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Update aosp/master LLVM for rebase to r230699.
[android-x86/external-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs in Loops --------------===//
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 transformation analyzes and transforms the induction variables (and
11 // computations derived from them) into forms suitable for efficient execution
12 // on the target.
13 //
14 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
15 // have as one or more of their components the loop induction variable, it
16 // rewrites expressions to take advantage of scaled-index addressing modes
17 // available on the target, and it performs a variety of other optimizations
18 // related to loop induction variables.
19 //
20 // Terminology note: this code has a lot of handling for "post-increment" or
21 // "post-inc" users. This is not talking about post-increment addressing modes;
22 // it is instead talking about code like this:
23 //
24 //   %i = phi [ 0, %entry ], [ %i.next, %latch ]
25 //   ...
26 //   %i.next = add %i, 1
27 //   %c = icmp eq %i.next, %n
28 //
29 // The SCEV for %i is {0,+,1}<%L>. The SCEV for %i.next is {1,+,1}<%L>, however
30 // it's useful to think about these as the same register, with some uses using
31 // the value of the register before the add and some using // it after. In this
32 // example, the icmp is a post-increment user, since it uses %i.next, which is
33 // the value of the induction variable after the increment. The other common
34 // case of post-increment users is users outside the loop.
35 //
36 // TODO: More sophistication in the way Formulae are generated and filtered.
37 //
38 // TODO: Handle multiple loops at a time.
39 //
40 // TODO: Should the addressing mode BaseGV be changed to a ConstantExpr instead
41 //       of a GlobalValue?
42 //
43 // TODO: When truncation is free, truncate ICmp users' operands to make it a
44 //       smaller encoding (on x86 at least).
45 //
46 // TODO: When a negated register is used by an add (such as in a list of
47 //       multiple base registers, or as the increment expression in an addrec),
48 //       we may not actually need both reg and (-1 * reg) in registers; the
49 //       negation can be implemented by using a sub instead of an add. The
50 //       lack of support for taking this into consideration when making
51 //       register pressure decisions is partly worked around by the "Special"
52 //       use kind.
53 //
54 //===----------------------------------------------------------------------===//
55
56 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
57 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
58 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
59 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
60 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
61 #include "llvm/ADT/SmallBitVector.h"
62 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
63 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
64 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
65 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
66 #include "llvm/IR/Constants.h"
67 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
68 #include "llvm/IR/Dominators.h"
69 #include "llvm/IR/Instructions.h"
70 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
71 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
72 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
73 #include "llvm/Support/Debug.h"
74 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
75 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
76 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
77 #include <algorithm>
78 using namespace llvm;
79
80 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
81
82 /// MaxIVUsers is an arbitrary threshold that provides an early opportunitiy for
83 /// bail out. This threshold is far beyond the number of users that LSR can
84 /// conceivably solve, so it should not affect generated code, but catches the
85 /// worst cases before LSR burns too much compile time and stack space.
86 static const unsigned MaxIVUsers = 200;
87
88 // Temporary flag to cleanup congruent phis after LSR phi expansion.
89 // It's currently disabled until we can determine whether it's truly useful or
90 // not. The flag should be removed after the v3.0 release.
91 // This is now needed for ivchains.
92 static cl::opt<bool> EnablePhiElim(
93   "enable-lsr-phielim", cl::Hidden, cl::init(true),
94   cl::desc("Enable LSR phi elimination"));
95
96 #ifndef NDEBUG
97 // Stress test IV chain generation.
98 static cl::opt<bool> StressIVChain(
99   "stress-ivchain", cl::Hidden, cl::init(false),
100   cl::desc("Stress test LSR IV chains"));
101 #else
102 static bool StressIVChain = false;
103 #endif
104
105 namespace {
106
107 /// RegSortData - This class holds data which is used to order reuse candidates.
108 class RegSortData {
109 public:
110   /// UsedByIndices - This represents the set of LSRUse indices which reference
111   /// a particular register.
112   SmallBitVector UsedByIndices;
113
114   RegSortData() {}
115
116   void print(raw_ostream &OS) const;
117   void dump() const;
118 };
119
120 }
121
122 void RegSortData::print(raw_ostream &OS) const {
123   OS << "[NumUses=" << UsedByIndices.count() << ']';
124 }
125
126 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
127 void RegSortData::dump() const {
128   print(errs()); errs() << '\n';
129 }
130 #endif
131
132 namespace {
133
134 /// RegUseTracker - Map register candidates to information about how they are
135 /// used.
136 class RegUseTracker {
137   typedef DenseMap<const SCEV *, RegSortData> RegUsesTy;
138
139   RegUsesTy RegUsesMap;
140   SmallVector<const SCEV *, 16> RegSequence;
141
142 public:
143   void CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
144   void DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
145   void SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx);
146
147   bool isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const;
148
149   const SmallBitVector &getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const;
150
151   void clear();
152
153   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator iterator;
154   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator const_iterator;
155   iterator begin() { return RegSequence.begin(); }
156   iterator end()   { return RegSequence.end(); }
157   const_iterator begin() const { return RegSequence.begin(); }
158   const_iterator end() const   { return RegSequence.end(); }
159 };
160
161 }
162
163 void
164 RegUseTracker::CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
165   std::pair<RegUsesTy::iterator, bool> Pair =
166     RegUsesMap.insert(std::make_pair(Reg, RegSortData()));
167   RegSortData &RSD = Pair.first->second;
168   if (Pair.second)
169     RegSequence.push_back(Reg);
170   RSD.UsedByIndices.resize(std::max(RSD.UsedByIndices.size(), LUIdx + 1));
171   RSD.UsedByIndices.set(LUIdx);
172 }
173
174 void
175 RegUseTracker::DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
176   RegUsesTy::iterator It = RegUsesMap.find(Reg);
177   assert(It != RegUsesMap.end());
178   RegSortData &RSD = It->second;
179   assert(RSD.UsedByIndices.size() > LUIdx);
180   RSD.UsedByIndices.reset(LUIdx);
181 }
182
183 void
184 RegUseTracker::SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx) {
185   assert(LUIdx <= LastLUIdx);
186
187   // Update RegUses. The data structure is not optimized for this purpose;
188   // we must iterate through it and update each of the bit vectors.
189   for (RegUsesTy::iterator I = RegUsesMap.begin(), E = RegUsesMap.end();
190        I != E; ++I) {
191     SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
192     if (LUIdx < UsedByIndices.size())
193       UsedByIndices[LUIdx] =
194         LastLUIdx < UsedByIndices.size() ? UsedByIndices[LastLUIdx] : 0;
195     UsedByIndices.resize(std::min(UsedByIndices.size(), LastLUIdx));
196   }
197 }
198
199 bool
200 RegUseTracker::isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const {
201   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
202   if (I == RegUsesMap.end())
203     return false;
204   const SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
205   int i = UsedByIndices.find_first();
206   if (i == -1) return false;
207   if ((size_t)i != LUIdx) return true;
208   return UsedByIndices.find_next(i) != -1;
209 }
210
211 const SmallBitVector &RegUseTracker::getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const {
212   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
213   assert(I != RegUsesMap.end() && "Unknown register!");
214   return I->second.UsedByIndices;
215 }
216
217 void RegUseTracker::clear() {
218   RegUsesMap.clear();
219   RegSequence.clear();
220 }
221
222 namespace {
223
224 /// Formula - This class holds information that describes a formula for
225 /// computing satisfying a use. It may include broken-out immediates and scaled
226 /// registers.
227 struct Formula {
228   /// Global base address used for complex addressing.
229   GlobalValue *BaseGV;
230
231   /// Base offset for complex addressing.
232   int64_t BaseOffset;
233
234   /// Whether any complex addressing has a base register.
235   bool HasBaseReg;
236
237   /// The scale of any complex addressing.
238   int64_t Scale;
239
240   /// BaseRegs - The list of "base" registers for this use. When this is
241   /// non-empty. The canonical representation of a formula is
242   /// 1. BaseRegs.size > 1 implies ScaledReg != NULL and
243   /// 2. ScaledReg != NULL implies Scale != 1 || !BaseRegs.empty().
244   /// #1 enforces that the scaled register is always used when at least two
245   /// registers are needed by the formula: e.g., reg1 + reg2 is reg1 + 1 * reg2.
246   /// #2 enforces that 1 * reg is reg.
247   /// This invariant can be temporarly broken while building a formula.
248   /// However, every formula inserted into the LSRInstance must be in canonical
249   /// form.
250   SmallVector<const SCEV *, 4> BaseRegs;
251
252   /// ScaledReg - The 'scaled' register for this use. This should be non-null
253   /// when Scale is not zero.
254   const SCEV *ScaledReg;
255
256   /// UnfoldedOffset - An additional constant offset which added near the
257   /// use. This requires a temporary register, but the offset itself can
258   /// live in an add immediate field rather than a register.
259   int64_t UnfoldedOffset;
260
261   Formula()
262       : BaseGV(nullptr), BaseOffset(0), HasBaseReg(false), Scale(0),
263         ScaledReg(nullptr), UnfoldedOffset(0) {}
264
265   void InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE);
266
267   bool isCanonical() const;
268
269   void Canonicalize();
270
271   bool Unscale();
272
273   size_t getNumRegs() const;
274   Type *getType() const;
275
276   void DeleteBaseReg(const SCEV *&S);
277
278   bool referencesReg(const SCEV *S) const;
279   bool hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
280                                   const RegUseTracker &RegUses) const;
281
282   void print(raw_ostream &OS) const;
283   void dump() const;
284 };
285
286 }
287
288 /// DoInitialMatch - Recursion helper for InitialMatch.
289 static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
290                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Good,
291                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Bad,
292                            ScalarEvolution &SE) {
293   // Collect expressions which properly dominate the loop header.
294   if (SE.properlyDominates(S, L->getHeader())) {
295     Good.push_back(S);
296     return;
297   }
298
299   // Look at add operands.
300   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
301     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
302          I != E; ++I)
303       DoInitialMatch(*I, L, Good, Bad, SE);
304     return;
305   }
306
307   // Look at addrec operands.
308   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
309     if (!AR->getStart()->isZero()) {
310       DoInitialMatch(AR->getStart(), L, Good, Bad, SE);
311       DoInitialMatch(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
312                                       AR->getStepRecurrence(SE),
313                                       // FIXME: AR->getNoWrapFlags()
314                                       AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap),
315                      L, Good, Bad, SE);
316       return;
317     }
318
319   // Handle a multiplication by -1 (negation) if it didn't fold.
320   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
321     if (Mul->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
322       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
323       const SCEV *NewMul = SE.getMulExpr(Ops);
324
325       SmallVector<const SCEV *, 4> MyGood;
326       SmallVector<const SCEV *, 4> MyBad;
327       DoInitialMatch(NewMul, L, MyGood, MyBad, SE);
328       const SCEV *NegOne = SE.getSCEV(ConstantInt::getAllOnesValue(
329         SE.getEffectiveSCEVType(NewMul->getType())));
330       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyGood.begin(),
331            E = MyGood.end(); I != E; ++I)
332         Good.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
333       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyBad.begin(),
334            E = MyBad.end(); I != E; ++I)
335         Bad.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
336       return;
337     }
338
339   // Ok, we can't do anything interesting. Just stuff the whole thing into a
340   // register and hope for the best.
341   Bad.push_back(S);
342 }
343
344 /// InitialMatch - Incorporate loop-variant parts of S into this Formula,
345 /// attempting to keep all loop-invariant and loop-computable values in a
346 /// single base register.
347 void Formula::InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
348   SmallVector<const SCEV *, 4> Good;
349   SmallVector<const SCEV *, 4> Bad;
350   DoInitialMatch(S, L, Good, Bad, SE);
351   if (!Good.empty()) {
352     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Good);
353     if (!Sum->isZero())
354       BaseRegs.push_back(Sum);
355     HasBaseReg = true;
356   }
357   if (!Bad.empty()) {
358     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Bad);
359     if (!Sum->isZero())
360       BaseRegs.push_back(Sum);
361     HasBaseReg = true;
362   }
363   Canonicalize();
364 }
365
366 /// \brief Check whether or not this formula statisfies the canonical
367 /// representation.
368 /// \see Formula::BaseRegs.
369 bool Formula::isCanonical() const {
370   if (ScaledReg)
371     return Scale != 1 || !BaseRegs.empty();
372   return BaseRegs.size() <= 1;
373 }
374
375 /// \brief Helper method to morph a formula into its canonical representation.
376 /// \see Formula::BaseRegs.
377 /// Every formula having more than one base register, must use the ScaledReg
378 /// field. Otherwise, we would have to do special cases everywhere in LSR
379 /// to treat reg1 + reg2 + ... the same way as reg1 + 1*reg2 + ...
380 /// On the other hand, 1*reg should be canonicalized into reg.
381 void Formula::Canonicalize() {
382   if (isCanonical())
383     return;
384   // So far we did not need this case. This is easy to implement but it is
385   // useless to maintain dead code. Beside it could hurt compile time.
386   assert(!BaseRegs.empty() && "1*reg => reg, should not be needed.");
387   // Keep the invariant sum in BaseRegs and one of the variant sum in ScaledReg.
388   ScaledReg = BaseRegs.back();
389   BaseRegs.pop_back();
390   Scale = 1;
391   size_t BaseRegsSize = BaseRegs.size();
392   size_t Try = 0;
393   // If ScaledReg is an invariant, try to find a variant expression.
394   while (Try < BaseRegsSize && !isa<SCEVAddRecExpr>(ScaledReg))
395     std::swap(ScaledReg, BaseRegs[Try++]);
396 }
397
398 /// \brief Get rid of the scale in the formula.
399 /// In other words, this method morphes reg1 + 1*reg2 into reg1 + reg2.
400 /// \return true if it was possible to get rid of the scale, false otherwise.
401 /// \note After this operation the formula may not be in the canonical form.
402 bool Formula::Unscale() {
403   if (Scale != 1)
404     return false;
405   Scale = 0;
406   BaseRegs.push_back(ScaledReg);
407   ScaledReg = nullptr;
408   return true;
409 }
410
411 /// getNumRegs - Return the total number of register operands used by this
412 /// formula. This does not include register uses implied by non-constant
413 /// addrec strides.
414 size_t Formula::getNumRegs() const {
415   return !!ScaledReg + BaseRegs.size();
416 }
417
418 /// getType - Return the type of this formula, if it has one, or null
419 /// otherwise. This type is meaningless except for the bit size.
420 Type *Formula::getType() const {
421   return !BaseRegs.empty() ? BaseRegs.front()->getType() :
422          ScaledReg ? ScaledReg->getType() :
423          BaseGV ? BaseGV->getType() :
424          nullptr;
425 }
426
427 /// DeleteBaseReg - Delete the given base reg from the BaseRegs list.
428 void Formula::DeleteBaseReg(const SCEV *&S) {
429   if (&S != &BaseRegs.back())
430     std::swap(S, BaseRegs.back());
431   BaseRegs.pop_back();
432 }
433
434 /// referencesReg - Test if this formula references the given register.
435 bool Formula::referencesReg(const SCEV *S) const {
436   return S == ScaledReg ||
437          std::find(BaseRegs.begin(), BaseRegs.end(), S) != BaseRegs.end();
438 }
439
440 /// hasRegsUsedByUsesOtherThan - Test whether this formula uses registers
441 /// which are used by uses other than the use with the given index.
442 bool Formula::hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
443                                          const RegUseTracker &RegUses) const {
444   if (ScaledReg)
445     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(ScaledReg, LUIdx))
446       return true;
447   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
448        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I)
449     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(*I, LUIdx))
450       return true;
451   return false;
452 }
453
454 void Formula::print(raw_ostream &OS) const {
455   bool First = true;
456   if (BaseGV) {
457     if (!First) OS << " + "; else First = false;
458     BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
459   }
460   if (BaseOffset != 0) {
461     if (!First) OS << " + "; else First = false;
462     OS << BaseOffset;
463   }
464   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
465        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
466     if (!First) OS << " + "; else First = false;
467     OS << "reg(" << **I << ')';
468   }
469   if (HasBaseReg && BaseRegs.empty()) {
470     if (!First) OS << " + "; else First = false;
471     OS << "**error: HasBaseReg**";
472   } else if (!HasBaseReg && !BaseRegs.empty()) {
473     if (!First) OS << " + "; else First = false;
474     OS << "**error: !HasBaseReg**";
475   }
476   if (Scale != 0) {
477     if (!First) OS << " + "; else First = false;
478     OS << Scale << "*reg(";
479     if (ScaledReg)
480       OS << *ScaledReg;
481     else
482       OS << "<unknown>";
483     OS << ')';
484   }
485   if (UnfoldedOffset != 0) {
486     if (!First) OS << " + ";
487     OS << "imm(" << UnfoldedOffset << ')';
488   }
489 }
490
491 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
492 void Formula::dump() const {
493   print(errs()); errs() << '\n';
494 }
495 #endif
496
497 /// isAddRecSExtable - Return true if the given addrec can be sign-extended
498 /// without changing its value.
499 static bool isAddRecSExtable(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
500   Type *WideTy =
501     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(AR->getType()) + 1);
502   return isa<SCEVAddRecExpr>(SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
503 }
504
505 /// isAddSExtable - Return true if the given add can be sign-extended
506 /// without changing its value.
507 static bool isAddSExtable(const SCEVAddExpr *A, ScalarEvolution &SE) {
508   Type *WideTy =
509     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) + 1);
510   return isa<SCEVAddExpr>(SE.getSignExtendExpr(A, WideTy));
511 }
512
513 /// isMulSExtable - Return true if the given mul can be sign-extended
514 /// without changing its value.
515 static bool isMulSExtable(const SCEVMulExpr *M, ScalarEvolution &SE) {
516   Type *WideTy =
517     IntegerType::get(SE.getContext(),
518                      SE.getTypeSizeInBits(M->getType()) * M->getNumOperands());
519   return isa<SCEVMulExpr>(SE.getSignExtendExpr(M, WideTy));
520 }
521
522 /// getExactSDiv - Return an expression for LHS /s RHS, if it can be determined
523 /// and if the remainder is known to be zero,  or null otherwise. If
524 /// IgnoreSignificantBits is true, expressions like (X * Y) /s Y are simplified
525 /// to Y, ignoring that the multiplication may overflow, which is useful when
526 /// the result will be used in a context where the most significant bits are
527 /// ignored.
528 static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
529                                 ScalarEvolution &SE,
530                                 bool IgnoreSignificantBits = false) {
531   // Handle the trivial case, which works for any SCEV type.
532   if (LHS == RHS)
533     return SE.getConstant(LHS->getType(), 1);
534
535   // Handle a few RHS special cases.
536   const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
537   if (RC) {
538     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
539     // Handle x /s -1 as x * -1, to give ScalarEvolution a chance to do
540     // some folding.
541     if (RA.isAllOnesValue())
542       return SE.getMulExpr(LHS, RC);
543     // Handle x /s 1 as x.
544     if (RA == 1)
545       return LHS;
546   }
547
548   // Check for a division of a constant by a constant.
549   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
550     if (!RC)
551       return nullptr;
552     const APInt &LA = C->getValue()->getValue();
553     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
554     if (LA.srem(RA) != 0)
555       return nullptr;
556     return SE.getConstant(LA.sdiv(RA));
557   }
558
559   // Distribute the sdiv over addrec operands, if the addrec doesn't overflow.
560   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
561     if (IgnoreSignificantBits || isAddRecSExtable(AR, SE)) {
562       const SCEV *Step = getExactSDiv(AR->getStepRecurrence(SE), RHS, SE,
563                                       IgnoreSignificantBits);
564       if (!Step) return nullptr;
565       const SCEV *Start = getExactSDiv(AR->getStart(), RHS, SE,
566                                        IgnoreSignificantBits);
567       if (!Start) return nullptr;
568       // FlagNW is independent of the start value, step direction, and is
569       // preserved with smaller magnitude steps.
570       // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
571       return SE.getAddRecExpr(Start, Step, AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
572     }
573     return nullptr;
574   }
575
576   // Distribute the sdiv over add operands, if the add doesn't overflow.
577   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
578     if (IgnoreSignificantBits || isAddSExtable(Add, SE)) {
579       SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
580       for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
581            I != E; ++I) {
582         const SCEV *Op = getExactSDiv(*I, RHS, SE,
583                                       IgnoreSignificantBits);
584         if (!Op) return nullptr;
585         Ops.push_back(Op);
586       }
587       return SE.getAddExpr(Ops);
588     }
589     return nullptr;
590   }
591
592   // Check for a multiply operand that we can pull RHS out of.
593   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
594     if (IgnoreSignificantBits || isMulSExtable(Mul, SE)) {
595       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
596       bool Found = false;
597       for (SCEVMulExpr::op_iterator I = Mul->op_begin(), E = Mul->op_end();
598            I != E; ++I) {
599         const SCEV *S = *I;
600         if (!Found)
601           if (const SCEV *Q = getExactSDiv(S, RHS, SE,
602                                            IgnoreSignificantBits)) {
603             S = Q;
604             Found = true;
605           }
606         Ops.push_back(S);
607       }
608       return Found ? SE.getMulExpr(Ops) : nullptr;
609     }
610     return nullptr;
611   }
612
613   // Otherwise we don't know.
614   return nullptr;
615 }
616
617 /// ExtractImmediate - If S involves the addition of a constant integer value,
618 /// return that integer value, and mutate S to point to a new SCEV with that
619 /// value excluded.
620 static int64_t ExtractImmediate(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
621   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
622     if (C->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64) {
623       S = SE.getConstant(C->getType(), 0);
624       return C->getValue()->getSExtValue();
625     }
626   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
627     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
628     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
629     if (Result != 0)
630       S = SE.getAddExpr(NewOps);
631     return Result;
632   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
633     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
634     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
635     if (Result != 0)
636       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
637                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
638                            SCEV::FlagAnyWrap);
639     return Result;
640   }
641   return 0;
642 }
643
644 /// ExtractSymbol - If S involves the addition of a GlobalValue address,
645 /// return that symbol, and mutate S to point to a new SCEV with that
646 /// value excluded.
647 static GlobalValue *ExtractSymbol(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
648   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
649     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue())) {
650       S = SE.getConstant(GV->getType(), 0);
651       return GV;
652     }
653   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
654     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
655     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.back(), SE);
656     if (Result)
657       S = SE.getAddExpr(NewOps);
658     return Result;
659   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
660     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
661     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.front(), SE);
662     if (Result)
663       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
664                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
665                            SCEV::FlagAnyWrap);
666     return Result;
667   }
668   return nullptr;
669 }
670
671 /// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
672 /// specified value as an address.
673 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
674   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
675   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
676     if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
677       isAddress = true;
678   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
679     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
680     // of intrinsics.
681     switch (II->getIntrinsicID()) {
682       default: break;
683       case Intrinsic::prefetch:
684       case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
685       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
686       case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
687       case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
688         if (II->getArgOperand(0) == OperandVal)
689           isAddress = true;
690         break;
691     }
692   }
693   return isAddress;
694 }
695
696 /// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
697 static Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
698   Type *AccessTy = Inst->getType();
699   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
700     AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
701   else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
702     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
703     // of intrinsics.
704     switch (II->getIntrinsicID()) {
705     default: break;
706     case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
707     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
708     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
709     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
710       AccessTy = II->getArgOperand(0)->getType();
711       break;
712     }
713   }
714
715   // All pointers have the same requirements, so canonicalize them to an
716   // arbitrary pointer type to minimize variation.
717   if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(AccessTy))
718     AccessTy = PointerType::get(IntegerType::get(PTy->getContext(), 1),
719                                 PTy->getAddressSpace());
720
721   return AccessTy;
722 }
723
724 /// isExistingPhi - Return true if this AddRec is already a phi in its loop.
725 static bool isExistingPhi(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
726   for (BasicBlock::iterator I = AR->getLoop()->getHeader()->begin();
727        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
728     if (SE.isSCEVable(PN->getType()) &&
729         (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) ==
730          SE.getEffectiveSCEVType(AR->getType())) &&
731         SE.getSCEV(PN) == AR)
732       return true;
733   }
734   return false;
735 }
736
737 /// Check if expanding this expression is likely to incur significant cost. This
738 /// is tricky because SCEV doesn't track which expressions are actually computed
739 /// by the current IR.
740 ///
741 /// We currently allow expansion of IV increments that involve adds,
742 /// multiplication by constants, and AddRecs from existing phis.
743 ///
744 /// TODO: Allow UDivExpr if we can find an existing IV increment that is an
745 /// obvious multiple of the UDivExpr.
746 static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S,
747                                 SmallPtrSetImpl<const SCEV*> &Processed,
748                                 ScalarEvolution &SE) {
749   // Zero/One operand expressions
750   switch (S->getSCEVType()) {
751   case scUnknown:
752   case scConstant:
753     return false;
754   case scTruncate:
755     return isHighCostExpansion(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand(),
756                                Processed, SE);
757   case scZeroExtend:
758     return isHighCostExpansion(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand(),
759                                Processed, SE);
760   case scSignExtend:
761     return isHighCostExpansion(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand(),
762                                Processed, SE);
763   }
764
765   if (!Processed.insert(S).second)
766     return false;
767
768   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
769     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
770          I != E; ++I) {
771       if (isHighCostExpansion(*I, Processed, SE))
772         return true;
773     }
774     return false;
775   }
776
777   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
778     if (Mul->getNumOperands() == 2) {
779       // Multiplication by a constant is ok
780       if (isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0)))
781         return isHighCostExpansion(Mul->getOperand(1), Processed, SE);
782
783       // If we have the value of one operand, check if an existing
784       // multiplication already generates this expression.
785       if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Mul->getOperand(1))) {
786         Value *UVal = U->getValue();
787         for (User *UR : UVal->users()) {
788           // If U is a constant, it may be used by a ConstantExpr.
789           Instruction *UI = dyn_cast<Instruction>(UR);
790           if (UI && UI->getOpcode() == Instruction::Mul &&
791               SE.isSCEVable(UI->getType())) {
792             return SE.getSCEV(UI) == Mul;
793           }
794         }
795       }
796     }
797   }
798
799   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
800     if (isExistingPhi(AR, SE))
801       return false;
802   }
803
804   // Fow now, consider any other type of expression (div/mul/min/max) high cost.
805   return true;
806 }
807
808 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
809 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
810 /// their operands subsequently dead.
811 static bool
812 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
813   bool Changed = false;
814
815   while (!DeadInsts.empty()) {
816     Value *V = DeadInsts.pop_back_val();
817     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(V);
818
819     if (!I || !isInstructionTriviallyDead(I))
820       continue;
821
822     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
823       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
824         *OI = nullptr;
825         if (U->use_empty())
826           DeadInsts.push_back(U);
827       }
828
829     I->eraseFromParent();
830     Changed = true;
831   }
832
833   return Changed;
834 }
835
836 namespace {
837 class LSRUse;
838 }
839
840 /// \brief Check if the addressing mode defined by \p F is completely
841 /// folded in \p LU at isel time.
842 /// This includes address-mode folding and special icmp tricks.
843 /// This function returns true if \p LU can accommodate what \p F
844 /// defines and up to 1 base + 1 scaled + offset.
845 /// In other words, if \p F has several base registers, this function may
846 /// still return true. Therefore, users still need to account for
847 /// additional base registers and/or unfolded offsets to derive an
848 /// accurate cost model.
849 static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
850                                  const LSRUse &LU, const Formula &F);
851 // Get the cost of the scaling factor used in F for LU.
852 static unsigned getScalingFactorCost(const TargetTransformInfo &TTI,
853                                      const LSRUse &LU, const Formula &F);
854
855 namespace {
856
857 /// Cost - This class is used to measure and compare candidate formulae.
858 class Cost {
859   /// TODO: Some of these could be merged. Also, a lexical ordering
860   /// isn't always optimal.
861   unsigned NumRegs;
862   unsigned AddRecCost;
863   unsigned NumIVMuls;
864   unsigned NumBaseAdds;
865   unsigned ImmCost;
866   unsigned SetupCost;
867   unsigned ScaleCost;
868
869 public:
870   Cost()
871     : NumRegs(0), AddRecCost(0), NumIVMuls(0), NumBaseAdds(0), ImmCost(0),
872       SetupCost(0), ScaleCost(0) {}
873
874   bool operator<(const Cost &Other) const;
875
876   void Lose();
877
878 #ifndef NDEBUG
879   // Once any of the metrics loses, they must all remain losers.
880   bool isValid() {
881     return ((NumRegs | AddRecCost | NumIVMuls | NumBaseAdds
882              | ImmCost | SetupCost | ScaleCost) != ~0u)
883       || ((NumRegs & AddRecCost & NumIVMuls & NumBaseAdds
884            & ImmCost & SetupCost & ScaleCost) == ~0u);
885   }
886 #endif
887
888   bool isLoser() {
889     assert(isValid() && "invalid cost");
890     return NumRegs == ~0u;
891   }
892
893   void RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
894                    const Formula &F,
895                    SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
896                    const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
897                    const Loop *L,
898                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
899                    ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
900                    const LSRUse &LU,
901                    SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs = nullptr);
902
903   void print(raw_ostream &OS) const;
904   void dump() const;
905
906 private:
907   void RateRegister(const SCEV *Reg,
908                     SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
909                     const Loop *L,
910                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
911   void RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
912                            SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
913                            const Loop *L,
914                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
915                            SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs);
916 };
917
918 }
919
920 /// RateRegister - Tally up interesting quantities from the given register.
921 void Cost::RateRegister(const SCEV *Reg,
922                         SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
923                         const Loop *L,
924                         ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
925   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)) {
926     // If this is an addrec for another loop, don't second-guess its addrec phi
927     // nodes. LSR isn't currently smart enough to reason about more than one
928     // loop at a time. LSR has already run on inner loops, will not run on outer
929     // loops, and cannot be expected to change sibling loops.
930     if (AR->getLoop() != L) {
931       // If the AddRec exists, consider it's register free and leave it alone.
932       if (isExistingPhi(AR, SE))
933         return;
934
935       // Otherwise, do not consider this formula at all.
936       Lose();
937       return;
938     }
939     AddRecCost += 1; /// TODO: This should be a function of the stride.
940
941     // Add the step value register, if it needs one.
942     // TODO: The non-affine case isn't precisely modeled here.
943     if (!AR->isAffine() || !isa<SCEVConstant>(AR->getOperand(1))) {
944       if (!Regs.count(AR->getOperand(1))) {
945         RateRegister(AR->getOperand(1), Regs, L, SE, DT);
946         if (isLoser())
947           return;
948       }
949     }
950   }
951   ++NumRegs;
952
953   // Rough heuristic; favor registers which don't require extra setup
954   // instructions in the preheader.
955   if (!isa<SCEVUnknown>(Reg) &&
956       !isa<SCEVConstant>(Reg) &&
957       !(isa<SCEVAddRecExpr>(Reg) &&
958         (isa<SCEVUnknown>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()) ||
959          isa<SCEVConstant>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()))))
960     ++SetupCost;
961
962     NumIVMuls += isa<SCEVMulExpr>(Reg) &&
963                  SE.hasComputableLoopEvolution(Reg, L);
964 }
965
966 /// RatePrimaryRegister - Record this register in the set. If we haven't seen it
967 /// before, rate it. Optional LoserRegs provides a way to declare any formula
968 /// that refers to one of those regs an instant loser.
969 void Cost::RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
970                                SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
971                                const Loop *L,
972                                ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
973                                SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs) {
974   if (LoserRegs && LoserRegs->count(Reg)) {
975     Lose();
976     return;
977   }
978   if (Regs.insert(Reg).second) {
979     RateRegister(Reg, Regs, L, SE, DT);
980     if (LoserRegs && isLoser())
981       LoserRegs->insert(Reg);
982   }
983 }
984
985 void Cost::RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
986                        const Formula &F,
987                        SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
988                        const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
989                        const Loop *L,
990                        const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
991                        ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
992                        const LSRUse &LU,
993                        SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs) {
994   assert(F.isCanonical() && "Cost is accurate only for canonical formula");
995   // Tally up the registers.
996   if (const SCEV *ScaledReg = F.ScaledReg) {
997     if (VisitedRegs.count(ScaledReg)) {
998       Lose();
999       return;
1000     }
1001     RatePrimaryRegister(ScaledReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
1002     if (isLoser())
1003       return;
1004   }
1005   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
1006        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
1007     const SCEV *BaseReg = *I;
1008     if (VisitedRegs.count(BaseReg)) {
1009       Lose();
1010       return;
1011     }
1012     RatePrimaryRegister(BaseReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
1013     if (isLoser())
1014       return;
1015   }
1016
1017   // Determine how many (unfolded) adds we'll need inside the loop.
1018   size_t NumBaseParts = F.getNumRegs();
1019   if (NumBaseParts > 1)
1020     // Do not count the base and a possible second register if the target
1021     // allows to fold 2 registers.
1022     NumBaseAdds +=
1023         NumBaseParts - (1 + (F.Scale && isAMCompletelyFolded(TTI, LU, F)));
1024   NumBaseAdds += (F.UnfoldedOffset != 0);
1025
1026   // Accumulate non-free scaling amounts.
1027   ScaleCost += getScalingFactorCost(TTI, LU, F);
1028
1029   // Tally up the non-zero immediates.
1030   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
1031        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
1032     int64_t Offset = (uint64_t)*I + F.BaseOffset;
1033     if (F.BaseGV)
1034       ImmCost += 64; // Handle symbolic values conservatively.
1035                      // TODO: This should probably be the pointer size.
1036     else if (Offset != 0)
1037       ImmCost += APInt(64, Offset, true).getMinSignedBits();
1038   }
1039   assert(isValid() && "invalid cost");
1040 }
1041
1042 /// Lose - Set this cost to a losing value.
1043 void Cost::Lose() {
1044   NumRegs = ~0u;
1045   AddRecCost = ~0u;
1046   NumIVMuls = ~0u;
1047   NumBaseAdds = ~0u;
1048   ImmCost = ~0u;
1049   SetupCost = ~0u;
1050   ScaleCost = ~0u;
1051 }
1052
1053 /// operator< - Choose the lower cost.
1054 bool Cost::operator<(const Cost &Other) const {
1055   return std::tie(NumRegs, AddRecCost, NumIVMuls, NumBaseAdds, ScaleCost,
1056                   ImmCost, SetupCost) <
1057          std::tie(Other.NumRegs, Other.AddRecCost, Other.NumIVMuls,
1058                   Other.NumBaseAdds, Other.ScaleCost, Other.ImmCost,
1059                   Other.SetupCost);
1060 }
1061
1062 void Cost::print(raw_ostream &OS) const {
1063   OS << NumRegs << " reg" << (NumRegs == 1 ? "" : "s");
1064   if (AddRecCost != 0)
1065     OS << ", with addrec cost " << AddRecCost;
1066   if (NumIVMuls != 0)
1067     OS << ", plus " << NumIVMuls << " IV mul" << (NumIVMuls == 1 ? "" : "s");
1068   if (NumBaseAdds != 0)
1069     OS << ", plus " << NumBaseAdds << " base add"
1070        << (NumBaseAdds == 1 ? "" : "s");
1071   if (ScaleCost != 0)
1072     OS << ", plus " << ScaleCost << " scale cost";
1073   if (ImmCost != 0)
1074     OS << ", plus " << ImmCost << " imm cost";
1075   if (SetupCost != 0)
1076     OS << ", plus " << SetupCost << " setup cost";
1077 }
1078
1079 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1080 void Cost::dump() const {
1081   print(errs()); errs() << '\n';
1082 }
1083 #endif
1084
1085 namespace {
1086
1087 /// LSRFixup - An operand value in an instruction which is to be replaced
1088 /// with some equivalent, possibly strength-reduced, replacement.
1089 struct LSRFixup {
1090   /// UserInst - The instruction which will be updated.
1091   Instruction *UserInst;
1092
1093   /// OperandValToReplace - The operand of the instruction which will
1094   /// be replaced. The operand may be used more than once; every instance
1095   /// will be replaced.
1096   Value *OperandValToReplace;
1097
1098   /// PostIncLoops - If this user is to use the post-incremented value of an
1099   /// induction variable, this variable is non-null and holds the loop
1100   /// associated with the induction variable.
1101   PostIncLoopSet PostIncLoops;
1102
1103   /// LUIdx - The index of the LSRUse describing the expression which
1104   /// this fixup needs, minus an offset (below).
1105   size_t LUIdx;
1106
1107   /// Offset - A constant offset to be added to the LSRUse expression.
1108   /// This allows multiple fixups to share the same LSRUse with different
1109   /// offsets, for example in an unrolled loop.
1110   int64_t Offset;
1111
1112   bool isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const;
1113
1114   LSRFixup();
1115
1116   void print(raw_ostream &OS) const;
1117   void dump() const;
1118 };
1119
1120 }
1121
1122 LSRFixup::LSRFixup()
1123   : UserInst(nullptr), OperandValToReplace(nullptr), LUIdx(~size_t(0)),
1124     Offset(0) {}
1125
1126 /// isUseFullyOutsideLoop - Test whether this fixup always uses its
1127 /// value outside of the given loop.
1128 bool LSRFixup::isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const {
1129   // PHI nodes use their value in their incoming blocks.
1130   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
1131     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1132       if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace &&
1133           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
1134         return false;
1135     return true;
1136   }
1137
1138   return !L->contains(UserInst);
1139 }
1140
1141 void LSRFixup::print(raw_ostream &OS) const {
1142   OS << "UserInst=";
1143   // Store is common and interesting enough to be worth special-casing.
1144   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(UserInst)) {
1145     OS << "store ";
1146     Store->getOperand(0)->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1147   } else if (UserInst->getType()->isVoidTy())
1148     OS << UserInst->getOpcodeName();
1149   else
1150     UserInst->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1151
1152   OS << ", OperandValToReplace=";
1153   OperandValToReplace->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1154
1155   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = PostIncLoops.begin(),
1156        E = PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
1157     OS << ", PostIncLoop=";
1158     (*I)->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1159   }
1160
1161   if (LUIdx != ~size_t(0))
1162     OS << ", LUIdx=" << LUIdx;
1163
1164   if (Offset != 0)
1165     OS << ", Offset=" << Offset;
1166 }
1167
1168 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1169 void LSRFixup::dump() const {
1170   print(errs()); errs() << '\n';
1171 }
1172 #endif
1173
1174 namespace {
1175
1176 /// UniquifierDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
1177 /// DenseMaps and DenseSets of sorted SmallVectors of const SCEV*.
1178 struct UniquifierDenseMapInfo {
1179   static SmallVector<const SCEV *, 4> getEmptyKey() {
1180     SmallVector<const SCEV *, 4>  V;
1181     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1));
1182     return V;
1183   }
1184
1185   static SmallVector<const SCEV *, 4> getTombstoneKey() {
1186     SmallVector<const SCEV *, 4> V;
1187     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2));
1188     return V;
1189   }
1190
1191   static unsigned getHashValue(const SmallVector<const SCEV *, 4> &V) {
1192     return static_cast<unsigned>(hash_combine_range(V.begin(), V.end()));
1193   }
1194
1195   static bool isEqual(const SmallVector<const SCEV *, 4> &LHS,
1196                       const SmallVector<const SCEV *, 4> &RHS) {
1197     return LHS == RHS;
1198   }
1199 };
1200
1201 /// LSRUse - This class holds the state that LSR keeps for each use in
1202 /// IVUsers, as well as uses invented by LSR itself. It includes information
1203 /// about what kinds of things can be folded into the user, information about
1204 /// the user itself, and information about how the use may be satisfied.
1205 /// TODO: Represent multiple users of the same expression in common?
1206 class LSRUse {
1207   DenseSet<SmallVector<const SCEV *, 4>, UniquifierDenseMapInfo> Uniquifier;
1208
1209 public:
1210   /// KindType - An enum for a kind of use, indicating what types of
1211   /// scaled and immediate operands it might support.
1212   enum KindType {
1213     Basic,   ///< A normal use, with no folding.
1214     Special, ///< A special case of basic, allowing -1 scales.
1215     Address, ///< An address use; folding according to TargetLowering
1216     ICmpZero ///< An equality icmp with both operands folded into one.
1217     // TODO: Add a generic icmp too?
1218   };
1219
1220   typedef PointerIntPair<const SCEV *, 2, KindType> SCEVUseKindPair;
1221
1222   KindType Kind;
1223   Type *AccessTy;
1224
1225   SmallVector<int64_t, 8> Offsets;
1226   int64_t MinOffset;
1227   int64_t MaxOffset;
1228
1229   /// AllFixupsOutsideLoop - This records whether all of the fixups using this
1230   /// LSRUse are outside of the loop, in which case some special-case heuristics
1231   /// may be used.
1232   bool AllFixupsOutsideLoop;
1233
1234   /// RigidFormula is set to true to guarantee that this use will be associated
1235   /// with a single formula--the one that initially matched. Some SCEV
1236   /// expressions cannot be expanded. This allows LSR to consider the registers
1237   /// used by those expressions without the need to expand them later after
1238   /// changing the formula.
1239   bool RigidFormula;
1240
1241   /// WidestFixupType - This records the widest use type for any fixup using
1242   /// this LSRUse. FindUseWithSimilarFormula can't consider uses with different
1243   /// max fixup widths to be equivalent, because the narrower one may be relying
1244   /// on the implicit truncation to truncate away bogus bits.
1245   Type *WidestFixupType;
1246
1247   /// Formulae - A list of ways to build a value that can satisfy this user.
1248   /// After the list is populated, one of these is selected heuristically and
1249   /// used to formulate a replacement for OperandValToReplace in UserInst.
1250   SmallVector<Formula, 12> Formulae;
1251
1252   /// Regs - The set of register candidates used by all formulae in this LSRUse.
1253   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Regs;
1254
1255   LSRUse(KindType K, Type *T) : Kind(K), AccessTy(T),
1256                                       MinOffset(INT64_MAX),
1257                                       MaxOffset(INT64_MIN),
1258                                       AllFixupsOutsideLoop(true),
1259                                       RigidFormula(false),
1260                                       WidestFixupType(nullptr) {}
1261
1262   bool HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const;
1263   bool InsertFormula(const Formula &F);
1264   void DeleteFormula(Formula &F);
1265   void RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &Reguses);
1266
1267   void print(raw_ostream &OS) const;
1268   void dump() const;
1269 };
1270
1271 }
1272
1273 /// HasFormula - Test whether this use as a formula which has the same
1274 /// registers as the given formula.
1275 bool LSRUse::HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const {
1276   SmallVector<const SCEV *, 4> Key = F.BaseRegs;
1277   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1278   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1279   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1280   return Uniquifier.count(Key);
1281 }
1282
1283 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
1284 /// the list, and return true. Return false otherwise.
1285 /// The formula must be in canonical form.
1286 bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F) {
1287   assert(F.isCanonical() && "Invalid canonical representation");
1288
1289   if (!Formulae.empty() && RigidFormula)
1290     return false;
1291
1292   SmallVector<const SCEV *, 4> Key = F.BaseRegs;
1293   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1294   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1295   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1296
1297   if (!Uniquifier.insert(Key).second)
1298     return false;
1299
1300   // Using a register to hold the value of 0 is not profitable.
1301   assert((!F.ScaledReg || !F.ScaledReg->isZero()) &&
1302          "Zero allocated in a scaled register!");
1303 #ifndef NDEBUG
1304   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I =
1305        F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
1306     assert(!(*I)->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
1307 #endif
1308
1309   // Add the formula to the list.
1310   Formulae.push_back(F);
1311
1312   // Record registers now being used by this use.
1313   Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1314   if (F.ScaledReg)
1315     Regs.insert(F.ScaledReg);
1316
1317   return true;
1318 }
1319
1320 /// DeleteFormula - Remove the given formula from this use's list.
1321 void LSRUse::DeleteFormula(Formula &F) {
1322   if (&F != &Formulae.back())
1323     std::swap(F, Formulae.back());
1324   Formulae.pop_back();
1325 }
1326
1327 /// RecomputeRegs - Recompute the Regs field, and update RegUses.
1328 void LSRUse::RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &RegUses) {
1329   // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
1330   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> OldRegs = std::move(Regs);
1331   Regs.clear();
1332   for (const Formula &F : Formulae) {
1333     if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1334     Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1335   }
1336
1337   // Update the RegTracker.
1338   for (const SCEV *S : OldRegs)
1339     if (!Regs.count(S))
1340       RegUses.DropRegister(S, LUIdx);
1341 }
1342
1343 void LSRUse::print(raw_ostream &OS) const {
1344   OS << "LSR Use: Kind=";
1345   switch (Kind) {
1346   case Basic:    OS << "Basic"; break;
1347   case Special:  OS << "Special"; break;
1348   case ICmpZero: OS << "ICmpZero"; break;
1349   case Address:
1350     OS << "Address of ";
1351     if (AccessTy->isPointerTy())
1352       OS << "pointer"; // the full pointer type could be really verbose
1353     else
1354       OS << *AccessTy;
1355   }
1356
1357   OS << ", Offsets={";
1358   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
1359        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
1360     OS << *I;
1361     if (std::next(I) != E)
1362       OS << ',';
1363   }
1364   OS << '}';
1365
1366   if (AllFixupsOutsideLoop)
1367     OS << ", all-fixups-outside-loop";
1368
1369   if (WidestFixupType)
1370     OS << ", widest fixup type: " << *WidestFixupType;
1371 }
1372
1373 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1374 void LSRUse::dump() const {
1375   print(errs()); errs() << '\n';
1376 }
1377 #endif
1378
1379 static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
1380                                  LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1381                                  GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
1382                                  bool HasBaseReg, int64_t Scale) {
1383   switch (Kind) {
1384   case LSRUse::Address:
1385     return TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, BaseGV, BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
1386
1387     // Otherwise, just guess that reg+reg addressing is legal.
1388     //return ;
1389
1390   case LSRUse::ICmpZero:
1391     // There's not even a target hook for querying whether it would be legal to
1392     // fold a GV into an ICmp.
1393     if (BaseGV)
1394       return false;
1395
1396     // ICmp only has two operands; don't allow more than two non-trivial parts.
1397     if (Scale != 0 && HasBaseReg && BaseOffset != 0)
1398       return false;
1399
1400     // ICmp only supports no scale or a -1 scale, as we can "fold" a -1 scale by
1401     // putting the scaled register in the other operand of the icmp.
1402     if (Scale != 0 && Scale != -1)
1403       return false;
1404
1405     // If we have low-level target information, ask the target if it can fold an
1406     // integer immediate on an icmp.
1407     if (BaseOffset != 0) {
1408       // We have one of:
1409       // ICmpZero     BaseReg + BaseOffset => ICmp BaseReg, -BaseOffset
1410       // ICmpZero -1*ScaleReg + BaseOffset => ICmp ScaleReg, BaseOffset
1411       // Offs is the ICmp immediate.
1412       if (Scale == 0)
1413         // The cast does the right thing with INT64_MIN.
1414         BaseOffset = -(uint64_t)BaseOffset;
1415       return TTI.isLegalICmpImmediate(BaseOffset);
1416     }
1417
1418     // ICmpZero BaseReg + -1*ScaleReg => ICmp BaseReg, ScaleReg
1419     return true;
1420
1421   case LSRUse::Basic:
1422     // Only handle single-register values.
1423     return !BaseGV && Scale == 0 && BaseOffset == 0;
1424
1425   case LSRUse::Special:
1426     // Special case Basic to handle -1 scales.
1427     return !BaseGV && (Scale == 0 || Scale == -1) && BaseOffset == 0;
1428   }
1429
1430   llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
1431 }
1432
1433 static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
1434                                  int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1435                                  LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1436                                  GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
1437                                  bool HasBaseReg, int64_t Scale) {
1438   // Check for overflow.
1439   if (((int64_t)((uint64_t)BaseOffset + MinOffset) > BaseOffset) !=
1440       (MinOffset > 0))
1441     return false;
1442   MinOffset = (uint64_t)BaseOffset + MinOffset;
1443   if (((int64_t)((uint64_t)BaseOffset + MaxOffset) > BaseOffset) !=
1444       (MaxOffset > 0))
1445     return false;
1446   MaxOffset = (uint64_t)BaseOffset + MaxOffset;
1447
1448   return isAMCompletelyFolded(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MinOffset,
1449                               HasBaseReg, Scale) &&
1450          isAMCompletelyFolded(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MaxOffset,
1451                               HasBaseReg, Scale);
1452 }
1453
1454 static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
1455                                  int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1456                                  LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1457                                  const Formula &F) {
1458   // For the purpose of isAMCompletelyFolded either having a canonical formula
1459   // or a scale not equal to zero is correct.
1460   // Problems may arise from non canonical formulae having a scale == 0.
1461   // Strictly speaking it would best to just rely on canonical formulae.
1462   // However, when we generate the scaled formulae, we first check that the
1463   // scaling factor is profitable before computing the actual ScaledReg for
1464   // compile time sake.
1465   assert((F.isCanonical() || F.Scale != 0));
1466   return isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy,
1467                               F.BaseGV, F.BaseOffset, F.HasBaseReg, F.Scale);
1468 }
1469
1470 /// isLegalUse - Test whether we know how to expand the current formula.
1471 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
1472                        int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1473                        GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset, bool HasBaseReg,
1474                        int64_t Scale) {
1475   // We know how to expand completely foldable formulae.
1476   return isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, BaseGV,
1477                               BaseOffset, HasBaseReg, Scale) ||
1478          // Or formulae that use a base register produced by a sum of base
1479          // registers.
1480          (Scale == 1 &&
1481           isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy,
1482                                BaseGV, BaseOffset, true, 0));
1483 }
1484
1485 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
1486                        int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1487                        const Formula &F) {
1488   return isLegalUse(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, F.BaseGV,
1489                     F.BaseOffset, F.HasBaseReg, F.Scale);
1490 }
1491
1492 static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
1493                                  const LSRUse &LU, const Formula &F) {
1494   return isAMCompletelyFolded(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
1495                               LU.AccessTy, F.BaseGV, F.BaseOffset, F.HasBaseReg,
1496                               F.Scale);
1497 }
1498
1499 static unsigned getScalingFactorCost(const TargetTransformInfo &TTI,
1500                                      const LSRUse &LU, const Formula &F) {
1501   if (!F.Scale)
1502     return 0;
1503
1504   // If the use is not completely folded in that instruction, we will have to
1505   // pay an extra cost only for scale != 1.
1506   if (!isAMCompletelyFolded(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
1507                             LU.AccessTy, F))
1508     return F.Scale != 1;
1509
1510   switch (LU.Kind) {
1511   case LSRUse::Address: {
1512     // Check the scaling factor cost with both the min and max offsets.
1513     int ScaleCostMinOffset =
1514       TTI.getScalingFactorCost(LU.AccessTy, F.BaseGV,
1515                                F.BaseOffset + LU.MinOffset,
1516                                F.HasBaseReg, F.Scale);
1517     int ScaleCostMaxOffset =
1518       TTI.getScalingFactorCost(LU.AccessTy, F.BaseGV,
1519                                F.BaseOffset + LU.MaxOffset,
1520                                F.HasBaseReg, F.Scale);
1521
1522     assert(ScaleCostMinOffset >= 0 && ScaleCostMaxOffset >= 0 &&
1523            "Legal addressing mode has an illegal cost!");
1524     return std::max(ScaleCostMinOffset, ScaleCostMaxOffset);
1525   }
1526   case LSRUse::ICmpZero:
1527   case LSRUse::Basic:
1528   case LSRUse::Special:
1529     // The use is completely folded, i.e., everything is folded into the
1530     // instruction.
1531     return 0;
1532   }
1533
1534   llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
1535 }
1536
1537 static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
1538                              LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
1539                              GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
1540                              bool HasBaseReg) {
1541   // Fast-path: zero is always foldable.
1542   if (BaseOffset == 0 && !BaseGV) return true;
1543
1544   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1545   // base and a scale.
1546   int64_t Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1547
1548   // Canonicalize a scale of 1 to a base register if the formula doesn't
1549   // already have a base register.
1550   if (!HasBaseReg && Scale == 1) {
1551     Scale = 0;
1552     HasBaseReg = true;
1553   }
1554
1555   return isAMCompletelyFolded(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, BaseOffset,
1556                               HasBaseReg, Scale);
1557 }
1558
1559 static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
1560                              ScalarEvolution &SE, int64_t MinOffset,
1561                              int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind,
1562                              Type *AccessTy, const SCEV *S, bool HasBaseReg) {
1563   // Fast-path: zero is always foldable.
1564   if (S->isZero()) return true;
1565
1566   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1567   // base and a scale.
1568   int64_t BaseOffset = ExtractImmediate(S, SE);
1569   GlobalValue *BaseGV = ExtractSymbol(S, SE);
1570
1571   // If there's anything else involved, it's not foldable.
1572   if (!S->isZero()) return false;
1573
1574   // Fast-path: zero is always foldable.
1575   if (BaseOffset == 0 && !BaseGV) return true;
1576
1577   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1578   // base and a scale.
1579   int64_t Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1580
1581   return isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, BaseGV,
1582                               BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
1583 }
1584
1585 namespace {
1586
1587 /// IVInc - An individual increment in a Chain of IV increments.
1588 /// Relate an IV user to an expression that computes the IV it uses from the IV
1589 /// used by the previous link in the Chain.
1590 ///
1591 /// For the head of a chain, IncExpr holds the absolute SCEV expression for the
1592 /// original IVOperand. The head of the chain's IVOperand is only valid during
1593 /// chain collection, before LSR replaces IV users. During chain generation,
1594 /// IncExpr can be used to find the new IVOperand that computes the same
1595 /// expression.
1596 struct IVInc {
1597   Instruction *UserInst;
1598   Value* IVOperand;
1599   const SCEV *IncExpr;
1600
1601   IVInc(Instruction *U, Value *O, const SCEV *E):
1602     UserInst(U), IVOperand(O), IncExpr(E) {}
1603 };
1604
1605 // IVChain - The list of IV increments in program order.
1606 // We typically add the head of a chain without finding subsequent links.
1607 struct IVChain {
1608   SmallVector<IVInc,1> Incs;
1609   const SCEV *ExprBase;
1610
1611   IVChain() : ExprBase(nullptr) {}
1612
1613   IVChain(const IVInc &Head, const SCEV *Base)
1614     : Incs(1, Head), ExprBase(Base) {}
1615
1616   typedef SmallVectorImpl<IVInc>::const_iterator const_iterator;
1617
1618   // begin - return the first increment in the chain.
1619   const_iterator begin() const {
1620     assert(!Incs.empty());
1621     return std::next(Incs.begin());
1622   }
1623   const_iterator end() const {
1624     return Incs.end();
1625   }
1626
1627   // hasIncs - Returns true if this chain contains any increments.
1628   bool hasIncs() const { return Incs.size() >= 2; }
1629
1630   // add - Add an IVInc to the end of this chain.
1631   void add(const IVInc &X) { Incs.push_back(X); }
1632
1633   // tailUserInst - Returns the last UserInst in the chain.
1634   Instruction *tailUserInst() const { return Incs.back().UserInst; }
1635
1636   // isProfitableIncrement - Returns true if IncExpr can be profitably added to
1637   // this chain.
1638   bool isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
1639                              const SCEV *IncExpr,
1640                              ScalarEvolution&);
1641 };
1642
1643 /// ChainUsers - Helper for CollectChains to track multiple IV increment uses.
1644 /// Distinguish between FarUsers that definitely cross IV increments and
1645 /// NearUsers that may be used between IV increments.
1646 struct ChainUsers {
1647   SmallPtrSet<Instruction*, 4> FarUsers;
1648   SmallPtrSet<Instruction*, 4> NearUsers;
1649 };
1650
1651 /// LSRInstance - This class holds state for the main loop strength reduction
1652 /// logic.
1653 class LSRInstance {
1654   IVUsers &IU;
1655   ScalarEvolution &SE;
1656   DominatorTree &DT;
1657   LoopInfo &LI;
1658   const TargetTransformInfo &TTI;
1659   Loop *const L;
1660   bool Changed;
1661
1662   /// IVIncInsertPos - This is the insert position that the current loop's
1663   /// induction variable increment should be placed. In simple loops, this is
1664   /// the latch block's terminator. But in more complicated cases, this is a
1665   /// position which will dominate all the in-loop post-increment users.
1666   Instruction *IVIncInsertPos;
1667
1668   /// Factors - Interesting factors between use strides.
1669   SmallSetVector<int64_t, 8> Factors;
1670
1671   /// Types - Interesting use types, to facilitate truncation reuse.
1672   SmallSetVector<Type *, 4> Types;
1673
1674   /// Fixups - The list of operands which are to be replaced.
1675   SmallVector<LSRFixup, 16> Fixups;
1676
1677   /// Uses - The list of interesting uses.
1678   SmallVector<LSRUse, 16> Uses;
1679
1680   /// RegUses - Track which uses use which register candidates.
1681   RegUseTracker RegUses;
1682
1683   // Limit the number of chains to avoid quadratic behavior. We don't expect to
1684   // have more than a few IV increment chains in a loop. Missing a Chain falls
1685   // back to normal LSR behavior for those uses.
1686   static const unsigned MaxChains = 8;
1687
1688   /// IVChainVec - IV users can form a chain of IV increments.
1689   SmallVector<IVChain, MaxChains> IVChainVec;
1690
1691   /// IVIncSet - IV users that belong to profitable IVChains.
1692   SmallPtrSet<Use*, MaxChains> IVIncSet;
1693
1694   void OptimizeShadowIV();
1695   bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse);
1696   ICmpInst *OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse);
1697   void OptimizeLoopTermCond();
1698
1699   void ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
1700                         SmallVectorImpl<ChainUsers> &ChainUsersVec);
1701   void FinalizeChain(IVChain &Chain);
1702   void CollectChains();
1703   void GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
1704                        SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts);
1705
1706   void CollectInterestingTypesAndFactors();
1707   void CollectFixupsAndInitialFormulae();
1708
1709   LSRFixup &getNewFixup() {
1710     Fixups.push_back(LSRFixup());
1711     return Fixups.back();
1712   }
1713
1714   // Support for sharing of LSRUses between LSRFixups.
1715   typedef DenseMap<LSRUse::SCEVUseKindPair, size_t> UseMapTy;
1716   UseMapTy UseMap;
1717
1718   bool reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
1719                           LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy);
1720
1721   std::pair<size_t, int64_t> getUse(const SCEV *&Expr,
1722                                     LSRUse::KindType Kind,
1723                                     Type *AccessTy);
1724
1725   void DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1726
1727   LSRUse *FindUseWithSimilarFormula(const Formula &F, const LSRUse &OrigLU);
1728
1729   void InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1730   void InsertSupplementalFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1731   void CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx);
1732   bool InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F);
1733
1734   void CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
1735
1736   void GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base,
1737                               unsigned Depth = 0);
1738
1739   void GenerateReassociationsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
1740                                   const Formula &Base, unsigned Depth,
1741                                   size_t Idx, bool IsScaledReg = false);
1742   void GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1743   void GenerateSymbolicOffsetsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
1744                                    const Formula &Base, size_t Idx,
1745                                    bool IsScaledReg = false);
1746   void GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1747   void GenerateConstantOffsetsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
1748                                    const Formula &Base,
1749                                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Worklist,
1750                                    size_t Idx, bool IsScaledReg = false);
1751   void GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1752   void GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1753   void GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1754   void GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1755   void GenerateCrossUseConstantOffsets();
1756   void GenerateAllReuseFormulae();
1757
1758   void FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
1759
1760   size_t EstimateSearchSpaceComplexity() const;
1761   void NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
1762   void NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
1763   void NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
1764   void NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
1765   void NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
1766
1767   void SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1768                     Cost &SolutionCost,
1769                     SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
1770                     const Cost &CurCost,
1771                     const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
1772                     DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const;
1773   void Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const;
1774
1775   BasicBlock::iterator
1776     HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
1777                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs) const;
1778   BasicBlock::iterator
1779     AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
1780                                   const LSRFixup &LF,
1781                                   const LSRUse &LU,
1782                                   SCEVExpander &Rewriter) const;
1783
1784   Value *Expand(const LSRFixup &LF,
1785                 const Formula &F,
1786                 BasicBlock::iterator IP,
1787                 SCEVExpander &Rewriter,
1788                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const;
1789   void RewriteForPHI(PHINode *PN, const LSRFixup &LF,
1790                      const Formula &F,
1791                      SCEVExpander &Rewriter,
1792                      SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1793                      Pass *P) const;
1794   void Rewrite(const LSRFixup &LF,
1795                const Formula &F,
1796                SCEVExpander &Rewriter,
1797                SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1798                Pass *P) const;
1799   void ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1800                          Pass *P);
1801
1802 public:
1803   LSRInstance(Loop *L, Pass *P);
1804
1805   bool getChanged() const { return Changed; }
1806
1807   void print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const;
1808   void print_fixups(raw_ostream &OS) const;
1809   void print_uses(raw_ostream &OS) const;
1810   void print(raw_ostream &OS) const;
1811   void dump() const;
1812 };
1813
1814 }
1815
1816 /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
1817 /// inside the loop then try to eliminate the cast operation.
1818 void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
1819   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1820   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1821     return;
1822
1823   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end();
1824        UI != E; /* empty */) {
1825     IVUsers::const_iterator CandidateUI = UI;
1826     ++UI;
1827     Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
1828     Type *DestTy = nullptr;
1829     bool IsSigned = false;
1830
1831     /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1832        to eliminate this cast.
1833
1834          for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
1835            foo((double)i);
1836
1837        is transformed into
1838
1839          double d = 0.0;
1840          for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
1841            foo(d);
1842     */
1843     if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1844       IsSigned = false;
1845       DestTy = UCast->getDestTy();
1846     }
1847     else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1848       IsSigned = true;
1849       DestTy = SCast->getDestTy();
1850     }
1851     if (!DestTy) continue;
1852
1853     // If target does not support DestTy natively then do not apply
1854     // this transformation.
1855     if (!TTI.isTypeLegal(DestTy)) continue;
1856
1857     PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
1858     if (!PH) continue;
1859     if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
1860
1861     Type *SrcTy = PH->getType();
1862     int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
1863     if (Mantissa == -1) continue;
1864     if ((int)SE.getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
1865       continue;
1866
1867     unsigned Entry, Latch;
1868     if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
1869       Entry = 0;
1870       Latch = 1;
1871     } else {
1872       Entry = 1;
1873       Latch = 0;
1874     }
1875
1876     ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
1877     if (!Init) continue;
1878     Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, IsSigned ?
1879                                         (double)Init->getSExtValue() :
1880                                         (double)Init->getZExtValue());
1881
1882     BinaryOperator *Incr =
1883       dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
1884     if (!Incr) continue;
1885     if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
1886         && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
1887       continue;
1888
1889     /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
1890     ConstantInt *C = nullptr;
1891     if (Incr->getOperand(0) == PH)
1892       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
1893     else if (Incr->getOperand(1) == PH)
1894       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
1895     else
1896       continue;
1897
1898     if (!C) continue;
1899
1900     // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
1901     // correctly. TODO: Remove this restriction.
1902     if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
1903
1904     /* Add new PHINode. */
1905     PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, 2, "IV.S.", PH);
1906
1907     /* create new increment. '++d' in above example. */
1908     Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
1909     BinaryOperator *NewIncr =
1910       BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
1911                                Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
1912                              NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
1913
1914     NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
1915     NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
1916
1917     /* Remove cast operation */
1918     ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
1919     ShadowUse->eraseFromParent();
1920     Changed = true;
1921     break;
1922   }
1923 }
1924
1925 /// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
1926 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
1927 /// false.
1928 bool LSRInstance::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse) {
1929   for (IVUsers::iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
1930     if (UI->getUser() == Cond) {
1931       // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
1932       // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
1933       // occurs enough in real life to handle.
1934       CondUse = UI;
1935       return true;
1936     }
1937   return false;
1938 }
1939
1940 /// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
1941 /// a max computation.
1942 ///
1943 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
1944 /// like this:
1945 ///
1946 ///   i = 0;
1947 ///   do {
1948 ///     p[i] = 0.0;
1949 ///   } while (++i < n);
1950 ///
1951 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
1952 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
1953 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
1954 /// will commonly be lowered like this:
1955 //
1956 ///   if (n > 0) {
1957 ///     i = 0;
1958 ///     do {
1959 ///       p[i] = 0.0;
1960 ///     } while (++i < n);
1961 ///   }
1962 ///
1963 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
1964 /// test in such a way that indvars can't find it.
1965 ///
1966 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
1967 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
1968 /// induction variable:
1969 ///
1970 ///   i = 0;
1971 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
1972 ///   do {
1973 ///     p[i] = 0.0;
1974 ///   } while (++i != max);
1975 ///
1976 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
1977 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
1978 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
1979 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
1980 /// needed, and it does this using a simple analysis that only succeeds if
1981 /// the loop has a canonical induction variable.
1982 ///
1983 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
1984 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
1985 ///
1986 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
1987 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
1988 /// the instructions for the maximum computation.
1989 ///
1990 ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
1991   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
1992   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
1993       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
1994     return Cond;
1995
1996   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
1997   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
1998
1999   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
2000   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2001     return Cond;
2002   const SCEV *One = SE.getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 1);
2003
2004   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2005   const SCEV *IterationCount = SE.getAddExpr(One, BackedgeTakenCount);
2006   if (IterationCount != SE.getSCEV(Sel)) return Cond;
2007
2008   // Check for a max calculation that matches the pattern. There's no check
2009   // for ICMP_ULE here because the comparison would be with zero, which
2010   // isn't interesting.
2011   CmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
2012   const SCEVNAryExpr *Max = nullptr;
2013   if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(BackedgeTakenCount)) {
2014     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
2015     Max = S;
2016   } else if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount)) {
2017     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
2018     Max = S;
2019   } else if (const SCEVUMaxExpr *U = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(IterationCount)) {
2020     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
2021     Max = U;
2022   } else {
2023     // No match; bail.
2024     return Cond;
2025   }
2026
2027   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
2028   // require additional checking and setup.
2029   if (Max->getNumOperands() != 2)
2030     return Cond;
2031
2032   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
2033   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
2034
2035   // ScalarEvolution canonicalizes constants to the left. For < and >, look
2036   // for a comparison with 1. For <= and >=, a comparison with zero.
2037   if (!MaxLHS ||
2038       (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) ? !MaxLHS->isZero() : (MaxLHS != One)))
2039     return Cond;
2040
2041   // Check the relevant induction variable for conformance to
2042   // the pattern.
2043   const SCEV *IV = SE.getSCEV(Cond->getOperand(0));
2044   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2045   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2046       AR->getStart() != One ||
2047       AR->getStepRecurrence(SE) != One)
2048     return Cond;
2049
2050   assert(AR->getLoop() == L &&
2051          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2052
2053   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2054   // be used in the new comparison instruction.
2055   Value *NewRHS = nullptr;
2056   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred)) {
2057     // Look for n+1, and grab n.
2058     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(1)))
2059       if (ConstantInt *BO1 = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
2060          if (BO1->isOne() && SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
2061            NewRHS = BO->getOperand(0);
2062     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(2)))
2063       if (ConstantInt *BO1 = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
2064         if (BO1->isOne() && SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
2065           NewRHS = BO->getOperand(0);
2066     if (!NewRHS)
2067       return Cond;
2068   } else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
2069     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2070   else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
2071     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2072   else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(MaxRHS))
2073     NewRHS = SU->getValue();
2074   else
2075     // Max doesn't match expected pattern.
2076     return Cond;
2077
2078   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
2079   // and the original comparison may be either equality or inequality.
2080   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
2081     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
2082
2083   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2084   // delete the max calculation.
2085   ICmpInst *NewCond =
2086     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
2087
2088   // Delete the max calculation instructions.
2089   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2090   CondUse->setUser(NewCond);
2091   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2092   Cond->eraseFromParent();
2093   Sel->eraseFromParent();
2094   if (Cmp->use_empty())
2095     Cmp->eraseFromParent();
2096   return NewCond;
2097 }
2098
2099 /// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
2100 /// postinc iv when possible.
2101 void
2102 LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
2103   SmallPtrSet<Instruction *, 4> PostIncs;
2104
2105   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2106   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
2107   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2108
2109   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
2110     BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
2111
2112     // Get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2113     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2114     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2115     // one register value.
2116
2117     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2118     if (!TermBr)
2119       continue;
2120     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
2121     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2122       continue;
2123
2124     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2125     IVStrideUse *CondUse = nullptr;
2126     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2127     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse))
2128       continue;
2129
2130     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
2131     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2132     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
2133     // One consequence of doing this now is that it disrupts the count-down
2134     // optimization. That's not always a bad thing though, because in such
2135     // cases it may still be worthwhile to avoid a max.
2136     Cond = OptimizeMax(Cond, CondUse);
2137
2138     // If this exiting block dominates the latch block, it may also use
2139     // the post-inc value if it won't be shared with other uses.
2140     // Check for dominance.
2141     if (!DT.dominates(ExitingBlock, LatchBlock))
2142       continue;
2143
2144     // Conservatively avoid trying to use the post-inc value in non-latch
2145     // exits if there may be pre-inc users in intervening blocks.
2146     if (LatchBlock != ExitingBlock)
2147       for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
2148         // Test if the use is reachable from the exiting block. This dominator
2149         // query is a conservative approximation of reachability.
2150         if (&*UI != CondUse &&
2151             !DT.properlyDominates(UI->getUser()->getParent(), ExitingBlock)) {
2152           // Conservatively assume there may be reuse if the quotient of their
2153           // strides could be a legal scale.
2154           const SCEV *A = IU.getStride(*CondUse, L);
2155           const SCEV *B = IU.getStride(*UI, L);
2156           if (!A || !B) continue;
2157           if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) !=
2158               SE.getTypeSizeInBits(B->getType())) {
2159             if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) >
2160                 SE.getTypeSizeInBits(B->getType()))
2161               B = SE.getSignExtendExpr(B, A->getType());
2162             else
2163               A = SE.getSignExtendExpr(A, B->getType());
2164           }
2165           if (const SCEVConstant *D =
2166                 dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(B, A, SE))) {
2167             const ConstantInt *C = D->getValue();
2168             // Stride of one or negative one can have reuse with non-addresses.
2169             if (C->isOne() || C->isAllOnesValue())
2170               goto decline_post_inc;
2171             // Avoid weird situations.
2172             if (C->getValue().getMinSignedBits() >= 64 ||
2173                 C->getValue().isMinSignedValue())
2174               goto decline_post_inc;
2175             // Check for possible scaled-address reuse.
2176             Type *AccessTy = getAccessType(UI->getUser());
2177             int64_t Scale = C->getSExtValue();
2178             if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, /*BaseGV=*/ nullptr,
2179                                           /*BaseOffset=*/ 0,
2180                                           /*HasBaseReg=*/ false, Scale))
2181               goto decline_post_inc;
2182             Scale = -Scale;
2183             if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, /*BaseGV=*/ nullptr,
2184                                           /*BaseOffset=*/ 0,
2185                                           /*HasBaseReg=*/ false, Scale))
2186               goto decline_post_inc;
2187           }
2188         }
2189
2190     DEBUG(dbgs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
2191                  << *Cond << '\n');
2192
2193     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2194     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2195     // the exiting block branch, move it.
2196     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != TermBr) {
2197       if (Cond->hasOneUse()) {
2198         Cond->moveBefore(TermBr);
2199       } else {
2200         // Clone the terminating condition and insert into the loopend.
2201         ICmpInst *OldCond = Cond;
2202         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2203         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2204         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
2205
2206         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2207         CondUse = &IU.AddUser(Cond, CondUse->getOperandValToReplace());
2208         TermBr->replaceUsesOfWith(OldCond, Cond);
2209       }
2210     }
2211
2212     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2213     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2214     // live ranges for the IV correctly.
2215     CondUse->transformToPostInc(L);
2216     Changed = true;
2217
2218     PostIncs.insert(Cond);
2219   decline_post_inc:;
2220   }
2221
2222   // Determine an insertion point for the loop induction variable increment. It
2223   // must dominate all the post-inc comparisons we just set up, and it must
2224   // dominate the loop latch edge.
2225   IVIncInsertPos = L->getLoopLatch()->getTerminator();
2226   for (Instruction *Inst : PostIncs) {
2227     BasicBlock *BB =
2228       DT.findNearestCommonDominator(IVIncInsertPos->getParent(),
2229                                     Inst->getParent());
2230     if (BB == Inst->getParent())
2231       IVIncInsertPos = Inst;
2232     else if (BB != IVIncInsertPos->getParent())
2233       IVIncInsertPos = BB->getTerminator();
2234   }
2235 }
2236
2237 /// reconcileNewOffset - Determine if the given use can accommodate a fixup
2238 /// at the given offset and other details. If so, update the use and
2239 /// return true.
2240 bool
2241 LSRInstance::reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
2242                                 LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
2243   int64_t NewMinOffset = LU.MinOffset;
2244   int64_t NewMaxOffset = LU.MaxOffset;
2245   Type *NewAccessTy = AccessTy;
2246
2247   // Check for a mismatched kind. It's tempting to collapse mismatched kinds to
2248   // something conservative, however this can pessimize in the case that one of
2249   // the uses will have all its uses outside the loop, for example.
2250   if (LU.Kind != Kind)
2251     return false;
2252
2253   // Check for a mismatched access type, and fall back conservatively as needed.
2254   // TODO: Be less conservative when the type is similar and can use the same
2255   // addressing modes.
2256   if (Kind == LSRUse::Address && AccessTy != LU.AccessTy)
2257     NewAccessTy = Type::getVoidTy(AccessTy->getContext());
2258
2259   // Conservatively assume HasBaseReg is true for now.
2260   if (NewOffset < LU.MinOffset) {
2261     if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, NewAccessTy, /*BaseGV=*/nullptr,
2262                           LU.MaxOffset - NewOffset, HasBaseReg))
2263       return false;
2264     NewMinOffset = NewOffset;
2265   } else if (NewOffset > LU.MaxOffset) {
2266     if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, NewAccessTy, /*BaseGV=*/nullptr,
2267                           NewOffset - LU.MinOffset, HasBaseReg))
2268       return false;
2269     NewMaxOffset = NewOffset;
2270   }
2271
2272   // Update the use.
2273   LU.MinOffset = NewMinOffset;
2274   LU.MaxOffset = NewMaxOffset;
2275   LU.AccessTy = NewAccessTy;
2276   if (NewOffset != LU.Offsets.back())
2277     LU.Offsets.push_back(NewOffset);
2278   return true;
2279 }
2280
2281 /// getUse - Return an LSRUse index and an offset value for a fixup which
2282 /// needs the given expression, with the given kind and optional access type.
2283 /// Either reuse an existing use or create a new one, as needed.
2284 std::pair<size_t, int64_t>
2285 LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
2286                     LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
2287   const SCEV *Copy = Expr;
2288   int64_t Offset = ExtractImmediate(Expr, SE);
2289
2290   // Basic uses can't accept any offset, for example.
2291   if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ nullptr,
2292                         Offset, /*HasBaseReg=*/ true)) {
2293     Expr = Copy;
2294     Offset = 0;
2295   }
2296
2297   std::pair<UseMapTy::iterator, bool> P =
2298     UseMap.insert(std::make_pair(LSRUse::SCEVUseKindPair(Expr, Kind), 0));
2299   if (!P.second) {
2300     // A use already existed with this base.
2301     size_t LUIdx = P.first->second;
2302     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2303     if (reconcileNewOffset(LU, Offset, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy))
2304       // Reuse this use.
2305       return std::make_pair(LUIdx, Offset);
2306   }
2307
2308   // Create a new use.
2309   size_t LUIdx = Uses.size();
2310   P.first->second = LUIdx;
2311   Uses.push_back(LSRUse(Kind, AccessTy));
2312   LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2313
2314   // We don't need to track redundant offsets, but we don't need to go out
2315   // of our way here to avoid them.
2316   if (LU.Offsets.empty() || Offset != LU.Offsets.back())
2317     LU.Offsets.push_back(Offset);
2318
2319   LU.MinOffset = Offset;
2320   LU.MaxOffset = Offset;
2321   return std::make_pair(LUIdx, Offset);
2322 }
2323
2324 /// DeleteUse - Delete the given use from the Uses list.
2325 void LSRInstance::DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2326   if (&LU != &Uses.back())
2327     std::swap(LU, Uses.back());
2328   Uses.pop_back();
2329
2330   // Update RegUses.
2331   RegUses.SwapAndDropUse(LUIdx, Uses.size());
2332 }
2333
2334 /// FindUseWithFormula - Look for a use distinct from OrigLU which is has
2335 /// a formula that has the same registers as the given formula.
2336 LSRUse *
2337 LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
2338                                        const LSRUse &OrigLU) {
2339   // Search all uses for the formula. This could be more clever.
2340   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2341     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2342     // Check whether this use is close enough to OrigLU, to see whether it's
2343     // worthwhile looking through its formulae.
2344     // Ignore ICmpZero uses because they may contain formulae generated by
2345     // GenerateICmpZeroScales, in which case adding fixup offsets may
2346     // be invalid.
2347     if (&LU != &OrigLU &&
2348         LU.Kind != LSRUse::ICmpZero &&
2349         LU.Kind == OrigLU.Kind && OrigLU.AccessTy == LU.AccessTy &&
2350         LU.WidestFixupType == OrigLU.WidestFixupType &&
2351         LU.HasFormulaWithSameRegs(OrigF)) {
2352       // Scan through this use's formulae.
2353       for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
2354            E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
2355         const Formula &F = *I;
2356         // Check to see if this formula has the same registers and symbols
2357         // as OrigF.
2358         if (F.BaseRegs == OrigF.BaseRegs &&
2359             F.ScaledReg == OrigF.ScaledReg &&
2360             F.BaseGV == OrigF.BaseGV &&
2361             F.Scale == OrigF.Scale &&
2362             F.UnfoldedOffset == OrigF.UnfoldedOffset) {
2363           if (F.BaseOffset == 0)
2364             return &LU;
2365           // This is the formula where all the registers and symbols matched;
2366           // there aren't going to be any others. Since we declined it, we
2367           // can skip the rest of the formulae and proceed to the next LSRUse.
2368           break;
2369         }
2370       }
2371     }
2372   }
2373
2374   // Nothing looked good.
2375   return nullptr;
2376 }
2377
2378 void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
2379   SmallSetVector<const SCEV *, 4> Strides;
2380
2381   // Collect interesting types and strides.
2382   SmallVector<const SCEV *, 4> Worklist;
2383   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2384     const SCEV *Expr = IU.getExpr(*UI);
2385
2386     // Collect interesting types.
2387     Types.insert(SE.getEffectiveSCEVType(Expr->getType()));
2388
2389     // Add strides for mentioned loops.
2390     Worklist.push_back(Expr);
2391     do {
2392       const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
2393       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2394         if (AR->getLoop() == L)
2395           Strides.insert(AR->getStepRecurrence(SE));
2396         Worklist.push_back(AR->getStart());
2397       } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2398         Worklist.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
2399       }
2400     } while (!Worklist.empty());
2401   }
2402
2403   // Compute interesting factors from the set of interesting strides.
2404   for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator
2405        I = Strides.begin(), E = Strides.end(); I != E; ++I)
2406     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator NewStrideIter =
2407          std::next(I); NewStrideIter != E; ++NewStrideIter) {
2408       const SCEV *OldStride = *I;
2409       const SCEV *NewStride = *NewStrideIter;
2410
2411       if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) !=
2412           SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType())) {
2413         if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) >
2414             SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType()))
2415           NewStride = SE.getSignExtendExpr(NewStride, OldStride->getType());
2416         else
2417           OldStride = SE.getSignExtendExpr(OldStride, NewStride->getType());
2418       }
2419       if (const SCEVConstant *Factor =
2420             dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(NewStride, OldStride,
2421                                                         SE, true))) {
2422         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2423           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2424       } else if (const SCEVConstant *Factor =
2425                    dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(OldStride,
2426                                                                NewStride,
2427                                                                SE, true))) {
2428         if (Factor->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64)
2429           Factors.insert(Factor->getValue()->getValue().getSExtValue());
2430       }
2431     }
2432
2433   // If all uses use the same type, don't bother looking for truncation-based
2434   // reuse.
2435   if (Types.size() == 1)
2436     Types.clear();
2437
2438   DEBUG(print_factors_and_types(dbgs()));
2439 }
2440
2441 /// findIVOperand - Helper for CollectChains that finds an IV operand (computed
2442 /// by an AddRec in this loop) within [OI,OE) or returns OE. If IVUsers mapped
2443 /// Instructions to IVStrideUses, we could partially skip this.
2444 static User::op_iterator
2445 findIVOperand(User::op_iterator OI, User::op_iterator OE,
2446               Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
2447   for(; OI != OE; ++OI) {
2448     if (Instruction *Oper = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
2449       if (!SE.isSCEVable(Oper->getType()))
2450         continue;
2451
2452       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
2453           dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(Oper))) {
2454         if (AR->getLoop() == L)
2455           break;
2456       }
2457     }
2458   }
2459   return OI;
2460 }
2461
2462 /// getWideOperand - IVChain logic must consistenctly peek base TruncInst
2463 /// operands, so wrap it in a convenient helper.
2464 static Value *getWideOperand(Value *Oper) {
2465   if (TruncInst *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(Oper))
2466     return Trunc->getOperand(0);
2467   return Oper;
2468 }
2469
2470 /// isCompatibleIVType - Return true if we allow an IV chain to include both
2471 /// types.
2472 static bool isCompatibleIVType(Value *LVal, Value *RVal) {
2473   Type *LType = LVal->getType();
2474   Type *RType = RVal->getType();
2475   return (LType == RType) || (LType->isPointerTy() && RType->isPointerTy());
2476 }
2477
2478 /// getExprBase - Return an approximation of this SCEV expression's "base", or
2479 /// NULL for any constant. Returning the expression itself is
2480 /// conservative. Returning a deeper subexpression is more precise and valid as
2481 /// long as it isn't less complex than another subexpression. For expressions
2482 /// involving multiple unscaled values, we need to return the pointer-type
2483 /// SCEVUnknown. This avoids forming chains across objects, such as:
2484 /// PrevOper==a[i], IVOper==b[i], IVInc==b-a.
2485 ///
2486 /// Since SCEVUnknown is the rightmost type, and pointers are the rightmost
2487 /// SCEVUnknown, we simply return the rightmost SCEV operand.
2488 static const SCEV *getExprBase(const SCEV *S) {
2489   switch (S->getSCEVType()) {
2490   default: // uncluding scUnknown.
2491     return S;
2492   case scConstant:
2493     return nullptr;
2494   case scTruncate:
2495     return getExprBase(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand());
2496   case scZeroExtend:
2497     return getExprBase(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand());
2498   case scSignExtend:
2499     return getExprBase(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand());
2500   case scAddExpr: {
2501     // Skip over scaled operands (scMulExpr) to follow add operands as long as
2502     // there's nothing more complex.
2503     // FIXME: not sure if we want to recognize negation.
2504     const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(S);
2505     for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(Add->op_end()),
2506            E(Add->op_begin()); I != E; ++I) {
2507       const SCEV *SubExpr = *I;
2508       if (SubExpr->getSCEVType() == scAddExpr)
2509         return getExprBase(SubExpr);
2510
2511       if (SubExpr->getSCEVType() != scMulExpr)
2512         return SubExpr;
2513     }
2514     return S; // all operands are scaled, be conservative.
2515   }
2516   case scAddRecExpr:
2517     return getExprBase(cast<SCEVAddRecExpr>(S)->getStart());
2518   }
2519 }
2520
2521 /// Return true if the chain increment is profitable to expand into a loop
2522 /// invariant value, which may require its own register. A profitable chain
2523 /// increment will be an offset relative to the same base. We allow such offsets
2524 /// to potentially be used as chain increment as long as it's not obviously
2525 /// expensive to expand using real instructions.
2526 bool IVChain::isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
2527                                     const SCEV *IncExpr,
2528                                     ScalarEvolution &SE) {
2529   // Aggressively form chains when -stress-ivchain.
2530   if (StressIVChain)
2531     return true;
2532
2533   // Do not replace a constant offset from IV head with a nonconstant IV
2534   // increment.
2535   if (!isa<SCEVConstant>(IncExpr)) {
2536     const SCEV *HeadExpr = SE.getSCEV(getWideOperand(Incs[0].IVOperand));
2537     if (isa<SCEVConstant>(SE.getMinusSCEV(OperExpr, HeadExpr)))
2538       return 0;
2539   }
2540
2541   SmallPtrSet<const SCEV*, 8> Processed;
2542   return !isHighCostExpansion(IncExpr, Processed, SE);
2543 }
2544
2545 /// Return true if the number of registers needed for the chain is estimated to
2546 /// be less than the number required for the individual IV users. First prohibit
2547 /// any IV users that keep the IV live across increments (the Users set should
2548 /// be empty). Next count the number and type of increments in the chain.
2549 ///
2550 /// Chaining IVs can lead to considerable code bloat if ISEL doesn't
2551 /// effectively use postinc addressing modes. Only consider it profitable it the
2552 /// increments can be computed in fewer registers when chained.
2553 ///
2554 /// TODO: Consider IVInc free if it's already used in another chains.
2555 static bool
2556 isProfitableChain(IVChain &Chain, SmallPtrSetImpl<Instruction*> &Users,
2557                   ScalarEvolution &SE, const TargetTransformInfo &TTI) {
2558   if (StressIVChain)
2559     return true;
2560
2561   if (!Chain.hasIncs())
2562     return false;
2563
2564   if (!Users.empty()) {
2565     DEBUG(dbgs() << "Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << " users:\n";
2566           for (Instruction *Inst : Users) {
2567             dbgs() << "  " << *Inst << "\n";
2568           });
2569     return false;
2570   }
2571   assert(!Chain.Incs.empty() && "empty IV chains are not allowed");
2572
2573   // The chain itself may require a register, so intialize cost to 1.
2574   int cost = 1;
2575
2576   // A complete chain likely eliminates the need for keeping the original IV in
2577   // a register. LSR does not currently know how to form a complete chain unless
2578   // the header phi already exists.
2579   if (isa<PHINode>(Chain.tailUserInst())
2580       && SE.getSCEV(Chain.tailUserInst()) == Chain.Incs[0].IncExpr) {
2581     --cost;
2582   }
2583   const SCEV *LastIncExpr = nullptr;
2584   unsigned NumConstIncrements = 0;
2585   unsigned NumVarIncrements = 0;
2586   unsigned NumReusedIncrements = 0;
2587   for (IVChain::const_iterator I = Chain.begin(), E = Chain.end();
2588        I != E; ++I) {
2589
2590     if (I->IncExpr->isZero())
2591       continue;
2592
2593     // Incrementing by zero or some constant is neutral. We assume constants can
2594     // be folded into an addressing mode or an add's immediate operand.
2595     if (isa<SCEVConstant>(I->IncExpr)) {
2596       ++NumConstIncrements;
2597       continue;
2598     }
2599
2600     if (I->IncExpr == LastIncExpr)
2601       ++NumReusedIncrements;
2602     else
2603       ++NumVarIncrements;
2604
2605     LastIncExpr = I->IncExpr;
2606   }
2607   // An IV chain with a single increment is handled by LSR's postinc
2608   // uses. However, a chain with multiple increments requires keeping the IV's
2609   // value live longer than it needs to be if chained.
2610   if (NumConstIncrements > 1)
2611     --cost;
2612
2613   // Materializing increment expressions in the preheader that didn't exist in
2614   // the original code may cost a register. For example, sign-extended array
2615   // indices can produce ridiculous increments like this:
2616   // IV + ((sext i32 (2 * %s) to i64) + (-1 * (sext i32 %s to i64)))
2617   cost += NumVarIncrements;
2618
2619   // Reusing variable increments likely saves a register to hold the multiple of
2620   // the stride.
2621   cost -= NumReusedIncrements;
2622
2623   DEBUG(dbgs() << "Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << " Cost: " << cost
2624                << "\n");
2625
2626   return cost < 0;
2627 }
2628
2629 /// ChainInstruction - Add this IV user to an existing chain or make it the head
2630 /// of a new chain.
2631 void LSRInstance::ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
2632                                    SmallVectorImpl<ChainUsers> &ChainUsersVec) {
2633   // When IVs are used as types of varying widths, they are generally converted
2634   // to a wider type with some uses remaining narrow under a (free) trunc.
2635   Value *const NextIV = getWideOperand(IVOper);
2636   const SCEV *const OperExpr = SE.getSCEV(NextIV);
2637   const SCEV *const OperExprBase = getExprBase(OperExpr);
2638
2639   // Visit all existing chains. Check if its IVOper can be computed as a
2640   // profitable loop invariant increment from the last link in the Chain.
2641   unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2642   const SCEV *LastIncExpr = nullptr;
2643   for (; ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
2644     IVChain &Chain = IVChainVec[ChainIdx];
2645
2646     // Prune the solution space aggressively by checking that both IV operands
2647     // are expressions that operate on the same unscaled SCEVUnknown. This
2648     // "base" will be canceled by the subsequent getMinusSCEV call. Checking
2649     // first avoids creating extra SCEV expressions.
2650     if (!StressIVChain && Chain.ExprBase != OperExprBase)
2651       continue;
2652
2653     Value *PrevIV = getWideOperand(Chain.Incs.back().IVOperand);
2654     if (!isCompatibleIVType(PrevIV, NextIV))
2655       continue;
2656
2657     // A phi node terminates a chain.
2658     if (isa<PHINode>(UserInst) && isa<PHINode>(Chain.tailUserInst()))
2659       continue;
2660
2661     // The increment must be loop-invariant so it can be kept in a register.
2662     const SCEV *PrevExpr = SE.getSCEV(PrevIV);
2663     const SCEV *IncExpr = SE.getMinusSCEV(OperExpr, PrevExpr);
2664     if (!SE.isLoopInvariant(IncExpr, L))
2665       continue;
2666
2667     if (Chain.isProfitableIncrement(OperExpr, IncExpr, SE)) {
2668       LastIncExpr = IncExpr;
2669       break;
2670     }
2671   }
2672   // If we haven't found a chain, create a new one, unless we hit the max. Don't
2673   // bother for phi nodes, because they must be last in the chain.
2674   if (ChainIdx == NChains) {
2675     if (isa<PHINode>(UserInst))
2676       return;
2677     if (NChains >= MaxChains && !StressIVChain) {
2678       DEBUG(dbgs() << "IV Chain Limit\n");
2679       return;
2680     }
2681     LastIncExpr = OperExpr;
2682     // IVUsers may have skipped over sign/zero extensions. We don't currently
2683     // attempt to form chains involving extensions unless they can be hoisted
2684     // into this loop's AddRec.
2685     if (!isa<SCEVAddRecExpr>(LastIncExpr))
2686       return;
2687     ++NChains;
2688     IVChainVec.push_back(IVChain(IVInc(UserInst, IVOper, LastIncExpr),
2689                                  OperExprBase));
2690     ChainUsersVec.resize(NChains);
2691     DEBUG(dbgs() << "IV Chain#" << ChainIdx << " Head: (" << *UserInst
2692                  << ") IV=" << *LastIncExpr << "\n");
2693   } else {
2694     DEBUG(dbgs() << "IV Chain#" << ChainIdx << "  Inc: (" << *UserInst
2695                  << ") IV+" << *LastIncExpr << "\n");
2696     // Add this IV user to the end of the chain.
2697     IVChainVec[ChainIdx].add(IVInc(UserInst, IVOper, LastIncExpr));
2698   }
2699   IVChain &Chain = IVChainVec[ChainIdx];
2700
2701   SmallPtrSet<Instruction*,4> &NearUsers = ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers;
2702   // This chain's NearUsers become FarUsers.
2703   if (!LastIncExpr->isZero()) {
2704     ChainUsersVec[ChainIdx].FarUsers.insert(NearUsers.begin(),
2705                                             NearUsers.end());
2706     NearUsers.clear();
2707   }
2708
2709   // All other uses of IVOperand become near uses of the chain.
2710   // We currently ignore intermediate values within SCEV expressions, assuming
2711   // they will eventually be used be the current chain, or can be computed
2712   // from one of the chain increments. To be more precise we could
2713   // transitively follow its user and only add leaf IV users to the set.
2714   for (User *U : IVOper->users()) {
2715     Instruction *OtherUse = dyn_cast<Instruction>(U);
2716     if (!OtherUse)
2717       continue;
2718     // Uses in the chain will no longer be uses if the chain is formed.
2719     // Include the head of the chain in this iteration (not Chain.begin()).
2720     IVChain::const_iterator IncIter = Chain.Incs.begin();
2721     IVChain::const_iterator IncEnd = Chain.Incs.end();
2722     for( ; IncIter != IncEnd; ++IncIter) {
2723       if (IncIter->UserInst == OtherUse)
2724         break;
2725     }
2726     if (IncIter != IncEnd)
2727       continue;
2728
2729     if (SE.isSCEVable(OtherUse->getType())
2730         && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(OtherUse))
2731         && IU.isIVUserOrOperand(OtherUse)) {
2732       continue;
2733     }
2734     NearUsers.insert(OtherUse);
2735   }
2736
2737   // Since this user is part of the chain, it's no longer considered a use
2738   // of the chain.
2739   ChainUsersVec[ChainIdx].FarUsers.erase(UserInst);
2740 }
2741
2742 /// CollectChains - Populate the vector of Chains.
2743 ///
2744 /// This decreases ILP at the architecture level. Targets with ample registers,
2745 /// multiple memory ports, and no register renaming probably don't want
2746 /// this. However, such targets should probably disable LSR altogether.
2747 ///
2748 /// The job of LSR is to make a reasonable choice of induction variables across
2749 /// the loop. Subsequent passes can easily "unchain" computation exposing more
2750 /// ILP *within the loop* if the target wants it.
2751 ///
2752 /// Finding the best IV chain is potentially a scheduling problem. Since LSR
2753 /// will not reorder memory operations, it will recognize this as a chain, but
2754 /// will generate redundant IV increments. Ideally this would be corrected later
2755 /// by a smart scheduler:
2756 ///        = A[i]
2757 ///        = A[i+x]
2758 /// A[i]   =
2759 /// A[i+x] =
2760 ///
2761 /// TODO: Walk the entire domtree within this loop, not just the path to the
2762 /// loop latch. This will discover chains on side paths, but requires
2763 /// maintaining multiple copies of the Chains state.
2764 void LSRInstance::CollectChains() {
2765   DEBUG(dbgs() << "Collecting IV Chains.\n");
2766   SmallVector<ChainUsers, 8> ChainUsersVec;
2767
2768   SmallVector<BasicBlock *,8> LatchPath;
2769   BasicBlock *LoopHeader = L->getHeader();
2770   for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(L->getLoopLatch());
2771        Rung->getBlock() != LoopHeader; Rung = Rung->getIDom()) {
2772     LatchPath.push_back(Rung->getBlock());
2773   }
2774   LatchPath.push_back(LoopHeader);
2775
2776   // Walk the instruction stream from the loop header to the loop latch.
2777   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::reverse_iterator
2778          BBIter = LatchPath.rbegin(), BBEnd = LatchPath.rend();
2779        BBIter != BBEnd; ++BBIter) {
2780     for (BasicBlock::iterator I = (*BBIter)->begin(), E = (*BBIter)->end();
2781          I != E; ++I) {
2782       // Skip instructions that weren't seen by IVUsers analysis.
2783       if (isa<PHINode>(I) || !IU.isIVUserOrOperand(I))
2784         continue;
2785
2786       // Ignore users that are part of a SCEV expression. This way we only
2787       // consider leaf IV Users. This effectively rediscovers a portion of
2788       // IVUsers analysis but in program order this time.
2789       if (SE.isSCEVable(I->getType()) && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(I)))
2790         continue;
2791
2792       // Remove this instruction from any NearUsers set it may be in.
2793       for (unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2794            ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
2795         ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers.erase(I);
2796       }
2797       // Search for operands that can be chained.
2798       SmallPtrSet<Instruction*, 4> UniqueOperands;
2799       User::op_iterator IVOpEnd = I->op_end();
2800       User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(I->op_begin(), IVOpEnd, L, SE);
2801       while (IVOpIter != IVOpEnd) {
2802         Instruction *IVOpInst = cast<Instruction>(*IVOpIter);
2803         if (UniqueOperands.insert(IVOpInst).second)
2804           ChainInstruction(I, IVOpInst, ChainUsersVec);
2805         IVOpIter = findIVOperand(std::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
2806       }
2807     } // Continue walking down the instructions.
2808   } // Continue walking down the domtree.
2809   // Visit phi backedges to determine if the chain can generate the IV postinc.
2810   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2811        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2812     if (!SE.isSCEVable(PN->getType()))
2813       continue;
2814
2815     Instruction *IncV =
2816       dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch()));
2817     if (IncV)
2818       ChainInstruction(PN, IncV, ChainUsersVec);
2819   }
2820   // Remove any unprofitable chains.
2821   unsigned ChainIdx = 0;
2822   for (unsigned UsersIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2823        UsersIdx < NChains; ++UsersIdx) {
2824     if (!isProfitableChain(IVChainVec[UsersIdx],
2825                            ChainUsersVec[UsersIdx].FarUsers, SE, TTI))
2826       continue;
2827     // Preserve the chain at UsesIdx.
2828     if (ChainIdx != UsersIdx)
2829       IVChainVec[ChainIdx] = IVChainVec[UsersIdx];
2830     FinalizeChain(IVChainVec[ChainIdx]);
2831     ++ChainIdx;
2832   }
2833   IVChainVec.resize(ChainIdx);
2834 }
2835
2836 void LSRInstance::FinalizeChain(IVChain &Chain) {
2837   assert(!Chain.Incs.empty() && "empty IV chains are not allowed");
2838   DEBUG(dbgs() << "Final Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << "\n");
2839
2840   for (IVChain::const_iterator I = Chain.begin(), E = Chain.end();
2841        I != E; ++I) {
2842     DEBUG(dbgs() << "        Inc: " << *I->UserInst << "\n");
2843     User::op_iterator UseI =
2844       std::find(I->UserInst->op_begin(), I->UserInst->op_end(), I->IVOperand);
2845     assert(UseI != I->UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
2846     IVIncSet.insert(UseI);
2847   }
2848 }
2849
2850 /// Return true if the IVInc can be folded into an addressing mode.
2851 static bool canFoldIVIncExpr(const SCEV *IncExpr, Instruction *UserInst,
2852                              Value *Operand, const TargetTransformInfo &TTI) {
2853   const SCEVConstant *IncConst = dyn_cast<SCEVConstant>(IncExpr);
2854   if (!IncConst || !isAddressUse(UserInst, Operand))
2855     return false;
2856
2857   if (IncConst->getValue()->getValue().getMinSignedBits() > 64)
2858     return false;
2859
2860   int64_t IncOffset = IncConst->getValue()->getSExtValue();
2861   if (!isAlwaysFoldable(TTI, LSRUse::Address,
2862                         getAccessType(UserInst), /*BaseGV=*/ nullptr,
2863                         IncOffset, /*HaseBaseReg=*/ false))
2864     return false;
2865
2866   return true;
2867 }
2868
2869 /// GenerateIVChains - Generate an add or subtract for each IVInc in a chain to
2870 /// materialize the IV user's operand from the previous IV user's operand.
2871 void LSRInstance::GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
2872                                   SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
2873   // Find the new IVOperand for the head of the chain. It may have been replaced
2874   // by LSR.
2875   const IVInc &Head = Chain.Incs[0];
2876   User::op_iterator IVOpEnd = Head.UserInst->op_end();
2877   // findIVOperand returns IVOpEnd if it can no longer find a valid IV user.
2878   User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(Head.UserInst->op_begin(),
2879                                              IVOpEnd, L, SE);
2880   Value *IVSrc = nullptr;
2881   while (IVOpIter != IVOpEnd) {
2882     IVSrc = getWideOperand(*IVOpIter);
2883
2884     // If this operand computes the expression that the chain needs, we may use
2885     // it. (Check this after setting IVSrc which is used below.)
2886     //
2887     // Note that if Head.IncExpr is wider than IVSrc, then this phi is too
2888     // narrow for the chain, so we can no longer use it. We do allow using a
2889     // wider phi, assuming the LSR checked for free truncation. In that case we
2890     // should already have a truncate on this operand such that
2891     // getSCEV(IVSrc) == IncExpr.
2892     if (SE.getSCEV(*IVOpIter) == Head.IncExpr
2893         || SE.getSCEV(IVSrc) == Head.IncExpr) {
2894       break;
2895     }
2896     IVOpIter = findIVOperand(std::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
2897   }
2898   if (IVOpIter == IVOpEnd) {
2899     // Gracefully give up on this chain.
2900     DEBUG(dbgs() << "Concealed chain head: " << *Head.UserInst << "\n");
2901     return;
2902   }
2903
2904   DEBUG(dbgs() << "Generate chain at: " << *IVSrc << "\n");
2905   Type *IVTy = IVSrc->getType();
2906   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(IVTy);
2907   const SCEV *LeftOverExpr = nullptr;
2908   for (IVChain::const_iterator IncI = Chain.begin(),
2909          IncE = Chain.end(); IncI != IncE; ++IncI) {
2910
2911     Instruction *InsertPt = IncI->UserInst;
2912     if (isa<PHINode>(InsertPt))
2913       InsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
2914
2915     // IVOper will replace the current IV User's operand. IVSrc is the IV
2916     // value currently held in a register.
2917     Value *IVOper = IVSrc;
2918     if (!IncI->IncExpr->isZero()) {
2919       // IncExpr was the result of subtraction of two narrow values, so must
2920       // be signed.
2921       const SCEV *IncExpr = SE.getNoopOrSignExtend(IncI->IncExpr, IntTy);
2922       LeftOverExpr = LeftOverExpr ?
2923         SE.getAddExpr(LeftOverExpr, IncExpr) : IncExpr;
2924     }
2925     if (LeftOverExpr && !LeftOverExpr->isZero()) {
2926       // Expand the IV increment.
2927       Rewriter.clearPostInc();
2928       Value *IncV = Rewriter.expandCodeFor(LeftOverExpr, IntTy, InsertPt);
2929       const SCEV *IVOperExpr = SE.getAddExpr(SE.getUnknown(IVSrc),
2930                                              SE.getUnknown(IncV));
2931       IVOper = Rewriter.expandCodeFor(IVOperExpr, IVTy, InsertPt);
2932
2933       // If an IV increment can't be folded, use it as the next IV value.
2934       if (!canFoldIVIncExpr(LeftOverExpr, IncI->UserInst, IncI->IVOperand,
2935                             TTI)) {
2936         assert(IVTy == IVOper->getType() && "inconsistent IV increment type");
2937         IVSrc = IVOper;
2938         LeftOverExpr = nullptr;
2939       }
2940     }
2941     Type *OperTy = IncI->IVOperand->getType();
2942     if (IVTy != OperTy) {
2943       assert(SE.getTypeSizeInBits(IVTy) >= SE.getTypeSizeInBits(OperTy) &&
2944              "cannot extend a chained IV");
2945       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
2946       IVOper = Builder.CreateTruncOrBitCast(IVOper, OperTy, "lsr.chain");
2947     }
2948     IncI->UserInst->replaceUsesOfWith(IncI->IVOperand, IVOper);
2949     DeadInsts.push_back(IncI->IVOperand);
2950   }
2951   // If LSR created a new, wider phi, we may also replace its postinc. We only
2952   // do this if we also found a wide value for the head of the chain.
2953   if (isa<PHINode>(Chain.tailUserInst())) {
2954     for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2955          PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2956       if (!isCompatibleIVType(Phi, IVSrc))
2957         continue;
2958       Instruction *PostIncV = dyn_cast<Instruction>(
2959         Phi->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch()));
2960       if (!PostIncV || (SE.getSCEV(PostIncV) != SE.getSCEV(IVSrc)))
2961         continue;
2962       Value *IVOper = IVSrc;
2963       Type *PostIncTy = PostIncV->getType();
2964       if (IVTy != PostIncTy) {
2965         assert(PostIncTy->isPointerTy() && "mixing int/ptr IV types");
2966         IRBuilder<> Builder(L->getLoopLatch()->getTerminator());
2967         Builder.SetCurrentDebugLocation(PostIncV->getDebugLoc());
2968         IVOper = Builder.CreatePointerCast(IVSrc, PostIncTy, "lsr.chain");
2969       }
2970       Phi->replaceUsesOfWith(PostIncV, IVOper);
2971       DeadInsts.push_back(PostIncV);
2972     }
2973   }
2974 }
2975
2976 void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
2977   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
2978     Instruction *UserInst = UI->getUser();
2979     // Skip IV users that are part of profitable IV Chains.
2980     User::op_iterator UseI = std::find(UserInst->op_begin(), UserInst->op_end(),
2981                                        UI->getOperandValToReplace());
2982     assert(UseI != UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
2983     if (IVIncSet.count(UseI))
2984       continue;
2985
2986     // Record the uses.
2987     LSRFixup &LF = getNewFixup();
2988     LF.UserInst = UserInst;
2989     LF.OperandValToReplace = UI->getOperandValToReplace();
2990     LF.PostIncLoops = UI->getPostIncLoops();
2991
2992     LSRUse::KindType Kind = LSRUse::Basic;
2993     Type *AccessTy = nullptr;
2994     if (isAddressUse(LF.UserInst, LF.OperandValToReplace)) {
2995       Kind = LSRUse::Address;
2996       AccessTy = getAccessType(LF.UserInst);
2997     }
2998
2999     const SCEV *S = IU.getExpr(*UI);
3000
3001     // Equality (== and !=) ICmps are special. We can rewrite (i == N) as
3002     // (N - i == 0), and this allows (N - i) to be the expression that we work
3003     // with rather than just N or i, so we can consider the register
3004     // requirements for both N and i at the same time. Limiting this code to
3005     // equality icmps is not a problem because all interesting loops use
3006     // equality icmps, thanks to IndVarSimplify.
3007     if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(LF.UserInst))
3008       if (CI->isEquality()) {
3009         // Swap the operands if needed to put the OperandValToReplace on the
3010         // left, for consistency.
3011         Value *NV = CI->getOperand(1);
3012         if (NV == LF.OperandValToReplace) {
3013           CI->setOperand(1, CI->getOperand(0));
3014           CI->setOperand(0, NV);
3015           NV = CI->getOperand(1);
3016           Changed = true;
3017         }
3018
3019         // x == y  -->  x - y == 0
3020         const SCEV *N = SE.getSCEV(NV);
3021         if (SE.isLoopInvariant(N, L) && isSafeToExpand(N, SE)) {
3022           // S is normalized, so normalize N before folding it into S
3023           // to keep the result normalized.
3024           N = TransformForPostIncUse(Normalize, N, CI, nullptr,
3025                                      LF.PostIncLoops, SE, DT);
3026           Kind = LSRUse::ICmpZero;
3027           S = SE.getMinusSCEV(N, S);
3028         }
3029
3030         // -1 and the negations of all interesting strides (except the negation
3031         // of -1) are now also interesting.
3032         for (size_t i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i)
3033           if (Factors[i] != -1)
3034             Factors.insert(-(uint64_t)Factors[i]);
3035         Factors.insert(-1);
3036       }
3037
3038     // Set up the initial formula for this use.
3039     std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, Kind, AccessTy);
3040     LF.LUIdx = P.first;
3041     LF.Offset = P.second;
3042     LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
3043     LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
3044     if (!LU.WidestFixupType ||
3045         SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
3046         SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
3047       LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
3048
3049     // If this is the first use of this LSRUse, give it a formula.
3050     if (LU.Formulae.empty()) {
3051       InsertInitialFormula(S, LU, LF.LUIdx);
3052       CountRegisters(LU.Formulae.back(), LF.LUIdx);
3053     }
3054   }
3055
3056   DEBUG(print_fixups(dbgs()));
3057 }
3058
3059 /// InsertInitialFormula - Insert a formula for the given expression into
3060 /// the given use, separating out loop-variant portions from loop-invariant
3061 /// and loop-computable portions.
3062 void
3063 LSRInstance::InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
3064   // Mark uses whose expressions cannot be expanded.
3065   if (!isSafeToExpand(S, SE))
3066     LU.RigidFormula = true;
3067
3068   Formula F;
3069   F.InitialMatch(S, L, SE);
3070   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3071   assert(Inserted && "Initial formula already exists!"); (void)Inserted;
3072 }
3073
3074 /// InsertSupplementalFormula - Insert a simple single-register formula for
3075 /// the given expression into the given use.
3076 void
3077 LSRInstance::InsertSupplementalFormula(const SCEV *S,
3078                                        LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
3079   Formula F;
3080   F.BaseRegs.push_back(S);
3081   F.HasBaseReg = true;
3082   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3083   assert(Inserted && "Supplemental formula already exists!"); (void)Inserted;
3084 }
3085
3086 /// CountRegisters - Note which registers are used by the given formula,
3087 /// updating RegUses.
3088 void LSRInstance::CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx) {
3089   if (F.ScaledReg)
3090     RegUses.CountRegister(F.ScaledReg, LUIdx);
3091   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
3092        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
3093     RegUses.CountRegister(*I, LUIdx);
3094 }
3095
3096 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
3097 /// the list, and return true. Return false otherwise.
3098 bool LSRInstance::InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F) {
3099   // Do not insert formula that we will not be able to expand.
3100   assert(isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F) &&
3101          "Formula is illegal");
3102   if (!LU.InsertFormula(F))
3103     return false;
3104
3105   CountRegisters(F, LUIdx);
3106   return true;
3107 }
3108
3109 /// CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae - Check for other uses of
3110 /// loop-invariant values which we're tracking. These other uses will pin these
3111 /// values in registers, making them less profitable for elimination.
3112 /// TODO: This currently misses non-constant addrec step registers.
3113 /// TODO: Should this give more weight to users inside the loop?
3114 void
3115 LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
3116   SmallVector<const SCEV *, 8> Worklist(RegUses.begin(), RegUses.end());
3117   SmallPtrSet<const SCEV *, 32> Visited;
3118
3119   while (!Worklist.empty()) {
3120     const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
3121
3122     // Don't process the same SCEV twice
3123     if (!Visited.insert(S).second)
3124       continue;
3125
3126     if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S))
3127       Worklist.append(N->op_begin(), N->op_end());
3128     else if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
3129       Worklist.push_back(C->getOperand());
3130     else if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3131       Worklist.push_back(D->getLHS());
3132       Worklist.push_back(D->getRHS());
3133     } else if (const SCEVUnknown *US = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3134       const Value *V = US->getValue();
3135       if (const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3136         // Look for instructions defined outside the loop.
3137         if (L->contains(Inst)) continue;
3138       } else if (isa<UndefValue>(V))
3139         // Undef doesn't have a live range, so it doesn't matter.
3140         continue;
3141       for (const Use &U : V->uses()) {
3142         const Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(U.getUser());
3143         // Ignore non-instructions.
3144         if (!UserInst)
3145           continue;
3146         // Ignore instructions in other functions (as can happen with
3147         // Constants).
3148         if (UserInst->getParent()->getParent() != L->getHeader()->getParent())
3149           continue;
3150         // Ignore instructions not dominated by the loop.
3151         const BasicBlock *UseBB = !isa<PHINode>(UserInst) ?
3152           UserInst->getParent() :
3153           cast<PHINode>(UserInst)->getIncomingBlock(
3154             PHINode::getIncomingValueNumForOperand(U.getOperandNo()));
3155         if (!DT.dominates(L->getHeader(), UseBB))
3156           continue;
3157         // Ignore uses which are part of other SCEV expressions, to avoid
3158         // analyzing them multiple times.
3159         if (SE.isSCEVable(UserInst->getType())) {
3160           const SCEV *UserS = SE.getSCEV(const_cast<Instruction *>(UserInst));
3161           // If the user is a no-op, look through to its uses.
3162           if (!isa<SCEVUnknown>(UserS))
3163             continue;
3164           if (UserS == US) {
3165             Worklist.push_back(
3166               SE.getUnknown(const_cast<Instruction *>(UserInst)));
3167             continue;
3168           }
3169         }
3170         // Ignore icmp instructions which are already being analyzed.
3171         if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UserInst)) {
3172           unsigned OtherIdx = !U.getOperandNo();
3173           Value *OtherOp = const_cast<Value *>(ICI->getOperand(OtherIdx));
3174           if (SE.hasComputableLoopEvolution(SE.getSCEV(OtherOp), L))
3175             continue;
3176         }
3177
3178         LSRFixup &LF = getNewFixup();
3179         LF.UserInst = const_cast<Instruction *>(UserInst);
3180         LF.OperandValToReplace = U;
3181         std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, LSRUse::Basic, nullptr);
3182         LF.LUIdx = P.first;
3183         LF.Offset = P.second;
3184         LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
3185         LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
3186         if (!LU.WidestFixupType ||
3187             SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
3188             SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
3189           LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
3190         InsertSupplementalFormula(US, LU, LF.LUIdx);
3191         CountRegisters(LU.Formulae.back(), Uses.size() - 1);
3192         break;
3193       }
3194     }
3195   }
3196 }
3197
3198 /// CollectSubexprs - Split S into subexpressions which can be pulled out into
3199 /// separate registers. If C is non-null, multiply each subexpression by C.
3200 ///
3201 /// Return remainder expression after factoring the subexpressions captured by
3202 /// Ops. If Ops is complete, return NULL.
3203 static const SCEV *CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
3204                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
3205                                    const Loop *L,
3206                                    ScalarEvolution &SE,
3207                                    unsigned Depth = 0) {
3208   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
3209   if (Depth >= 3)
3210     return S;
3211
3212   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3213     // Break out add operands.
3214     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
3215          I != E; ++I) {
3216       const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(*I, C, Ops, L, SE, Depth+1);
3217       if (Remainder)
3218         Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
3219     }
3220     return nullptr;
3221   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3222     // Split a non-zero base out of an addrec.
3223     if (AR->getStart()->isZero())
3224       return S;
3225
3226     const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(AR->getStart(),
3227                                             C, Ops, L, SE, Depth+1);
3228     // Split the non-zero AddRec unless it is part of a nested recurrence that
3229     // does not pertain to this loop.
3230     if (Remainder && (AR->getLoop() == L || !isa<SCEVAddRecExpr>(Remainder))) {
3231       Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
3232       Remainder = nullptr;
3233     }
3234     if (Remainder != AR->getStart()) {
3235       if (!Remainder)
3236         Remainder = SE.getConstant(AR->getType(), 0);
3237       return SE.getAddRecExpr(Remainder,
3238                               AR->getStepRecurrence(SE),
3239                               AR->getLoop(),
3240                               //FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
3241                               SCEV::FlagAnyWrap);
3242     }
3243   } else if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3244     // Break (C * (a + b + c)) into C*a + C*b + C*c.
3245     if (Mul->getNumOperands() != 2)
3246       return S;
3247     if (const SCEVConstant *Op0 =
3248         dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
3249       C = C ? cast<SCEVConstant>(SE.getMulExpr(C, Op0)) : Op0;
3250       const SCEV *Remainder =
3251         CollectSubexprs(Mul->getOperand(1), C, Ops, L, SE, Depth+1);
3252       if (Remainder)
3253         Ops.push_back(SE.getMulExpr(C, Remainder));
3254       return nullptr;
3255     }
3256   }
3257   return S;
3258 }
3259
3260 /// \brief Helper function for LSRInstance::GenerateReassociations.
3261 void LSRInstance::GenerateReassociationsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3262                                              const Formula &Base,
3263                                              unsigned Depth, size_t Idx,
3264                                              bool IsScaledReg) {
3265   const SCEV *BaseReg = IsScaledReg ? Base.ScaledReg : Base.BaseRegs[Idx];
3266   SmallVector<const SCEV *, 8> AddOps;
3267   const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(BaseReg, nullptr, AddOps, L, SE);
3268   if (Remainder)
3269     AddOps.push_back(Remainder);
3270
3271   if (AddOps.size() == 1)
3272     return;
3273
3274   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = AddOps.begin(),
3275                                                      JE = AddOps.end();
3276        J != JE; ++J) {
3277
3278     // Loop-variant "unknown" values are uninteresting; we won't be able to
3279     // do anything meaningful with them.
3280     if (isa<SCEVUnknown>(*J) && !SE.isLoopInvariant(*J, L))
3281       continue;
3282
3283     // Don't pull a constant into a register if the constant could be folded
3284     // into an immediate field.
3285     if (isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
3286                          LU.AccessTy, *J, Base.getNumRegs() > 1))
3287       continue;
3288
3289     // Collect all operands except *J.
3290     SmallVector<const SCEV *, 8> InnerAddOps(
3291         ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).begin(), J);
3292     InnerAddOps.append(std::next(J),
3293                        ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).end());
3294
3295     // Don't leave just a constant behind in a register if the constant could
3296     // be folded into an immediate field.
3297     if (InnerAddOps.size() == 1 &&
3298         isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
3299                          LU.AccessTy, InnerAddOps[0], Base.getNumRegs() > 1))
3300       continue;
3301
3302     const SCEV *InnerSum = SE.getAddExpr(InnerAddOps);
3303     if (InnerSum->isZero())
3304       continue;
3305     Formula F = Base;
3306
3307     // Add the remaining pieces of the add back into the new formula.
3308     const SCEVConstant *InnerSumSC = dyn_cast<SCEVConstant>(InnerSum);
3309     if (InnerSumSC && SE.getTypeSizeInBits(InnerSumSC->getType()) <= 64 &&
3310         TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3311                                 InnerSumSC->getValue()->getZExtValue())) {
3312       F.UnfoldedOffset =
3313           (uint64_t)F.UnfoldedOffset + InnerSumSC->getValue()->getZExtValue();
3314       if (IsScaledReg)
3315         F.ScaledReg = nullptr;
3316       else
3317         F.BaseRegs.erase(F.BaseRegs.begin() + Idx);
3318     } else if (IsScaledReg)
3319       F.ScaledReg = InnerSum;
3320     else
3321       F.BaseRegs[Idx] = InnerSum;
3322
3323     // Add J as its own register, or an unfolded immediate.
3324     const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*J);
3325     if (SC && SE.getTypeSizeInBits(SC->getType()) <= 64 &&
3326         TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3327                                 SC->getValue()->getZExtValue()))
3328       F.UnfoldedOffset =
3329           (uint64_t)F.UnfoldedOffset + SC->getValue()->getZExtValue();
3330     else
3331       F.BaseRegs.push_back(*J);
3332     // We may have changed the number of register in base regs, adjust the
3333     // formula accordingly.
3334     F.Canonicalize();
3335
3336     if (InsertFormula(LU, LUIdx, F))
3337       // If that formula hadn't been seen before, recurse to find more like
3338       // it.
3339       GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae.back(), Depth + 1);
3340   }
3341 }
3342
3343 /// GenerateReassociations - Split out subexpressions from adds and the bases of
3344 /// addrecs.
3345 void LSRInstance::GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3346                                          Formula Base, unsigned Depth) {
3347   assert(Base.isCanonical() && "Input must be in the canonical form");
3348   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
3349   if (Depth >= 3)
3350     return;
3351
3352   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
3353     GenerateReassociationsImpl(LU, LUIdx, Base, Depth, i);
3354
3355   if (Base.Scale == 1)
3356     GenerateReassociationsImpl(LU, LUIdx, Base, Depth,
3357                                /* Idx */ -1, /* IsScaledReg */ true);
3358 }
3359
3360 /// GenerateCombinations - Generate a formula consisting of all of the
3361 /// loop-dominating registers added into a single register.
3362 void LSRInstance::GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3363                                        Formula Base) {
3364   // This method is only interesting on a plurality of registers.
3365   if (Base.BaseRegs.size() + (Base.Scale == 1) <= 1)
3366     return;
3367
3368   // Flatten the representation, i.e., reg1 + 1*reg2 => reg1 + reg2, before
3369   // processing the formula.
3370   Base.Unscale();
3371   Formula F = Base;
3372   F.BaseRegs.clear();
3373   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
3374   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3375        I = Base.BaseRegs.begin(), E = Base.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
3376     const SCEV *BaseReg = *I;
3377     if (SE.properlyDominates(BaseReg, L->getHeader()) &&
3378         !SE.hasComputableLoopEvolution(BaseReg, L))
3379       Ops.push_back(BaseReg);
3380     else
3381       F.BaseRegs.push_back(BaseReg);
3382   }
3383   if (Ops.size() > 1) {
3384     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Ops);
3385     // TODO: If Sum is zero, it probably means ScalarEvolution missed an
3386     // opportunity to fold something. For now, just ignore such cases
3387     // rather than proceed with zero in a register.
3388     if (!Sum->isZero()) {
3389       F.BaseRegs.push_back(Sum);
3390       F.Canonicalize();
3391       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3392     }
3393   }
3394 }
3395
3396 /// \brief Helper function for LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets.
3397 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsetsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3398                                               const Formula &Base, size_t Idx,
3399                                               bool IsScaledReg) {
3400   const SCEV *G = IsScaledReg ? Base.ScaledReg : Base.BaseRegs[Idx];
3401   GlobalValue *GV = ExtractSymbol(G, SE);
3402   if (G->isZero() || !GV)
3403     return;
3404   Formula F = Base;
3405   F.BaseGV = GV;
3406   if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3407     return;
3408   if (IsScaledReg)
3409     F.ScaledReg = G;
3410   else
3411     F.BaseRegs[Idx] = G;
3412   (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3413 }
3414
3415 /// GenerateSymbolicOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
3416 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3417                                           Formula Base) {
3418   // We can't add a symbolic offset if the address already contains one.
3419   if (Base.BaseGV) return;
3420
3421   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
3422     GenerateSymbolicOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, i);
3423   if (Base.Scale == 1)
3424     GenerateSymbolicOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, /* Idx */ -1,
3425                                 /* IsScaledReg */ true);
3426 }
3427
3428 /// \brief Helper function for LSRInstance::GenerateConstantOffsets.
3429 void LSRInstance::GenerateConstantOffsetsImpl(
3430     LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &Base,
3431     const SmallVectorImpl<int64_t> &Worklist, size_t Idx, bool IsScaledReg) {
3432   const SCEV *G = IsScaledReg ? Base.ScaledReg : Base.BaseRegs[Idx];
3433   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Worklist.begin(),
3434                                                 E = Worklist.end();
3435        I != E; ++I) {
3436     Formula F = Base;
3437     F.BaseOffset = (uint64_t)Base.BaseOffset - *I;
3438     if (isLegalUse(TTI, LU.MinOffset - *I, LU.MaxOffset - *I, LU.Kind,
3439                    LU.AccessTy, F)) {
3440       // Add the offset to the base register.
3441       const SCEV *NewG = SE.getAddExpr(SE.getConstant(G->getType(), *I), G);
3442       // If it cancelled out, drop the base register, otherwise update it.
3443       if (NewG->isZero()) {
3444         if (IsScaledReg) {
3445           F.Scale = 0;
3446           F.ScaledReg = nullptr;
3447         } else
3448           F.DeleteBaseReg(F.BaseRegs[Idx]);
3449         F.Canonicalize();
3450       } else if (IsScaledReg)
3451         F.ScaledReg = NewG;
3452       else
3453         F.BaseRegs[Idx] = NewG;
3454
3455       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3456     }
3457   }
3458
3459   int64_t Imm = ExtractImmediate(G, SE);
3460   if (G->isZero() || Imm == 0)
3461     return;
3462   Formula F = Base;
3463   F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm;
3464   if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3465     return;
3466   if (IsScaledReg)
3467     F.ScaledReg = G;
3468   else
3469     F.BaseRegs[Idx] = G;
3470   (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3471 }
3472
3473 /// GenerateConstantOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
3474 void LSRInstance::GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3475                                           Formula Base) {
3476   // TODO: For now, just add the min and max offset, because it usually isn't
3477   // worthwhile looking at everything inbetween.
3478   SmallVector<int64_t, 2> Worklist;
3479   Worklist.push_back(LU.MinOffset);
3480   if (LU.MaxOffset != LU.MinOffset)
3481     Worklist.push_back(LU.MaxOffset);
3482
3483   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
3484     GenerateConstantOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, Worklist, i);
3485   if (Base.Scale == 1)
3486     GenerateConstantOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, Worklist, /* Idx */ -1,
3487                                 /* IsScaledReg */ true);
3488 }
3489
3490 /// GenerateICmpZeroScales - For ICmpZero, check to see if we can scale up
3491 /// the comparison. For example, x == y -> x*c == y*c.
3492 void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3493                                          Formula Base) {
3494   if (LU.Kind != LSRUse::ICmpZero) return;
3495
3496   // Determine the integer type for the base formula.
3497   Type *IntTy = Base.getType();
3498   if (!IntTy) return;
3499   if (SE.getTypeSizeInBits(IntTy) > 64) return;
3500
3501   // Don't do this if there is more than one offset.
3502   if (LU.MinOffset != LU.MaxOffset) return;
3503
3504   assert(!Base.BaseGV && "ICmpZero use is not legal!");
3505
3506   // Check each interesting stride.
3507   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3508        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3509     int64_t Factor = *I;
3510
3511     // Check that the multiplication doesn't overflow.
3512     if (Base.BaseOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
3513       continue;
3514     int64_t NewBaseOffset = (uint64_t)Base.BaseOffset * Factor;
3515     if (NewBaseOffset / Factor != Base.BaseOffset)
3516       continue;
3517     // If the offset will be truncated at this use, check that it is in bounds.
3518     if (!IntTy->isPointerTy() &&
3519         !ConstantInt::isValueValidForType(IntTy, NewBaseOffset))
3520       continue;
3521
3522     // Check that multiplying with the use offset doesn't overflow.
3523     int64_t Offset = LU.MinOffset;
3524     if (Offset == INT64_MIN && Factor == -1)
3525       continue;
3526     Offset = (uint64_t)Offset * Factor;
3527     if (Offset / Factor != LU.MinOffset)
3528       continue;
3529     // If the offset will be truncated at this use, check that it is in bounds.
3530     if (!IntTy->isPointerTy() &&
3531         !ConstantInt::isValueValidForType(IntTy, Offset))
3532       continue;
3533
3534     Formula F = Base;
3535     F.BaseOffset = NewBaseOffset;
3536
3537     // Check that this scale is legal.
3538     if (!isLegalUse(TTI, Offset, Offset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3539       continue;
3540
3541     // Compensate for the use having MinOffset built into it.
3542     F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Offset - LU.MinOffset;
3543
3544     const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
3545
3546     // Check that multiplying with each base register doesn't overflow.
3547     for (size_t i = 0, e = F.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3548       F.BaseRegs[i] = SE.getMulExpr(F.BaseRegs[i], FactorS);
3549       if (getExactSDiv(F.BaseRegs[i], FactorS, SE) != Base.BaseRegs[i])
3550         goto next;
3551     }
3552
3553     // Check that multiplying with the scaled register doesn't overflow.
3554     if (F.ScaledReg) {
3555       F.ScaledReg = SE.getMulExpr(F.ScaledReg, FactorS);
3556       if (getExactSDiv(F.ScaledReg, FactorS, SE) != Base.ScaledReg)
3557         continue;
3558     }
3559
3560     // Check that multiplying with the unfolded offset doesn't overflow.
3561     if (F.UnfoldedOffset != 0) {
3562       if (F.UnfoldedOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
3563         continue;
3564       F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset * Factor;
3565       if (F.UnfoldedOffset / Factor != Base.UnfoldedOffset)
3566         continue;
3567       // If the offset will be truncated, check that it is in bounds.
3568       if (!IntTy->isPointerTy() &&
3569           !ConstantInt::isValueValidForType(IntTy, F.UnfoldedOffset))
3570         continue;
3571     }
3572
3573     // If we make it here and it's legal, add it.
3574     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3575   next:;
3576   }
3577 }
3578
3579 /// GenerateScales - Generate stride factor reuse formulae by making use of
3580 /// scaled-offset address modes, for example.
3581 void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
3582   // Determine the integer type for the base formula.
3583   Type *IntTy = Base.getType();
3584   if (!IntTy) return;
3585
3586   // If this Formula already has a scaled register, we can't add another one.
3587   // Try to unscale the formula to generate a better scale.
3588   if (Base.Scale != 0 && !Base.Unscale())
3589     return;
3590
3591   assert(Base.Scale == 0 && "Unscale did not did its job!");
3592
3593   // Check each interesting stride.
3594   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
3595        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
3596     int64_t Factor = *I;
3597
3598     Base.Scale = Factor;
3599     Base.HasBaseReg = Base.BaseRegs.size() > 1;
3600     // Check whether this scale is going to be legal.
3601     if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
3602                     Base)) {
3603       // As a special-case, handle special out-of-loop Basic users specially.
3604       // TODO: Reconsider this special case.
3605       if (LU.Kind == LSRUse::Basic &&
3606           isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LSRUse::Special,
3607                      LU.AccessTy, Base) &&
3608           LU.AllFixupsOutsideLoop)
3609         LU.Kind = LSRUse::Special;
3610       else
3611         continue;
3612     }
3613     // For an ICmpZero, negating a solitary base register won't lead to
3614     // new solutions.
3615     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero &&
3616         !Base.HasBaseReg && Base.BaseOffset == 0 && !Base.BaseGV)
3617       continue;
3618     // For each addrec base reg, apply the scale, if possible.
3619     for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
3620       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
3621             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base.BaseRegs[i])) {
3622         const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
3623         if (FactorS->isZero())
3624           continue;
3625         // Divide out the factor, ignoring high bits, since we'll be
3626         // scaling the value back up in the end.
3627         if (const SCEV *Quotient = getExactSDiv(AR, FactorS, SE, true)) {
3628           // TODO: This could be optimized to avoid all the copying.
3629           Formula F = Base;
3630           F.ScaledReg = Quotient;
3631           F.DeleteBaseReg(F.BaseRegs[i]);
3632           // The canonical representation of 1*reg is reg, which is already in
3633           // Base. In that case, do not try to insert the formula, it will be
3634           // rejected anyway.
3635           if (F.Scale == 1 && F.BaseRegs.empty())
3636             continue;
3637           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3638         }
3639       }
3640   }
3641 }
3642
3643 /// GenerateTruncates - Generate reuse formulae from different IV types.
3644 void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
3645   // Don't bother truncating symbolic values.
3646   if (Base.BaseGV) return;
3647
3648   // Determine the integer type for the base formula.
3649   Type *DstTy = Base.getType();
3650   if (!DstTy) return;
3651   DstTy = SE.getEffectiveSCEVType(DstTy);
3652
3653   for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
3654        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
3655     Type *SrcTy = *I;
3656     if (SrcTy != DstTy && TTI.isTruncateFree(SrcTy, DstTy)) {
3657       Formula F = Base;
3658
3659       if (F.ScaledReg) F.ScaledReg = SE.getAnyExtendExpr(F.ScaledReg, *I);
3660       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator J = F.BaseRegs.begin(),
3661            JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J)
3662         *J = SE.getAnyExtendExpr(*J, SrcTy);
3663
3664       // TODO: This assumes we've done basic processing on all uses and
3665       // have an idea what the register usage is.
3666       if (!F.hasRegsUsedByUsesOtherThan(LUIdx, RegUses))
3667         continue;
3668
3669       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3670     }
3671   }
3672 }
3673
3674 namespace {
3675
3676 /// WorkItem - Helper class for GenerateCrossUseConstantOffsets. It's used to
3677 /// defer modifications so that the search phase doesn't have to worry about
3678 /// the data structures moving underneath it.
3679 struct WorkItem {
3680   size_t LUIdx;
3681   int64_t Imm;
3682   const SCEV *OrigReg;
3683
3684   WorkItem(size_t LI, int64_t I, const SCEV *R)
3685     : LUIdx(LI), Imm(I), OrigReg(R) {}
3686
3687   void print(raw_ostream &OS) const;
3688   void dump() const;
3689 };
3690
3691 }
3692
3693 void WorkItem::print(raw_ostream &OS) const {
3694   OS << "in formulae referencing " << *OrigReg << " in use " << LUIdx
3695      << " , add offset " << Imm;
3696 }
3697
3698 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
3699 void WorkItem::dump() const {
3700   print(errs()); errs() << '\n';
3701 }
3702 #endif
3703
3704 /// GenerateCrossUseConstantOffsets - Look for registers which are a constant
3705 /// distance apart and try to form reuse opportunities between them.
3706 void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
3707   // Group the registers by their value without any added constant offset.
3708   typedef std::map<int64_t, const SCEV *> ImmMapTy;
3709   typedef DenseMap<const SCEV *, ImmMapTy> RegMapTy;
3710   RegMapTy Map;
3711   DenseMap<const SCEV *, SmallBitVector> UsedByIndicesMap;
3712   SmallVector<const SCEV *, 8> Sequence;
3713   for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
3714        I != E; ++I) {
3715     const SCEV *Reg = *I;
3716     int64_t Imm = ExtractImmediate(Reg, SE);
3717     std::pair<RegMapTy::iterator, bool> Pair =
3718       Map.insert(std::make_pair(Reg, ImmMapTy()));
3719     if (Pair.second)
3720       Sequence.push_back(Reg);
3721     Pair.first->second.insert(std::make_pair(Imm, *I));
3722     UsedByIndicesMap[Reg] |= RegUses.getUsedByIndices(*I);
3723   }
3724
3725   // Now examine each set of registers with the same base value. Build up
3726   // a list of work to do and do the work in a separate step so that we're
3727   // not adding formulae and register counts while we're searching.
3728   SmallVector<WorkItem, 32> WorkItems;
3729   SmallSet<std::pair<size_t, int64_t>, 32> UniqueItems;
3730   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Sequence.begin(),
3731        E = Sequence.end(); I != E; ++I) {
3732     const SCEV *Reg = *I;
3733     const ImmMapTy &Imms = Map.find(Reg)->second;
3734
3735     // It's not worthwhile looking for reuse if there's only one offset.
3736     if (Imms.size() == 1)
3737       continue;
3738
3739     DEBUG(dbgs() << "Generating cross-use offsets for " << *Reg << ':';
3740           for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
3741                J != JE; ++J)
3742             dbgs() << ' ' << J->first;
3743           dbgs() << '\n');
3744
3745     // Examine each offset.
3746     for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
3747          J != JE; ++J) {
3748       const SCEV *OrigReg = J->second;
3749
3750       int64_t JImm = J->first;
3751       const SmallBitVector &UsedByIndices = RegUses.getUsedByIndices(OrigReg);
3752
3753       if (!isa<SCEVConstant>(OrigReg) &&
3754           UsedByIndicesMap[Reg].count() == 1) {
3755         DEBUG(dbgs() << "Skipping cross-use reuse for " << *OrigReg << '\n');
3756         continue;
3757       }
3758
3759       // Conservatively examine offsets between this orig reg a few selected
3760       // other orig regs.
3761       ImmMapTy::const_iterator OtherImms[] = {
3762         Imms.begin(), std::prev(Imms.end()),
3763         Imms.lower_bound((Imms.begin()->first + std::prev(Imms.end())->first) /
3764                          2)
3765       };
3766       for (size_t i = 0, e = array_lengthof(OtherImms); i != e; ++i) {
3767         ImmMapTy::const_iterator M = OtherImms[i];
3768         if (M == J || M == JE) continue;
3769
3770         // Compute the difference between the two.
3771         int64_t Imm = (uint64_t)JImm - M->first;
3772         for (int LUIdx = UsedByIndices.find_first(); LUIdx != -1;
3773              LUIdx = UsedByIndices.find_next(LUIdx))
3774           // Make a memo of this use, offset, and register tuple.
3775           if (UniqueItems.insert(std::make_pair(LUIdx, Imm)).second)
3776             WorkItems.push_back(WorkItem(LUIdx, Imm, OrigReg));
3777       }
3778     }
3779   }
3780
3781   Map.clear();
3782   Sequence.clear();
3783   UsedByIndicesMap.clear();
3784   UniqueItems.clear();
3785
3786   // Now iterate through the worklist and add new formulae.
3787   for (SmallVectorImpl<WorkItem>::const_iterator I = WorkItems.begin(),
3788        E = WorkItems.end(); I != E; ++I) {
3789     const WorkItem &WI = *I;
3790     size_t LUIdx = WI.LUIdx;
3791     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3792     int64_t Imm = WI.Imm;
3793     const SCEV *OrigReg = WI.OrigReg;
3794
3795     Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(OrigReg->getType());
3796     const SCEV *NegImmS = SE.getSCEV(ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Imm));
3797     unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(IntTy);
3798
3799     // TODO: Use a more targeted data structure.
3800     for (size_t L = 0, LE = LU.Formulae.size(); L != LE; ++L) {
3801       Formula F = LU.Formulae[L];
3802       // FIXME: The code for the scaled and unscaled registers looks
3803       // very similar but slightly different. Investigate if they
3804       // could be merged. That way, we would not have to unscale the
3805       // Formula.
3806       F.Unscale();
3807       // Use the immediate in the scaled register.
3808       if (F.ScaledReg == OrigReg) {
3809         int64_t Offset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm * (uint64_t)F.Scale;
3810         // Don't create 50 + reg(-50).
3811         if (F.referencesReg(SE.getSCEV(
3812                    ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offset))))
3813           continue;
3814         Formula NewF = F;
3815         NewF.BaseOffset = Offset;
3816         if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
3817                         NewF))
3818           continue;
3819         NewF.ScaledReg = SE.getAddExpr(NegImmS, NewF.ScaledReg);
3820
3821         // If the new scale is a constant in a register, and adding the constant
3822         // value to the immediate would produce a value closer to zero than the
3823         // immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
3824         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(NewF.ScaledReg))
3825           if (C->getValue()->isNegative() !=
3826                 (NewF.BaseOffset < 0) &&
3827               (C->getValue()->getValue().abs() * APInt(BitWidth, F.Scale))
3828                 .ule(abs64(NewF.BaseOffset)))
3829             continue;
3830
3831         // OK, looks good.
3832         NewF.Canonicalize();
3833         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
3834       } else {
3835         // Use the immediate in a base register.
3836         for (size_t N = 0, NE = F.BaseRegs.size(); N != NE; ++N) {
3837           const SCEV *BaseReg = F.BaseRegs[N];
3838           if (BaseReg != OrigReg)
3839             continue;
3840           Formula NewF = F;
3841           NewF.BaseOffset = (uint64_t)NewF.BaseOffset + Imm;
3842           if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3843                           LU.Kind, LU.AccessTy, NewF)) {
3844             if (!TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm))
3845               continue;
3846             NewF = F;
3847             NewF.UnfoldedOffset = (uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm;
3848           }
3849           NewF.BaseRegs[N] = SE.getAddExpr(NegImmS, BaseReg);
3850
3851           // If the new formula has a constant in a register, and adding the
3852           // constant value to the immediate would produce a value closer to
3853           // zero than the immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
3854           for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
3855                J = NewF.BaseRegs.begin(), JE = NewF.BaseRegs.end();
3856                J != JE; ++J)
3857             if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*J))
3858               if ((C->getValue()->getValue() + NewF.BaseOffset).abs().slt(
3859                    abs64(NewF.BaseOffset)) &&
3860                   (C->getValue()->getValue() +
3861                    NewF.BaseOffset).countTrailingZeros() >=
3862                    countTrailingZeros<uint64_t>(NewF.BaseOffset))
3863                 goto skip_formula;
3864
3865           // Ok, looks good.
3866           NewF.Canonicalize();
3867           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
3868           break;
3869         skip_formula:;
3870         }
3871       }
3872     }
3873   }
3874 }
3875
3876 /// GenerateAllReuseFormulae - Generate formulae for each use.
3877 void
3878 LSRInstance::GenerateAllReuseFormulae() {
3879   // This is split into multiple loops so that hasRegsUsedByUsesOtherThan
3880   // queries are more precise.
3881   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3882     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3883     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3884       GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3885     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3886       GenerateCombinations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3887   }
3888   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3889     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3890     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3891       GenerateSymbolicOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3892     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3893       GenerateConstantOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3894     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3895       GenerateICmpZeroScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3896     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3897       GenerateScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3898   }
3899   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3900     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3901     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
3902       GenerateTruncates(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
3903   }
3904
3905   GenerateCrossUseConstantOffsets();
3906
3907   DEBUG(dbgs() << "\n"
3908                   "After generating reuse formulae:\n";
3909         print_uses(dbgs()));
3910 }
3911
3912 /// If there are multiple formulae with the same set of registers used
3913 /// by other uses, pick the best one and delete the others.
3914 void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
3915   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
3916   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> Regs;
3917   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> LoserRegs;
3918 #ifndef NDEBUG
3919   bool ChangedFormulae = false;
3920 #endif
3921
3922   // Collect the best formula for each unique set of shared registers. This
3923   // is reset for each use.
3924   typedef DenseMap<SmallVector<const SCEV *, 4>, size_t, UniquifierDenseMapInfo>
3925     BestFormulaeTy;
3926   BestFormulaeTy BestFormulae;
3927
3928   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
3929     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3930     DEBUG(dbgs() << "Filtering for use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
3931
3932     bool Any = false;
3933     for (size_t FIdx = 0, NumForms = LU.Formulae.size();
3934          FIdx != NumForms; ++FIdx) {
3935       Formula &F = LU.Formulae[FIdx];
3936
3937       // Some formulas are instant losers. For example, they may depend on
3938       // nonexistent AddRecs from other loops. These need to be filtered
3939       // immediately, otherwise heuristics could choose them over others leading
3940       // to an unsatisfactory solution. Passing LoserRegs into RateFormula here
3941       // avoids the need to recompute this information across formulae using the
3942       // same bad AddRec. Passing LoserRegs is also essential unless we remove
3943       // the corresponding bad register from the Regs set.
3944       Cost CostF;
3945       Regs.clear();
3946       CostF.RateFormula(TTI, F, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT, LU,
3947                         &LoserRegs);
3948       if (CostF.isLoser()) {
3949         // During initial formula generation, undesirable formulae are generated
3950         // by uses within other loops that have some non-trivial address mode or
3951         // use the postinc form of the IV. LSR needs to provide these formulae
3952         // as the basis of rediscovering the desired formula that uses an AddRec
3953         // corresponding to the existing phi. Once all formulae have been
3954         // generated, these initial losers may be pruned.
3955         DEBUG(dbgs() << "  Filtering loser "; F.print(dbgs());
3956               dbgs() << "\n");
3957       }
3958       else {
3959         SmallVector<const SCEV *, 4> Key;
3960         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = F.BaseRegs.begin(),
3961                JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J) {
3962           const SCEV *Reg = *J;
3963           if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(Reg, LUIdx))
3964             Key.push_back(Reg);
3965         }
3966         if (F.ScaledReg &&
3967             RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(F.ScaledReg, LUIdx))
3968           Key.push_back(F.ScaledReg);
3969         // Unstable sort by host order ok, because this is only used for
3970         // uniquifying.
3971         std::sort(Key.begin(), Key.end());
3972
3973         std::pair<BestFormulaeTy::const_iterator, bool> P =
3974           BestFormulae.insert(std::make_pair(Key, FIdx));
3975         if (P.second)
3976           continue;
3977
3978         Formula &Best = LU.Formulae[P.first->second];
3979
3980         Cost CostBest;
3981         Regs.clear();
3982         CostBest.RateFormula(TTI, Best, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE,
3983                              DT, LU);
3984         if (CostF < CostBest)
3985           std::swap(F, Best);
3986         DEBUG(dbgs() << "  Filtering out formula "; F.print(dbgs());
3987               dbgs() << "\n"
3988                         "    in favor of formula "; Best.print(dbgs());
3989               dbgs() << '\n');
3990       }
3991 #ifndef NDEBUG
3992       ChangedFormulae = true;
3993 #endif
3994       LU.DeleteFormula(F);
3995       --FIdx;
3996       --NumForms;
3997       Any = true;
3998     }
3999
4000     // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
4001     if (Any)
4002       LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
4003
4004     // Reset this to prepare for the next use.
4005     BestFormulae.clear();
4006   }
4007
4008   DEBUG(if (ChangedFormulae) {
4009           dbgs() << "\n"
4010                     "After filtering out undesirable candidates:\n";
4011           print_uses(dbgs());
4012         });
4013 }
4014
4015 // This is a rough guess that seems to work fairly well.
4016 static const size_t ComplexityLimit = UINT16_MAX;
4017
4018 /// EstimateSearchSpaceComplexity - Estimate the worst-case number of
4019 /// solutions the solver might have to consider. It almost never considers
4020 /// this many solutions because it prune the search space, but the pruning
4021 /// isn't always sufficient.
4022 size_t LSRInstance::EstimateSearchSpaceComplexity() const {
4023   size_t Power = 1;
4024   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
4025        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
4026     size_t FSize = I->Formulae.size();
4027     if (FSize >= ComplexityLimit) {
4028       Power = ComplexityLimit;
4029       break;
4030     }
4031     Power *= FSize;
4032     if (Power >= ComplexityLimit)
4033       break;
4034   }
4035   return Power;
4036 }
4037
4038 /// NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets - When one formula uses a superset
4039 /// of the registers of another formula, it won't help reduce register
4040 /// pressure (though it may not necessarily hurt register pressure); remove
4041 /// it to simplify the system.
4042 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets() {
4043   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
4044     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4045
4046     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by eliminating formulae "
4047                     "which use a superset of registers used by other "
4048                     "formulae.\n");
4049
4050     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4051       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4052       bool Any = false;
4053       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
4054         Formula &F = LU.Formulae[i];
4055         // Look for a formula with a constant or GV in a register. If the use
4056         // also has a formula with that same value in an immediate field,
4057         // delete the one that uses a register.
4058         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
4059              I = F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
4060           if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*I)) {
4061             Formula NewF = F;
4062             NewF.BaseOffset += C->getValue()->getSExtValue();
4063             NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
4064                                 (I - F.BaseRegs.begin()));
4065             if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
4066               DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4067               LU.DeleteFormula(F);
4068               --i;
4069               --e;
4070               Any = true;
4071               break;
4072             }
4073           } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(*I)) {
4074             if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue()))
4075               if (!F.BaseGV) {
4076                 Formula NewF = F;
4077                 NewF.BaseGV = GV;
4078                 NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
4079                                     (I - F.BaseRegs.begin()));
4080                 if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
4081                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
4082                         dbgs() << '\n');
4083                   LU.DeleteFormula(F);
4084                   --i;
4085                   --e;
4086                   Any = true;
4087                   break;
4088                 }
4089               }
4090           }
4091         }
4092       }
4093       if (Any)
4094         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
4095     }
4096
4097     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4098           print_uses(dbgs()));
4099   }
4100 }
4101
4102 /// NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode - When there are many registers
4103 /// for expressions like A, A+1, A+2, etc., allocate a single register for
4104 /// them.
4105 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode() {
4106   if (EstimateSearchSpaceComplexity() < ComplexityLimit)
4107     return;
4108
4109   DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n"
4110                   "Narrowing the search space by assuming that uses separated "
4111                   "by a constant offset will use the same registers.\n");
4112
4113   // This is especially useful for unrolled loops.
4114
4115   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4116     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4117     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
4118          E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
4119       const Formula &F = *I;
4120       if (F.BaseOffset == 0 || (F.Scale != 0 && F.Scale != 1))
4121         continue;
4122
4123       LSRUse *LUThatHas = FindUseWithSimilarFormula(F, LU);
4124       if (!LUThatHas)
4125         continue;
4126
4127       if (!reconcileNewOffset(*LUThatHas, F.BaseOffset, /*HasBaseReg=*/ false,
4128                               LU.Kind, LU.AccessTy))
4129         continue;
4130
4131       DEBUG(dbgs() << "  Deleting use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4132
4133       LUThatHas->AllFixupsOutsideLoop &= LU.AllFixupsOutsideLoop;
4134
4135       // Update the relocs to reference the new use.
4136       for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::iterator I = Fixups.begin(),
4137            E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
4138         LSRFixup &Fixup = *I;
4139         if (Fixup.LUIdx == LUIdx) {
4140           Fixup.LUIdx = LUThatHas - &Uses.front();
4141           Fixup.Offset += F.BaseOffset;
4142           // Add the new offset to LUThatHas' offset list.
4143           if (LUThatHas->Offsets.back() != Fixup.Offset) {
4144             LUThatHas->Offsets.push_back(Fixup.Offset);
4145             if (Fixup.Offset > LUThatHas->MaxOffset)
4146               LUThatHas->MaxOffset = Fixup.Offset;
4147             if (Fixup.Offset < LUThatHas->MinOffset)
4148               LUThatHas->MinOffset = Fixup.Offset;
4149           }
4150           DEBUG(dbgs() << "New fixup has offset " << Fixup.Offset << '\n');
4151         }
4152         if (Fixup.LUIdx == NumUses-1)
4153           Fixup.LUIdx = LUIdx;
4154       }
4155
4156       // Delete formulae from the new use which are no longer legal.
4157       bool Any = false;
4158       for (size_t i = 0, e = LUThatHas->Formulae.size(); i != e; ++i) {
4159         Formula &F = LUThatHas->Formulae[i];
4160         if (!isLegalUse(TTI, LUThatHas->MinOffset, LUThatHas->MaxOffset,
4161                         LUThatHas->Kind, LUThatHas->AccessTy, F)) {
4162           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
4163                 dbgs() << '\n');
4164           LUThatHas->DeleteFormula(F);
4165           --i;
4166           --e;
4167           Any = true;
4168         }
4169       }
4170
4171       if (Any)
4172         LUThatHas->RecomputeRegs(LUThatHas - &Uses.front(), RegUses);
4173
4174       // Delete the old use.
4175       DeleteUse(LU, LUIdx);
4176       --LUIdx;
4177       --NumUses;
4178       break;
4179     }
4180   }
4181
4182   DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n"; print_uses(dbgs()));
4183 }
4184
4185 /// NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters - Call
4186 /// FilterOutUndesirableDedicatedRegisters again, if necessary, now that
4187 /// we've done more filtering, as it may be able to find more formulae to
4188 /// eliminate.
4189 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters(){
4190   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
4191     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4192
4193     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by re-filtering out "
4194                     "undesirable dedicated registers.\n");
4195
4196     FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
4197
4198     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4199           print_uses(dbgs()));
4200   }
4201 }
4202
4203 /// NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs - Pick a register which seems likely
4204 /// to be profitable, and then in any use which has any reference to that
4205 /// register, delete all formulae which do not reference that register.
4206 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs() {
4207   // With all other options exhausted, loop until the system is simple
4208   // enough to handle.
4209   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Taken;
4210   while (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
4211     // Ok, we have too many of formulae on our hands to conveniently handle.
4212     // Use a rough heuristic to thin out the list.
4213     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4214
4215     // Pick the register which is used by the most LSRUses, which is likely
4216     // to be a good reuse register candidate.
4217     const SCEV *Best = nullptr;
4218     unsigned BestNum = 0;
4219     for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
4220          I != E; ++I) {
4221       const SCEV *Reg = *I;
4222       if (Taken.count(Reg))
4223         continue;
4224       if (!Best)
4225         Best = Reg;
4226       else {
4227         unsigned Count = RegUses.getUsedByIndices(Reg).count();
4228         if (Count > BestNum) {
4229           Best = Reg;
4230           BestNum = Count;
4231         }
4232       }
4233     }
4234
4235     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming " << *Best
4236                  << " will yield profitable reuse.\n");
4237     Taken.insert(Best);
4238
4239     // In any use with formulae which references this register, delete formulae
4240     // which don't reference it.
4241     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4242       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4243       if (!LU.Regs.count(Best)) continue;
4244
4245       bool Any = false;
4246       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
4247         Formula &F = LU.Formulae[i];
4248         if (!F.referencesReg(Best)) {
4249           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4250           LU.DeleteFormula(F);
4251           --e;
4252           --i;
4253           Any = true;
4254           assert(e != 0 && "Use has no formulae left! Is Regs inconsistent?");
4255           continue;
4256         }
4257       }
4258
4259       if (Any)
4260         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
4261     }
4262
4263     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4264           print_uses(dbgs()));
4265   }
4266 }
4267
4268 /// NarrowSearchSpaceUsingHeuristics - If there are an extraordinary number of
4269 /// formulae to choose from, use some rough heuristics to prune down the number
4270 /// of formulae. This keeps the main solver from taking an extraordinary amount
4271 /// of time in some worst-case scenarios.
4272 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceUsingHeuristics() {
4273   NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
4274   NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
4275   NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
4276   NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
4277 }
4278
4279 /// SolveRecurse - This is the recursive solver.
4280 void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
4281                                Cost &SolutionCost,
4282                                SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
4283                                const Cost &CurCost,
4284                                const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
4285                                DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const {
4286   // Some ideas:
4287   //  - prune more:
4288   //    - use more aggressive filtering
4289   //    - sort the formula so that the most profitable solutions are found first
4290   //    - sort the uses too
4291   //  - search faster:
4292   //    - don't compute a cost, and then compare. compare while computing a cost
4293   //      and bail early.
4294   //    - track register sets with SmallBitVector
4295
4296   const LSRUse &LU = Uses[Workspace.size()];
4297
4298   // If this use references any register that's already a part of the
4299   // in-progress solution, consider it a requirement that a formula must
4300   // reference that register in order to be considered. This prunes out
4301   // unprofitable searching.
4302   SmallSetVector<const SCEV *, 4> ReqRegs;
4303   for (const SCEV *S : CurRegs)
4304     if (LU.Regs.count(S))
4305       ReqRegs.insert(S);
4306
4307   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> NewRegs;
4308   Cost NewCost;
4309   for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
4310        E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
4311     const Formula &F = *I;
4312
4313     // Ignore formulae which may not be ideal in terms of register reuse of
4314     // ReqRegs.  The formula should use all required registers before
4315     // introducing new ones.
4316     int NumReqRegsToFind = std::min(F.getNumRegs(), ReqRegs.size());
4317     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator J = ReqRegs.begin(),
4318          JE = ReqRegs.end(); J != JE; ++J) {
4319       const SCEV *Reg = *J;
4320       if ((F.ScaledReg && F.ScaledReg == Reg) ||
4321           std::find(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end(), Reg) !=
4322           F.BaseRegs.end()) {
4323         --NumReqRegsToFind;
4324         if (NumReqRegsToFind == 0)
4325           break;
4326       }
4327     }
4328     if (NumReqRegsToFind != 0) {
4329       // If none of the formulae satisfied the required registers, then we could
4330       // clear ReqRegs and try again. Currently, we simply give up in this case.
4331       continue;
4332     }
4333
4334     // Evaluate the cost of the current formula. If it's already worse than
4335     // the current best, prune the search at that point.
4336     NewCost = CurCost;
4337     NewRegs = CurRegs;
4338     NewCost.RateFormula(TTI, F, NewRegs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT,
4339                         LU);
4340     if (NewCost < SolutionCost) {
4341       Workspace.push_back(&F);
4342       if (Workspace.size() != Uses.size()) {
4343         SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, NewCost,
4344                      NewRegs, VisitedRegs);
4345         if (F.getNumRegs() == 1 && Workspace.size() == 1)
4346           VisitedRegs.insert(F.ScaledReg ? F.ScaledReg : F.BaseRegs[0]);
4347       } else {
4348         DEBUG(dbgs() << "New best at "; NewCost.print(dbgs());
4349               dbgs() << ".\n Regs:";
4350               for (const SCEV *S : NewRegs)
4351                 dbgs() << ' ' << *S;
4352               dbgs() << '\n');
4353
4354         SolutionCost = NewCost;
4355         Solution = Workspace;
4356       }
4357       Workspace.pop_back();
4358     }
4359   }
4360 }
4361
4362 /// Solve - Choose one formula from each use. Return the results in the given
4363 /// Solution vector.
4364 void LSRInstance::Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const {
4365   SmallVector<const Formula *, 8> Workspace;
4366   Cost SolutionCost;
4367   SolutionCost.Lose();
4368   Cost CurCost;
4369   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> CurRegs;
4370   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
4371   Workspace.reserve(Uses.size());
4372
4373   // SolveRecurse does all the work.
4374   SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, CurCost,
4375                CurRegs, VisitedRegs);
4376   if (Solution.empty()) {
4377     DEBUG(dbgs() << "\nNo Satisfactory Solution\n");
4378     return;
4379   }
4380
4381   // Ok, we've now made all our decisions.
4382   DEBUG(dbgs() << "\n"
4383                   "The chosen solution requires "; SolutionCost.print(dbgs());
4384         dbgs() << ":\n";
4385         for (size_t i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
4386           dbgs() << "  ";
4387           Uses[i].print(dbgs());
4388           dbgs() << "\n"
4389                     "    ";
4390           Solution[i]->print(dbgs());
4391           dbgs() << '\n';
4392         });
4393
4394   assert(Solution.size() == Uses.size() && "Malformed solution!");
4395 }
4396
4397 /// HoistInsertPosition - Helper for AdjustInsertPositionForExpand. Climb up
4398 /// the dominator tree far as we can go while still being dominated by the
4399 /// input positions. This helps canonicalize the insert position, which
4400 /// encourages sharing.
4401 BasicBlock::iterator
4402 LSRInstance::HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
4403                                  const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs)
4404                                                                          const {
4405   for (;;) {
4406     const Loop *IPLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
4407     unsigned IPLoopDepth = IPLoop ? IPLoop->getLoopDepth() : 0;
4408
4409     BasicBlock *IDom;
4410     for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(IP->getParent()); ; ) {
4411       if (!Rung) return IP;
4412       Rung = Rung->getIDom();
4413       if (!Rung) return IP;
4414       IDom = Rung->getBlock();
4415
4416       // Don't climb into a loop though.
4417       const Loop *IDomLoop = LI.getLoopFor(IDom);
4418       unsigned IDomDepth = IDomLoop ? IDomLoop->getLoopDepth() : 0;
4419       if (IDomDepth <= IPLoopDepth &&
4420           (IDomDepth != IPLoopDepth || IDomLoop == IPLoop))
4421         break;
4422     }
4423
4424     bool AllDominate = true;
4425     Instruction *BetterPos = nullptr;
4426     Instruction *Tentative = IDom->getTerminator();
4427     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator I = Inputs.begin(),
4428          E = Inputs.end(); I != E; ++I) {
4429       Instruction *Inst = *I;
4430       if (Inst == Tentative || !DT.dominates(Inst, Tentative)) {
4431         AllDominate = false;
4432         break;
4433       }
4434       // Attempt to find an insert position in the middle of the block,
4435       // instead of at the end, so that it can be used for other expansions.
4436       if (IDom == Inst->getParent() &&
4437           (!BetterPos || !DT.dominates(Inst, BetterPos)))
4438         BetterPos = std::next(BasicBlock::iterator(Inst));
4439     }
4440     if (!AllDominate)
4441       break;
4442     if (BetterPos)
4443       IP = BetterPos;
4444     else
4445       IP = Tentative;
4446   }
4447
4448   return IP;
4449 }
4450
4451 /// AdjustInsertPositionForExpand - Determine an input position which will be
4452 /// dominated by the operands and which will dominate the result.
4453 BasicBlock::iterator
4454 LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator LowestIP,
4455                                            const LSRFixup &LF,
4456                                            const LSRUse &LU,
4457                                            SCEVExpander &Rewriter) const {
4458   // Collect some instructions which must be dominated by the
4459   // expanding replacement. These must be dominated by any operands that
4460   // will be required in the expansion.
4461   SmallVector<Instruction *, 4> Inputs;
4462   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(LF.OperandValToReplace))
4463     Inputs.push_back(I);
4464   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero)
4465     if (Instruction *I =
4466           dyn_cast<Instruction>(cast<ICmpInst>(LF.UserInst)->getOperand(1)))
4467       Inputs.push_back(I);
4468   if (LF.PostIncLoops.count(L)) {
4469     if (LF.isUseFullyOutsideLoop(L))
4470       Inputs.push_back(L->getLoopLatch()->getTerminator());
4471     else
4472       Inputs.push_back(IVIncInsertPos);
4473   }
4474   // The expansion must also be dominated by the increment positions of any
4475   // loops it for which it is using post-inc mode.
4476   for (PostIncLoopSet::const_iterator I = LF.PostIncLoops.begin(),
4477        E = LF.PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
4478     const Loop *PIL = *I;
4479     if (PIL == L) continue;
4480
4481     // Be dominated by the loop exit.
4482     SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
4483     PIL->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
4484     if (!ExitingBlocks.empty()) {
4485       BasicBlock *BB = ExitingBlocks[0];
4486       for (unsigned i = 1, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
4487         BB = DT.findNearestCommonDominator(BB, ExitingBlocks[i]);
4488       Inputs.push_back(BB->getTerminator());
4489     }
4490   }
4491
4492   assert(!isa<PHINode>(LowestIP) && !isa<LandingPadInst>(LowestIP)
4493          && !isa<DbgInfoIntrinsic>(LowestIP) &&
4494          "Insertion point must be a normal instruction");
4495
4496   // Then, climb up the immediate dominator tree as far as we can go while
4497   // still being dominated by the input positions.
4498   BasicBlock::iterator IP = HoistInsertPosition(LowestIP, Inputs);
4499
4500   // Don't insert instructions before PHI nodes.
4501   while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
4502
4503   // Ignore landingpad instructions.
4504   while (isa<LandingPadInst>(IP)) ++IP;
4505
4506   // Ignore debug intrinsics.
4507   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP)) ++IP;
4508
4509   // Set IP below instructions recently inserted by SCEVExpander. This keeps the
4510   // IP consistent across expansions and allows the previously inserted
4511   // instructions to be reused by subsequent expansion.
4512   while (Rewriter.isInsertedInstruction(IP) && IP != LowestIP) ++IP;
4513
4514   return IP;
4515 }
4516
4517 /// Expand - Emit instructions for the leading candidate expression for this
4518 /// LSRUse (this is called "expanding").
4519 Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
4520                            const Formula &F,
4521                            BasicBlock::iterator IP,
4522                            SCEVExpander &Rewriter,
4523                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const {
4524   const LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
4525   if (LU.RigidFormula)
4526     return LF.OperandValToReplace;
4527
4528   // Determine an input position which will be dominated by the operands and
4529   // which will dominate the result.
4530   IP = AdjustInsertPositionForExpand(IP, LF, LU, Rewriter);
4531
4532   // Inform the Rewriter if we have a post-increment use, so that it can
4533   // perform an advantageous expansion.
4534   Rewriter.setPostInc(LF.PostIncLoops);
4535
4536   // This is the type that the user actually needs.
4537   Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4538   // This will be the type that we'll initially expand to.
4539   Type *Ty = F.getType();
4540   if (!Ty)
4541     // No type known; just expand directly to the ultimate type.
4542     Ty = OpTy;
4543   else if (SE.getEffectiveSCEVType(Ty) == SE.getEffectiveSCEVType(OpTy))
4544     // Expand directly to the ultimate type if it's the right size.
4545     Ty = OpTy;
4546   // This is the type to do integer arithmetic in.
4547   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
4548
4549   // Build up a list of operands to add together to form the full base.
4550   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
4551
4552   // Expand the BaseRegs portion.
4553   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
4554        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
4555     const SCEV *Reg = *I;
4556     assert(!Reg->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
4557
4558     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
4559     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
4560     Reg = TransformForPostIncUse(Denormalize, Reg,
4561                                  LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
4562                                  Loops, SE, DT);
4563
4564     Ops.push_back(SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(Reg, nullptr, IP)));
4565   }
4566
4567   // Expand the ScaledReg portion.
4568   Value *ICmpScaledV = nullptr;
4569   if (F.Scale != 0) {
4570     const SCEV *ScaledS = F.ScaledReg;
4571
4572     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
4573     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
4574     ScaledS = TransformForPostIncUse(Denormalize, ScaledS,
4575                                      LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
4576                                      Loops, SE, DT);
4577
4578     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4579       // Expand ScaleReg as if it was part of the base regs.
4580       if (F.Scale == 1)
4581         Ops.push_back(
4582             SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, nullptr, IP)));
4583       else {
4584         // An interesting way of "folding" with an icmp is to use a negated
4585         // scale, which we'll implement by inserting it into the other operand
4586         // of the icmp.
4587         assert(F.Scale == -1 &&
4588                "The only scale supported by ICmpZero uses is -1!");
4589         ICmpScaledV = Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, nullptr, IP);
4590       }
4591     } else {
4592       // Otherwise just expand the scaled register and an explicit scale,
4593       // which is expected to be matched as part of the address.
4594
4595       // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting address modes.
4596       // Unless the addressing mode will not be folded.
4597       if (!Ops.empty() && LU.Kind == LSRUse::Address &&
4598           isAMCompletelyFolded(TTI, LU, F)) {
4599         Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4600         Ops.clear();
4601         Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4602       }
4603       ScaledS = SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, nullptr, IP));
4604       if (F.Scale != 1)
4605         ScaledS =
4606             SE.getMulExpr(ScaledS, SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.Scale));
4607       Ops.push_back(ScaledS);
4608     }
4609   }
4610
4611   // Expand the GV portion.
4612   if (F.BaseGV) {
4613     // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
4614     if (!Ops.empty()) {
4615       Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4616       Ops.clear();
4617       Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4618     }
4619     Ops.push_back(SE.getUnknown(F.BaseGV));
4620   }
4621
4622   // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting of both folded and
4623   // unfolded offsets. LSR assumes they both live next to their uses.
4624   if (!Ops.empty()) {
4625     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
4626     Ops.clear();
4627     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4628   }
4629
4630   // Expand the immediate portion.
4631   int64_t Offset = (uint64_t)F.BaseOffset + LF.Offset;
4632   if (Offset != 0) {
4633     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4634       // The other interesting way of "folding" with an ICmpZero is to use a
4635       // negated immediate.
4636       if (!ICmpScaledV)
4637         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offset);
4638       else {
4639         Ops.push_back(SE.getUnknown(ICmpScaledV));
4640         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, Offset);
4641       }
4642     } else {
4643       // Just add the immediate values. These again are expected to be matched
4644       // as part of the address.
4645       Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy, Offset)));
4646     }
4647   }
4648
4649   // Expand the unfolded offset portion.
4650   int64_t UnfoldedOffset = F.UnfoldedOffset;
4651   if (UnfoldedOffset != 0) {
4652     // Just add the immediate values.
4653     Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy,
4654                                                        UnfoldedOffset)));
4655   }
4656
4657   // Emit instructions summing all the operands.
4658   const SCEV *FullS = Ops.empty() ?
4659                       SE.getConstant(IntTy, 0) :
4660                       SE.getAddExpr(Ops);
4661   Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(FullS, Ty, IP);
4662
4663   // We're done expanding now, so reset the rewriter.
4664   Rewriter.clearPostInc();
4665
4666   // An ICmpZero Formula represents an ICmp which we're handling as a
4667   // comparison against zero. Now that we've expanded an expression for that
4668   // form, update the ICmp's other operand.
4669   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4670     ICmpInst *CI = cast<ICmpInst>(LF.UserInst);
4671     DeadInsts.push_back(CI->getOperand(1));
4672     assert(!F.BaseGV && "ICmp does not support folding a global value and "
4673                            "a scale at the same time!");
4674     if (F.Scale == -1) {
4675       if (ICmpScaledV->getType() != OpTy) {
4676         Instruction *Cast =
4677           CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(ICmpScaledV, false,
4678                                                    OpTy, false),
4679                            ICmpScaledV, OpTy, "tmp", CI);
4680         ICmpScaledV = Cast;
4681       }
4682       CI->setOperand(1, ICmpScaledV);
4683     } else {
4684       // A scale of 1 means that the scale has been expanded as part of the
4685       // base regs.
4686       assert((F.Scale == 0 || F.Scale == 1) &&
4687              "ICmp does not support folding a global value and "
4688              "a scale at the same time!");
4689       Constant *C = ConstantInt::getSigned(SE.getEffectiveSCEVType(OpTy),
4690                                            -(uint64_t)Offset);
4691       if (C->getType() != OpTy)
4692         C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4693                                                           OpTy, false),
4694                                   C, OpTy);
4695
4696       CI->setOperand(1, C);
4697     }
4698   }
4699
4700   return FullV;
4701 }
4702
4703 /// RewriteForPHI - Helper for Rewrite. PHI nodes are special because the use
4704 /// of their operands effectively happens in their predecessor blocks, so the
4705 /// expression may need to be expanded in multiple places.
4706 void LSRInstance::RewriteForPHI(PHINode *PN,
4707                                 const LSRFixup &LF,
4708                                 const Formula &F,
4709                                 SCEVExpander &Rewriter,
4710                                 SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
4711                                 Pass *P) const {
4712   DenseMap<BasicBlock *, Value *> Inserted;
4713   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4714     if (PN->getIncomingValue(i) == LF.OperandValToReplace) {
4715       BasicBlock *BB = PN->getIncomingBlock(i);
4716
4717       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
4718       // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
4719       // is the canonical backedge for this loop, which complicates post-inc
4720       // users.
4721       if (e != 1 && BB->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
4722           !isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4723         BasicBlock *Parent = PN->getParent();
4724         Loop *PNLoop = LI.getLoopFor(Parent);
4725         if (!PNLoop || Parent != PNLoop->getHeader()) {
4726           // Split the critical edge.
4727           BasicBlock *NewBB = nullptr;
4728           if (!Parent->isLandingPad()) {
4729             NewBB = SplitCriticalEdge(BB, Parent,
4730                                       CriticalEdgeSplittingOptions(&DT, &LI)
4731                                           .setMergeIdenticalEdges()
4732                                           .setDontDeleteUselessPHIs());
4733           } else {
4734             SmallVector<BasicBlock*, 2> NewBBs;
4735             SplitLandingPadPredecessors(Parent, BB, "", "", NewBBs,
4736                                         /*AliasAnalysis*/ nullptr, &DT, &LI);
4737             NewBB = NewBBs[0];
4738           }
4739           // If NewBB==NULL, then SplitCriticalEdge refused to split because all
4740           // phi predecessors are identical. The simple thing to do is skip
4741           // splitting in this case rather than complicate the API.
4742           if (NewBB) {
4743             // If PN is outside of the loop and BB is in the loop, we want to
4744             // move the block to be immediately before the PHI block, not
4745             // immediately after BB.
4746             if (L->contains(BB) && !L->contains(PN))
4747               NewBB->moveBefore(PN->getParent());
4748
4749             // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
4750             e = PN->getNumIncomingValues();
4751             BB = NewBB;
4752             i = PN->getBasicBlockIndex(BB);
4753           }
4754         }
4755       }
4756
4757       std::pair<DenseMap<BasicBlock *, Value *>::iterator, bool> Pair =
4758         Inserted.insert(std::make_pair(BB, static_cast<Value *>(nullptr)));
4759       if (!Pair.second)
4760         PN->setIncomingValue(i, Pair.first->second);
4761       else {
4762         Value *FullV = Expand(LF, F, BB->getTerminator(), Rewriter, DeadInsts);
4763
4764         // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
4765         Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4766         if (FullV->getType() != OpTy)
4767           FullV =
4768             CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false,
4769                                                      OpTy, false),
4770                              FullV, LF.OperandValToReplace->getType(),
4771                              "tmp", BB->getTerminator());
4772
4773         PN->setIncomingValue(i, FullV);
4774         Pair.first->second = FullV;
4775       }
4776     }
4777 }
4778
4779 /// Rewrite - Emit instructions for the leading candidate expression for this
4780 /// LSRUse (this is called "expanding"), and update the UserInst to reference
4781 /// the newly expanded value.
4782 void LSRInstance::Rewrite(const LSRFixup &LF,
4783                           const Formula &F,
4784                           SCEVExpander &Rewriter,
4785                           SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
4786                           Pass *P) const {
4787   // First, find an insertion point that dominates UserInst. For PHI nodes,
4788   // find the nearest block which dominates all the relevant uses.
4789   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(LF.UserInst)) {
4790     RewriteForPHI(PN, LF, F, Rewriter, DeadInsts, P);
4791   } else {
4792     Value *FullV = Expand(LF, F, LF.UserInst, Rewriter, DeadInsts);
4793
4794     // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
4795     Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4796     if (FullV->getType() != OpTy) {
4797       Instruction *Cast =
4798         CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false, OpTy, false),
4799                          FullV, OpTy, "tmp", LF.UserInst);
4800       FullV = Cast;
4801     }
4802
4803     // Update the user. ICmpZero is handled specially here (for now) because
4804     // Expand may have updated one of the operands of the icmp already, and
4805     // its new value may happen to be equal to LF.OperandValToReplace, in
4806     // which case doing replaceUsesOfWith leads to replacing both operands
4807     // with the same value. TODO: Reorganize this.
4808     if (Uses[LF.LUIdx].Kind == LSRUse::ICmpZero)
4809       LF.UserInst->setOperand(0, FullV);
4810     else
4811       LF.UserInst->replaceUsesOfWith(LF.OperandValToReplace, FullV);
4812   }
4813
4814   DeadInsts.push_back(LF.OperandValToReplace);
4815 }
4816
4817 /// ImplementSolution - Rewrite all the fixup locations with new values,
4818 /// following the chosen solution.
4819 void
4820 LSRInstance::ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
4821                                Pass *P) {
4822   // Keep track of instructions we may have made dead, so that
4823   // we can remove them after we are done working.
4824   SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
4825
4826   SCEVExpander Rewriter(SE, "lsr");
4827 #ifndef NDEBUG
4828   Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
4829 #endif
4830   Rewriter.disableCanonicalMode();
4831   Rewriter.enableLSRMode();
4832   Rewriter.setIVIncInsertPos(L, IVIncInsertPos);
4833
4834   // Mark phi nodes that terminate chains so the expander tries to reuse them.
4835   for (SmallVectorImpl<IVChain>::const_iterator ChainI = IVChainVec.begin(),
4836          ChainE = IVChainVec.end(); ChainI != ChainE; ++ChainI) {
4837     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(ChainI->tailUserInst()))
4838       Rewriter.setChainedPhi(PN);
4839   }
4840
4841   // Expand the new value definitions and update the users.
4842   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
4843        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
4844     const LSRFixup &Fixup = *I;
4845
4846     Rewrite(Fixup, *Solution[Fixup.LUIdx], Rewriter, DeadInsts, P);
4847
4848     Changed = true;
4849   }
4850
4851   for (SmallVectorImpl<IVChain>::const_iterator ChainI = IVChainVec.begin(),
4852          ChainE = IVChainVec.end(); ChainI != ChainE; ++ChainI) {
4853     GenerateIVChain(*ChainI, Rewriter, DeadInsts);
4854     Changed = true;
4855   }
4856   // Clean up after ourselves. This must be done before deleting any
4857   // instructions.
4858   Rewriter.clear();
4859
4860   Changed |= DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
4861 }
4862
4863 LSRInstance::LSRInstance(Loop *L, Pass *P)
4864     : IU(P->getAnalysis<IVUsers>()), SE(P->getAnalysis<ScalarEvolution>()),
4865       DT(P->getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree()),
4866       LI(P->getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo()),
4867       TTI(P->getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(
4868           *L->getHeader()->getParent())),
4869       L(L), Changed(false), IVIncInsertPos(nullptr) {
4870   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
4871   if (!L->isLoopSimplifyForm())
4872     return;
4873
4874   // If there's no interesting work to be done, bail early.
4875   if (IU.empty()) return;
4876
4877   // If there's too much analysis to be done, bail early. We won't be able to
4878   // model the problem anyway.
4879   unsigned NumUsers = 0;
4880   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
4881     if (++NumUsers > MaxIVUsers) {
4882       DEBUG(dbgs() << "LSR skipping loop, too many IV Users in " << *L
4883             << "\n");
4884       return;
4885     }
4886   }
4887
4888 #ifndef NDEBUG
4889   // All dominating loops must have preheaders, or SCEVExpander may not be able
4890   // to materialize an AddRecExpr whose Start is an outer AddRecExpr.
4891   //
4892   // IVUsers analysis should only create users that are dominated by simple loop
4893   // headers. Since this loop should dominate all of its users, its user list
4894   // should be empty if this loop itself is not within a simple loop nest.
4895   for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(L->getLoopPreheader());
4896        Rung; Rung = Rung->getIDom()) {
4897     BasicBlock *BB = Rung->getBlock();
4898     const Loop *DomLoop = LI.getLoopFor(BB);
4899     if (DomLoop && DomLoop->getHeader() == BB) {
4900       assert(DomLoop->getLoopPreheader() && "LSR needs a simplified loop nest");
4901     }
4902   }
4903 #endif // DEBUG
4904
4905   DEBUG(dbgs() << "\nLSR on loop ";
4906         L->getHeader()->printAsOperand(dbgs(), /*PrintType=*/false);
4907         dbgs() << ":\n");
4908
4909   // First, perform some low-level loop optimizations.
4910   OptimizeShadowIV();
4911   OptimizeLoopTermCond();
4912
4913   // If loop preparation eliminates all interesting IV users, bail.
4914   if (IU.empty()) return;
4915
4916   // Skip nested loops until we can model them better with formulae.
4917   if (!L->empty()) {
4918     DEBUG(dbgs() << "LSR skipping outer loop " << *L << "\n");
4919     return;
4920   }
4921
4922   // Start collecting data and preparing for the solver.
4923   CollectChains();
4924   CollectInterestingTypesAndFactors();
4925   CollectFixupsAndInitialFormulae();
4926   CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
4927
4928   assert(!Uses.empty() && "IVUsers reported at least one use");
4929   DEBUG(dbgs() << "LSR found " << Uses.size() << " uses:\n";
4930         print_uses(dbgs()));
4931
4932   // Now use the reuse data to generate a bunch of interesting ways
4933   // to formulate the values needed for the uses.
4934   GenerateAllReuseFormulae();
4935
4936   FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
4937   NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
4938
4939   SmallVector<const Formula *, 8> Solution;
4940   Solve(Solution);
4941
4942   // Release memory that is no longer needed.
4943   Factors.clear();
4944   Types.clear();
4945   RegUses.clear();
4946
4947   if (Solution.empty())
4948     return;
4949
4950 #ifndef NDEBUG
4951   // Formulae should be legal.
4952   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(), E = Uses.end();
4953        I != E; ++I) {
4954     const LSRUse &LU = *I;
4955     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
4956                                                   JE = LU.Formulae.end();
4957          J != JE; ++J)
4958       assert(isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
4959                         *J) && "Illegal formula generated!");
4960   };
4961 #endif
4962
4963   // Now that we've decided what we want, make it so.
4964   ImplementSolution(Solution, P);
4965 }
4966
4967 void LSRInstance::print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const {
4968   if (Factors.empty() && Types.empty()) return;
4969
4970   OS << "LSR has identified the following interesting factors and types: ";
4971   bool First = true;
4972
4973   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
4974        I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
4975     if (!First) OS << ", ";
4976     First = false;
4977     OS << '*' << *I;
4978   }
4979
4980   for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
4981        I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
4982     if (!First) OS << ", ";
4983     First = false;
4984     OS << '(' << **I << ')';
4985   }
4986   OS << '\n';
4987 }
4988
4989 void LSRInstance::print_fixups(raw_ostream &OS) const {
4990   OS << "LSR is examining the following fixup sites:\n";
4991   for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
4992        E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
4993     dbgs() << "  ";
4994     I->print(OS);
4995     OS << '\n';
4996   }
4997 }
4998
4999 void LSRInstance::print_uses(raw_ostream &OS) const {
5000   OS << "LSR is examining the following uses:\n";
5001   for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
5002        E = Uses.end(); I != E; ++I) {
5003     const LSRUse &LU = *I;
5004     dbgs() << "  ";
5005     LU.print(OS);
5006     OS << '\n';
5007     for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
5008          JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J) {
5009       OS << "    ";
5010       J->print(OS);
5011       OS << '\n';
5012     }
5013   }
5014 }
5015
5016 void LSRInstance::print(raw_ostream &OS) const {
5017   print_factors_and_types(OS);
5018   print_fixups(OS);
5019   print_uses(OS);
5020 }
5021
5022 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
5023 void LSRInstance::dump() const {
5024   print(errs()); errs() << '\n';
5025 }
5026 #endif
5027
5028 namespace {
5029
5030 class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
5031 public:
5032   static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
5033   LoopStrengthReduce();
5034
5035 private:
5036   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) override;
5037   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
5038 };
5039
5040 }
5041
5042 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
5043 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
5044                 "Loop Strength Reduction", false, false)
5045 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
5046 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
5047 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
5048 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(IVUsers)
5049 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
5050 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
5051 INITIALIZE_PASS_END(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
5052                 "Loop Strength Reduction", false, false)
5053
5054
5055 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass() {
5056   return new LoopStrengthReduce();
5057 }
5058
5059 LoopStrengthReduce::LoopStrengthReduce() : LoopPass(ID) {
5060   initializeLoopStrengthReducePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
5061 }
5062
5063 void LoopStrengthReduce::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
5064   // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
5065   // many analyses if they are around.
5066   AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
5067
5068   AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
5069   AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
5070   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
5071   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
5072   AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
5073   AU.addRequired<ScalarEvolution>();
5074   AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
5075   // Requiring LoopSimplify a second time here prevents IVUsers from running
5076   // twice, since LoopSimplify was invalidated by running ScalarEvolution.
5077   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
5078   AU.addRequired<IVUsers>();
5079   AU.addPreserved<IVUsers>();
5080   AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
5081 }
5082
5083 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
5084   if (skipOptnoneFunction(L))
5085     return false;
5086
5087   bool Changed = false;
5088
5089   // Run the main LSR transformation.
5090   Changed |= LSRInstance(L, this).getChanged();
5091
5092   // Remove any extra phis created by processing inner loops.
5093   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
5094   if (EnablePhiElim && L->isLoopSimplifyForm()) {
5095     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
5096     SCEVExpander Rewriter(getAnalysis<ScalarEvolution>(), "lsr");
5097 #ifndef NDEBUG
5098     Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
5099 #endif
5100     unsigned numFolded = Rewriter.replaceCongruentIVs(
5101         L, &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree(), DeadInsts,
5102         &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(
5103             *L->getHeader()->getParent()));
5104     if (numFolded) {
5105       Changed = true;
5106       DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
5107       DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
5108     }
5109   }
5110   return Changed;
5111 }