OSDN Git Service

9fa49fd
[android-x86/external-llvm.git] /
1 //===-- InductiveRangeCheckElimination.cpp - ------------------------------===//
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 // The InductiveRangeCheckElimination pass splits a loop's iteration space into
10 // three disjoint ranges.  It does that in a way such that the loop running in
11 // the middle loop provably does not need range checks. As an example, it will
12 // convert
13 //
14 //   len = < known positive >
15 //   for (i = 0; i < n; i++) {
16 //     if (0 <= i && i < len) {
17 //       do_something();
18 //     } else {
19 //       throw_out_of_bounds();
20 //     }
21 //   }
22 //
23 // to
24 //
25 //   len = < known positive >
26 //   limit = smin(n, len)
27 //   // no first segment
28 //   for (i = 0; i < limit; i++) {
29 //     if (0 <= i && i < len) { // this check is fully redundant
30 //       do_something();
31 //     } else {
32 //       throw_out_of_bounds();
33 //     }
34 //   }
35 //   for (i = limit; i < n; i++) {
36 //     if (0 <= i && i < len) {
37 //       do_something();
38 //     } else {
39 //       throw_out_of_bounds();
40 //     }
41 //   }
42 //===----------------------------------------------------------------------===//
43
44 #include "llvm/ADT/Optional.h"
45 #include "llvm/Analysis/BranchProbabilityInfo.h"
46 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
47 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
48 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
49 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
50 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
51 #include "llvm/IR/Dominators.h"
52 #include "llvm/IR/Function.h"
53 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
54 #include "llvm/IR/Instructions.h"
55 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
56 #include "llvm/Pass.h"
57 #include "llvm/Support/Debug.h"
58 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
59 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
60 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
61 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
62 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopSimplify.h"
63 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
64
65 using namespace llvm;
66
67 static cl::opt<unsigned> LoopSizeCutoff("irce-loop-size-cutoff", cl::Hidden,
68                                         cl::init(64));
69
70 static cl::opt<bool> PrintChangedLoops("irce-print-changed-loops", cl::Hidden,
71                                        cl::init(false));
72
73 static cl::opt<bool> PrintRangeChecks("irce-print-range-checks", cl::Hidden,
74                                       cl::init(false));
75
76 static cl::opt<int> MaxExitProbReciprocal("irce-max-exit-prob-reciprocal",
77                                           cl::Hidden, cl::init(10));
78
79 static cl::opt<bool> SkipProfitabilityChecks("irce-skip-profitability-checks",
80                                              cl::Hidden, cl::init(false));
81
82 static const char *ClonedLoopTag = "irce.loop.clone";
83
84 #define DEBUG_TYPE "irce"
85
86 namespace {
87
88 /// An inductive range check is conditional branch in a loop with
89 ///
90 ///  1. a very cold successor (i.e. the branch jumps to that successor very
91 ///     rarely)
92 ///
93 ///  and
94 ///
95 ///  2. a condition that is provably true for some contiguous range of values
96 ///     taken by the containing loop's induction variable.
97 ///
98 class InductiveRangeCheck {
99   // Classifies a range check
100   enum RangeCheckKind : unsigned {
101     // Range check of the form "0 <= I".
102     RANGE_CHECK_LOWER = 1,
103
104     // Range check of the form "I < L" where L is known positive.
105     RANGE_CHECK_UPPER = 2,
106
107     // The logical and of the RANGE_CHECK_LOWER and RANGE_CHECK_UPPER
108     // conditions.
109     RANGE_CHECK_BOTH = RANGE_CHECK_LOWER | RANGE_CHECK_UPPER,
110
111     // Unrecognized range check condition.
112     RANGE_CHECK_UNKNOWN = (unsigned)-1
113   };
114
115   static StringRef rangeCheckKindToStr(RangeCheckKind);
116
117   const SCEV *Offset = nullptr;
118   const SCEV *Scale = nullptr;
119   Value *Length = nullptr;
120   Use *CheckUse = nullptr;
121   RangeCheckKind Kind = RANGE_CHECK_UNKNOWN;
122
123   static RangeCheckKind parseRangeCheckICmp(Loop *L, ICmpInst *ICI,
124                                             ScalarEvolution &SE, Value *&Index,
125                                             Value *&Length);
126
127   static void
128   extractRangeChecksFromCond(Loop *L, ScalarEvolution &SE, Use &ConditionUse,
129                              SmallVectorImpl<InductiveRangeCheck> &Checks,
130                              SmallPtrSetImpl<Value *> &Visited);
131
132 public:
133   const SCEV *getOffset() const { return Offset; }
134   const SCEV *getScale() const { return Scale; }
135   Value *getLength() const { return Length; }
136
137   void print(raw_ostream &OS) const {
138     OS << "InductiveRangeCheck:\n";
139     OS << "  Kind: " << rangeCheckKindToStr(Kind) << "\n";
140     OS << "  Offset: ";
141     Offset->print(OS);
142     OS << "  Scale: ";
143     Scale->print(OS);
144     OS << "  Length: ";
145     if (Length)
146       Length->print(OS);
147     else
148       OS << "(null)";
149     OS << "\n  CheckUse: ";
150     getCheckUse()->getUser()->print(OS);
151     OS << " Operand: " << getCheckUse()->getOperandNo() << "\n";
152   }
153
154   LLVM_DUMP_METHOD
155   void dump() {
156     print(dbgs());
157   }
158
159   Use *getCheckUse() const { return CheckUse; }
160
161   /// Represents an signed integer range [Range.getBegin(), Range.getEnd()).  If
162   /// R.getEnd() sle R.getBegin(), then R denotes the empty range.
163
164   class Range {
165     const SCEV *Begin;
166     const SCEV *End;
167
168   public:
169     Range(const SCEV *Begin, const SCEV *End) : Begin(Begin), End(End) {
170       assert(Begin->getType() == End->getType() && "ill-typed range!");
171     }
172
173     Type *getType() const { return Begin->getType(); }
174     const SCEV *getBegin() const { return Begin; }
175     const SCEV *getEnd() const { return End; }
176   };
177
178   /// This is the value the condition of the branch needs to evaluate to for the
179   /// branch to take the hot successor (see (1) above).
180   bool getPassingDirection() { return true; }
181
182   /// Computes a range for the induction variable (IndVar) in which the range
183   /// check is redundant and can be constant-folded away.  The induction
184   /// variable is not required to be the canonical {0,+,1} induction variable.
185   Optional<Range> computeSafeIterationSpace(ScalarEvolution &SE,
186                                             const SCEVAddRecExpr *IndVar) const;
187
188   /// Parse out a set of inductive range checks from \p BI and append them to \p
189   /// Checks.
190   ///
191   /// NB! There may be conditions feeding into \p BI that aren't inductive range
192   /// checks, and hence don't end up in \p Checks.
193   static void
194   extractRangeChecksFromBranch(BranchInst *BI, Loop *L, ScalarEvolution &SE,
195                                BranchProbabilityInfo &BPI,
196                                SmallVectorImpl<InductiveRangeCheck> &Checks);
197 };
198
199 class InductiveRangeCheckElimination : public LoopPass {
200 public:
201   static char ID;
202   InductiveRangeCheckElimination() : LoopPass(ID) {
203     initializeInductiveRangeCheckEliminationPass(
204         *PassRegistry::getPassRegistry());
205   }
206
207   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
208     AU.addRequired<BranchProbabilityInfoWrapperPass>();
209     getLoopAnalysisUsage(AU);
210   }
211
212   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) override;
213 };
214
215 char InductiveRangeCheckElimination::ID = 0;
216 }
217
218 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InductiveRangeCheckElimination, "irce",
219                       "Inductive range check elimination", false, false)
220 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BranchProbabilityInfoWrapperPass)
221 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopPass)
222 INITIALIZE_PASS_END(InductiveRangeCheckElimination, "irce",
223                     "Inductive range check elimination", false, false)
224
225 StringRef InductiveRangeCheck::rangeCheckKindToStr(
226     InductiveRangeCheck::RangeCheckKind RCK) {
227   switch (RCK) {
228   case InductiveRangeCheck::RANGE_CHECK_UNKNOWN:
229     return "RANGE_CHECK_UNKNOWN";
230
231   case InductiveRangeCheck::RANGE_CHECK_UPPER:
232     return "RANGE_CHECK_UPPER";
233
234   case InductiveRangeCheck::RANGE_CHECK_LOWER:
235     return "RANGE_CHECK_LOWER";
236
237   case InductiveRangeCheck::RANGE_CHECK_BOTH:
238     return "RANGE_CHECK_BOTH";
239   }
240
241   llvm_unreachable("unknown range check type!");
242 }
243
244 /// Parse a single ICmp instruction, `ICI`, into a range check.  If `ICI` cannot
245 /// be interpreted as a range check, return `RANGE_CHECK_UNKNOWN` and set
246 /// `Index` and `Length` to `nullptr`.  Otherwise set `Index` to the value being
247 /// range checked, and set `Length` to the upper limit `Index` is being range
248 /// checked with if (and only if) the range check type is stronger or equal to
249 /// RANGE_CHECK_UPPER.
250 ///
251 InductiveRangeCheck::RangeCheckKind
252 InductiveRangeCheck::parseRangeCheckICmp(Loop *L, ICmpInst *ICI,
253                                          ScalarEvolution &SE, Value *&Index,
254                                          Value *&Length) {
255
256   auto IsNonNegativeAndNotLoopVarying = [&SE, L](Value *V) {
257     const SCEV *S = SE.getSCEV(V);
258     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(S))
259       return false;
260
261     return SE.getLoopDisposition(S, L) == ScalarEvolution::LoopInvariant &&
262            SE.isKnownNonNegative(S);
263   };
264
265   using namespace llvm::PatternMatch;
266
267   ICmpInst::Predicate Pred = ICI->getPredicate();
268   Value *LHS = ICI->getOperand(0);
269   Value *RHS = ICI->getOperand(1);
270
271   switch (Pred) {
272   default:
273     return RANGE_CHECK_UNKNOWN;
274
275   case ICmpInst::ICMP_SLE:
276     std::swap(LHS, RHS);
277     LLVM_FALLTHROUGH;
278   case ICmpInst::ICMP_SGE:
279     if (match(RHS, m_ConstantInt<0>())) {
280       Index = LHS;
281       return RANGE_CHECK_LOWER;
282     }
283     return RANGE_CHECK_UNKNOWN;
284
285   case ICmpInst::ICMP_SLT:
286     std::swap(LHS, RHS);
287     LLVM_FALLTHROUGH;
288   case ICmpInst::ICMP_SGT:
289     if (match(RHS, m_ConstantInt<-1>())) {
290       Index = LHS;
291       return RANGE_CHECK_LOWER;
292     }
293
294     if (IsNonNegativeAndNotLoopVarying(LHS)) {
295       Index = RHS;
296       Length = LHS;
297       return RANGE_CHECK_UPPER;
298     }
299     return RANGE_CHECK_UNKNOWN;
300
301   case ICmpInst::ICMP_ULT:
302     std::swap(LHS, RHS);
303     LLVM_FALLTHROUGH;
304   case ICmpInst::ICMP_UGT:
305     if (IsNonNegativeAndNotLoopVarying(LHS)) {
306       Index = RHS;
307       Length = LHS;
308       return RANGE_CHECK_BOTH;
309     }
310     return RANGE_CHECK_UNKNOWN;
311   }
312
313   llvm_unreachable("default clause returns!");
314 }
315
316 void InductiveRangeCheck::extractRangeChecksFromCond(
317     Loop *L, ScalarEvolution &SE, Use &ConditionUse,
318     SmallVectorImpl<InductiveRangeCheck> &Checks,
319     SmallPtrSetImpl<Value *> &Visited) {
320   using namespace llvm::PatternMatch;
321
322   Value *Condition = ConditionUse.get();
323   if (!Visited.insert(Condition).second)
324     return;
325
326   if (match(Condition, m_And(m_Value(), m_Value()))) {
327     SmallVector<InductiveRangeCheck, 8> SubChecks;
328     extractRangeChecksFromCond(L, SE, cast<User>(Condition)->getOperandUse(0),
329                                SubChecks, Visited);
330     extractRangeChecksFromCond(L, SE, cast<User>(Condition)->getOperandUse(1),
331                                SubChecks, Visited);
332
333     if (SubChecks.size() == 2) {
334       // Handle a special case where we know how to merge two checks separately
335       // checking the upper and lower bounds into a full range check.
336       const auto &RChkA = SubChecks[0];
337       const auto &RChkB = SubChecks[1];
338       if ((RChkA.Length == RChkB.Length || !RChkA.Length || !RChkB.Length) &&
339           RChkA.Offset == RChkB.Offset && RChkA.Scale == RChkB.Scale) {
340
341         // If RChkA.Kind == RChkB.Kind then we just found two identical checks.
342         // But if one of them is a RANGE_CHECK_LOWER and the other is a
343         // RANGE_CHECK_UPPER (only possibility if they're different) then
344         // together they form a RANGE_CHECK_BOTH.
345         SubChecks[0].Kind =
346             (InductiveRangeCheck::RangeCheckKind)(RChkA.Kind | RChkB.Kind);
347         SubChecks[0].Length = RChkA.Length ? RChkA.Length : RChkB.Length;
348         SubChecks[0].CheckUse = &ConditionUse;
349
350         // We updated one of the checks in place, now erase the other.
351         SubChecks.pop_back();
352       }
353     }
354
355     Checks.insert(Checks.end(), SubChecks.begin(), SubChecks.end());
356     return;
357   }
358
359   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Condition);
360   if (!ICI)
361     return;
362
363   Value *Length = nullptr, *Index;
364   auto RCKind = parseRangeCheckICmp(L, ICI, SE, Index, Length);
365   if (RCKind == InductiveRangeCheck::RANGE_CHECK_UNKNOWN)
366     return;
367
368   const auto *IndexAddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(Index));
369   bool IsAffineIndex =
370       IndexAddRec && (IndexAddRec->getLoop() == L) && IndexAddRec->isAffine();
371
372   if (!IsAffineIndex)
373     return;
374
375   InductiveRangeCheck IRC;
376   IRC.Length = Length;
377   IRC.Offset = IndexAddRec->getStart();
378   IRC.Scale = IndexAddRec->getStepRecurrence(SE);
379   IRC.CheckUse = &ConditionUse;
380   IRC.Kind = RCKind;
381   Checks.push_back(IRC);
382 }
383
384 void InductiveRangeCheck::extractRangeChecksFromBranch(
385     BranchInst *BI, Loop *L, ScalarEvolution &SE, BranchProbabilityInfo &BPI,
386     SmallVectorImpl<InductiveRangeCheck> &Checks) {
387
388   if (BI->isUnconditional() || BI->getParent() == L->getLoopLatch())
389     return;
390
391   BranchProbability LikelyTaken(15, 16);
392
393   if (!SkipProfitabilityChecks &&
394       BPI.getEdgeProbability(BI->getParent(), (unsigned)0) < LikelyTaken)
395     return;
396
397   SmallPtrSet<Value *, 8> Visited;
398   InductiveRangeCheck::extractRangeChecksFromCond(L, SE, BI->getOperandUse(0),
399                                                   Checks, Visited);
400 }
401
402 // Add metadata to the loop L to disable loop optimizations. Callers need to
403 // confirm that optimizing loop L is not beneficial.
404 static void DisableAllLoopOptsOnLoop(Loop &L) {
405   // We do not care about any existing loopID related metadata for L, since we
406   // are setting all loop metadata to false.
407   LLVMContext &Context = L.getHeader()->getContext();
408   // Reserve first location for self reference to the LoopID metadata node.
409   MDNode *Dummy = MDNode::get(Context, {});
410   MDNode *DisableUnroll = MDNode::get(
411       Context, {MDString::get(Context, "llvm.loop.unroll.disable")});
412   Metadata *FalseVal =
413       ConstantAsMetadata::get(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(Context), 0));
414   MDNode *DisableVectorize = MDNode::get(
415       Context,
416       {MDString::get(Context, "llvm.loop.vectorize.enable"), FalseVal});
417   MDNode *DisableLICMVersioning = MDNode::get(
418       Context, {MDString::get(Context, "llvm.loop.licm_versioning.disable")});
419   MDNode *DisableDistribution= MDNode::get(
420       Context,
421       {MDString::get(Context, "llvm.loop.distribute.enable"), FalseVal});
422   MDNode *NewLoopID =
423       MDNode::get(Context, {Dummy, DisableUnroll, DisableVectorize,
424                             DisableLICMVersioning, DisableDistribution});
425   // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
426   NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
427   L.setLoopID(NewLoopID);
428 }
429
430 namespace {
431
432 // Keeps track of the structure of a loop.  This is similar to llvm::Loop,
433 // except that it is more lightweight and can track the state of a loop through
434 // changing and potentially invalid IR.  This structure also formalizes the
435 // kinds of loops we can deal with -- ones that have a single latch that is also
436 // an exiting block *and* have a canonical induction variable.
437 struct LoopStructure {
438   const char *Tag;
439
440   BasicBlock *Header;
441   BasicBlock *Latch;
442
443   // `Latch's terminator instruction is `LatchBr', and it's `LatchBrExitIdx'th
444   // successor is `LatchExit', the exit block of the loop.
445   BranchInst *LatchBr;
446   BasicBlock *LatchExit;
447   unsigned LatchBrExitIdx;
448
449   // The loop represented by this instance of LoopStructure is semantically
450   // equivalent to:
451   //
452   // intN_ty inc = IndVarIncreasing ? 1 : -1;
453   // pred_ty predicate = IndVarIncreasing ? ICMP_SLT : ICMP_SGT;
454   //
455   // for (intN_ty iv = IndVarStart; predicate(iv, LoopExitAt); iv = IndVarBase)
456   //   ... body ...
457
458   Value *IndVarBase;
459   Value *IndVarStart;
460   Value *IndVarStep;
461   Value *LoopExitAt;
462   bool IndVarIncreasing;
463   bool IsSignedPredicate;
464
465   LoopStructure()
466       : Tag(""), Header(nullptr), Latch(nullptr), LatchBr(nullptr),
467         LatchExit(nullptr), LatchBrExitIdx(-1), IndVarBase(nullptr),
468         IndVarStart(nullptr), IndVarStep(nullptr), LoopExitAt(nullptr),
469         IndVarIncreasing(false), IsSignedPredicate(true) {}
470
471   template <typename M> LoopStructure map(M Map) const {
472     LoopStructure Result;
473     Result.Tag = Tag;
474     Result.Header = cast<BasicBlock>(Map(Header));
475     Result.Latch = cast<BasicBlock>(Map(Latch));
476     Result.LatchBr = cast<BranchInst>(Map(LatchBr));
477     Result.LatchExit = cast<BasicBlock>(Map(LatchExit));
478     Result.LatchBrExitIdx = LatchBrExitIdx;
479     Result.IndVarBase = Map(IndVarBase);
480     Result.IndVarStart = Map(IndVarStart);
481     Result.IndVarStep = Map(IndVarStep);
482     Result.LoopExitAt = Map(LoopExitAt);
483     Result.IndVarIncreasing = IndVarIncreasing;
484     Result.IsSignedPredicate = IsSignedPredicate;
485     return Result;
486   }
487
488   static Optional<LoopStructure> parseLoopStructure(ScalarEvolution &,
489                                                     BranchProbabilityInfo &BPI,
490                                                     Loop &,
491                                                     const char *&);
492 };
493
494 /// This class is used to constrain loops to run within a given iteration space.
495 /// The algorithm this class implements is given a Loop and a range [Begin,
496 /// End).  The algorithm then tries to break out a "main loop" out of the loop
497 /// it is given in a way that the "main loop" runs with the induction variable
498 /// in a subset of [Begin, End).  The algorithm emits appropriate pre and post
499 /// loops to run any remaining iterations.  The pre loop runs any iterations in
500 /// which the induction variable is < Begin, and the post loop runs any
501 /// iterations in which the induction variable is >= End.
502 ///
503 class LoopConstrainer {
504   // The representation of a clone of the original loop we started out with.
505   struct ClonedLoop {
506     // The cloned blocks
507     std::vector<BasicBlock *> Blocks;
508
509     // `Map` maps values in the clonee into values in the cloned version
510     ValueToValueMapTy Map;
511
512     // An instance of `LoopStructure` for the cloned loop
513     LoopStructure Structure;
514   };
515
516   // Result of rewriting the range of a loop.  See changeIterationSpaceEnd for
517   // more details on what these fields mean.
518   struct RewrittenRangeInfo {
519     BasicBlock *PseudoExit;
520     BasicBlock *ExitSelector;
521     std::vector<PHINode *> PHIValuesAtPseudoExit;
522     PHINode *IndVarEnd;
523
524     RewrittenRangeInfo()
525         : PseudoExit(nullptr), ExitSelector(nullptr), IndVarEnd(nullptr) {}
526   };
527
528   // Calculated subranges we restrict the iteration space of the main loop to.
529   // See the implementation of `calculateSubRanges' for more details on how
530   // these fields are computed.  `LowLimit` is None if there is no restriction
531   // on low end of the restricted iteration space of the main loop.  `HighLimit`
532   // is None if there is no restriction on high end of the restricted iteration
533   // space of the main loop.
534
535   struct SubRanges {
536     Optional<const SCEV *> LowLimit;
537     Optional<const SCEV *> HighLimit;
538   };
539
540   // A utility function that does a `replaceUsesOfWith' on the incoming block
541   // set of a `PHINode' -- replaces instances of `Block' in the `PHINode's
542   // incoming block list with `ReplaceBy'.
543   static void replacePHIBlock(PHINode *PN, BasicBlock *Block,
544                               BasicBlock *ReplaceBy);
545
546   // Compute a safe set of limits for the main loop to run in -- effectively the
547   // intersection of `Range' and the iteration space of the original loop.
548   // Return None if unable to compute the set of subranges.
549   //
550   Optional<SubRanges> calculateSubRanges(bool IsSignedPredicate) const;
551
552   // Clone `OriginalLoop' and return the result in CLResult.  The IR after
553   // running `cloneLoop' is well formed except for the PHI nodes in CLResult --
554   // the PHI nodes say that there is an incoming edge from `OriginalPreheader`
555   // but there is no such edge.
556   //
557   void cloneLoop(ClonedLoop &CLResult, const char *Tag) const;
558
559   // Create the appropriate loop structure needed to describe a cloned copy of
560   // `Original`.  The clone is described by `VM`.
561   Loop *createClonedLoopStructure(Loop *Original, Loop *Parent,
562                                   ValueToValueMapTy &VM);
563
564   // Rewrite the iteration space of the loop denoted by (LS, Preheader). The
565   // iteration space of the rewritten loop ends at ExitLoopAt.  The start of the
566   // iteration space is not changed.  `ExitLoopAt' is assumed to be slt
567   // `OriginalHeaderCount'.
568   //
569   // If there are iterations left to execute, control is made to jump to
570   // `ContinuationBlock', otherwise they take the normal loop exit.  The
571   // returned `RewrittenRangeInfo' object is populated as follows:
572   //
573   //  .PseudoExit is a basic block that unconditionally branches to
574   //      `ContinuationBlock'.
575   //
576   //  .ExitSelector is a basic block that decides, on exit from the loop,
577   //      whether to branch to the "true" exit or to `PseudoExit'.
578   //
579   //  .PHIValuesAtPseudoExit are PHINodes in `PseudoExit' that compute the value
580   //      for each PHINode in the loop header on taking the pseudo exit.
581   //
582   // After changeIterationSpaceEnd, `Preheader' is no longer a legitimate
583   // preheader because it is made to branch to the loop header only
584   // conditionally.
585   //
586   RewrittenRangeInfo
587   changeIterationSpaceEnd(const LoopStructure &LS, BasicBlock *Preheader,
588                           Value *ExitLoopAt,
589                           BasicBlock *ContinuationBlock) const;
590
591   // The loop denoted by `LS' has `OldPreheader' as its preheader.  This
592   // function creates a new preheader for `LS' and returns it.
593   //
594   BasicBlock *createPreheader(const LoopStructure &LS, BasicBlock *OldPreheader,
595                               const char *Tag) const;
596
597   // `ContinuationBlockAndPreheader' was the continuation block for some call to
598   // `changeIterationSpaceEnd' and is the preheader to the loop denoted by `LS'.
599   // This function rewrites the PHI nodes in `LS.Header' to start with the
600   // correct value.
601   void rewriteIncomingValuesForPHIs(
602       LoopStructure &LS, BasicBlock *ContinuationBlockAndPreheader,
603       const LoopConstrainer::RewrittenRangeInfo &RRI) const;
604
605   // Even though we do not preserve any passes at this time, we at least need to
606   // keep the parent loop structure consistent.  The `LPPassManager' seems to
607   // verify this after running a loop pass.  This function adds the list of
608   // blocks denoted by BBs to this loops parent loop if required.
609   void addToParentLoopIfNeeded(ArrayRef<BasicBlock *> BBs);
610
611   // Some global state.
612   Function &F;
613   LLVMContext &Ctx;
614   ScalarEvolution &SE;
615   DominatorTree &DT;
616   LPPassManager &LPM;
617   LoopInfo &LI;
618
619   // Information about the original loop we started out with.
620   Loop &OriginalLoop;
621   const SCEV *LatchTakenCount;
622   BasicBlock *OriginalPreheader;
623
624   // The preheader of the main loop.  This may or may not be different from
625   // `OriginalPreheader'.
626   BasicBlock *MainLoopPreheader;
627
628   // The range we need to run the main loop in.
629   InductiveRangeCheck::Range Range;
630
631   // The structure of the main loop (see comment at the beginning of this class
632   // for a definition)
633   LoopStructure MainLoopStructure;
634
635 public:
636   LoopConstrainer(Loop &L, LoopInfo &LI, LPPassManager &LPM,
637                   const LoopStructure &LS, ScalarEvolution &SE,
638                   DominatorTree &DT, InductiveRangeCheck::Range R)
639       : F(*L.getHeader()->getParent()), Ctx(L.getHeader()->getContext()),
640         SE(SE), DT(DT), LPM(LPM), LI(LI), OriginalLoop(L),
641         LatchTakenCount(nullptr), OriginalPreheader(nullptr),
642         MainLoopPreheader(nullptr), Range(R), MainLoopStructure(LS) {}
643
644   // Entry point for the algorithm.  Returns true on success.
645   bool run();
646 };
647
648 }
649
650 void LoopConstrainer::replacePHIBlock(PHINode *PN, BasicBlock *Block,
651                                       BasicBlock *ReplaceBy) {
652   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
653     if (PN->getIncomingBlock(i) == Block)
654       PN->setIncomingBlock(i, ReplaceBy);
655 }
656
657 static bool CanBeMax(ScalarEvolution &SE, const SCEV *S, bool Signed) {
658   APInt Max = Signed ?
659       APInt::getSignedMaxValue(cast<IntegerType>(S->getType())->getBitWidth()) :
660       APInt::getMaxValue(cast<IntegerType>(S->getType())->getBitWidth());
661   return SE.getSignedRange(S).contains(Max) &&
662          SE.getUnsignedRange(S).contains(Max);
663 }
664
665 static bool SumCanReachMax(ScalarEvolution &SE, const SCEV *S1, const SCEV *S2,
666                            bool Signed) {
667   // S1 < INT_MAX - S2 ===> S1 + S2 < INT_MAX.
668   assert(SE.isKnownNonNegative(S2) &&
669          "We expected the 2nd arg to be non-negative!");
670   const SCEV *Max = SE.getConstant(
671       Signed ? APInt::getSignedMaxValue(
672                    cast<IntegerType>(S1->getType())->getBitWidth())
673              : APInt::getMaxValue(
674                    cast<IntegerType>(S1->getType())->getBitWidth()));
675   const SCEV *CapForS1 = SE.getMinusSCEV(Max, S2);
676   return !SE.isKnownPredicate(Signed ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
677                               S1, CapForS1);
678 }
679
680 static bool CanBeMin(ScalarEvolution &SE, const SCEV *S, bool Signed) {
681   APInt Min = Signed ?
682       APInt::getSignedMinValue(cast<IntegerType>(S->getType())->getBitWidth()) :
683       APInt::getMinValue(cast<IntegerType>(S->getType())->getBitWidth());
684   return SE.getSignedRange(S).contains(Min) &&
685          SE.getUnsignedRange(S).contains(Min);
686 }
687
688 static bool SumCanReachMin(ScalarEvolution &SE, const SCEV *S1, const SCEV *S2,
689                            bool Signed) {
690   // S1 > INT_MIN - S2 ===> S1 + S2 > INT_MIN.
691   assert(SE.isKnownNonPositive(S2) &&
692          "We expected the 2nd arg to be non-positive!");
693   const SCEV *Max = SE.getConstant(
694       Signed ? APInt::getSignedMinValue(
695                    cast<IntegerType>(S1->getType())->getBitWidth())
696              : APInt::getMinValue(
697                    cast<IntegerType>(S1->getType())->getBitWidth()));
698   const SCEV *CapForS1 = SE.getMinusSCEV(Max, S2);
699   return !SE.isKnownPredicate(Signed ? ICmpInst::ICMP_SGT : ICmpInst::ICMP_UGT,
700                               S1, CapForS1);
701 }
702
703 Optional<LoopStructure>
704 LoopStructure::parseLoopStructure(ScalarEvolution &SE,
705                                   BranchProbabilityInfo &BPI,
706                                   Loop &L, const char *&FailureReason) {
707   if (!L.isLoopSimplifyForm()) {
708     FailureReason = "loop not in LoopSimplify form";
709     return None;
710   }
711
712   BasicBlock *Latch = L.getLoopLatch();
713   assert(Latch && "Simplified loops only have one latch!");
714
715   if (Latch->getTerminator()->getMetadata(ClonedLoopTag)) {
716     FailureReason = "loop has already been cloned";
717     return None;
718   }
719
720   if (!L.isLoopExiting(Latch)) {
721     FailureReason = "no loop latch";
722     return None;
723   }
724
725   BasicBlock *Header = L.getHeader();
726   BasicBlock *Preheader = L.getLoopPreheader();
727   if (!Preheader) {
728     FailureReason = "no preheader";
729     return None;
730   }
731
732   BranchInst *LatchBr = dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
733   if (!LatchBr || LatchBr->isUnconditional()) {
734     FailureReason = "latch terminator not conditional branch";
735     return None;
736   }
737
738   unsigned LatchBrExitIdx = LatchBr->getSuccessor(0) == Header ? 1 : 0;
739
740   BranchProbability ExitProbability =
741     BPI.getEdgeProbability(LatchBr->getParent(), LatchBrExitIdx);
742
743   if (!SkipProfitabilityChecks &&
744       ExitProbability > BranchProbability(1, MaxExitProbReciprocal)) {
745     FailureReason = "short running loop, not profitable";
746     return None;
747   }
748
749   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(LatchBr->getCondition());
750   if (!ICI || !isa<IntegerType>(ICI->getOperand(0)->getType())) {
751     FailureReason = "latch terminator branch not conditional on integral icmp";
752     return None;
753   }
754
755   const SCEV *LatchCount = SE.getExitCount(&L, Latch);
756   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(LatchCount)) {
757     FailureReason = "could not compute latch count";
758     return None;
759   }
760
761   ICmpInst::Predicate Pred = ICI->getPredicate();
762   Value *LeftValue = ICI->getOperand(0);
763   const SCEV *LeftSCEV = SE.getSCEV(LeftValue);
764   IntegerType *IndVarTy = cast<IntegerType>(LeftValue->getType());
765
766   Value *RightValue = ICI->getOperand(1);
767   const SCEV *RightSCEV = SE.getSCEV(RightValue);
768
769   // We canonicalize `ICI` such that `LeftSCEV` is an add recurrence.
770   if (!isa<SCEVAddRecExpr>(LeftSCEV)) {
771     if (isa<SCEVAddRecExpr>(RightSCEV)) {
772       std::swap(LeftSCEV, RightSCEV);
773       std::swap(LeftValue, RightValue);
774       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
775     } else {
776       FailureReason = "no add recurrences in the icmp";
777       return None;
778     }
779   }
780
781   auto HasNoSignedWrap = [&](const SCEVAddRecExpr *AR) {
782     if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW))
783       return true;
784
785     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(AR->getType());
786     IntegerType *WideTy =
787         IntegerType::get(Ty->getContext(), Ty->getBitWidth() * 2);
788
789     const SCEVAddRecExpr *ExtendAfterOp =
790         dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
791     if (ExtendAfterOp) {
792       const SCEV *ExtendedStart = SE.getSignExtendExpr(AR->getStart(), WideTy);
793       const SCEV *ExtendedStep =
794           SE.getSignExtendExpr(AR->getStepRecurrence(SE), WideTy);
795
796       bool NoSignedWrap = ExtendAfterOp->getStart() == ExtendedStart &&
797                           ExtendAfterOp->getStepRecurrence(SE) == ExtendedStep;
798
799       if (NoSignedWrap)
800         return true;
801     }
802
803     // We may have proved this when computing the sign extension above.
804     return AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW) != SCEV::FlagAnyWrap;
805   };
806
807   // Here we check whether the suggested AddRec is an induction variable that
808   // can be handled (i.e. with known constant step), and if yes, calculate its
809   // step and identify whether it is increasing or decreasing.
810   auto IsInductionVar = [&](const SCEVAddRecExpr *AR, bool &IsIncreasing,
811                             ConstantInt *&StepCI) {
812     if (!AR->isAffine())
813       return false;
814
815     // Currently we only work with induction variables that have been proved to
816     // not wrap.  This restriction can potentially be lifted in the future.
817
818     if (!HasNoSignedWrap(AR))
819       return false;
820
821     if (const SCEVConstant *StepExpr =
822             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(SE))) {
823       StepCI = StepExpr->getValue();
824       assert(!StepCI->isZero() && "Zero step?");
825       IsIncreasing = !StepCI->isNegative();
826       return true;
827     }
828
829     return false;
830   };
831
832   // `ICI` is interpreted as taking the backedge if the *next* value of the
833   // induction variable satisfies some constraint.
834
835   const SCEVAddRecExpr *IndVarBase = cast<SCEVAddRecExpr>(LeftSCEV);
836   bool IsIncreasing = false;
837   bool IsSignedPredicate = true;
838   ConstantInt *StepCI;
839   if (!IsInductionVar(IndVarBase, IsIncreasing, StepCI)) {
840     FailureReason = "LHS in icmp not induction variable";
841     return None;
842   }
843
844   const SCEV *StartNext = IndVarBase->getStart();
845   const SCEV *Addend = SE.getNegativeSCEV(IndVarBase->getStepRecurrence(SE));
846   const SCEV *IndVarStart = SE.getAddExpr(StartNext, Addend);
847   const SCEV *Step = SE.getSCEV(StepCI);
848
849   ConstantInt *One = ConstantInt::get(IndVarTy, 1);
850   if (IsIncreasing) {
851     bool DecreasedRightValueByOne = false;
852     if (StepCI->isOne()) {
853       // Try to turn eq/ne predicates to those we can work with.
854       if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE && LatchBrExitIdx == 1)
855         // while (++i != len) {         while (++i < len) {
856         //   ...                 --->     ...
857         // }                            }
858         // If both parts are known non-negative, it is profitable to use
859         // unsigned comparison in increasing loop. This allows us to make the
860         // comparison check against "RightSCEV + 1" more optimistic.
861         if (SE.isKnownNonNegative(IndVarStart) &&
862             SE.isKnownNonNegative(RightSCEV))
863           Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
864         else
865           Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
866       else if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && LatchBrExitIdx == 0 &&
867                !CanBeMin(SE, RightSCEV, /* IsSignedPredicate */ true)) {
868         // while (true) {               while (true) {
869         //   if (++i == len)     --->     if (++i > len - 1)
870         //     break;                       break;
871         //   ...                          ...
872         // }                            }
873         // TODO: Insert ICMP_UGT if both are non-negative?
874         Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
875         RightSCEV = SE.getMinusSCEV(RightSCEV, SE.getOne(RightSCEV->getType()));
876         DecreasedRightValueByOne = true;
877       }
878     }
879
880     bool LTPred = (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT || Pred == ICmpInst::ICMP_ULT);
881     bool GTPred = (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT || Pred == ICmpInst::ICMP_UGT);
882     bool FoundExpectedPred =
883         (LTPred && LatchBrExitIdx == 1) || (GTPred && LatchBrExitIdx == 0);
884
885     if (!FoundExpectedPred) {
886       FailureReason = "expected icmp slt semantically, found something else";
887       return None;
888     }
889
890     IsSignedPredicate =
891         Pred == ICmpInst::ICMP_SLT || Pred == ICmpInst::ICMP_SGT;
892     // The predicate that we need to check that the induction variable lies
893     // within bounds.
894     ICmpInst::Predicate BoundPred =
895         IsSignedPredicate ? CmpInst::ICMP_SLT : CmpInst::ICMP_ULT;
896
897     if (LatchBrExitIdx == 0) {
898       const SCEV *StepMinusOne = SE.getMinusSCEV(Step,
899                                                  SE.getOne(Step->getType()));
900       if (SumCanReachMax(SE, RightSCEV, StepMinusOne, IsSignedPredicate)) {
901         // TODO: this restriction is easily removable -- we just have to
902         // remember that the icmp was an slt and not an sle.
903         FailureReason = "limit may overflow when coercing le to lt";
904         return None;
905       }
906
907       if (!SE.isLoopEntryGuardedByCond(
908               &L, BoundPred, IndVarStart,
909               SE.getAddExpr(RightSCEV, Step))) {
910         FailureReason = "Induction variable start not bounded by upper limit";
911         return None;
912       }
913
914       // We need to increase the right value unless we have already decreased
915       // it virtually when we replaced EQ with SGT.
916       if (!DecreasedRightValueByOne) {
917         IRBuilder<> B(Preheader->getTerminator());
918         RightValue = B.CreateAdd(RightValue, One);
919       }
920     } else {
921       if (!SE.isLoopEntryGuardedByCond(&L, BoundPred, IndVarStart, RightSCEV)) {
922         FailureReason = "Induction variable start not bounded by upper limit";
923         return None;
924       }
925       assert(!DecreasedRightValueByOne &&
926              "Right value can be decreased only for LatchBrExitIdx == 0!");
927     }
928   } else {
929     bool IncreasedRightValueByOne = false;
930     if (StepCI->isMinusOne()) {
931       // Try to turn eq/ne predicates to those we can work with.
932       if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE && LatchBrExitIdx == 1)
933         // while (--i != len) {         while (--i > len) {
934         //   ...                 --->     ...
935         // }                            }
936         // We intentionally don't turn the predicate into UGT even if we know
937         // that both operands are non-negative, because it will only pessimize
938         // our check against "RightSCEV - 1".
939         Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
940       else if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && LatchBrExitIdx == 0 &&
941                !CanBeMax(SE, RightSCEV, /* IsSignedPredicate */ true)) {
942         // while (true) {               while (true) {
943         //   if (--i == len)     --->     if (--i < len + 1)
944         //     break;                       break;
945         //   ...                          ...
946         // }                            }
947         // TODO: Insert ICMP_ULT if both are non-negative?
948         Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
949         RightSCEV = SE.getAddExpr(RightSCEV, SE.getOne(RightSCEV->getType()));
950         IncreasedRightValueByOne = true;
951       }
952     }
953
954     bool LTPred = (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT || Pred == ICmpInst::ICMP_ULT);
955     bool GTPred = (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT || Pred == ICmpInst::ICMP_UGT);
956
957     bool FoundExpectedPred =
958         (GTPred && LatchBrExitIdx == 1) || (LTPred && LatchBrExitIdx == 0);
959
960     if (!FoundExpectedPred) {
961       FailureReason = "expected icmp sgt semantically, found something else";
962       return None;
963     }
964
965     IsSignedPredicate =
966         Pred == ICmpInst::ICMP_SLT || Pred == ICmpInst::ICMP_SGT;
967     // The predicate that we need to check that the induction variable lies
968     // within bounds.
969     ICmpInst::Predicate BoundPred =
970         IsSignedPredicate ? CmpInst::ICMP_SGT : CmpInst::ICMP_UGT;
971
972     if (LatchBrExitIdx == 0) {
973       const SCEV *StepPlusOne = SE.getAddExpr(Step, SE.getOne(Step->getType()));
974       if (SumCanReachMin(SE, RightSCEV, StepPlusOne, IsSignedPredicate)) {
975         // TODO: this restriction is easily removable -- we just have to
976         // remember that the icmp was an sgt and not an sge.
977         FailureReason = "limit may overflow when coercing ge to gt";
978         return None;
979       }
980
981       if (!SE.isLoopEntryGuardedByCond(
982               &L, BoundPred, IndVarStart,
983               SE.getMinusSCEV(RightSCEV, SE.getOne(RightSCEV->getType())))) {
984         FailureReason = "Induction variable start not bounded by lower limit";
985         return None;
986       }
987
988       // We need to decrease the right value unless we have already increased
989       // it virtually when we replaced EQ with SLT.
990       if (!IncreasedRightValueByOne) {
991         IRBuilder<> B(Preheader->getTerminator());
992         RightValue = B.CreateSub(RightValue, One);
993       }
994     } else {
995       if (!SE.isLoopEntryGuardedByCond(&L, BoundPred, IndVarStart, RightSCEV)) {
996         FailureReason = "Induction variable start not bounded by lower limit";
997         return None;
998       }
999       assert(!IncreasedRightValueByOne &&
1000              "Right value can be increased only for LatchBrExitIdx == 0!");
1001     }
1002   }
1003   BasicBlock *LatchExit = LatchBr->getSuccessor(LatchBrExitIdx);
1004
1005   assert(SE.getLoopDisposition(LatchCount, &L) ==
1006              ScalarEvolution::LoopInvariant &&
1007          "loop variant exit count doesn't make sense!");
1008
1009   assert(!L.contains(LatchExit) && "expected an exit block!");
1010   const DataLayout &DL = Preheader->getModule()->getDataLayout();
1011   Value *IndVarStartV =
1012       SCEVExpander(SE, DL, "irce")
1013           .expandCodeFor(IndVarStart, IndVarTy, Preheader->getTerminator());
1014   IndVarStartV->setName("indvar.start");
1015
1016   LoopStructure Result;
1017
1018   Result.Tag = "main";
1019   Result.Header = Header;
1020   Result.Latch = Latch;
1021   Result.LatchBr = LatchBr;
1022   Result.LatchExit = LatchExit;
1023   Result.LatchBrExitIdx = LatchBrExitIdx;
1024   Result.IndVarStart = IndVarStartV;
1025   Result.IndVarStep = StepCI;
1026   Result.IndVarBase = LeftValue;
1027   Result.IndVarIncreasing = IsIncreasing;
1028   Result.LoopExitAt = RightValue;
1029   Result.IsSignedPredicate = IsSignedPredicate;
1030
1031   FailureReason = nullptr;
1032
1033   return Result;
1034 }
1035
1036 Optional<LoopConstrainer::SubRanges>
1037 LoopConstrainer::calculateSubRanges(bool IsSignedPredicate) const {
1038   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(LatchTakenCount->getType());
1039
1040   if (Range.getType() != Ty)
1041     return None;
1042
1043   LoopConstrainer::SubRanges Result;
1044
1045   // I think we can be more aggressive here and make this nuw / nsw if the
1046   // addition that feeds into the icmp for the latch's terminating branch is nuw
1047   // / nsw.  In any case, a wrapping 2's complement addition is safe.
1048   const SCEV *Start = SE.getSCEV(MainLoopStructure.IndVarStart);
1049   const SCEV *End = SE.getSCEV(MainLoopStructure.LoopExitAt);
1050
1051   bool Increasing = MainLoopStructure.IndVarIncreasing;
1052
1053   // We compute `Smallest` and `Greatest` such that [Smallest, Greatest), or
1054   // [Smallest, GreatestSeen] is the range of values the induction variable
1055   // takes.
1056
1057   const SCEV *Smallest = nullptr, *Greatest = nullptr, *GreatestSeen = nullptr;
1058
1059   const SCEV *One = SE.getOne(Ty);
1060   if (Increasing) {
1061     Smallest = Start;
1062     Greatest = End;
1063     // No overflow, because the range [Smallest, GreatestSeen] is not empty.
1064     GreatestSeen = SE.getMinusSCEV(End, One);
1065   } else {
1066     // These two computations may sign-overflow.  Here is why that is okay:
1067     //
1068     // We know that the induction variable does not sign-overflow on any
1069     // iteration except the last one, and it starts at `Start` and ends at
1070     // `End`, decrementing by one every time.
1071     //
1072     //  * if `Smallest` sign-overflows we know `End` is `INT_SMAX`. Since the
1073     //    induction variable is decreasing we know that that the smallest value
1074     //    the loop body is actually executed with is `INT_SMIN` == `Smallest`.
1075     //
1076     //  * if `Greatest` sign-overflows, we know it can only be `INT_SMIN`.  In
1077     //    that case, `Clamp` will always return `Smallest` and
1078     //    [`Result.LowLimit`, `Result.HighLimit`) = [`Smallest`, `Smallest`)
1079     //    will be an empty range.  Returning an empty range is always safe.
1080     //
1081
1082     Smallest = SE.getAddExpr(End, One);
1083     Greatest = SE.getAddExpr(Start, One);
1084     GreatestSeen = Start;
1085   }
1086
1087   auto Clamp = [this, Smallest, Greatest, IsSignedPredicate](const SCEV *S) {
1088     bool MaybeNegativeValues = IsSignedPredicate || !SE.isKnownNonNegative(S);
1089     return MaybeNegativeValues
1090                ? SE.getSMaxExpr(Smallest, SE.getSMinExpr(Greatest, S))
1091                : SE.getUMaxExpr(Smallest, SE.getUMinExpr(Greatest, S));
1092   };
1093
1094   // In some cases we can prove that we don't need a pre or post loop.
1095   ICmpInst::Predicate PredLE =
1096       IsSignedPredicate ? ICmpInst::ICMP_SLE : ICmpInst::ICMP_ULE;
1097   ICmpInst::Predicate PredLT =
1098       IsSignedPredicate ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT;
1099
1100   bool ProvablyNoPreloop =
1101       SE.isKnownPredicate(PredLE, Range.getBegin(), Smallest);
1102   if (!ProvablyNoPreloop)
1103     Result.LowLimit = Clamp(Range.getBegin());
1104
1105   bool ProvablyNoPostLoop =
1106       SE.isKnownPredicate(PredLT, GreatestSeen, Range.getEnd());
1107   if (!ProvablyNoPostLoop)
1108     Result.HighLimit = Clamp(Range.getEnd());
1109
1110   return Result;
1111 }
1112
1113 void LoopConstrainer::cloneLoop(LoopConstrainer::ClonedLoop &Result,
1114                                 const char *Tag) const {
1115   for (BasicBlock *BB : OriginalLoop.getBlocks()) {
1116     BasicBlock *Clone = CloneBasicBlock(BB, Result.Map, Twine(".") + Tag, &F);
1117     Result.Blocks.push_back(Clone);
1118     Result.Map[BB] = Clone;
1119   }
1120
1121   auto GetClonedValue = [&Result](Value *V) {
1122     assert(V && "null values not in domain!");
1123     auto It = Result.Map.find(V);
1124     if (It == Result.Map.end())
1125       return V;
1126     return static_cast<Value *>(It->second);
1127   };
1128
1129   auto *ClonedLatch =
1130       cast<BasicBlock>(GetClonedValue(OriginalLoop.getLoopLatch()));
1131   ClonedLatch->getTerminator()->setMetadata(ClonedLoopTag,
1132                                             MDNode::get(Ctx, {}));
1133
1134   Result.Structure = MainLoopStructure.map(GetClonedValue);
1135   Result.Structure.Tag = Tag;
1136
1137   for (unsigned i = 0, e = Result.Blocks.size(); i != e; ++i) {
1138     BasicBlock *ClonedBB = Result.Blocks[i];
1139     BasicBlock *OriginalBB = OriginalLoop.getBlocks()[i];
1140
1141     assert(Result.Map[OriginalBB] == ClonedBB && "invariant!");
1142
1143     for (Instruction &I : *ClonedBB)
1144       RemapInstruction(&I, Result.Map,
1145                        RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingLocals);
1146
1147     // Exit blocks will now have one more predecessor and their PHI nodes need
1148     // to be edited to reflect that.  No phi nodes need to be introduced because
1149     // the loop is in LCSSA.
1150
1151     for (auto *SBB : successors(OriginalBB)) {
1152       if (OriginalLoop.contains(SBB))
1153         continue; // not an exit block
1154
1155       for (Instruction &I : *SBB) {
1156         auto *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
1157         if (!PN)
1158           break;
1159
1160         Value *OldIncoming = PN->getIncomingValueForBlock(OriginalBB);
1161         PN->addIncoming(GetClonedValue(OldIncoming), ClonedBB);
1162       }
1163     }
1164   }
1165 }
1166
1167 LoopConstrainer::RewrittenRangeInfo LoopConstrainer::changeIterationSpaceEnd(
1168     const LoopStructure &LS, BasicBlock *Preheader, Value *ExitSubloopAt,
1169     BasicBlock *ContinuationBlock) const {
1170
1171   // We start with a loop with a single latch:
1172   //
1173   //    +--------------------+
1174   //    |                    |
1175   //    |     preheader      |
1176   //    |                    |
1177   //    +--------+-----------+
1178   //             |      ----------------\
1179   //             |     /                |
1180   //    +--------v----v------+          |
1181   //    |                    |          |
1182   //    |      header        |          |
1183   //    |                    |          |
1184   //    +--------------------+          |
1185   //                                    |
1186   //            .....                   |
1187   //                                    |
1188   //    +--------------------+          |
1189   //    |                    |          |
1190   //    |       latch        >----------/
1191   //    |                    |
1192   //    +-------v------------+
1193   //            |
1194   //            |
1195   //            |   +--------------------+
1196   //            |   |                    |
1197   //            +--->   original exit    |
1198   //                |                    |
1199   //                +--------------------+
1200   //
1201   // We change the control flow to look like
1202   //
1203   //
1204   //    +--------------------+
1205   //    |                    |
1206   //    |     preheader      >-------------------------+
1207   //    |                    |                         |
1208   //    +--------v-----------+                         |
1209   //             |    /-------------+                  |
1210   //             |   /              |                  |
1211   //    +--------v--v--------+      |                  |
1212   //    |                    |      |                  |
1213   //    |      header        |      |   +--------+     |
1214   //    |                    |      |   |        |     |
1215   //    +--------------------+      |   |  +-----v-----v-----------+
1216   //                                |   |  |                       |
1217   //                                |   |  |     .pseudo.exit      |
1218   //                                |   |  |                       |
1219   //                                |   |  +-----------v-----------+
1220   //                                |   |              |
1221   //            .....               |   |              |
1222   //                                |   |     +--------v-------------+
1223   //    +--------------------+      |   |     |                      |
1224   //    |                    |      |   |     |   ContinuationBlock  |
1225   //    |       latch        >------+   |     |                      |
1226   //    |                    |          |     +----------------------+
1227   //    +---------v----------+          |
1228   //              |                     |
1229   //              |                     |
1230   //              |     +---------------^-----+
1231   //              |     |                     |
1232   //              +----->    .exit.selector   |
1233   //                    |                     |
1234   //                    +----------v----------+
1235   //                               |
1236   //     +--------------------+    |
1237   //     |                    |    |
1238   //     |   original exit    <----+
1239   //     |                    |
1240   //     +--------------------+
1241   //
1242
1243   RewrittenRangeInfo RRI;
1244
1245   BasicBlock *BBInsertLocation = LS.Latch->getNextNode();
1246   RRI.ExitSelector = BasicBlock::Create(Ctx, Twine(LS.Tag) + ".exit.selector",
1247                                         &F, BBInsertLocation);
1248   RRI.PseudoExit = BasicBlock::Create(Ctx, Twine(LS.Tag) + ".pseudo.exit", &F,
1249                                       BBInsertLocation);
1250
1251   BranchInst *PreheaderJump = cast<BranchInst>(Preheader->getTerminator());
1252   bool Increasing = LS.IndVarIncreasing;
1253   bool IsSignedPredicate = LS.IsSignedPredicate;
1254
1255   IRBuilder<> B(PreheaderJump);
1256
1257   // EnterLoopCond - is it okay to start executing this `LS'?
1258   Value *EnterLoopCond = nullptr;
1259   if (Increasing)
1260     EnterLoopCond = IsSignedPredicate
1261                         ? B.CreateICmpSLT(LS.IndVarStart, ExitSubloopAt)
1262                         : B.CreateICmpULT(LS.IndVarStart, ExitSubloopAt);
1263   else
1264     EnterLoopCond = IsSignedPredicate
1265                         ? B.CreateICmpSGT(LS.IndVarStart, ExitSubloopAt)
1266                         : B.CreateICmpUGT(LS.IndVarStart, ExitSubloopAt);
1267
1268   B.CreateCondBr(EnterLoopCond, LS.Header, RRI.PseudoExit);
1269   PreheaderJump->eraseFromParent();
1270
1271   LS.LatchBr->setSuccessor(LS.LatchBrExitIdx, RRI.ExitSelector);
1272   B.SetInsertPoint(LS.LatchBr);
1273   Value *TakeBackedgeLoopCond = nullptr;
1274   if (Increasing)
1275     TakeBackedgeLoopCond = IsSignedPredicate
1276                         ? B.CreateICmpSLT(LS.IndVarBase, ExitSubloopAt)
1277                         : B.CreateICmpULT(LS.IndVarBase, ExitSubloopAt);
1278   else
1279     TakeBackedgeLoopCond = IsSignedPredicate
1280                         ? B.CreateICmpSGT(LS.IndVarBase, ExitSubloopAt)
1281                         : B.CreateICmpUGT(LS.IndVarBase, ExitSubloopAt);
1282   Value *CondForBranch = LS.LatchBrExitIdx == 1
1283                              ? TakeBackedgeLoopCond
1284                              : B.CreateNot(TakeBackedgeLoopCond);
1285
1286   LS.LatchBr->setCondition(CondForBranch);
1287
1288   B.SetInsertPoint(RRI.ExitSelector);
1289
1290   // IterationsLeft - are there any more iterations left, given the original
1291   // upper bound on the induction variable?  If not, we branch to the "real"
1292   // exit.
1293   Value *IterationsLeft = nullptr;
1294   if (Increasing)
1295     IterationsLeft = IsSignedPredicate
1296                          ? B.CreateICmpSLT(LS.IndVarBase, LS.LoopExitAt)
1297                          : B.CreateICmpULT(LS.IndVarBase, LS.LoopExitAt);
1298   else
1299     IterationsLeft = IsSignedPredicate
1300                          ? B.CreateICmpSGT(LS.IndVarBase, LS.LoopExitAt)
1301                          : B.CreateICmpUGT(LS.IndVarBase, LS.LoopExitAt);
1302   B.CreateCondBr(IterationsLeft, RRI.PseudoExit, LS.LatchExit);
1303
1304   BranchInst *BranchToContinuation =
1305       BranchInst::Create(ContinuationBlock, RRI.PseudoExit);
1306
1307   // We emit PHI nodes into `RRI.PseudoExit' that compute the "latest" value of
1308   // each of the PHI nodes in the loop header.  This feeds into the initial
1309   // value of the same PHI nodes if/when we continue execution.
1310   for (Instruction &I : *LS.Header) {
1311     auto *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
1312     if (!PN)
1313       break;
1314
1315     PHINode *NewPHI = PHINode::Create(PN->getType(), 2, PN->getName() + ".copy",
1316                                       BranchToContinuation);
1317
1318     NewPHI->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(Preheader), Preheader);
1319     NewPHI->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(LS.Latch),
1320                         RRI.ExitSelector);
1321     RRI.PHIValuesAtPseudoExit.push_back(NewPHI);
1322   }
1323
1324   RRI.IndVarEnd = PHINode::Create(LS.IndVarBase->getType(), 2, "indvar.end",
1325                                   BranchToContinuation);
1326   RRI.IndVarEnd->addIncoming(LS.IndVarStart, Preheader);
1327   RRI.IndVarEnd->addIncoming(LS.IndVarBase, RRI.ExitSelector);
1328
1329   // The latch exit now has a branch from `RRI.ExitSelector' instead of
1330   // `LS.Latch'.  The PHI nodes need to be updated to reflect that.
1331   for (Instruction &I : *LS.LatchExit) {
1332     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I))
1333       replacePHIBlock(PN, LS.Latch, RRI.ExitSelector);
1334     else
1335       break;
1336   }
1337
1338   return RRI;
1339 }
1340
1341 void LoopConstrainer::rewriteIncomingValuesForPHIs(
1342     LoopStructure &LS, BasicBlock *ContinuationBlock,
1343     const LoopConstrainer::RewrittenRangeInfo &RRI) const {
1344
1345   unsigned PHIIndex = 0;
1346   for (Instruction &I : *LS.Header) {
1347     auto *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
1348     if (!PN)
1349       break;
1350
1351     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i < e; ++i)
1352       if (PN->getIncomingBlock(i) == ContinuationBlock)
1353         PN->setIncomingValue(i, RRI.PHIValuesAtPseudoExit[PHIIndex++]);
1354   }
1355
1356   LS.IndVarStart = RRI.IndVarEnd;
1357 }
1358
1359 BasicBlock *LoopConstrainer::createPreheader(const LoopStructure &LS,
1360                                              BasicBlock *OldPreheader,
1361                                              const char *Tag) const {
1362
1363   BasicBlock *Preheader = BasicBlock::Create(Ctx, Tag, &F, LS.Header);
1364   BranchInst::Create(LS.Header, Preheader);
1365
1366   for (Instruction &I : *LS.Header) {
1367     auto *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
1368     if (!PN)
1369       break;
1370
1371     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i < e; ++i)
1372       replacePHIBlock(PN, OldPreheader, Preheader);
1373   }
1374
1375   return Preheader;
1376 }
1377
1378 void LoopConstrainer::addToParentLoopIfNeeded(ArrayRef<BasicBlock *> BBs) {
1379   Loop *ParentLoop = OriginalLoop.getParentLoop();
1380   if (!ParentLoop)
1381     return;
1382
1383   for (BasicBlock *BB : BBs)
1384     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(BB, LI);
1385 }
1386
1387 Loop *LoopConstrainer::createClonedLoopStructure(Loop *Original, Loop *Parent,
1388                                                  ValueToValueMapTy &VM) {
1389   Loop &New = *new Loop();
1390   if (Parent)
1391     Parent->addChildLoop(&New);
1392   else
1393     LI.addTopLevelLoop(&New);
1394   LPM.addLoop(New);
1395
1396   // Add all of the blocks in Original to the new loop.
1397   for (auto *BB : Original->blocks())
1398     if (LI.getLoopFor(BB) == Original)
1399       New.addBasicBlockToLoop(cast<BasicBlock>(VM[BB]), LI);
1400
1401   // Add all of the subloops to the new loop.
1402   for (Loop *SubLoop : *Original)
1403     createClonedLoopStructure(SubLoop, &New, VM);
1404
1405   return &New;
1406 }
1407
1408 bool LoopConstrainer::run() {
1409   BasicBlock *Preheader = nullptr;
1410   LatchTakenCount = SE.getExitCount(&OriginalLoop, MainLoopStructure.Latch);
1411   Preheader = OriginalLoop.getLoopPreheader();
1412   assert(!isa<SCEVCouldNotCompute>(LatchTakenCount) && Preheader != nullptr &&
1413          "preconditions!");
1414
1415   OriginalPreheader = Preheader;
1416   MainLoopPreheader = Preheader;
1417
1418   bool IsSignedPredicate = MainLoopStructure.IsSignedPredicate;
1419   Optional<SubRanges> MaybeSR = calculateSubRanges(IsSignedPredicate);
1420   if (!MaybeSR.hasValue()) {
1421     DEBUG(dbgs() << "irce: could not compute subranges\n");
1422     return false;
1423   }
1424
1425   SubRanges SR = MaybeSR.getValue();
1426   bool Increasing = MainLoopStructure.IndVarIncreasing;
1427   IntegerType *IVTy =
1428       cast<IntegerType>(MainLoopStructure.IndVarBase->getType());
1429
1430   SCEVExpander Expander(SE, F.getParent()->getDataLayout(), "irce");
1431   Instruction *InsertPt = OriginalPreheader->getTerminator();
1432
1433   // It would have been better to make `PreLoop' and `PostLoop'
1434   // `Optional<ClonedLoop>'s, but `ValueToValueMapTy' does not have a copy
1435   // constructor.
1436   ClonedLoop PreLoop, PostLoop;
1437   bool NeedsPreLoop =
1438       Increasing ? SR.LowLimit.hasValue() : SR.HighLimit.hasValue();
1439   bool NeedsPostLoop =
1440       Increasing ? SR.HighLimit.hasValue() : SR.LowLimit.hasValue();
1441
1442   Value *ExitPreLoopAt = nullptr;
1443   Value *ExitMainLoopAt = nullptr;
1444   const SCEVConstant *MinusOneS =
1445       cast<SCEVConstant>(SE.getConstant(IVTy, -1, true /* isSigned */));
1446
1447   if (NeedsPreLoop) {
1448     const SCEV *ExitPreLoopAtSCEV = nullptr;
1449
1450     if (Increasing)
1451       ExitPreLoopAtSCEV = *SR.LowLimit;
1452     else {
1453       if (CanBeMin(SE, *SR.HighLimit, IsSignedPredicate)) {
1454         DEBUG(dbgs() << "irce: could not prove no-overflow when computing "
1455                      << "preloop exit limit.  HighLimit = " << *(*SR.HighLimit)
1456                      << "\n");
1457         return false;
1458       }
1459       ExitPreLoopAtSCEV = SE.getAddExpr(*SR.HighLimit, MinusOneS);
1460     }
1461
1462     ExitPreLoopAt = Expander.expandCodeFor(ExitPreLoopAtSCEV, IVTy, InsertPt);
1463     ExitPreLoopAt->setName("exit.preloop.at");
1464   }
1465
1466   if (NeedsPostLoop) {
1467     const SCEV *ExitMainLoopAtSCEV = nullptr;
1468
1469     if (Increasing)
1470       ExitMainLoopAtSCEV = *SR.HighLimit;
1471     else {
1472       if (CanBeMin(SE, *SR.LowLimit, IsSignedPredicate)) {
1473         DEBUG(dbgs() << "irce: could not prove no-overflow when computing "
1474                      << "mainloop exit limit.  LowLimit = " << *(*SR.LowLimit)
1475                      << "\n");
1476         return false;
1477       }
1478       ExitMainLoopAtSCEV = SE.getAddExpr(*SR.LowLimit, MinusOneS);
1479     }
1480
1481     ExitMainLoopAt = Expander.expandCodeFor(ExitMainLoopAtSCEV, IVTy, InsertPt);
1482     ExitMainLoopAt->setName("exit.mainloop.at");
1483   }
1484
1485   // We clone these ahead of time so that we don't have to deal with changing
1486   // and temporarily invalid IR as we transform the loops.
1487   if (NeedsPreLoop)
1488     cloneLoop(PreLoop, "preloop");
1489   if (NeedsPostLoop)
1490     cloneLoop(PostLoop, "postloop");
1491
1492   RewrittenRangeInfo PreLoopRRI;
1493
1494   if (NeedsPreLoop) {
1495     Preheader->getTerminator()->replaceUsesOfWith(MainLoopStructure.Header,
1496                                                   PreLoop.Structure.Header);
1497
1498     MainLoopPreheader =
1499         createPreheader(MainLoopStructure, Preheader, "mainloop");
1500     PreLoopRRI = changeIterationSpaceEnd(PreLoop.Structure, Preheader,
1501                                          ExitPreLoopAt, MainLoopPreheader);
1502     rewriteIncomingValuesForPHIs(MainLoopStructure, MainLoopPreheader,
1503                                  PreLoopRRI);
1504   }
1505
1506   BasicBlock *PostLoopPreheader = nullptr;
1507   RewrittenRangeInfo PostLoopRRI;
1508
1509   if (NeedsPostLoop) {
1510     PostLoopPreheader =
1511         createPreheader(PostLoop.Structure, Preheader, "postloop");
1512     PostLoopRRI = changeIterationSpaceEnd(MainLoopStructure, MainLoopPreheader,
1513                                           ExitMainLoopAt, PostLoopPreheader);
1514     rewriteIncomingValuesForPHIs(PostLoop.Structure, PostLoopPreheader,
1515                                  PostLoopRRI);
1516   }
1517
1518   BasicBlock *NewMainLoopPreheader =
1519       MainLoopPreheader != Preheader ? MainLoopPreheader : nullptr;
1520   BasicBlock *NewBlocks[] = {PostLoopPreheader,        PreLoopRRI.PseudoExit,
1521                              PreLoopRRI.ExitSelector,  PostLoopRRI.PseudoExit,
1522                              PostLoopRRI.ExitSelector, NewMainLoopPreheader};
1523
1524   // Some of the above may be nullptr, filter them out before passing to
1525   // addToParentLoopIfNeeded.
1526   auto NewBlocksEnd =
1527       std::remove(std::begin(NewBlocks), std::end(NewBlocks), nullptr);
1528
1529   addToParentLoopIfNeeded(makeArrayRef(std::begin(NewBlocks), NewBlocksEnd));
1530
1531   DT.recalculate(F);
1532
1533   // We need to first add all the pre and post loop blocks into the loop
1534   // structures (as part of createClonedLoopStructure), and then update the
1535   // LCSSA form and LoopSimplifyForm. This is necessary for correctly updating
1536   // LI when LoopSimplifyForm is generated.
1537   Loop *PreL = nullptr, *PostL = nullptr;
1538   if (!PreLoop.Blocks.empty()) {
1539     PreL = createClonedLoopStructure(
1540         &OriginalLoop, OriginalLoop.getParentLoop(), PreLoop.Map);
1541   }
1542
1543   if (!PostLoop.Blocks.empty()) {
1544     PostL = createClonedLoopStructure(
1545         &OriginalLoop, OriginalLoop.getParentLoop(), PostLoop.Map);
1546   }
1547
1548   // This function canonicalizes the loop into Loop-Simplify and LCSSA forms.
1549   auto CanonicalizeLoop = [&] (Loop *L, bool IsOriginalLoop) {
1550     formLCSSARecursively(*L, DT, &LI, &SE);
1551     simplifyLoop(L, &DT, &LI, &SE, nullptr, true);
1552     // Pre/post loops are slow paths, we do not need to perform any loop
1553     // optimizations on them.
1554     if (!IsOriginalLoop)
1555       DisableAllLoopOptsOnLoop(*L);
1556   };
1557   if (PreL)
1558     CanonicalizeLoop(PreL, false);
1559   if (PostL)
1560     CanonicalizeLoop(PostL, false);
1561   CanonicalizeLoop(&OriginalLoop, true);
1562
1563   return true;
1564 }
1565
1566 /// Computes and returns a range of values for the induction variable (IndVar)
1567 /// in which the range check can be safely elided.  If it cannot compute such a
1568 /// range, returns None.
1569 Optional<InductiveRangeCheck::Range>
1570 InductiveRangeCheck::computeSafeIterationSpace(
1571     ScalarEvolution &SE, const SCEVAddRecExpr *IndVar) const {
1572   // IndVar is of the form "A + B * I" (where "I" is the canonical induction
1573   // variable, that may or may not exist as a real llvm::Value in the loop) and
1574   // this inductive range check is a range check on the "C + D * I" ("C" is
1575   // getOffset() and "D" is getScale()).  We rewrite the value being range
1576   // checked to "M + N * IndVar" where "N" = "D * B^(-1)" and "M" = "C - NA".
1577   //
1578   // The actual inequalities we solve are of the form
1579   //
1580   //   0 <= M + 1 * IndVar < L given L >= 0  (i.e. N == 1)
1581   //
1582   // The inequality is satisfied by -M <= IndVar < (L - M) [^1].  All additions
1583   // and subtractions are twos-complement wrapping and comparisons are signed.
1584   //
1585   // Proof:
1586   //
1587   //   If there exists IndVar such that -M <= IndVar < (L - M) then it follows
1588   //   that -M <= (-M + L) [== Eq. 1].  Since L >= 0, if (-M + L) sign-overflows
1589   //   then (-M + L) < (-M).  Hence by [Eq. 1], (-M + L) could not have
1590   //   overflown.
1591   //
1592   //   This means IndVar = t + (-M) for t in [0, L).  Hence (IndVar + M) = t.
1593   //   Hence 0 <= (IndVar + M) < L
1594
1595   // [^1]: Note that the solution does _not_ apply if L < 0; consider values M =
1596   // 127, IndVar = 126 and L = -2 in an i8 world.
1597
1598   if (!IndVar->isAffine())
1599     return None;
1600
1601   const SCEV *A = IndVar->getStart();
1602   const SCEVConstant *B = dyn_cast<SCEVConstant>(IndVar->getStepRecurrence(SE));
1603   if (!B)
1604     return None;
1605   assert(!B->isZero() && "Recurrence with zero step?");
1606
1607   const SCEV *C = getOffset();
1608   const SCEVConstant *D = dyn_cast<SCEVConstant>(getScale());
1609   if (D != B)
1610     return None;
1611
1612   assert(!D->getValue()->isZero() && "Recurrence with zero step?");
1613
1614   const SCEV *M = SE.getMinusSCEV(C, A);
1615   const SCEV *Begin = SE.getNegativeSCEV(M);
1616   const SCEV *UpperLimit = nullptr;
1617
1618   // We strengthen "0 <= I" to "0 <= I < INT_SMAX" and "I < L" to "0 <= I < L".
1619   // We can potentially do much better here.
1620   if (Value *V = getLength()) {
1621     UpperLimit = SE.getSCEV(V);
1622   } else {
1623     assert(Kind == InductiveRangeCheck::RANGE_CHECK_LOWER && "invariant!");
1624     unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(IndVar->getType())->getBitWidth();
1625     UpperLimit = SE.getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth));
1626   }
1627
1628   const SCEV *End = SE.getMinusSCEV(UpperLimit, M);
1629   return InductiveRangeCheck::Range(Begin, End);
1630 }
1631
1632 static Optional<InductiveRangeCheck::Range>
1633 IntersectRange(ScalarEvolution &SE,
1634                const Optional<InductiveRangeCheck::Range> &R1,
1635                const InductiveRangeCheck::Range &R2) {
1636   if (!R1.hasValue())
1637     return R2;
1638   auto &R1Value = R1.getValue();
1639
1640   // TODO: we could widen the smaller range and have this work; but for now we
1641   // bail out to keep things simple.
1642   if (R1Value.getType() != R2.getType())
1643     return None;
1644
1645   const SCEV *NewBegin = SE.getSMaxExpr(R1Value.getBegin(), R2.getBegin());
1646   const SCEV *NewEnd = SE.getSMinExpr(R1Value.getEnd(), R2.getEnd());
1647
1648   return InductiveRangeCheck::Range(NewBegin, NewEnd);
1649 }
1650
1651 bool InductiveRangeCheckElimination::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
1652   if (skipLoop(L))
1653     return false;
1654
1655   if (L->getBlocks().size() >= LoopSizeCutoff) {
1656     DEBUG(dbgs() << "irce: giving up constraining loop, too large\n";);
1657     return false;
1658   }
1659
1660   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
1661   if (!Preheader) {
1662     DEBUG(dbgs() << "irce: loop has no preheader, leaving\n");
1663     return false;
1664   }
1665
1666   LLVMContext &Context = Preheader->getContext();
1667   SmallVector<InductiveRangeCheck, 16> RangeChecks;
1668   ScalarEvolution &SE = getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
1669   BranchProbabilityInfo &BPI =
1670       getAnalysis<BranchProbabilityInfoWrapperPass>().getBPI();
1671
1672   for (auto BBI : L->getBlocks())
1673     if (BranchInst *TBI = dyn_cast<BranchInst>(BBI->getTerminator()))
1674       InductiveRangeCheck::extractRangeChecksFromBranch(TBI, L, SE, BPI,
1675                                                         RangeChecks);
1676
1677   if (RangeChecks.empty())
1678     return false;
1679
1680   auto PrintRecognizedRangeChecks = [&](raw_ostream &OS) {
1681     OS << "irce: looking at loop "; L->print(OS);
1682     OS << "irce: loop has " << RangeChecks.size()
1683        << " inductive range checks: \n";
1684     for (InductiveRangeCheck &IRC : RangeChecks)
1685       IRC.print(OS);
1686   };
1687
1688   DEBUG(PrintRecognizedRangeChecks(dbgs()));
1689
1690   if (PrintRangeChecks)
1691     PrintRecognizedRangeChecks(errs());
1692
1693   const char *FailureReason = nullptr;
1694   Optional<LoopStructure> MaybeLoopStructure =
1695       LoopStructure::parseLoopStructure(SE, BPI, *L, FailureReason);
1696   if (!MaybeLoopStructure.hasValue()) {
1697     DEBUG(dbgs() << "irce: could not parse loop structure: " << FailureReason
1698                  << "\n";);
1699     return false;
1700   }
1701   LoopStructure LS = MaybeLoopStructure.getValue();
1702   const SCEVAddRecExpr *IndVar =
1703       cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getMinusSCEV(SE.getSCEV(LS.IndVarBase), SE.getSCEV(LS.IndVarStep)));
1704
1705   Optional<InductiveRangeCheck::Range> SafeIterRange;
1706   Instruction *ExprInsertPt = Preheader->getTerminator();
1707
1708   SmallVector<InductiveRangeCheck, 4> RangeChecksToEliminate;
1709
1710   IRBuilder<> B(ExprInsertPt);
1711   for (InductiveRangeCheck &IRC : RangeChecks) {
1712     auto Result = IRC.computeSafeIterationSpace(SE, IndVar);
1713     if (Result.hasValue()) {
1714       auto MaybeSafeIterRange =
1715           IntersectRange(SE, SafeIterRange, Result.getValue());
1716       if (MaybeSafeIterRange.hasValue()) {
1717         RangeChecksToEliminate.push_back(IRC);
1718         SafeIterRange = MaybeSafeIterRange.getValue();
1719       }
1720     }
1721   }
1722
1723   if (!SafeIterRange.hasValue())
1724     return false;
1725
1726   auto &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1727   LoopConstrainer LC(*L, getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo(), LPM,
1728                      LS, SE, DT, SafeIterRange.getValue());
1729   bool Changed = LC.run();
1730
1731   if (Changed) {
1732     auto PrintConstrainedLoopInfo = [L]() {
1733       dbgs() << "irce: in function ";
1734       dbgs() << L->getHeader()->getParent()->getName() << ": ";
1735       dbgs() << "constrained ";
1736       L->print(dbgs());
1737     };
1738
1739     DEBUG(PrintConstrainedLoopInfo());
1740
1741     if (PrintChangedLoops)
1742       PrintConstrainedLoopInfo();
1743
1744     // Optimize away the now-redundant range checks.
1745
1746     for (InductiveRangeCheck &IRC : RangeChecksToEliminate) {
1747       ConstantInt *FoldedRangeCheck = IRC.getPassingDirection()
1748                                           ? ConstantInt::getTrue(Context)
1749                                           : ConstantInt::getFalse(Context);
1750       IRC.getCheckUse()->set(FoldedRangeCheck);
1751     }
1752   }
1753
1754   return Changed;
1755 }
1756
1757 Pass *llvm::createInductiveRangeCheckEliminationPass() {
1758   return new InductiveRangeCheckElimination;
1759 }