::use_iterator J = P.first->use_begin(); J != E; ++J) {
1244         if ((SJ = dyn_cast<StoreInst>(*J)) &&
1245             P.first == SJ->getPointerOperand())
1246           continue;
1247
1248         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*J, IPairRange)) {
1249           VPPair VP(P, ValuePair(*I, *J));
1250           ConnectedPairs.insert(VP);
1251           PairConnectionTypes.insert(VPPairWithType(VP, PairConnectionSplat));
1252         }
1253       }
1254     }
1255
1256     if (Config.SplatBreaksChain) return;
1257     // Look for cases where just the second value in the pair is used by
1258     // both members of another pair (splatting).
1259     for (Value::use_iterator I = P.second->use_begin(),
1260          E = P.second->use_end(); I != E; ++I) {
1261       if (isa<LoadInst>(*I))
1262         continue;
1263       else if ((SI = dyn_cast<StoreInst>(*I)) &&
1264                P.second == SI->getPointerOperand())
1265         continue;
1266
1267       VPIteratorPair IPairRange = CandidatePairs.equal_range(*I);
1268
1269       for (Value::use_iterator J = P.second->use_begin(); J != E; ++J) {
1270         if ((SJ = dyn_cast<StoreInst>(*J)) &&
1271             P.second == SJ->getPointerOperand())
1272           continue;
1273
1274         if (isSecondInIteratorPair<Value*>(*J, IPairRange)) {
1275           VPPair VP(P, ValuePair(*I, *J));
1276           ConnectedPairs.insert(VP);
1277           PairConnectionTypes.insert(VPPairWithType(VP, PairConnectionSplat));
1278         }
1279       }
1280     }
1281   }
1282
1283   // This function figures out which pairs are connected.  Two pairs are
1284   // connected if some output of the first pair forms an input to both members
1285   // of the second pair.
1286   void BBVectorize::computeConnectedPairs(
1287                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1288                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1289                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1290                       DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes) {
1291
1292     for (std::vector<Value *>::iterator PI = PairableInsts.begin(),
1293          PE = PairableInsts.end(); PI != PE; ++PI) {
1294       VPIteratorPair choiceRange = CandidatePairs.equal_range(*PI);
1295
1296       for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator P = choiceRange.first;
1297            P != choiceRange.second; ++P)
1298         computePairsConnectedTo(CandidatePairs, PairableInsts,
1299                                 ConnectedPairs, PairConnectionTypes, *P);
1300     }
1301
1302     DEBUG(dbgs() << "BBV: found " << ConnectedPairs.size()
1303                  << " pair connections.\n");
1304   }
1305
1306   // This function builds a set of use tuples such that <A, B> is in the set
1307   // if B is in the use tree of A. If B is in the use tree of A, then B
1308   // depends on the output of A.
1309   void BBVectorize::buildDepMap(
1310                       BasicBlock &BB,
1311                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1312                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1313                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers) {
1314     DenseSet<Value *> IsInPair;
1315     for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator C = CandidatePairs.begin(),
1316          E = CandidatePairs.end(); C != E; ++C) {
1317       IsInPair.insert(C->first);
1318       IsInPair.insert(C->second);
1319     }
1320
1321     // Iterate through the basic block, recording all Users of each
1322     // pairable instruction.
1323
1324     BasicBlock::iterator E = BB.end();
1325     for (BasicBlock::iterator I = BB.getFirstInsertionPt(); I != E; ++I) {
1326       if (IsInPair.find(I) == IsInPair.end()) continue;
1327
1328       DenseSet<Value *> Users;
1329       AliasSetTracker WriteSet(*AA);
1330       for (BasicBlock::iterator J = llvm::next(I); J != E; ++J)
1331         (void) trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, J);
1332
1333       for (DenseSet<Value *>::iterator U = Users.begin(), E = Users.end();
1334            U != E; ++U)
1335         PairableInstUsers.insert(ValuePair(I, *U));
1336     }
1337   }
1338
1339   // Returns true if an input to pair P is an output of pair Q and also an
1340   // input of pair Q is an output of pair P. If this is the case, then these
1341   // two pairs cannot be simultaneously fused.
1342   bool BBVectorize::pairsConflict(ValuePair P, ValuePair Q,
1343                      DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1344                      std::multimap<ValuePair, ValuePair> *PairableInstUserMap) {
1345     // Two pairs are in conflict if they are mutual Users of eachother.
1346     bool QUsesP = PairableInstUsers.count(ValuePair(P.first,  Q.first))  ||
1347                   PairableInstUsers.count(ValuePair(P.first,  Q.second)) ||
1348                   PairableInstUsers.count(ValuePair(P.second, Q.first))  ||
1349                   PairableInstUsers.count(ValuePair(P.second, Q.second));
1350     bool PUsesQ = PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.first,  P.first))  ||
1351                   PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.first,  P.second)) ||
1352                   PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.second, P.first))  ||
1353                   PairableInstUsers.count(ValuePair(Q.second, P.second));
1354     if (PairableInstUserMap) {
1355       // FIXME: The expensive part of the cycle check is not so much the cycle
1356       // check itself but this edge insertion procedure. This needs some
1357       // profiling and probably a different data structure (same is true of
1358       // most uses of std::multimap).
1359       if (PUsesQ) {
1360         VPPIteratorPair QPairRange = PairableInstUserMap->equal_range(Q);
1361         if (!isSecondInIteratorPair(P, QPairRange))
1362           PairableInstUserMap->insert(VPPair(Q, P));
1363       }
1364       if (QUsesP) {
1365         VPPIteratorPair PPairRange = PairableInstUserMap->equal_range(P);
1366         if (!isSecondInIteratorPair(Q, PPairRange))
1367           PairableInstUserMap->insert(VPPair(P, Q));
1368       }
1369     }
1370
1371     return (QUsesP && PUsesQ);
1372   }
1373
1374   // This function walks the use graph of current pairs to see if, starting
1375   // from P, the walk returns to P.
1376   bool BBVectorize::pairWillFormCycle(ValuePair P,
1377                        std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
1378                        DenseSet<ValuePair> &CurrentPairs) {
1379     DEBUG(if (DebugCycleCheck)
1380             dbgs() << "BBV: starting cycle check for : " << *P.first << " <-> "
1381                    << *P.second << "\n");
1382     // A lookup table of visisted pairs is kept because the PairableInstUserMap
1383     // contains non-direct associations.
1384     DenseSet<ValuePair> Visited;
1385     SmallVector<ValuePair, 32> Q;
1386     // General depth-first post-order traversal:
1387     Q.push_back(P);
1388     do {
1389       ValuePair QTop = Q.pop_back_val();
1390       Visited.insert(QTop);
1391
1392       DEBUG(if (DebugCycleCheck)
1393               dbgs() << "BBV: cycle check visiting: " << *QTop.first << " <-> "
1394                      << *QTop.second << "\n");
1395       VPPIteratorPair QPairRange = PairableInstUserMap.equal_range(QTop);
1396       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator C = QPairRange.first;
1397            C != QPairRange.second; ++C) {
1398         if (C->second == P) {
1399           DEBUG(dbgs()
1400                  << "BBV: rejected to prevent non-trivial cycle formation: "
1401                  << *C->first.first << " <-> " << *C->first.second << "\n");
1402           return true;
1403         }
1404
1405         if (CurrentPairs.count(C->second) && !Visited.count(C->second))
1406           Q.push_back(C->second);
1407       }
1408     } while (!Q.empty());
1409
1410     return false;
1411   }
1412
1413   // This function builds the initial tree of connected pairs with the
1414   // pair J at the root.
1415   void BBVectorize::buildInitialTreeFor(
1416                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1417                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1418                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1419                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1420                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
1421                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree, ValuePair J) {
1422     // Each of these pairs is viewed as the root node of a Tree. The Tree
1423     // is then walked (depth-first). As this happens, we keep track of
1424     // the pairs that compose the Tree and the maximum depth of the Tree.
1425     SmallVector<ValuePairWithDepth, 32> Q;
1426     // General depth-first post-order traversal:
1427     Q.push_back(ValuePairWithDepth(J, getDepthFactor(J.first)));
1428     do {
1429       ValuePairWithDepth QTop = Q.back();
1430
1431       // Push each child onto the queue:
1432       bool MoreChildren = false;
1433       size_t MaxChildDepth = QTop.second;
1434       VPPIteratorPair qtRange = ConnectedPairs.equal_range(QTop.first);
1435       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator k = qtRange.first;
1436            k != qtRange.second; ++k) {
1437         // Make sure that this child pair is still a candidate:
1438         bool IsStillCand = false;
1439         VPIteratorPair checkRange =
1440           CandidatePairs.equal_range(k->second.first);
1441         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator m = checkRange.first;
1442              m != checkRange.second; ++m) {
1443           if (m->second == k->second.second) {
1444             IsStillCand = true;
1445             break;
1446           }
1447         }
1448
1449         if (IsStillCand) {
1450           DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C = Tree.find(k->second);
1451           if (C == Tree.end()) {
1452             size_t d = getDepthFactor(k->second.first);
1453             Q.push_back(ValuePairWithDepth(k->second, QTop.second+d));
1454             MoreChildren = true;
1455           } else {
1456             MaxChildDepth = std::max(MaxChildDepth, C->second);
1457           }
1458         }
1459       }
1460
1461       if (!MoreChildren) {
1462         // Record the current pair as part of the Tree:
1463         Tree.insert(ValuePairWithDepth(QTop.first, MaxChildDepth));
1464         Q.pop_back();
1465       }
1466     } while (!Q.empty());
1467   }
1468
1469   // Given some initial tree, prune it by removing conflicting pairs (pairs
1470   // that cannot be simultaneously chosen for vectorization).
1471   void BBVectorize::pruneTreeFor(
1472                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1473                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1474                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1475                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1476                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
1477                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
1478                       DenseMap<ValuePair, size_t> &Tree,
1479                       DenseSet<ValuePair> &PrunedTree, ValuePair J,
1480                       bool UseCycleCheck) {
1481     SmallVector<ValuePairWithDepth, 32> Q;
1482     // General depth-first post-order traversal:
1483     Q.push_back(ValuePairWithDepth(J, getDepthFactor(J.first)));
1484     do {
1485       ValuePairWithDepth QTop = Q.pop_back_val();
1486       PrunedTree.insert(QTop.first);
1487
1488       // Visit each child, pruning as necessary...
1489       SmallVector<ValuePairWithDepth, 8> BestChildren;
1490       VPPIteratorPair QTopRange = ConnectedPairs.equal_range(QTop.first);
1491       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator K = QTopRange.first;
1492            K != QTopRange.second; ++K) {
1493         DenseMap<ValuePair, size_t>::iterator C = Tree.find(K->second);
1494         if (C == Tree.end()) continue;
1495
1496         // This child is in the Tree, now we need to make sure it is the
1497         // best of any conflicting children. There could be multiple
1498         // conflicting children, so first, determine if we're keeping
1499         // this child, then delete conflicting children as necessary.
1500
1501         // It is also necessary to guard against pairing-induced
1502         // dependencies. Consider instructions a .. x .. y .. b
1503         // such that (a,b) are to be fused and (x,y) are to be fused
1504         // but a is an input to x and b is an output from y. This
1505         // means that y cannot be moved after b but x must be moved
1506         // after b for (a,b) to be fused. In other words, after
1507         // fusing (a,b) we have y .. a/b .. x where y is an input
1508         // to a/b and x is an output to a/b: x and y can no longer
1509         // be legally fused. To prevent this condition, we must
1510         // make sure that a child pair added to the Tree is not
1511         // both an input and output of an already-selected pair.
1512
1513         // Pairing-induced dependencies can also form from more complicated
1514         // cycles. The pair vs. pair conflicts are easy to check, and so
1515         // that is done explicitly for "fast rejection", and because for
1516         // child vs. child conflicts, we may prefer to keep the current
1517         // pair in preference to the already-selected child.
1518         DenseSet<ValuePair> CurrentPairs;
1519
1520         bool CanAdd = true;
1521         for (SmallVector<ValuePairWithDepth, 8>::iterator C2
1522               = BestChildren.begin(), E2 = BestChildren.end();
1523              C2 != E2; ++C2) {
1524           if (C2->first.first == C->first.first ||
1525               C2->first.first == C->first.second ||
1526               C2->first.second == C->first.first ||
1527               C2->first.second == C->first.second ||
1528               pairsConflict(C2->first, C->first, PairableInstUsers,
1529                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1530             if (C2->second >= C->second) {
1531               CanAdd = false;
1532               break;
1533             }
1534
1535             CurrentPairs.insert(C2->first);
1536           }
1537         }
1538         if (!CanAdd) continue;
1539
1540         // Even worse, this child could conflict with another node already
1541         // selected for the Tree. If that is the case, ignore this child.
1542         for (DenseSet<ValuePair>::iterator T = PrunedTree.begin(),
1543              E2 = PrunedTree.end(); T != E2; ++T) {
1544           if (T->first == C->first.first ||
1545               T->first == C->first.second ||
1546               T->second == C->first.first ||
1547               T->second == C->first.second ||
1548               pairsConflict(*T, C->first, PairableInstUsers,
1549                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1550             CanAdd = false;
1551             break;
1552           }
1553
1554           CurrentPairs.insert(*T);
1555         }
1556         if (!CanAdd) continue;
1557
1558         // And check the queue too...
1559         for (SmallVector<ValuePairWithDepth, 32>::iterator C2 = Q.begin(),
1560              E2 = Q.end(); C2 != E2; ++C2) {
1561           if (C2->first.first == C->first.first ||
1562               C2->first.first == C->first.second ||
1563               C2->first.second == C->first.first ||
1564               C2->first.second == C->first.second ||
1565               pairsConflict(C2->first, C->first, PairableInstUsers,
1566                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1567             CanAdd = false;
1568             break;
1569           }
1570
1571           CurrentPairs.insert(C2->first);
1572         }
1573         if (!CanAdd) continue;
1574
1575         // Last but not least, check for a conflict with any of the
1576         // already-chosen pairs.
1577         for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator C2 =
1578               ChosenPairs.begin(), E2 = ChosenPairs.end();
1579              C2 != E2; ++C2) {
1580           if (pairsConflict(*C2, C->first, PairableInstUsers,
1581                             UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1582             CanAdd = false;
1583             break;
1584           }
1585
1586           CurrentPairs.insert(*C2);
1587         }
1588         if (!CanAdd) continue;
1589
1590         // To check for non-trivial cycles formed by the addition of the
1591         // current pair we've formed a list of all relevant pairs, now use a
1592         // graph walk to check for a cycle. We start from the current pair and
1593         // walk the use tree to see if we again reach the current pair. If we
1594         // do, then the current pair is rejected.
1595
1596         // FIXME: It may be more efficient to use a topological-ordering
1597         // algorithm to improve the cycle check. This should be investigated.
1598         if (UseCycleCheck &&
1599             pairWillFormCycle(C->first, PairableInstUserMap, CurrentPairs))
1600           continue;
1601
1602         // This child can be added, but we may have chosen it in preference
1603         // to an already-selected child. Check for this here, and if a
1604         // conflict is found, then remove the previously-selected child
1605         // before adding this one in its place.
1606         for (SmallVector<ValuePairWithDepth, 8>::iterator C2
1607               = BestChildren.begin(); C2 != BestChildren.end();) {
1608           if (C2->first.first == C->first.first ||
1609               C2->first.first == C->first.second ||
1610               C2->first.second == C->first.first ||
1611               C2->first.second == C->first.second ||
1612               pairsConflict(C2->first, C->first, PairableInstUsers))
1613             C2 = BestChildren.erase(C2);
1614           else
1615             ++C2;
1616         }
1617
1618         BestChildren.push_back(ValuePairWithDepth(C->first, C->second));
1619       }
1620
1621       for (SmallVector<ValuePairWithDepth, 8>::iterator C
1622             = BestChildren.begin(), E2 = BestChildren.end();
1623            C != E2; ++C) {
1624         size_t DepthF = getDepthFactor(C->first.first);
1625         Q.push_back(ValuePairWithDepth(C->first, QTop.second+DepthF));
1626       }
1627     } while (!Q.empty());
1628   }
1629
1630   // This function finds the best tree of mututally-compatible connected
1631   // pairs, given the choice of root pairs as an iterator range.
1632   void BBVectorize::findBestTreeFor(
1633                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1634                       DenseMap<ValuePair, int> &CandidatePairCostSavings,
1635                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1636                       DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
1637                       DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
1638                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1639                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairDeps,
1640                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1641                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &PairableInstUserMap,
1642                       DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
1643                       DenseSet<ValuePair> &BestTree, size_t &BestMaxDepth,
1644                       int &BestEffSize, VPIteratorPair ChoiceRange,
1645                       bool UseCycleCheck) {
1646     for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator J = ChoiceRange.first;
1647          J != ChoiceRange.second; ++J) {
1648
1649       // Before going any further, make sure that this pair does not
1650       // conflict with any already-selected pairs (see comment below
1651       // near the Tree pruning for more details).
1652       DenseSet<ValuePair> ChosenPairSet;
1653       bool DoesConflict = false;
1654       for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator C = ChosenPairs.begin(),
1655            E = ChosenPairs.end(); C != E; ++C) {
1656         if (pairsConflict(*C, *J, PairableInstUsers,
1657                           UseCycleCheck ? &PairableInstUserMap : 0)) {
1658           DoesConflict = true;
1659           break;
1660         }
1661
1662         ChosenPairSet.insert(*C);
1663       }
1664       if (DoesConflict) continue;
1665
1666       if (UseCycleCheck &&
1667           pairWillFormCycle(*J, PairableInstUserMap, ChosenPairSet))
1668         continue;
1669
1670       DenseMap<ValuePair, size_t> Tree;
1671       buildInitialTreeFor(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs,
1672                           PairableInstUsers, ChosenPairs, Tree, *J);
1673
1674       // Because we'll keep the child with the largest depth, the largest
1675       // depth is still the same in the unpruned Tree.
1676       size_t MaxDepth = Tree.lookup(*J);
1677
1678       DEBUG(if (DebugPairSelection) dbgs() << "BBV: found Tree for pair {"
1679                    << *J->first << " <-> " << *J->second << "} of depth " <<
1680                    MaxDepth << " and size " << Tree.size() << "\n");
1681
1682       // At this point the Tree has been constructed, but, may contain
1683       // contradictory children (meaning that different children of
1684       // some tree node may be attempting to fuse the same instruction).
1685       // So now we walk the tree again, in the case of a conflict,
1686       // keep only the child with the largest depth. To break a tie,
1687       // favor the first child.
1688
1689       DenseSet<ValuePair> PrunedTree;
1690       pruneTreeFor(CandidatePairs, PairableInsts, ConnectedPairs,
1691                    PairableInstUsers, PairableInstUserMap, ChosenPairs, Tree,
1692                    PrunedTree, *J, UseCycleCheck);
1693
1694       int EffSize = 0;
1695       if (VTTI) {
1696         DenseSet<Value *> PrunedTreeInstrs;
1697         for (DenseSet<ValuePair>::iterator S = PrunedTree.begin(),
1698              E = PrunedTree.end(); S != E; ++S) {
1699           PrunedTreeInstrs.insert(S->first);
1700           PrunedTreeInstrs.insert(S->second);
1701         }
1702
1703         // The set of pairs that have already contributed to the total cost.
1704         DenseSet<ValuePair> IncomingPairs;
1705
1706         // If the cost model were perfect, this might not be necessary; but we
1707         // need to make sure that we don't get stuck vectorizing our own
1708         // shuffle chains.
1709         bool HasNontrivialInsts = false;
1710
1711         // The node weights represent the cost savings associated with
1712         // fusing the pair of instructions.
1713         for (DenseSet<ValuePair>::iterator S = PrunedTree.begin(),
1714              E = PrunedTree.end(); S != E; ++S) {
1715           if (!isa<ShuffleVectorInst>(S->first) &&
1716               !isa<InsertElementInst>(S->first) &&
1717               !isa<ExtractElementInst>(S->first))
1718             HasNontrivialInsts = true;
1719
1720           bool FlipOrder = false;
1721
1722           if (getDepthFactor(S->first)) {
1723             int ESContrib = CandidatePairCostSavings.find(*S)->second;
1724             DEBUG(if (DebugPairSelection) dbgs() << "\tweight {"
1725                    << *S->first << " <-> " << *S->second << "} = " <<
1726                    ESContrib << "\n");
1727             EffSize += ESContrib;
1728           }
1729
1730           // The edge weights contribute in a negative sense: they represent
1731           // the cost of shuffles.
1732           VPPIteratorPair IP = ConnectedPairDeps.equal_range(*S);
1733           if (IP.first != ConnectedPairDeps.end()) {
1734             unsigned NumDepsDirect = 0, NumDepsSwap = 0;
1735             for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator Q = IP.first;
1736                  Q != IP.second; ++Q) {
1737               if (!PrunedTree.count(Q->second))
1738                 continue;
1739               DenseMap<VPPair, unsigned>::iterator R =
1740                 PairConnectionTypes.find(VPPair(Q->second, Q->first));
1741               assert(R != PairConnectionTypes.end() &&
1742                      "Cannot find pair connection type");
1743               if (R->second == PairConnectionDirect)
1744                 ++NumDepsDirect;
1745               else if (R->second == PairConnectionSwap)
1746                 ++NumDepsSwap;
1747             }
1748
1749             // If there are more swaps than direct connections, then
1750             // the pair order will be flipped during fusion. So the real
1751             // number of swaps is the minimum number.
1752             FlipOrder = !FixedOrderPairs.count(*S) &&
1753               ((NumDepsSwap > NumDepsDirect) ||
1754                 FixedOrderPairs.count(ValuePair(S->second, S->first)));
1755
1756             for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator Q = IP.first;
1757                  Q != IP.second; ++Q) {
1758               if (!PrunedTree.count(Q->second))
1759                 continue;
1760               DenseMap<VPPair, unsigned>::iterator R =
1761                 PairConnectionTypes.find(VPPair(Q->second, Q->first));
1762               assert(R != PairConnectionTypes.end() &&
1763                      "Cannot find pair connection type");
1764               Type *Ty1 = Q->second.first->getType(),
1765                    *Ty2 = Q->second.second->getType();
1766               Type *VTy = getVecTypeForPair(Ty1, Ty2);
1767               if ((R->second == PairConnectionDirect && FlipOrder) ||
1768                   (R->second == PairConnectionSwap && !FlipOrder)  ||
1769                   R->second == PairConnectionSplat) {
1770                 int ESContrib = (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1771                                                    VTy, VTy);
1772                 DEBUG(if (DebugPairSelection) dbgs() << "\tcost {" <<
1773                   *Q->second.first << " <-> " << *Q->second.second <<
1774                     "} -> {" <<
1775                   *S->first << " <-> " << *S->second << "} = " <<
1776                    ESContrib << "\n");
1777                 EffSize -= ESContrib;
1778               }
1779             }
1780           }
1781
1782           // Compute the cost of outgoing edges. We assume that edges outgoing
1783           // to shuffles, inserts or extracts can be merged, and so contribute
1784           // no additional cost.
1785           if (!S->first->getType()->isVoidTy()) {
1786             Type *Ty1 = S->first->getType(),
1787                  *Ty2 = S->second->getType();
1788             Type *VTy = getVecTypeForPair(Ty1, Ty2);
1789
1790             bool NeedsExtraction = false;
1791             for (Value::use_iterator I = S->first->use_begin(),
1792                  IE = S->first->use_end(); I != IE; ++I) {
1793               if (ShuffleVectorInst *SI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(*I)) {
1794                 // Shuffle can be folded if it has no other input
1795                 if (isa<UndefValue>(SI->getOperand(1)))
1796                   continue;
1797               }
1798               if (isa<ExtractElementInst>(*I))
1799                 continue;
1800               if (PrunedTreeInstrs.count(*I))
1801                 continue;
1802               NeedsExtraction = true;
1803               break;
1804             }
1805
1806             if (NeedsExtraction) {
1807               int ESContrib;
1808               if (Ty1->isVectorTy())
1809                 ESContrib = (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1810                                                Ty1, VTy);
1811               else
1812                 ESContrib = (int) VTTI->getVectorInstrCost(
1813                                     Instruction::ExtractElement, VTy, 0);
1814
1815               DEBUG(if (DebugPairSelection) dbgs() << "\tcost {" <<
1816                 *S->first << "} = " << ESContrib << "\n");
1817               EffSize -= ESContrib;
1818             }
1819
1820             NeedsExtraction = false;
1821             for (Value::use_iterator I = S->second->use_begin(),
1822                  IE = S->second->use_end(); I != IE; ++I) {
1823               if (ShuffleVectorInst *SI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(*I)) {
1824                 // Shuffle can be folded if it has no other input
1825                 if (isa<UndefValue>(SI->getOperand(1)))
1826                   continue;
1827               }
1828               if (isa<ExtractElementInst>(*I))
1829                 continue;
1830               if (PrunedTreeInstrs.count(*I))
1831                 continue;
1832               NeedsExtraction = true;
1833               break;
1834             }
1835
1836             if (NeedsExtraction) {
1837               int ESContrib;
1838               if (Ty2->isVectorTy())
1839                 ESContrib = (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1840                                                Ty2, VTy);
1841               else
1842                 ESContrib = (int) VTTI->getVectorInstrCost(
1843                                     Instruction::ExtractElement, VTy, 1);
1844               DEBUG(if (DebugPairSelection) dbgs() << "\tcost {" <<
1845                 *S->second << "} = " << ESContrib << "\n");
1846               EffSize -= ESContrib;
1847             }
1848           }
1849
1850           // Compute the cost of incoming edges.
1851           if (!isa<LoadInst>(S->first) && !isa<StoreInst>(S->first)) {
1852             Instruction *S1 = cast<Instruction>(S->first),
1853                         *S2 = cast<Instruction>(S->second);
1854             for (unsigned o = 0; o < S1->getNumOperands(); ++o) {
1855               Value *O1 = S1->getOperand(o), *O2 = S2->getOperand(o);
1856
1857               // Combining constants into vector constants (or small vector
1858               // constants into larger ones are assumed free).
1859               if (isa<Constant>(O1) && isa<Constant>(O2))
1860                 continue;
1861
1862               if (FlipOrder)
1863                 std::swap(O1, O2);
1864
1865               ValuePair VP  = ValuePair(O1, O2);
1866               ValuePair VPR = ValuePair(O2, O1);
1867
1868               // Internal edges are not handled here.
1869               if (PrunedTree.count(VP) || PrunedTree.count(VPR))
1870                 continue;
1871
1872               Type *Ty1 = O1->getType(),
1873                    *Ty2 = O2->getType();
1874               Type *VTy = getVecTypeForPair(Ty1, Ty2);
1875
1876               // Combining vector operations of the same type is also assumed
1877               // folded with other operations.
1878               if (Ty1 == Ty2) {
1879                 // If both are insert elements, then both can be widened.
1880                 InsertElementInst *IEO1 = dyn_cast<InsertElementInst>(O1),
1881                                   *IEO2 = dyn_cast<InsertElementInst>(O2);
1882                 if (IEO1 && IEO2 && isPureIEChain(IEO1) && isPureIEChain(IEO2))
1883                   continue;
1884                 // If both are extract elements, and both have the same input
1885                 // type, then they can be replaced with a shuffle
1886                 ExtractElementInst *EIO1 = dyn_cast<ExtractElementInst>(O1),
1887                                    *EIO2 = dyn_cast<ExtractElementInst>(O2);
1888                 if (EIO1 && EIO2 &&
1889                     EIO1->getOperand(0)->getType() ==
1890                       EIO2->getOperand(0)->getType())
1891                   continue;
1892                 // If both are a shuffle with equal operand types and only two
1893                 // unqiue operands, then they can be replaced with a single
1894                 // shuffle
1895                 ShuffleVectorInst *SIO1 = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(O1),
1896                                   *SIO2 = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(O2);
1897                 if (SIO1 && SIO2 &&
1898                     SIO1->getOperand(0)->getType() ==
1899                       SIO2->getOperand(0)->getType()) {
1900                   SmallSet<Value *, 4> SIOps;
1901                   SIOps.insert(SIO1->getOperand(0));
1902                   SIOps.insert(SIO1->getOperand(1));
1903                   SIOps.insert(SIO2->getOperand(0));
1904                   SIOps.insert(SIO2->getOperand(1));
1905                   if (SIOps.size() <= 2)
1906                     continue;
1907                 }
1908               }
1909
1910               int ESContrib;
1911               // This pair has already been formed.
1912               if (IncomingPairs.count(VP)) {
1913                 continue;
1914               } else if (IncomingPairs.count(VPR)) {
1915                 ESContrib = (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1916                                                VTy, VTy);
1917               } else if (!Ty1->isVectorTy() && !Ty2->isVectorTy()) {
1918                 ESContrib = (int) VTTI->getVectorInstrCost(
1919                                     Instruction::InsertElement, VTy, 0);
1920                 ESContrib += (int) VTTI->getVectorInstrCost(
1921                                      Instruction::InsertElement, VTy, 1);
1922               } else if (!Ty1->isVectorTy()) {
1923                 // O1 needs to be inserted into a vector of size O2, and then
1924                 // both need to be shuffled together.
1925                 ESContrib = (int) VTTI->getVectorInstrCost(
1926                                     Instruction::InsertElement, Ty2, 0);
1927                 ESContrib += (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1928                                                 VTy, Ty2);
1929               } else if (!Ty2->isVectorTy()) {
1930                 // O2 needs to be inserted into a vector of size O1, and then
1931                 // both need to be shuffled together.
1932                 ESContrib = (int) VTTI->getVectorInstrCost(
1933                                     Instruction::InsertElement, Ty1, 0);
1934                 ESContrib += (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1935                                                 VTy, Ty1);
1936               } else {
1937                 Type *TyBig = Ty1, *TySmall = Ty2;
1938                 if (Ty2->getVectorNumElements() > Ty1->getVectorNumElements())
1939                   std::swap(TyBig, TySmall);
1940
1941                 ESContrib = (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1942                                                VTy, TyBig);
1943                 if (TyBig != TySmall)
1944                   ESContrib += (int) getInstrCost(Instruction::ShuffleVector,
1945                                                   TyBig, TySmall);
1946               }
1947
1948               DEBUG(if (DebugPairSelection) dbgs() << "\tcost {"
1949                      << *O1 << " <-> " << *O2 << "} = " <<
1950                      ESContrib << "\n");
1951               EffSize -= ESContrib;
1952               IncomingPairs.insert(VP);
1953             }
1954           }
1955         }
1956
1957         if (!HasNontrivialInsts) {
1958           DEBUG(if (DebugPairSelection) dbgs() <<
1959                 "\tNo non-trivial instructions in tree;"
1960                 " override to zero effective size\n");
1961           EffSize = 0;
1962         }
1963       } else {
1964         for (DenseSet<ValuePair>::iterator S = PrunedTree.begin(),
1965              E = PrunedTree.end(); S != E; ++S)
1966           EffSize += (int) getDepthFactor(S->first);
1967       }
1968
1969       DEBUG(if (DebugPairSelection)
1970              dbgs() << "BBV: found pruned Tree for pair {"
1971              << *J->first << " <-> " << *J->second << "} of depth " <<
1972              MaxDepth << " and size " << PrunedTree.size() <<
1973             " (effective size: " << EffSize << ")\n");
1974       if (((VTTI && !UseChainDepthWithTI) ||
1975             MaxDepth >= Config.ReqChainDepth) &&
1976           EffSize > 0 && EffSize > BestEffSize) {
1977         BestMaxDepth = MaxDepth;
1978         BestEffSize = EffSize;
1979         BestTree = PrunedTree;
1980       }
1981     }
1982   }
1983
1984   // Given the list of candidate pairs, this function selects those
1985   // that will be fused into vector instructions.
1986   void BBVectorize::choosePairs(
1987                       std::multimap<Value *, Value *> &CandidatePairs,
1988                       DenseMap<ValuePair, int> &CandidatePairCostSavings,
1989                       std::vector<Value *> &PairableInsts,
1990                       DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
1991                       DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
1992                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
1993                       std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairDeps,
1994                       DenseSet<ValuePair> &PairableInstUsers,
1995                       DenseMap<Value *, Value *>& ChosenPairs) {
1996     bool UseCycleCheck =
1997      CandidatePairs.size() <= Config.MaxCandPairsForCycleCheck;
1998     std::multimap<ValuePair, ValuePair> PairableInstUserMap;
1999     for (std::vector<Value *>::iterator I = PairableInsts.begin(),
2000          E = PairableInsts.end(); I != E; ++I) {
2001       // The number of possible pairings for this variable:
2002       size_t NumChoices = CandidatePairs.count(*I);
2003       if (!NumChoices) continue;
2004
2005       VPIteratorPair ChoiceRange = CandidatePairs.equal_range(*I);
2006
2007       // The best pair to choose and its tree:
2008       size_t BestMaxDepth = 0;
2009       int BestEffSize = 0;
2010       DenseSet<ValuePair> BestTree;
2011       findBestTreeFor(CandidatePairs, CandidatePairCostSavings,
2012                       PairableInsts, FixedOrderPairs, PairConnectionTypes,
2013                       ConnectedPairs, ConnectedPairDeps,
2014                       PairableInstUsers, PairableInstUserMap, ChosenPairs,
2015                       BestTree, BestMaxDepth, BestEffSize, ChoiceRange,
2016                       UseCycleCheck);
2017
2018       // A tree has been chosen (or not) at this point. If no tree was
2019       // chosen, then this instruction, I, cannot be paired (and is no longer
2020       // considered).
2021
2022       DEBUG(if (BestTree.size() > 0)
2023               dbgs() << "BBV: selected pairs in the best tree for: "
2024                      << *cast<Instruction>(*I) << "\n");
2025
2026       for (DenseSet<ValuePair>::iterator S = BestTree.begin(),
2027            SE2 = BestTree.end(); S != SE2; ++S) {
2028         // Insert the members of this tree into the list of chosen pairs.
2029         ChosenPairs.insert(ValuePair(S->first, S->second));
2030         DEBUG(dbgs() << "BBV: selected pair: " << *S->first << " <-> " <<
2031                *S->second << "\n");
2032
2033         // Remove all candidate pairs that have values in the chosen tree.
2034         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator K =
2035                CandidatePairs.begin(); K != CandidatePairs.end();) {
2036           if (K->first == S->first || K->second == S->first ||
2037               K->second == S->second || K->first == S->second) {
2038             // Don't remove the actual pair chosen so that it can be used
2039             // in subsequent tree selections.
2040             if (!(K->first == S->first && K->second == S->second))
2041               CandidatePairs.erase(K++);
2042             else
2043               ++K;
2044           } else {
2045             ++K;
2046           }
2047         }
2048       }
2049     }
2050
2051     DEBUG(dbgs() << "BBV: selected " << ChosenPairs.size() << " pairs.\n");
2052   }
2053
2054   std::string getReplacementName(Instruction *I, bool IsInput, unsigned o,
2055                      unsigned n = 0) {
2056     if (!I->hasName())
2057       return "";
2058
2059     return (I->getName() + (IsInput ? ".v.i" : ".v.r") + utostr(o) +
2060              (n > 0 ? "." + utostr(n) : "")).str();
2061   }
2062
2063   // Returns the value that is to be used as the pointer input to the vector
2064   // instruction that fuses I with J.
2065   Value *BBVectorize::getReplacementPointerInput(LLVMContext& Context,
2066                      Instruction *I, Instruction *J, unsigned o) {
2067     Value *IPtr, *JPtr;
2068     unsigned IAlignment, JAlignment, IAddressSpace, JAddressSpace;
2069     int64_t OffsetInElmts;
2070
2071     // Note: the analysis might fail here, that is why the pair order has
2072     // been precomputed (OffsetInElmts must be unused here).
2073     (void) getPairPtrInfo(I, J, IPtr, JPtr, IAlignment, JAlignment,
2074                           IAddressSpace, JAddressSpace,
2075                           OffsetInElmts, false);
2076
2077     // The pointer value is taken to be the one with the lowest offset.
2078     Value *VPtr = IPtr;
2079
2080     Type *ArgTypeI = cast<PointerType>(IPtr->getType())->getElementType();
2081     Type *ArgTypeJ = cast<PointerType>(JPtr->getType())->getElementType();
2082     Type *VArgType = getVecTypeForPair(ArgTypeI, ArgTypeJ);
2083     Type *VArgPtrType = PointerType::get(VArgType,
2084       cast<PointerType>(IPtr->getType())->getAddressSpace());
2085     return new BitCastInst(VPtr, VArgPtrType, getReplacementName(I, true, o),
2086                         /* insert before */ I);
2087   }
2088
2089   void BBVectorize::fillNewShuffleMask(LLVMContext& Context, Instruction *J,
2090                      unsigned MaskOffset, unsigned NumInElem,
2091                      unsigned NumInElem1, unsigned IdxOffset,
2092                      std::vector<Constant*> &Mask) {
2093     unsigned NumElem1 = cast<VectorType>(J->getType())->getNumElements();
2094     for (unsigned v = 0; v < NumElem1; ++v) {
2095       int m = cast<ShuffleVectorInst>(J)->getMaskValue(v);
2096       if (m < 0) {
2097         Mask[v+MaskOffset] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
2098       } else {
2099         unsigned mm = m + (int) IdxOffset;
2100         if (m >= (int) NumInElem1)
2101           mm += (int) NumInElem;
2102
2103         Mask[v+MaskOffset] =
2104           ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), mm);
2105       }
2106     }
2107   }
2108
2109   // Returns the value that is to be used as the vector-shuffle mask to the
2110   // vector instruction that fuses I with J.
2111   Value *BBVectorize::getReplacementShuffleMask(LLVMContext& Context,
2112                      Instruction *I, Instruction *J) {
2113     // This is the shuffle mask. We need to append the second
2114     // mask to the first, and the numbers need to be adjusted.
2115
2116     Type *ArgTypeI = I->getType();
2117     Type *ArgTypeJ = J->getType();
2118     Type *VArgType = getVecTypeForPair(ArgTypeI, ArgTypeJ);
2119
2120     unsigned NumElemI = cast<VectorType>(ArgTypeI)->getNumElements();
2121
2122     // Get the total number of elements in the fused vector type.
2123     // By definition, this must equal the number of elements in
2124     // the final mask.
2125     unsigned NumElem = cast<VectorType>(VArgType)->getNumElements();
2126     std::vector<Constant*> Mask(NumElem);
2127
2128     Type *OpTypeI = I->getOperand(0)->getType();
2129     unsigned NumInElemI = cast<VectorType>(OpTypeI)->getNumElements();
2130     Type *OpTypeJ = J->getOperand(0)->getType();
2131     unsigned NumInElemJ = cast<VectorType>(OpTypeJ)->getNumElements();
2132
2133     // The fused vector will be:
2134     // -----------------------------------------------------
2135     // | NumInElemI | NumInElemJ | NumInElemI | NumInElemJ |
2136     // -----------------------------------------------------
2137     // from which we'll extract NumElem total elements (where the first NumElemI
2138     // of them come from the mask in I and the remainder come from the mask
2139     // in J.
2140
2141     // For the mask from the first pair...
2142     fillNewShuffleMask(Context, I, 0,        NumInElemJ, NumInElemI,
2143                        0,          Mask);
2144
2145     // For the mask from the second pair...
2146     fillNewShuffleMask(Context, J, NumElemI, NumInElemI, NumInElemJ,
2147                        NumInElemI, Mask);
2148
2149     return ConstantVector::get(Mask);
2150   }
2151
2152   bool BBVectorize::expandIEChain(LLVMContext& Context, Instruction *I,
2153                                   Instruction *J, unsigned o, Value *&LOp,
2154                                   unsigned numElemL,
2155                                   Type *ArgTypeL, Type *ArgTypeH,
2156                                   bool IBeforeJ, unsigned IdxOff) {
2157     bool ExpandedIEChain = false;
2158     if (InsertElementInst *LIE = dyn_cast<InsertElementInst>(LOp)) {
2159       // If we have a pure insertelement chain, then this can be rewritten
2160       // into a chain that directly builds the larger type.
2161       if (isPureIEChain(LIE)) {
2162         SmallVector<Value *, 8> VectElemts(numElemL,
2163           UndefValue::get(ArgTypeL->getScalarType()));
2164         InsertElementInst *LIENext = LIE;
2165         do {
2166           unsigned Idx =
2167             cast<ConstantInt>(LIENext->getOperand(2))->getSExtValue();
2168           VectElemts[Idx] = LIENext->getOperand(1);
2169         } while ((LIENext =
2170                    dyn_cast<InsertElementInst>(LIENext->getOperand(0))));
2171
2172         LIENext = 0;
2173         Value *LIEPrev = UndefValue::get(ArgTypeH);
2174         for (unsigned i = 0; i < numElemL; ++i) {
2175           if (isa<UndefValue>(VectElemts[i])) continue;
2176           LIENext = InsertElementInst::Create(LIEPrev, VectElemts[i],
2177                              ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context),
2178                                               i + IdxOff),
2179                              getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2180                                                 true, o, i+1));
2181           LIENext->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2182           LIEPrev = LIENext;
2183         }
2184
2185         LOp = LIENext ? (Value*) LIENext : UndefValue::get(ArgTypeH);
2186         ExpandedIEChain = true;
2187       }
2188     }
2189
2190     return ExpandedIEChain;
2191   }
2192
2193   // Returns the value to be used as the specified operand of the vector
2194   // instruction that fuses I with J.
2195   Value *BBVectorize::getReplacementInput(LLVMContext& Context, Instruction *I,
2196                      Instruction *J, unsigned o, bool IBeforeJ) {
2197     Value *CV0 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 0);
2198     Value *CV1 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 1);
2199
2200     // Compute the fused vector type for this operand
2201     Type *ArgTypeI = I->getOperand(o)->getType();
2202     Type *ArgTypeJ = J->getOperand(o)->getType();
2203     VectorType *VArgType = getVecTypeForPair(ArgTypeI, ArgTypeJ);
2204
2205     Instruction *L = I, *H = J;
2206     Type *ArgTypeL = ArgTypeI, *ArgTypeH = ArgTypeJ;
2207
2208     unsigned numElemL;
2209     if (ArgTypeL->isVectorTy())
2210       numElemL = cast<VectorType>(ArgTypeL)->getNumElements();
2211     else
2212       numElemL = 1;
2213
2214     unsigned numElemH;
2215     if (ArgTypeH->isVectorTy())
2216       numElemH = cast<VectorType>(ArgTypeH)->getNumElements();
2217     else
2218       numElemH = 1;
2219
2220     Value *LOp = L->getOperand(o);
2221     Value *HOp = H->getOperand(o);
2222     unsigned numElem = VArgType->getNumElements();
2223
2224     // First, we check if we can reuse the "original" vector outputs (if these
2225     // exist). We might need a shuffle.
2226     ExtractElementInst *LEE = dyn_cast<ExtractElementInst>(LOp);
2227     ExtractElementInst *HEE = dyn_cast<ExtractElementInst>(HOp);
2228     ShuffleVectorInst *LSV = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(LOp);
2229     ShuffleVectorInst *HSV = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(HOp);
2230
2231     // FIXME: If we're fusing shuffle instructions, then we can't apply this
2232     // optimization. The input vectors to the shuffle might be a different
2233     // length from the shuffle outputs. Unfortunately, the replacement
2234     // shuffle mask has already been formed, and the mask entries are sensitive
2235     // to the sizes of the inputs.
2236     bool IsSizeChangeShuffle =
2237       isa<ShuffleVectorInst>(L) &&
2238         (LOp->getType() != L->getType() || HOp->getType() != H->getType());
2239
2240     if ((LEE || LSV) && (HEE || HSV) && !IsSizeChangeShuffle) {
2241       // We can have at most two unique vector inputs.
2242       bool CanUseInputs = true;
2243       Value *I1, *I2 = 0;
2244       if (LEE) {
2245         I1 = LEE->getOperand(0);
2246       } else {
2247         I1 = LSV->getOperand(0);
2248         I2 = LSV->getOperand(1);
2249         if (I2 == I1 || isa<UndefValue>(I2))
2250           I2 = 0;
2251       }
2252
2253       if (HEE) {
2254         Value *I3 = HEE->getOperand(0);
2255         if (!I2 && I3 != I1)
2256           I2 = I3;
2257         else if (I3 != I1 && I3 != I2)
2258           CanUseInputs = false;
2259       } else {
2260         Value *I3 = HSV->getOperand(0);
2261         if (!I2 && I3 != I1)
2262           I2 = I3;
2263         else if (I3 != I1 && I3 != I2)
2264           CanUseInputs = false;
2265
2266         if (CanUseInputs) {
2267           Value *I4 = HSV->getOperand(1);
2268           if (!isa<UndefValue>(I4)) {
2269             if (!I2 && I4 != I1)
2270               I2 = I4;
2271             else if (I4 != I1 && I4 != I2)
2272               CanUseInputs = false;
2273           }
2274         }
2275       }
2276
2277       if (CanUseInputs) {
2278         unsigned LOpElem =
2279           cast<VectorType>(cast<Instruction>(LOp)->getOperand(0)->getType())
2280             ->getNumElements();
2281         unsigned HOpElem =
2282           cast<VectorType>(cast<Instruction>(HOp)->getOperand(0)->getType())
2283             ->getNumElements();
2284
2285         // We have one or two input vectors. We need to map each index of the
2286         // operands to the index of the original vector.
2287         SmallVector<std::pair<int, int>, 8>  II(numElem);
2288         for (unsigned i = 0; i < numElemL; ++i) {
2289           int Idx, INum;
2290           if (LEE) {
2291             Idx =
2292               cast<ConstantInt>(LEE->getOperand(1))->getSExtValue();
2293             INum = LEE->getOperand(0) == I1 ? 0 : 1;
2294           } else {
2295             Idx = LSV->getMaskValue(i);
2296             if (Idx < (int) LOpElem) {
2297               INum = LSV->getOperand(0) == I1 ? 0 : 1;
2298             } else {
2299               Idx -= LOpElem;
2300               INum = LSV->getOperand(1) == I1 ? 0 : 1;
2301             }
2302           }
2303
2304           II[i] = std::pair<int, int>(Idx, INum);
2305         }
2306         for (unsigned i = 0; i < numElemH; ++i) {
2307           int Idx, INum;
2308           if (HEE) {
2309             Idx =
2310               cast<ConstantInt>(HEE->getOperand(1))->getSExtValue();
2311             INum = HEE->getOperand(0) == I1 ? 0 : 1;
2312           } else {
2313             Idx = HSV->getMaskValue(i);
2314             if (Idx < (int) HOpElem) {
2315               INum = HSV->getOperand(0) == I1 ? 0 : 1;
2316             } else {
2317               Idx -= HOpElem;
2318               INum = HSV->getOperand(1) == I1 ? 0 : 1;
2319             }
2320           }
2321
2322           II[i + numElemL] = std::pair<int, int>(Idx, INum);
2323         }
2324
2325         // We now have an array which tells us from which index of which
2326         // input vector each element of the operand comes.
2327         VectorType *I1T = cast<VectorType>(I1->getType());
2328         unsigned I1Elem = I1T->getNumElements();
2329
2330         if (!I2) {
2331           // In this case there is only one underlying vector input. Check for
2332           // the trivial case where we can use the input directly.
2333           if (I1Elem == numElem) {
2334             bool ElemInOrder = true;
2335             for (unsigned i = 0; i < numElem; ++i) {
2336               if (II[i].first != (int) i && II[i].first != -1) {
2337                 ElemInOrder = false;
2338                 break;
2339               }
2340             }
2341
2342             if (ElemInOrder)
2343               return I1;
2344           }
2345
2346           // A shuffle is needed.
2347           std::vector<Constant *> Mask(numElem);
2348           for (unsigned i = 0; i < numElem; ++i) {
2349             int Idx = II[i].first;
2350             if (Idx == -1)
2351               Mask[i] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
2352             else
2353               Mask[i] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), Idx);
2354           }
2355
2356           Instruction *S =
2357             new ShuffleVectorInst(I1, UndefValue::get(I1T),
2358                                   ConstantVector::get(Mask),
2359                                   getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2360                                                      true, o));
2361           S->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2362           return S;
2363         }
2364
2365         VectorType *I2T = cast<VectorType>(I2->getType());
2366         unsigned I2Elem = I2T->getNumElements();
2367
2368         // This input comes from two distinct vectors. The first step is to
2369         // make sure that both vectors are the same length. If not, the
2370         // smaller one will need to grow before they can be shuffled together.
2371         if (I1Elem < I2Elem) {
2372           std::vector<Constant *> Mask(I2Elem);
2373           unsigned v = 0;
2374           for (; v < I1Elem; ++v)
2375             Mask[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
2376           for (; v < I2Elem; ++v)
2377             Mask[v] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
2378
2379           Instruction *NewI1 =
2380             new ShuffleVectorInst(I1, UndefValue::get(I1T),
2381                                   ConstantVector::get(Mask),
2382                                   getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2383                                                      true, o, 1));
2384           NewI1->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2385           I1 = NewI1;
2386           I1T = I2T;
2387           I1Elem = I2Elem;
2388         } else if (I1Elem > I2Elem) {
2389           std::vector<Constant *> Mask(I1Elem);
2390           unsigned v = 0;
2391           for (; v < I2Elem; ++v)
2392             Mask[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
2393           for (; v < I1Elem; ++v)
2394             Mask[v] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
2395
2396           Instruction *NewI2 =
2397             new ShuffleVectorInst(I2, UndefValue::get(I2T),
2398                                   ConstantVector::get(Mask),
2399                                   getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2400                                                      true, o, 1));
2401           NewI2->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2402           I2 = NewI2;
2403           I2T = I1T;
2404           I2Elem = I1Elem;
2405         }
2406
2407         // Now that both I1 and I2 are the same length we can shuffle them
2408         // together (and use the result).
2409         std::vector<Constant *> Mask(numElem);
2410         for (unsigned v = 0; v < numElem; ++v) {
2411           if (II[v].first == -1) {
2412             Mask[v] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
2413           } else {
2414             int Idx = II[v].first + II[v].second * I1Elem;
2415             Mask[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), Idx);
2416           }
2417         }
2418
2419         Instruction *NewOp =
2420           new ShuffleVectorInst(I1, I2, ConstantVector::get(Mask),
2421                                 getReplacementName(IBeforeJ ? I : J, true, o));
2422         NewOp->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2423         return NewOp;
2424       }
2425     }
2426
2427     Type *ArgType = ArgTypeL;
2428     if (numElemL < numElemH) {
2429       if (numElemL == 1 && expandIEChain(Context, I, J, o, HOp, numElemH,
2430                                          ArgTypeL, VArgType, IBeforeJ, 1)) {
2431         // This is another short-circuit case: we're combining a scalar into
2432         // a vector that is formed by an IE chain. We've just expanded the IE
2433         // chain, now insert the scalar and we're done.
2434
2435         Instruction *S = InsertElementInst::Create(HOp, LOp, CV0,
2436                            getReplacementName(IBeforeJ ? I : J, true, o));
2437         S->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2438         return S;
2439       } else if (!expandIEChain(Context, I, J, o, LOp, numElemL, ArgTypeL,
2440                                 ArgTypeH, IBeforeJ)) {
2441         // The two vector inputs to the shuffle must be the same length,
2442         // so extend the smaller vector to be the same length as the larger one.
2443         Instruction *NLOp;
2444         if (numElemL > 1) {
2445
2446           std::vector<Constant *> Mask(numElemH);
2447           unsigned v = 0;
2448           for (; v < numElemL; ++v)
2449             Mask[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
2450           for (; v < numElemH; ++v)
2451             Mask[v] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
2452
2453           NLOp = new ShuffleVectorInst(LOp, UndefValue::get(ArgTypeL),
2454                                        ConstantVector::get(Mask),
2455                                        getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2456                                                           true, o, 1));
2457         } else {
2458           NLOp = InsertElementInst::Create(UndefValue::get(ArgTypeH), LOp, CV0,
2459                                            getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2460                                                               true, o, 1));
2461         }
2462
2463         NLOp->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2464         LOp = NLOp;
2465       }
2466
2467       ArgType = ArgTypeH;
2468     } else if (numElemL > numElemH) {
2469       if (numElemH == 1 && expandIEChain(Context, I, J, o, LOp, numElemL,
2470                                          ArgTypeH, VArgType, IBeforeJ)) {
2471         Instruction *S =
2472           InsertElementInst::Create(LOp, HOp,
2473                                     ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context),
2474                                                      numElemL),
2475                                     getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2476                                                        true, o));
2477         S->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2478         return S;
2479       } else if (!expandIEChain(Context, I, J, o, HOp, numElemH, ArgTypeH,
2480                                 ArgTypeL, IBeforeJ)) {
2481         Instruction *NHOp;
2482         if (numElemH > 1) {
2483           std::vector<Constant *> Mask(numElemL);
2484           unsigned v = 0;
2485           for (; v < numElemH; ++v)
2486             Mask[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
2487           for (; v < numElemL; ++v)
2488             Mask[v] = UndefValue::get(Type::getInt32Ty(Context));
2489
2490           NHOp = new ShuffleVectorInst(HOp, UndefValue::get(ArgTypeH),
2491                                        ConstantVector::get(Mask),
2492                                        getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2493                                                           true, o, 1));
2494         } else {
2495           NHOp = InsertElementInst::Create(UndefValue::get(ArgTypeL), HOp, CV0,
2496                                            getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2497                                                               true, o, 1));
2498         }
2499
2500         NHOp->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2501         HOp = NHOp;
2502       }
2503     }
2504
2505     if (ArgType->isVectorTy()) {
2506       unsigned numElem = cast<VectorType>(VArgType)->getNumElements();
2507       std::vector<Constant*> Mask(numElem);
2508       for (unsigned v = 0; v < numElem; ++v) {
2509         unsigned Idx = v;
2510         // If the low vector was expanded, we need to skip the extra
2511         // undefined entries.
2512         if (v >= numElemL && numElemH > numElemL)
2513           Idx += (numElemH - numElemL);
2514         Mask[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), Idx);
2515       }
2516
2517       Instruction *BV = new ShuffleVectorInst(LOp, HOp,
2518                           ConstantVector::get(Mask),
2519                           getReplacementName(IBeforeJ ? I : J, true, o));
2520       BV->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2521       return BV;
2522     }
2523
2524     Instruction *BV1 = InsertElementInst::Create(
2525                                           UndefValue::get(VArgType), LOp, CV0,
2526                                           getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2527                                                              true, o, 1));
2528     BV1->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2529     Instruction *BV2 = InsertElementInst::Create(BV1, HOp, CV1,
2530                                           getReplacementName(IBeforeJ ? I : J,
2531                                                              true, o, 2));
2532     BV2->insertBefore(IBeforeJ ? J : I);
2533     return BV2;
2534   }
2535
2536   // This function creates an array of values that will be used as the inputs
2537   // to the vector instruction that fuses I with J.
2538   void BBVectorize::getReplacementInputsForPair(LLVMContext& Context,
2539                      Instruction *I, Instruction *J,
2540                      SmallVector<Value *, 3> &ReplacedOperands,
2541                      bool IBeforeJ) {
2542     unsigned NumOperands = I->getNumOperands();
2543
2544     for (unsigned p = 0, o = NumOperands-1; p < NumOperands; ++p, --o) {
2545       // Iterate backward so that we look at the store pointer
2546       // first and know whether or not we need to flip the inputs.
2547
2548       if (isa<LoadInst>(I) || (o == 1 && isa<StoreInst>(I))) {
2549         // This is the pointer for a load/store instruction.
2550         ReplacedOperands[o] = getReplacementPointerInput(Context, I, J, o);
2551         continue;
2552       } else if (isa<CallInst>(I)) {
2553         Function *F = cast<CallInst>(I)->getCalledFunction();
2554         unsigned IID = F->getIntrinsicID();
2555         if (o == NumOperands-1) {
2556           BasicBlock &BB = *I->getParent();
2557
2558           Module *M = BB.getParent()->getParent();
2559           Type *ArgTypeI = I->getType();
2560           Type *ArgTypeJ = J->getType();
2561           Type *VArgType = getVecTypeForPair(ArgTypeI, ArgTypeJ);
2562
2563           ReplacedOperands[o] = Intrinsic::getDeclaration(M,
2564             (Intrinsic::ID) IID, VArgType);
2565           continue;
2566         } else if (IID == Intrinsic::powi && o == 1) {
2567           // The second argument of powi is a single integer and we've already
2568           // checked that both arguments are equal. As a result, we just keep
2569           // I's second argument.
2570           ReplacedOperands[o] = I->getOperand(o);
2571           continue;
2572         }
2573       } else if (isa<ShuffleVectorInst>(I) && o == NumOperands-1) {
2574         ReplacedOperands[o] = getReplacementShuffleMask(Context, I, J);
2575         continue;
2576       }
2577
2578       ReplacedOperands[o] = getReplacementInput(Context, I, J, o, IBeforeJ);
2579     }
2580   }
2581
2582   // This function creates two values that represent the outputs of the
2583   // original I and J instructions. These are generally vector shuffles
2584   // or extracts. In many cases, these will end up being unused and, thus,
2585   // eliminated by later passes.
2586   void BBVectorize::replaceOutputsOfPair(LLVMContext& Context, Instruction *I,
2587                      Instruction *J, Instruction *K,
2588                      Instruction *&InsertionPt,
2589                      Instruction *&K1, Instruction *&K2) {
2590     if (isa<StoreInst>(I)) {
2591       AA->replaceWithNewValue(I, K);
2592       AA->replaceWithNewValue(J, K);
2593     } else {
2594       Type *IType = I->getType();
2595       Type *JType = J->getType();
2596
2597       VectorType *VType = getVecTypeForPair(IType, JType);
2598       unsigned numElem = VType->getNumElements();
2599
2600       unsigned numElemI, numElemJ;
2601       if (IType->isVectorTy())
2602         numElemI = cast<VectorType>(IType)->getNumElements();
2603       else
2604         numElemI = 1;
2605
2606       if (JType->isVectorTy())
2607         numElemJ = cast<VectorType>(JType)->getNumElements();
2608       else
2609         numElemJ = 1;
2610
2611       if (IType->isVectorTy()) {
2612         std::vector<Constant*> Mask1(numElemI), Mask2(numElemI);
2613         for (unsigned v = 0; v < numElemI; ++v) {
2614           Mask1[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
2615           Mask2[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), numElemJ+v);
2616         }
2617
2618         K1 = new ShuffleVectorInst(K, UndefValue::get(VType),
2619                                    ConstantVector::get( Mask1),
2620                                    getReplacementName(K, false, 1));
2621       } else {
2622         Value *CV0 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 0);
2623         K1 = ExtractElementInst::Create(K, CV0,
2624                                           getReplacementName(K, false, 1));
2625       }
2626
2627       if (JType->isVectorTy()) {
2628         std::vector<Constant*> Mask1(numElemJ), Mask2(numElemJ);
2629         for (unsigned v = 0; v < numElemJ; ++v) {
2630           Mask1[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), v);
2631           Mask2[v] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), numElemI+v);
2632         }
2633
2634         K2 = new ShuffleVectorInst(K, UndefValue::get(VType),
2635                                    ConstantVector::get( Mask2),
2636                                    getReplacementName(K, false, 2));
2637       } else {
2638         Value *CV1 = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), numElem-1);
2639         K2 = ExtractElementInst::Create(K, CV1,
2640                                           getReplacementName(K, false, 2));
2641       }
2642
2643       K1->insertAfter(K);
2644       K2->insertAfter(K1);
2645       InsertionPt = K2;
2646     }
2647   }
2648
2649   // Move all uses of the function I (including pairing-induced uses) after J.
2650   bool BBVectorize::canMoveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
2651                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
2652                      Instruction *I, Instruction *J) {
2653     // Skip to the first instruction past I.
2654     BasicBlock::iterator L = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
2655
2656     DenseSet<Value *> Users;
2657     AliasSetTracker WriteSet(*AA);
2658     for (; cast<Instruction>(L) != J; ++L)
2659       (void) trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, L, true, &LoadMoveSet);
2660
2661     assert(cast<Instruction>(L) == J &&
2662       "Tracking has not proceeded far enough to check for dependencies");
2663     // If J is now in the use set of I, then trackUsesOfI will return true
2664     // and we have a dependency cycle (and the fusing operation must abort).
2665     return !trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, J, true, &LoadMoveSet);
2666   }
2667
2668   // Move all uses of the function I (including pairing-induced uses) after J.
2669   void BBVectorize::moveUsesOfIAfterJ(BasicBlock &BB,
2670                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
2671                      Instruction *&InsertionPt,
2672                      Instruction *I, Instruction *J) {
2673     // Skip to the first instruction past I.
2674     BasicBlock::iterator L = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
2675
2676     DenseSet<Value *> Users;
2677     AliasSetTracker WriteSet(*AA);
2678     for (; cast<Instruction>(L) != J;) {
2679       if (trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, L, true, &LoadMoveSet)) {
2680         // Move this instruction
2681         Instruction *InstToMove = L; ++L;
2682
2683         DEBUG(dbgs() << "BBV: moving: " << *InstToMove <<
2684                         " to after " << *InsertionPt << "\n");
2685         InstToMove->removeFromParent();
2686         InstToMove->insertAfter(InsertionPt);
2687         InsertionPt = InstToMove;
2688       } else {
2689         ++L;
2690       }
2691     }
2692   }
2693
2694   // Collect all load instruction that are in the move set of a given first
2695   // pair member.  These loads depend on the first instruction, I, and so need
2696   // to be moved after J (the second instruction) when the pair is fused.
2697   void BBVectorize::collectPairLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
2698                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
2699                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet,
2700                      Instruction *I) {
2701     // Skip to the first instruction past I.
2702     BasicBlock::iterator L = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
2703
2704     DenseSet<Value *> Users;
2705     AliasSetTracker WriteSet(*AA);
2706
2707     // Note: We cannot end the loop when we reach J because J could be moved
2708     // farther down the use chain by another instruction pairing. Also, J
2709     // could be before I if this is an inverted input.
2710     for (BasicBlock::iterator E = BB.end(); cast<Instruction>(L) != E; ++L) {
2711       if (trackUsesOfI(Users, WriteSet, I, L)) {
2712         if (L->mayReadFromMemory())
2713           LoadMoveSet.insert(ValuePair(L, I));
2714       }
2715     }
2716   }
2717
2718   // In cases where both load/stores and the computation of their pointers
2719   // are chosen for vectorization, we can end up in a situation where the
2720   // aliasing analysis starts returning different query results as the
2721   // process of fusing instruction pairs continues. Because the algorithm
2722   // relies on finding the same use trees here as were found earlier, we'll
2723   // need to precompute the necessary aliasing information here and then
2724   // manually update it during the fusion process.
2725   void BBVectorize::collectLoadMoveSet(BasicBlock &BB,
2726                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
2727                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
2728                      std::multimap<Value *, Value *> &LoadMoveSet) {
2729     for (std::vector<Value *>::iterator PI = PairableInsts.begin(),
2730          PIE = PairableInsts.end(); PI != PIE; ++PI) {
2731       DenseMap<Value *, Value *>::iterator P = ChosenPairs.find(*PI);
2732       if (P == ChosenPairs.end()) continue;
2733
2734       Instruction *I = cast<Instruction>(P->first);
2735       collectPairLoadMoveSet(BB, ChosenPairs, LoadMoveSet, I);
2736     }
2737   }
2738
2739   // When the first instruction in each pair is cloned, it will inherit its
2740   // parent's metadata. This metadata must be combined with that of the other
2741   // instruction in a safe way.
2742   void BBVectorize::combineMetadata(Instruction *K, const Instruction *J) {
2743     SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode*>, 4> Metadata;
2744     K->getAllMetadataOtherThanDebugLoc(Metadata);
2745     for (unsigned i = 0, n = Metadata.size(); i < n; ++i) {
2746       unsigned Kind = Metadata[i].first;
2747       MDNode *JMD = J->getMetadata(Kind);
2748       MDNode *KMD = Metadata[i].second;
2749
2750       switch (Kind) {
2751       default:
2752         K->setMetadata(Kind, 0); // Remove unknown metadata
2753         break;
2754       case LLVMContext::MD_tbaa:
2755         K->setMetadata(Kind, MDNode::getMostGenericTBAA(JMD, KMD));
2756         break;
2757       case LLVMContext::MD_fpmath:
2758         K->setMetadata(Kind, MDNode::getMostGenericFPMath(JMD, KMD));
2759         break;
2760       }
2761     }
2762   }
2763
2764   // This function fuses the chosen instruction pairs into vector instructions,
2765   // taking care preserve any needed scalar outputs and, then, it reorders the
2766   // remaining instructions as needed (users of the first member of the pair
2767   // need to be moved to after the location of the second member of the pair
2768   // because the vector instruction is inserted in the location of the pair's
2769   // second member).
2770   void BBVectorize::fuseChosenPairs(BasicBlock &BB,
2771                      std::vector<Value *> &PairableInsts,
2772                      DenseMap<Value *, Value *> &ChosenPairs,
2773                      DenseSet<ValuePair> &FixedOrderPairs,
2774                      DenseMap<VPPair, unsigned> &PairConnectionTypes,
2775                      std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairs,
2776                      std::multimap<ValuePair, ValuePair> &ConnectedPairDeps) {
2777     LLVMContext& Context = BB.getContext();
2778
2779     // During the vectorization process, the order of the pairs to be fused
2780     // could be flipped. So we'll add each pair, flipped, into the ChosenPairs
2781     // list. After a pair is fused, the flipped pair is removed from the list.
2782     DenseSet<ValuePair> FlippedPairs;
2783     for (DenseMap<Value *, Value *>::iterator P = ChosenPairs.begin(),
2784          E = ChosenPairs.end(); P != E; ++P)
2785       FlippedPairs.insert(ValuePair(P->second, P->first));
2786     for (DenseSet<ValuePair>::iterator P = FlippedPairs.begin(),
2787          E = FlippedPairs.end(); P != E; ++P)
2788       ChosenPairs.insert(*P);
2789
2790     std::multimap<Value *, Value *> LoadMoveSet;
2791     collectLoadMoveSet(BB, PairableInsts, ChosenPairs, LoadMoveSet);
2792
2793     DEBUG(dbgs() << "BBV: initial: \n" << BB << "\n");
2794
2795     for (BasicBlock::iterator PI = BB.getFirstInsertionPt(); PI != BB.end();) {
2796       DenseMap<Value *, Value *>::iterator P = ChosenPairs.find(PI);
2797       if (P == ChosenPairs.end()) {
2798         ++PI;
2799         continue;
2800       }
2801
2802       if (getDepthFactor(P->first) == 0) {
2803         // These instructions are not really fused, but are tracked as though
2804         // they are. Any case in which it would be interesting to fuse them
2805         // will be taken care of by InstCombine.
2806         --NumFusedOps;
2807         ++PI;
2808         continue;
2809       }
2810
2811       Instruction *I = cast<Instruction>(P->first),
2812         *J = cast<Instruction>(P->second);
2813
2814       DEBUG(dbgs() << "BBV: fusing: " << *I <<
2815              " <-> " << *J << "\n");
2816
2817       // Remove the pair and flipped pair from the list.
2818       DenseMap<Value *, Value *>::iterator FP = ChosenPairs.find(P->second);
2819       assert(FP != ChosenPairs.end() && "Flipped pair not found in list");
2820       ChosenPairs.erase(FP);
2821       ChosenPairs.erase(P);
2822
2823       if (!canMoveUsesOfIAfterJ(BB, LoadMoveSet, I, J)) {
2824         DEBUG(dbgs() << "BBV: fusion of: " << *I <<
2825                " <-> " << *J <<
2826                " aborted because of non-trivial dependency cycle\n");
2827         --NumFusedOps;
2828         ++PI;
2829         continue;
2830       }
2831
2832       // If the pair must have the other order, then flip it.
2833       bool FlipPairOrder = FixedOrderPairs.count(ValuePair(J, I));
2834       if (!FlipPairOrder && !FixedOrderPairs.count(ValuePair(I, J))) {
2835         // This pair does not have a fixed order, and so we might want to
2836         // flip it if that will yield fewer shuffles. We count the number
2837         // of dependencies connected via swaps, and those directly connected,
2838         // and flip the order if the number of swaps is greater.
2839         bool OrigOrder = true;
2840         VPPIteratorPair IP = ConnectedPairDeps.equal_range(ValuePair(I, J));
2841         if (IP.first == ConnectedPairDeps.end()) {
2842           IP = ConnectedPairDeps.equal_range(ValuePair(J, I));
2843           OrigOrder = false;
2844         }
2845
2846         if (IP.first != ConnectedPairDeps.end()) {
2847           unsigned NumDepsDirect = 0, NumDepsSwap = 0;
2848           for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator Q = IP.first;
2849                Q != IP.second; ++Q) {
2850             DenseMap<VPPair, unsigned>::iterator R =
2851               PairConnectionTypes.find(VPPair(Q->second, Q->first));
2852             assert(R != PairConnectionTypes.end() &&
2853                    "Cannot find pair connection type");
2854             if (R->second == PairConnectionDirect)
2855               ++NumDepsDirect;
2856             else if (R->second == PairConnectionSwap)
2857               ++NumDepsSwap;
2858           }
2859
2860           if (!OrigOrder)
2861             std::swap(NumDepsDirect, NumDepsSwap);
2862
2863           if (NumDepsSwap > NumDepsDirect) {
2864             FlipPairOrder = true;
2865             DEBUG(dbgs() << "BBV: reordering pair: " << *I <<
2866                             " <-> " << *J << "\n");
2867           }
2868         }
2869       }
2870
2871       Instruction *L = I, *H = J;
2872       if (FlipPairOrder)
2873         std::swap(H, L);
2874
2875       // If the pair being fused uses the opposite order from that in the pair
2876       // connection map, then we need to flip the types.
2877       VPPIteratorPair IP = ConnectedPairs.equal_range(ValuePair(H, L));
2878       for (std::multimap<ValuePair, ValuePair>::iterator Q = IP.first;
2879            Q != IP.second; ++Q) {
2880         DenseMap<VPPair, unsigned>::iterator R = PairConnectionTypes.find(*Q);
2881         assert(R != PairConnectionTypes.end() &&
2882                "Cannot find pair connection type");
2883         if (R->second == PairConnectionDirect)
2884           R->second = PairConnectionSwap;
2885         else if (R->second == PairConnectionSwap)
2886           R->second = PairConnectionDirect;
2887       }
2888
2889       bool LBeforeH = !FlipPairOrder;
2890       unsigned NumOperands = I->getNumOperands();
2891       SmallVector<Value *, 3> ReplacedOperands(NumOperands);
2892       getReplacementInputsForPair(Context, L, H, ReplacedOperands,
2893                                   LBeforeH);
2894
2895       // Make a copy of the original operation, change its type to the vector
2896       // type and replace its operands with the vector operands.
2897       Instruction *K = L->clone();
2898       if (L->hasName())
2899         K->takeName(L);
2900       else if (H->hasName())
2901         K->takeName(H);
2902
2903       if (!isa<StoreInst>(K))
2904         K->mutateType(getVecTypeForPair(L->getType(), H->getType()));
2905
2906       combineMetadata(K, H);
2907       K->intersectOptionalDataWith(H);
2908
2909       for (unsigned o = 0; o < NumOperands; ++o)
2910         K->setOperand(o, ReplacedOperands[o]);
2911
2912       K->insertAfter(J);
2913
2914       // Instruction insertion point:
2915       Instruction *InsertionPt = K;
2916       Instruction *K1 = 0, *K2 = 0;
2917       replaceOutputsOfPair(Context, L, H, K, InsertionPt, K1, K2);
2918
2919       // The use tree of the first original instruction must be moved to after
2920       // the location of the second instruction. The entire use tree of the
2921       // first instruction is disjoint from the input tree of the second
2922       // (by definition), and so commutes with it.
2923
2924       moveUsesOfIAfterJ(BB, LoadMoveSet, InsertionPt, I, J);
2925
2926       if (!isa<StoreInst>(I)) {
2927         L->replaceAllUsesWith(K1);
2928         H->replaceAllUsesWith(K2);
2929         AA->replaceWithNewValue(L, K1);
2930         AA->replaceWithNewValue(H, K2);
2931       }
2932
2933       // Instructions that may read from memory may be in the load move set.
2934       // Once an instruction is fused, we no longer need its move set, and so
2935       // the values of the map never need to be updated. However, when a load
2936       // is fused, we need to merge the entries from both instructions in the
2937       // pair in case those instructions were in the move set of some other
2938       // yet-to-be-fused pair. The loads in question are the keys of the map.
2939       if (I->mayReadFromMemory()) {
2940         std::vector<ValuePair> NewSetMembers;
2941         VPIteratorPair IPairRange = LoadMoveSet.equal_range(I);
2942         VPIteratorPair JPairRange = LoadMoveSet.equal_range(J);
2943         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator N = IPairRange.first;
2944              N != IPairRange.second; ++N)
2945           NewSetMembers.push_back(ValuePair(K, N->second));
2946         for (std::multimap<Value *, Value *>::iterator N = JPairRange.first;
2947              N != JPairRange.second; ++N)
2948           NewSetMembers.push_back(ValuePair(K, N->second));
2949         for (std::vector<ValuePair>::iterator A = NewSetMembers.begin(),
2950              AE = NewSetMembers.end(); A != AE; ++A)
2951           LoadMoveSet.insert(*A);
2952       }
2953
2954       // Before removing I, set the iterator to the next instruction.
2955       PI = llvm::next(BasicBlock::iterator(I));
2956       if (cast<Instruction>(PI) == J)
2957         ++PI;
2958
2959       SE->forgetValue(I);
2960       SE->forgetValue(J);
2961       I->eraseFromParent();
2962       J->eraseFromParent();
2963
2964       DEBUG(if (PrintAfterEveryPair) dbgs() << "BBV: block is now: \n" <<
2965                                                BB << "\n");
2966     }
2967
2968     DEBUG(dbgs() << "BBV: final: \n" << BB << "\n");
2969   }
2970 }
2971
2972 char BBVectorize::ID = 0;
2973 static const char bb_vectorize_name[] = "Basic-Block Vectorization";
2974 INITIALIZE_PASS_BEGIN(BBVectorize, BBV_NAME, bb_vectorize_name, false, false)
2975 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
2976 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
2977 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
2978 INITIALIZE_PASS_END(BBVectorize, BBV_NAME, bb_vectorize_name, false, false)
2979
2980 BasicBlockPass *llvm::createBBVectorizePass(const VectorizeConfig &C) {
2981   return new BBVectorize(C);
2982 }
2983
2984 bool
2985 llvm::vectorizeBasicBlock(Pass *P, BasicBlock &BB, const VectorizeConfig &C) {
2986   BBVectorize BBVectorizer(P, C);
2987   return BBVectorizer.vectorizeBB(BB);
2988 }
2989
2990 //===----------------------------------------------------------------------===//
2991 VectorizeConfig::VectorizeConfig() {
2992   VectorBits = ::VectorBits;
2993   VectorizeBools = !::NoBools;
2994   VectorizeInts = !::NoInts;
2995   VectorizeFloats = !::NoFloats;
2996   VectorizePointers = !::NoPointers;
2997   VectorizeCasts = !::NoCasts;
2998   VectorizeMath = !::NoMath;
2999   VectorizeFMA = !::NoFMA;
3000   VectorizeSelect = !::NoSelect;
3001   VectorizeCmp = !::NoCmp;
3002   VectorizeGEP = !::NoGEP;
3003   VectorizeMemOps = !::NoMemOps;
3004   AlignedOnly = ::AlignedOnly;
3005   ReqChainDepth= ::ReqChainDepth;
3006   SearchLimit = ::SearchLimit;
3007   MaxCandPairsForCycleCheck = ::MaxCandPairsForCycleCheck;
3008   SplatBreaksChain = ::SplatBreaksChain;
3009   MaxInsts = ::MaxInsts;
3010   MaxIter = ::MaxIter;
3011   Pow2LenOnly = ::Pow2LenOnly;
3012   NoMemOpBoost = ::NoMemOpBoost;
3013   FastDep = ::FastDep;
3014 }