]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/LoopIdiomRecognize.cpp
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Scalar / LoopIdiomRecognize.cpp
1 //===- LoopIdiomRecognize.cpp - Loop idiom recognition --------------------===//
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 pass implements an idiom recognizer that transforms simple loops into a
11 // non-loop form.  In cases that this kicks in, it can be a significant
12 // performance win.
13 //
14 // If compiling for code size we avoid idiom recognition if the resulting
15 // code could be larger than the code for the original loop. One way this could
16 // happen is if the loop is not removable after idiom recognition due to the
17 // presence of non-idiom instructions. The initial implementation of the
18 // heuristics applies to idioms in multi-block loops.
19 //
20 //===----------------------------------------------------------------------===//
21 //
22 // TODO List:
23 //
24 // Future loop memory idioms to recognize:
25 //   memcmp, memmove, strlen, etc.
26 // Future floating point idioms to recognize in -ffast-math mode:
27 //   fpowi
28 // Future integer operation idioms to recognize:
29 //   ctpop
30 //
31 // Beware that isel's default lowering for ctpop is highly inefficient for
32 // i64 and larger types when i64 is legal and the value has few bits set.  It
33 // would be good to enhance isel to emit a loop for ctpop in this case.
34 //
35 // This could recognize common matrix multiplies and dot product idioms and
36 // replace them with calls to BLAS (if linked in??).
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39
40 #include "llvm/ADT/APInt.h"
41 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
42 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
43 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
44 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
45 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
46 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
47 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
48 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
49 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
50 #include "llvm/Analysis/LoopAccessAnalysis.h"
51 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
52 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
53 #include "llvm/Analysis/MemoryLocation.h"
54 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
55 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
56 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
57 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
58 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
59 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
60 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
61 #include "llvm/IR/Attributes.h"
62 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
63 #include "llvm/IR/Constant.h"
64 #include "llvm/IR/Constants.h"
65 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
66 #include "llvm/IR/DebugLoc.h"
67 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
68 #include "llvm/IR/Dominators.h"
69 #include "llvm/IR/GlobalValue.h"
70 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
71 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
72 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
73 #include "llvm/IR/Instruction.h"
74 #include "llvm/IR/Instructions.h"
75 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
76 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
77 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
78 #include "llvm/IR/Module.h"
79 #include "llvm/IR/PassManager.h"
80 #include "llvm/IR/Type.h"
81 #include "llvm/IR/User.h"
82 #include "llvm/IR/Value.h"
83 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
84 #include "llvm/Pass.h"
85 #include "llvm/Support/Casting.h"
86 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
87 #include "llvm/Support/Debug.h"
88 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
89 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
90 #include "llvm/Transforms/Scalar/LoopIdiomRecognize.h"
91 #include "llvm/Transforms/Utils/BuildLibCalls.h"
92 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
93 #include <algorithm>
94 #include <cassert>
95 #include <cstdint>
96 #include <utility>
97 #include <vector>
98
99 using namespace llvm;
100
101 #define DEBUG_TYPE "loop-idiom"
102
103 STATISTIC(NumMemSet, "Number of memset's formed from loop stores");
104 STATISTIC(NumMemCpy, "Number of memcpy's formed from loop load+stores");
105
106 static cl::opt<bool> UseLIRCodeSizeHeurs(
107     "use-lir-code-size-heurs",
108     cl::desc("Use loop idiom recognition code size heuristics when compiling"
109              "with -Os/-Oz"),
110     cl::init(true), cl::Hidden);
111
112 namespace {
113
114 class LoopIdiomRecognize {
115   Loop *CurLoop = nullptr;
116   AliasAnalysis *AA;
117   DominatorTree *DT;
118   LoopInfo *LI;
119   ScalarEvolution *SE;
120   TargetLibraryInfo *TLI;
121   const TargetTransformInfo *TTI;
122   const DataLayout *DL;
123   bool ApplyCodeSizeHeuristics;
124
125 public:
126   explicit LoopIdiomRecognize(AliasAnalysis *AA, DominatorTree *DT,
127                               LoopInfo *LI, ScalarEvolution *SE,
128                               TargetLibraryInfo *TLI,
129                               const TargetTransformInfo *TTI,
130                               const DataLayout *DL)
131       : AA(AA), DT(DT), LI(LI), SE(SE), TLI(TLI), TTI(TTI), DL(DL) {}
132
133   bool runOnLoop(Loop *L);
134
135 private:
136   using StoreList = SmallVector<StoreInst *, 8>;
137   using StoreListMap = MapVector<Value *, StoreList>;
138
139   StoreListMap StoreRefsForMemset;
140   StoreListMap StoreRefsForMemsetPattern;
141   StoreList StoreRefsForMemcpy;
142   bool HasMemset;
143   bool HasMemsetPattern;
144   bool HasMemcpy;
145
146   /// Return code for isLegalStore()
147   enum LegalStoreKind {
148     None = 0,
149     Memset,
150     MemsetPattern,
151     Memcpy,
152     UnorderedAtomicMemcpy,
153     DontUse // Dummy retval never to be used. Allows catching errors in retval
154             // handling.
155   };
156
157   /// \name Countable Loop Idiom Handling
158   /// @{
159
160   bool runOnCountableLoop();
161   bool runOnLoopBlock(BasicBlock *BB, const SCEV *BECount,
162                       SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks);
163
164   void collectStores(BasicBlock *BB);
165   LegalStoreKind isLegalStore(StoreInst *SI);
166   enum class ForMemset { No, Yes };
167   bool processLoopStores(SmallVectorImpl<StoreInst *> &SL, const SCEV *BECount,
168                          ForMemset For);
169   bool processLoopMemSet(MemSetInst *MSI, const SCEV *BECount);
170
171   bool processLoopStridedStore(Value *DestPtr, unsigned StoreSize,
172                                unsigned StoreAlignment, Value *StoredVal,
173                                Instruction *TheStore,
174                                SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Stores,
175                                const SCEVAddRecExpr *Ev, const SCEV *BECount,
176                                bool NegStride, bool IsLoopMemset = false);
177   bool processLoopStoreOfLoopLoad(StoreInst *SI, const SCEV *BECount);
178   bool avoidLIRForMultiBlockLoop(bool IsMemset = false,
179                                  bool IsLoopMemset = false);
180
181   /// @}
182   /// \name Noncountable Loop Idiom Handling
183   /// @{
184
185   bool runOnNoncountableLoop();
186
187   bool recognizePopcount();
188   void transformLoopToPopcount(BasicBlock *PreCondBB, Instruction *CntInst,
189                                PHINode *CntPhi, Value *Var);
190   bool recognizeAndInsertFFS();  /// Find First Set: ctlz or cttz
191   void transformLoopToCountable(Intrinsic::ID IntrinID, BasicBlock *PreCondBB,
192                                 Instruction *CntInst, PHINode *CntPhi,
193                                 Value *Var, Instruction *DefX,
194                                 const DebugLoc &DL, bool ZeroCheck,
195                                 bool IsCntPhiUsedOutsideLoop);
196
197   /// @}
198 };
199
200 class LoopIdiomRecognizeLegacyPass : public LoopPass {
201 public:
202   static char ID;
203
204   explicit LoopIdiomRecognizeLegacyPass() : LoopPass(ID) {
205     initializeLoopIdiomRecognizeLegacyPassPass(
206         *PassRegistry::getPassRegistry());
207   }
208
209   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) override {
210     if (skipLoop(L))
211       return false;
212
213     AliasAnalysis *AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
214     DominatorTree *DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
215     LoopInfo *LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
216     ScalarEvolution *SE = &getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
217     TargetLibraryInfo *TLI =
218         &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
219     const TargetTransformInfo *TTI =
220         &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(
221             *L->getHeader()->getParent());
222     const DataLayout *DL = &L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
223
224     LoopIdiomRecognize LIR(AA, DT, LI, SE, TLI, TTI, DL);
225     return LIR.runOnLoop(L);
226   }
227
228   /// This transformation requires natural loop information & requires that
229   /// loop preheaders be inserted into the CFG.
230   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
231     AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
232     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
233     getLoopAnalysisUsage(AU);
234   }
235 };
236
237 } // end anonymous namespace
238
239 char LoopIdiomRecognizeLegacyPass::ID = 0;
240
241 PreservedAnalyses LoopIdiomRecognizePass::run(Loop &L, LoopAnalysisManager &AM,
242                                               LoopStandardAnalysisResults &AR,
243                                               LPMUpdater &) {
244   const auto *DL = &L.getHeader()->getModule()->getDataLayout();
245
246   LoopIdiomRecognize LIR(&AR.AA, &AR.DT, &AR.LI, &AR.SE, &AR.TLI, &AR.TTI, DL);
247   if (!LIR.runOnLoop(&L))
248     return PreservedAnalyses::all();
249
250   return getLoopPassPreservedAnalyses();
251 }
252
253 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopIdiomRecognizeLegacyPass, "loop-idiom",
254                       "Recognize loop idioms", false, false)
255 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopPass)
256 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
257 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
258 INITIALIZE_PASS_END(LoopIdiomRecognizeLegacyPass, "loop-idiom",
259                     "Recognize loop idioms", false, false)
260
261 Pass *llvm::createLoopIdiomPass() { return new LoopIdiomRecognizeLegacyPass(); }
262
263 static void deleteDeadInstruction(Instruction *I) {
264   I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
265   I->eraseFromParent();
266 }
267
268 //===----------------------------------------------------------------------===//
269 //
270 //          Implementation of LoopIdiomRecognize
271 //
272 //===----------------------------------------------------------------------===//
273
274 bool LoopIdiomRecognize::runOnLoop(Loop *L) {
275   CurLoop = L;
276   // If the loop could not be converted to canonical form, it must have an
277   // indirectbr in it, just give up.
278   if (!L->getLoopPreheader())
279     return false;
280
281   // Disable loop idiom recognition if the function's name is a common idiom.
282   StringRef Name = L->getHeader()->getParent()->getName();
283   if (Name == "memset" || Name == "memcpy")
284     return false;
285
286   // Determine if code size heuristics need to be applied.
287   ApplyCodeSizeHeuristics =
288       L->getHeader()->getParent()->optForSize() && UseLIRCodeSizeHeurs;
289
290   HasMemset = TLI->has(LibFunc_memset);
291   HasMemsetPattern = TLI->has(LibFunc_memset_pattern16);
292   HasMemcpy = TLI->has(LibFunc_memcpy);
293
294   if (HasMemset || HasMemsetPattern || HasMemcpy)
295     if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L))
296       return runOnCountableLoop();
297
298   return runOnNoncountableLoop();
299 }
300
301 bool LoopIdiomRecognize::runOnCountableLoop() {
302   const SCEV *BECount = SE->getBackedgeTakenCount(CurLoop);
303   assert(!isa<SCEVCouldNotCompute>(BECount) &&
304          "runOnCountableLoop() called on a loop without a predictable"
305          "backedge-taken count");
306
307   // If this loop executes exactly one time, then it should be peeled, not
308   // optimized by this pass.
309   if (const SCEVConstant *BECst = dyn_cast<SCEVConstant>(BECount))
310     if (BECst->getAPInt() == 0)
311       return false;
312
313   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
314   CurLoop->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
315
316   LLVM_DEBUG(dbgs() << "loop-idiom Scanning: F["
317                     << CurLoop->getHeader()->getParent()->getName()
318                     << "] Loop %" << CurLoop->getHeader()->getName() << "\n");
319
320   bool MadeChange = false;
321
322   // The following transforms hoist stores/memsets into the loop pre-header.
323   // Give up if the loop has instructions may throw.
324   SimpleLoopSafetyInfo SafetyInfo;
325   SafetyInfo.computeLoopSafetyInfo(CurLoop);
326   if (SafetyInfo.anyBlockMayThrow())
327     return MadeChange;
328
329   // Scan all the blocks in the loop that are not in subloops.
330   for (auto *BB : CurLoop->getBlocks()) {
331     // Ignore blocks in subloops.
332     if (LI->getLoopFor(BB) != CurLoop)
333       continue;
334
335     MadeChange |= runOnLoopBlock(BB, BECount, ExitBlocks);
336   }
337   return MadeChange;
338 }
339
340 static APInt getStoreStride(const SCEVAddRecExpr *StoreEv) {
341   const SCEVConstant *ConstStride = cast<SCEVConstant>(StoreEv->getOperand(1));
342   return ConstStride->getAPInt();
343 }
344
345 /// getMemSetPatternValue - If a strided store of the specified value is safe to
346 /// turn into a memset_pattern16, return a ConstantArray of 16 bytes that should
347 /// be passed in.  Otherwise, return null.
348 ///
349 /// Note that we don't ever attempt to use memset_pattern8 or 4, because these
350 /// just replicate their input array and then pass on to memset_pattern16.
351 static Constant *getMemSetPatternValue(Value *V, const DataLayout *DL) {
352   // FIXME: This could check for UndefValue because it can be merged into any
353   // other valid pattern.
354
355   // If the value isn't a constant, we can't promote it to being in a constant
356   // array.  We could theoretically do a store to an alloca or something, but
357   // that doesn't seem worthwhile.
358   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
359   if (!C)
360     return nullptr;
361
362   // Only handle simple values that are a power of two bytes in size.
363   uint64_t Size = DL->getTypeSizeInBits(V->getType());
364   if (Size == 0 || (Size & 7) || (Size & (Size - 1)))
365     return nullptr;
366
367   // Don't care enough about darwin/ppc to implement this.
368   if (DL->isBigEndian())
369     return nullptr;
370
371   // Convert to size in bytes.
372   Size /= 8;
373
374   // TODO: If CI is larger than 16-bytes, we can try slicing it in half to see
375   // if the top and bottom are the same (e.g. for vectors and large integers).
376   if (Size > 16)
377     return nullptr;
378
379   // If the constant is exactly 16 bytes, just use it.
380   if (Size == 16)
381     return C;
382
383   // Otherwise, we'll use an array of the constants.
384   unsigned ArraySize = 16 / Size;
385   ArrayType *AT = ArrayType::get(V->getType(), ArraySize);
386   return ConstantArray::get(AT, std::vector<Constant *>(ArraySize, C));
387 }
388
389 LoopIdiomRecognize::LegalStoreKind
390 LoopIdiomRecognize::isLegalStore(StoreInst *SI) {
391   // Don't touch volatile stores.
392   if (SI->isVolatile())
393     return LegalStoreKind::None;
394   // We only want simple or unordered-atomic stores.
395   if (!SI->isUnordered())
396     return LegalStoreKind::None;
397
398   // Don't convert stores of non-integral pointer types to memsets (which stores
399   // integers).
400   if (DL->isNonIntegralPointerType(SI->getValueOperand()->getType()))
401     return LegalStoreKind::None;
402
403   // Avoid merging nontemporal stores.
404   if (SI->getMetadata(LLVMContext::MD_nontemporal))
405     return LegalStoreKind::None;
406
407   Value *StoredVal = SI->getValueOperand();
408   Value *StorePtr = SI->getPointerOperand();
409
410   // Reject stores that are so large that they overflow an unsigned.
411   uint64_t SizeInBits = DL->getTypeSizeInBits(StoredVal->getType());
412   if ((SizeInBits & 7) || (SizeInBits >> 32) != 0)
413     return LegalStoreKind::None;
414
415   // See if the pointer expression is an AddRec like {base,+,1} on the current
416   // loop, which indicates a strided store.  If we have something else, it's a
417   // random store we can't handle.
418   const SCEVAddRecExpr *StoreEv =
419       dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(StorePtr));
420   if (!StoreEv || StoreEv->getLoop() != CurLoop || !StoreEv->isAffine())
421     return LegalStoreKind::None;
422
423   // Check to see if we have a constant stride.
424   if (!isa<SCEVConstant>(StoreEv->getOperand(1)))
425     return LegalStoreKind::None;
426
427   // See if the store can be turned into a memset.
428
429   // If the stored value is a byte-wise value (like i32 -1), then it may be
430   // turned into a memset of i8 -1, assuming that all the consecutive bytes
431   // are stored.  A store of i32 0x01020304 can never be turned into a memset,
432   // but it can be turned into memset_pattern if the target supports it.
433   Value *SplatValue = isBytewiseValue(StoredVal);
434   Constant *PatternValue = nullptr;
435
436   // Note: memset and memset_pattern on unordered-atomic is yet not supported
437   bool UnorderedAtomic = SI->isUnordered() && !SI->isSimple();
438
439   // If we're allowed to form a memset, and the stored value would be
440   // acceptable for memset, use it.
441   if (!UnorderedAtomic && HasMemset && SplatValue &&
442       // Verify that the stored value is loop invariant.  If not, we can't
443       // promote the memset.
444       CurLoop->isLoopInvariant(SplatValue)) {
445     // It looks like we can use SplatValue.
446     return LegalStoreKind::Memset;
447   } else if (!UnorderedAtomic && HasMemsetPattern &&
448              // Don't create memset_pattern16s with address spaces.
449              StorePtr->getType()->getPointerAddressSpace() == 0 &&
450              (PatternValue = getMemSetPatternValue(StoredVal, DL))) {
451     // It looks like we can use PatternValue!
452     return LegalStoreKind::MemsetPattern;
453   }
454
455   // Otherwise, see if the store can be turned into a memcpy.
456   if (HasMemcpy) {
457     // Check to see if the stride matches the size of the store.  If so, then we
458     // know that every byte is touched in the loop.
459     APInt Stride = getStoreStride(StoreEv);
460     unsigned StoreSize = DL->getTypeStoreSize(SI->getValueOperand()->getType());
461     if (StoreSize != Stride && StoreSize != -Stride)
462       return LegalStoreKind::None;
463
464     // The store must be feeding a non-volatile load.
465     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
466
467     // Only allow non-volatile loads
468     if (!LI || LI->isVolatile())
469       return LegalStoreKind::None;
470     // Only allow simple or unordered-atomic loads
471     if (!LI->isUnordered())
472       return LegalStoreKind::None;
473
474     // See if the pointer expression is an AddRec like {base,+,1} on the current
475     // loop, which indicates a strided load.  If we have something else, it's a
476     // random load we can't handle.
477     const SCEVAddRecExpr *LoadEv =
478         dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(LI->getPointerOperand()));
479     if (!LoadEv || LoadEv->getLoop() != CurLoop || !LoadEv->isAffine())
480       return LegalStoreKind::None;
481
482     // The store and load must share the same stride.
483     if (StoreEv->getOperand(1) != LoadEv->getOperand(1))
484       return LegalStoreKind::None;
485
486     // Success.  This store can be converted into a memcpy.
487     UnorderedAtomic = UnorderedAtomic || LI->isAtomic();
488     return UnorderedAtomic ? LegalStoreKind::UnorderedAtomicMemcpy
489                            : LegalStoreKind::Memcpy;
490   }
491   // This store can't be transformed into a memset/memcpy.
492   return LegalStoreKind::None;
493 }
494
495 void LoopIdiomRecognize::collectStores(BasicBlock *BB) {
496   StoreRefsForMemset.clear();
497   StoreRefsForMemsetPattern.clear();
498   StoreRefsForMemcpy.clear();
499   for (Instruction &I : *BB) {
500     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I);
501     if (!SI)
502       continue;
503
504     // Make sure this is a strided store with a constant stride.
505     switch (isLegalStore(SI)) {
506     case LegalStoreKind::None:
507       // Nothing to do
508       break;
509     case LegalStoreKind::Memset: {
510       // Find the base pointer.
511       Value *Ptr = GetUnderlyingObject(SI->getPointerOperand(), *DL);
512       StoreRefsForMemset[Ptr].push_back(SI);
513     } break;
514     case LegalStoreKind::MemsetPattern: {
515       // Find the base pointer.
516       Value *Ptr = GetUnderlyingObject(SI->getPointerOperand(), *DL);
517       StoreRefsForMemsetPattern[Ptr].push_back(SI);
518     } break;
519     case LegalStoreKind::Memcpy:
520     case LegalStoreKind::UnorderedAtomicMemcpy:
521       StoreRefsForMemcpy.push_back(SI);
522       break;
523     default:
524       assert(false && "unhandled return value");
525       break;
526     }
527   }
528 }
529
530 /// runOnLoopBlock - Process the specified block, which lives in a counted loop
531 /// with the specified backedge count.  This block is known to be in the current
532 /// loop and not in any subloops.
533 bool LoopIdiomRecognize::runOnLoopBlock(
534     BasicBlock *BB, const SCEV *BECount,
535     SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks) {
536   // We can only promote stores in this block if they are unconditionally
537   // executed in the loop.  For a block to be unconditionally executed, it has
538   // to dominate all the exit blocks of the loop.  Verify this now.
539   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i)
540     if (!DT->dominates(BB, ExitBlocks[i]))
541       return false;
542
543   bool MadeChange = false;
544   // Look for store instructions, which may be optimized to memset/memcpy.
545   collectStores(BB);
546
547   // Look for a single store or sets of stores with a common base, which can be
548   // optimized into a memset (memset_pattern).  The latter most commonly happens
549   // with structs and handunrolled loops.
550   for (auto &SL : StoreRefsForMemset)
551     MadeChange |= processLoopStores(SL.second, BECount, ForMemset::Yes);
552
553   for (auto &SL : StoreRefsForMemsetPattern)
554     MadeChange |= processLoopStores(SL.second, BECount, ForMemset::No);
555
556   // Optimize the store into a memcpy, if it feeds an similarly strided load.
557   for (auto &SI : StoreRefsForMemcpy)
558     MadeChange |= processLoopStoreOfLoopLoad(SI, BECount);
559
560   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
561     Instruction *Inst = &*I++;
562     // Look for memset instructions, which may be optimized to a larger memset.
563     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(Inst)) {
564       WeakTrackingVH InstPtr(&*I);
565       if (!processLoopMemSet(MSI, BECount))
566         continue;
567       MadeChange = true;
568
569       // If processing the memset invalidated our iterator, start over from the
570       // top of the block.
571       if (!InstPtr)
572         I = BB->begin();
573       continue;
574     }
575   }
576
577   return MadeChange;
578 }
579
580 /// See if this store(s) can be promoted to a memset.
581 bool LoopIdiomRecognize::processLoopStores(SmallVectorImpl<StoreInst *> &SL,
582                                            const SCEV *BECount, ForMemset For) {
583   // Try to find consecutive stores that can be transformed into memsets.
584   SetVector<StoreInst *> Heads, Tails;
585   SmallDenseMap<StoreInst *, StoreInst *> ConsecutiveChain;
586
587   // Do a quadratic search on all of the given stores and find
588   // all of the pairs of stores that follow each other.
589   SmallVector<unsigned, 16> IndexQueue;
590   for (unsigned i = 0, e = SL.size(); i < e; ++i) {
591     assert(SL[i]->isSimple() && "Expected only non-volatile stores.");
592
593     Value *FirstStoredVal = SL[i]->getValueOperand();
594     Value *FirstStorePtr = SL[i]->getPointerOperand();
595     const SCEVAddRecExpr *FirstStoreEv =
596         cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(FirstStorePtr));
597     APInt FirstStride = getStoreStride(FirstStoreEv);
598     unsigned FirstStoreSize = DL->getTypeStoreSize(SL[i]->getValueOperand()->getType());
599
600     // See if we can optimize just this store in isolation.
601     if (FirstStride == FirstStoreSize || -FirstStride == FirstStoreSize) {
602       Heads.insert(SL[i]);
603       continue;
604     }
605
606     Value *FirstSplatValue = nullptr;
607     Constant *FirstPatternValue = nullptr;
608
609     if (For == ForMemset::Yes)
610       FirstSplatValue = isBytewiseValue(FirstStoredVal);
611     else
612       FirstPatternValue = getMemSetPatternValue(FirstStoredVal, DL);
613
614     assert((FirstSplatValue || FirstPatternValue) &&
615            "Expected either splat value or pattern value.");
616
617     IndexQueue.clear();
618     // If a store has multiple consecutive store candidates, search Stores
619     // array according to the sequence: from i+1 to e, then from i-1 to 0.
620     // This is because usually pairing with immediate succeeding or preceding
621     // candidate create the best chance to find memset opportunity.
622     unsigned j = 0;
623     for (j = i + 1; j < e; ++j)
624       IndexQueue.push_back(j);
625     for (j = i; j > 0; --j)
626       IndexQueue.push_back(j - 1);
627
628     for (auto &k : IndexQueue) {
629       assert(SL[k]->isSimple() && "Expected only non-volatile stores.");
630       Value *SecondStorePtr = SL[k]->getPointerOperand();
631       const SCEVAddRecExpr *SecondStoreEv =
632           cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(SecondStorePtr));
633       APInt SecondStride = getStoreStride(SecondStoreEv);
634
635       if (FirstStride != SecondStride)
636         continue;
637
638       Value *SecondStoredVal = SL[k]->getValueOperand();
639       Value *SecondSplatValue = nullptr;
640       Constant *SecondPatternValue = nullptr;
641
642       if (For == ForMemset::Yes)
643         SecondSplatValue = isBytewiseValue(SecondStoredVal);
644       else
645         SecondPatternValue = getMemSetPatternValue(SecondStoredVal, DL);
646
647       assert((SecondSplatValue || SecondPatternValue) &&
648              "Expected either splat value or pattern value.");
649
650       if (isConsecutiveAccess(SL[i], SL[k], *DL, *SE, false)) {
651         if (For == ForMemset::Yes) {
652           if (isa<UndefValue>(FirstSplatValue))
653             FirstSplatValue = SecondSplatValue;
654           if (FirstSplatValue != SecondSplatValue)
655             continue;
656         } else {
657           if (isa<UndefValue>(FirstPatternValue))
658             FirstPatternValue = SecondPatternValue;
659           if (FirstPatternValue != SecondPatternValue)
660             continue;
661         }
662         Tails.insert(SL[k]);
663         Heads.insert(SL[i]);
664         ConsecutiveChain[SL[i]] = SL[k];
665         break;
666       }
667     }
668   }
669
670   // We may run into multiple chains that merge into a single chain. We mark the
671   // stores that we transformed so that we don't visit the same store twice.
672   SmallPtrSet<Value *, 16> TransformedStores;
673   bool Changed = false;
674
675   // For stores that start but don't end a link in the chain:
676   for (SetVector<StoreInst *>::iterator it = Heads.begin(), e = Heads.end();
677        it != e; ++it) {
678     if (Tails.count(*it))
679       continue;
680
681     // We found a store instr that starts a chain. Now follow the chain and try
682     // to transform it.
683     SmallPtrSet<Instruction *, 8> AdjacentStores;
684     StoreInst *I = *it;
685
686     StoreInst *HeadStore = I;
687     unsigned StoreSize = 0;
688
689     // Collect the chain into a list.
690     while (Tails.count(I) || Heads.count(I)) {
691       if (TransformedStores.count(I))
692         break;
693       AdjacentStores.insert(I);
694
695       StoreSize += DL->getTypeStoreSize(I->getValueOperand()->getType());
696       // Move to the next value in the chain.
697       I = ConsecutiveChain[I];
698     }
699
700     Value *StoredVal = HeadStore->getValueOperand();
701     Value *StorePtr = HeadStore->getPointerOperand();
702     const SCEVAddRecExpr *StoreEv = cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(StorePtr));
703     APInt Stride = getStoreStride(StoreEv);
704
705     // Check to see if the stride matches the size of the stores.  If so, then
706     // we know that every byte is touched in the loop.
707     if (StoreSize != Stride && StoreSize != -Stride)
708       continue;
709
710     bool NegStride = StoreSize == -Stride;
711
712     if (processLoopStridedStore(StorePtr, StoreSize, HeadStore->getAlignment(),
713                                 StoredVal, HeadStore, AdjacentStores, StoreEv,
714                                 BECount, NegStride)) {
715       TransformedStores.insert(AdjacentStores.begin(), AdjacentStores.end());
716       Changed = true;
717     }
718   }
719
720   return Changed;
721 }
722
723 /// processLoopMemSet - See if this memset can be promoted to a large memset.
724 bool LoopIdiomRecognize::processLoopMemSet(MemSetInst *MSI,
725                                            const SCEV *BECount) {
726   // We can only handle non-volatile memsets with a constant size.
727   if (MSI->isVolatile() || !isa<ConstantInt>(MSI->getLength()))
728     return false;
729
730   // If we're not allowed to hack on memset, we fail.
731   if (!HasMemset)
732     return false;
733
734   Value *Pointer = MSI->getDest();
735
736   // See if the pointer expression is an AddRec like {base,+,1} on the current
737   // loop, which indicates a strided store.  If we have something else, it's a
738   // random store we can't handle.
739   const SCEVAddRecExpr *Ev = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(Pointer));
740   if (!Ev || Ev->getLoop() != CurLoop || !Ev->isAffine())
741     return false;
742
743   // Reject memsets that are so large that they overflow an unsigned.
744   uint64_t SizeInBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
745   if ((SizeInBytes >> 32) != 0)
746     return false;
747
748   // Check to see if the stride matches the size of the memset.  If so, then we
749   // know that every byte is touched in the loop.
750   const SCEVConstant *ConstStride = dyn_cast<SCEVConstant>(Ev->getOperand(1));
751   if (!ConstStride)
752     return false;
753
754   APInt Stride = ConstStride->getAPInt();
755   if (SizeInBytes != Stride && SizeInBytes != -Stride)
756     return false;
757
758   // Verify that the memset value is loop invariant.  If not, we can't promote
759   // the memset.
760   Value *SplatValue = MSI->getValue();
761   if (!SplatValue || !CurLoop->isLoopInvariant(SplatValue))
762     return false;
763
764   SmallPtrSet<Instruction *, 1> MSIs;
765   MSIs.insert(MSI);
766   bool NegStride = SizeInBytes == -Stride;
767   return processLoopStridedStore(Pointer, (unsigned)SizeInBytes,
768                                  MSI->getDestAlignment(), SplatValue, MSI, MSIs,
769                                  Ev, BECount, NegStride, /*IsLoopMemset=*/true);
770 }
771
772 /// mayLoopAccessLocation - Return true if the specified loop might access the
773 /// specified pointer location, which is a loop-strided access.  The 'Access'
774 /// argument specifies what the verboten forms of access are (read or write).
775 static bool
776 mayLoopAccessLocation(Value *Ptr, ModRefInfo Access, Loop *L,
777                       const SCEV *BECount, unsigned StoreSize,
778                       AliasAnalysis &AA,
779                       SmallPtrSetImpl<Instruction *> &IgnoredStores) {
780   // Get the location that may be stored across the loop.  Since the access is
781   // strided positively through memory, we say that the modified location starts
782   // at the pointer and has infinite size.
783   LocationSize AccessSize = LocationSize::unknown();
784
785   // If the loop iterates a fixed number of times, we can refine the access size
786   // to be exactly the size of the memset, which is (BECount+1)*StoreSize
787   if (const SCEVConstant *BECst = dyn_cast<SCEVConstant>(BECount))
788     AccessSize = LocationSize::precise((BECst->getValue()->getZExtValue() + 1) *
789                                        StoreSize);
790
791   // TODO: For this to be really effective, we have to dive into the pointer
792   // operand in the store.  Store to &A[i] of 100 will always return may alias
793   // with store of &A[100], we need to StoreLoc to be "A" with size of 100,
794   // which will then no-alias a store to &A[100].
795   MemoryLocation StoreLoc(Ptr, AccessSize);
796
797   for (Loop::block_iterator BI = L->block_begin(), E = L->block_end(); BI != E;
798        ++BI)
799     for (Instruction &I : **BI)
800       if (IgnoredStores.count(&I) == 0 &&
801           isModOrRefSet(
802               intersectModRef(AA.getModRefInfo(&I, StoreLoc), Access)))
803         return true;
804
805   return false;
806 }
807
808 // If we have a negative stride, Start refers to the end of the memory location
809 // we're trying to memset.  Therefore, we need to recompute the base pointer,
810 // which is just Start - BECount*Size.
811 static const SCEV *getStartForNegStride(const SCEV *Start, const SCEV *BECount,
812                                         Type *IntPtr, unsigned StoreSize,
813                                         ScalarEvolution *SE) {
814   const SCEV *Index = SE->getTruncateOrZeroExtend(BECount, IntPtr);
815   if (StoreSize != 1)
816     Index = SE->getMulExpr(Index, SE->getConstant(IntPtr, StoreSize),
817                            SCEV::FlagNUW);
818   return SE->getMinusSCEV(Start, Index);
819 }
820
821 /// Compute the number of bytes as a SCEV from the backedge taken count.
822 ///
823 /// This also maps the SCEV into the provided type and tries to handle the
824 /// computation in a way that will fold cleanly.
825 static const SCEV *getNumBytes(const SCEV *BECount, Type *IntPtr,
826                                unsigned StoreSize, Loop *CurLoop,
827                                const DataLayout *DL, ScalarEvolution *SE) {
828   const SCEV *NumBytesS;
829   // The # stored bytes is (BECount+1)*Size.  Expand the trip count out to
830   // pointer size if it isn't already.
831   //
832   // If we're going to need to zero extend the BE count, check if we can add
833   // one to it prior to zero extending without overflow. Provided this is safe,
834   // it allows better simplification of the +1.
835   if (DL->getTypeSizeInBits(BECount->getType()) <
836           DL->getTypeSizeInBits(IntPtr) &&
837       SE->isLoopEntryGuardedByCond(
838           CurLoop, ICmpInst::ICMP_NE, BECount,
839           SE->getNegativeSCEV(SE->getOne(BECount->getType())))) {
840     NumBytesS = SE->getZeroExtendExpr(
841         SE->getAddExpr(BECount, SE->getOne(BECount->getType()), SCEV::FlagNUW),
842         IntPtr);
843   } else {
844     NumBytesS = SE->getAddExpr(SE->getTruncateOrZeroExtend(BECount, IntPtr),
845                                SE->getOne(IntPtr), SCEV::FlagNUW);
846   }
847
848   // And scale it based on the store size.
849   if (StoreSize != 1) {
850     NumBytesS = SE->getMulExpr(NumBytesS, SE->getConstant(IntPtr, StoreSize),
851                                SCEV::FlagNUW);
852   }
853   return NumBytesS;
854 }
855
856 /// processLoopStridedStore - We see a strided store of some value.  If we can
857 /// transform this into a memset or memset_pattern in the loop preheader, do so.
858 bool LoopIdiomRecognize::processLoopStridedStore(
859     Value *DestPtr, unsigned StoreSize, unsigned StoreAlignment,
860     Value *StoredVal, Instruction *TheStore,
861     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Stores, const SCEVAddRecExpr *Ev,
862     const SCEV *BECount, bool NegStride, bool IsLoopMemset) {
863   Value *SplatValue = isBytewiseValue(StoredVal);
864   Constant *PatternValue = nullptr;
865
866   if (!SplatValue)
867     PatternValue = getMemSetPatternValue(StoredVal, DL);
868
869   assert((SplatValue || PatternValue) &&
870          "Expected either splat value or pattern value.");
871
872   // The trip count of the loop and the base pointer of the addrec SCEV is
873   // guaranteed to be loop invariant, which means that it should dominate the
874   // header.  This allows us to insert code for it in the preheader.
875   unsigned DestAS = DestPtr->getType()->getPointerAddressSpace();
876   BasicBlock *Preheader = CurLoop->getLoopPreheader();
877   IRBuilder<> Builder(Preheader->getTerminator());
878   SCEVExpander Expander(*SE, *DL, "loop-idiom");
879
880   Type *DestInt8PtrTy = Builder.getInt8PtrTy(DestAS);
881   Type *IntPtr = Builder.getIntPtrTy(*DL, DestAS);
882
883   const SCEV *Start = Ev->getStart();
884   // Handle negative strided loops.
885   if (NegStride)
886     Start = getStartForNegStride(Start, BECount, IntPtr, StoreSize, SE);
887
888   // TODO: ideally we should still be able to generate memset if SCEV expander
889   // is taught to generate the dependencies at the latest point.
890   if (!isSafeToExpand(Start, *SE))
891     return false;
892
893   // Okay, we have a strided store "p[i]" of a splattable value.  We can turn
894   // this into a memset in the loop preheader now if we want.  However, this
895   // would be unsafe to do if there is anything else in the loop that may read
896   // or write to the aliased location.  Check for any overlap by generating the
897   // base pointer and checking the region.
898   Value *BasePtr =
899       Expander.expandCodeFor(Start, DestInt8PtrTy, Preheader->getTerminator());
900   if (mayLoopAccessLocation(BasePtr, ModRefInfo::ModRef, CurLoop, BECount,
901                             StoreSize, *AA, Stores)) {
902     Expander.clear();
903     // If we generated new code for the base pointer, clean up.
904     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(BasePtr, TLI);
905     return false;
906   }
907
908   if (avoidLIRForMultiBlockLoop(/*IsMemset=*/true, IsLoopMemset))
909     return false;
910
911   // Okay, everything looks good, insert the memset.
912
913   const SCEV *NumBytesS =
914       getNumBytes(BECount, IntPtr, StoreSize, CurLoop, DL, SE);
915
916   // TODO: ideally we should still be able to generate memset if SCEV expander
917   // is taught to generate the dependencies at the latest point.
918   if (!isSafeToExpand(NumBytesS, *SE))
919     return false;
920
921   Value *NumBytes =
922       Expander.expandCodeFor(NumBytesS, IntPtr, Preheader->getTerminator());
923
924   CallInst *NewCall;
925   if (SplatValue) {
926     NewCall =
927         Builder.CreateMemSet(BasePtr, SplatValue, NumBytes, StoreAlignment);
928   } else {
929     // Everything is emitted in default address space
930     Type *Int8PtrTy = DestInt8PtrTy;
931
932     Module *M = TheStore->getModule();
933     StringRef FuncName = "memset_pattern16";
934     Value *MSP =
935         M->getOrInsertFunction(FuncName, Builder.getVoidTy(),
936                                Int8PtrTy, Int8PtrTy, IntPtr);
937     inferLibFuncAttributes(M, FuncName, *TLI);
938
939     // Otherwise we should form a memset_pattern16.  PatternValue is known to be
940     // an constant array of 16-bytes.  Plop the value into a mergable global.
941     GlobalVariable *GV = new GlobalVariable(*M, PatternValue->getType(), true,
942                                             GlobalValue::PrivateLinkage,
943                                             PatternValue, ".memset_pattern");
944     GV->setUnnamedAddr(GlobalValue::UnnamedAddr::Global); // Ok to merge these.
945     GV->setAlignment(16);
946     Value *PatternPtr = ConstantExpr::getBitCast(GV, Int8PtrTy);
947     NewCall = Builder.CreateCall(MSP, {BasePtr, PatternPtr, NumBytes});
948   }
949
950   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Formed memset: " << *NewCall << "\n"
951                     << "    from store to: " << *Ev << " at: " << *TheStore
952                     << "\n");
953   NewCall->setDebugLoc(TheStore->getDebugLoc());
954
955   // Okay, the memset has been formed.  Zap the original store and anything that
956   // feeds into it.
957   for (auto *I : Stores)
958     deleteDeadInstruction(I);
959   ++NumMemSet;
960   return true;
961 }
962
963 /// If the stored value is a strided load in the same loop with the same stride
964 /// this may be transformable into a memcpy.  This kicks in for stuff like
965 /// for (i) A[i] = B[i];
966 bool LoopIdiomRecognize::processLoopStoreOfLoopLoad(StoreInst *SI,
967                                                     const SCEV *BECount) {
968   assert(SI->isUnordered() && "Expected only non-volatile non-ordered stores.");
969
970   Value *StorePtr = SI->getPointerOperand();
971   const SCEVAddRecExpr *StoreEv = cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(StorePtr));
972   APInt Stride = getStoreStride(StoreEv);
973   unsigned StoreSize = DL->getTypeStoreSize(SI->getValueOperand()->getType());
974   bool NegStride = StoreSize == -Stride;
975
976   // The store must be feeding a non-volatile load.
977   LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
978   assert(LI->isUnordered() && "Expected only non-volatile non-ordered loads.");
979
980   // See if the pointer expression is an AddRec like {base,+,1} on the current
981   // loop, which indicates a strided load.  If we have something else, it's a
982   // random load we can't handle.
983   const SCEVAddRecExpr *LoadEv =
984       cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(LI->getPointerOperand()));
985
986   // The trip count of the loop and the base pointer of the addrec SCEV is
987   // guaranteed to be loop invariant, which means that it should dominate the
988   // header.  This allows us to insert code for it in the preheader.
989   BasicBlock *Preheader = CurLoop->getLoopPreheader();
990   IRBuilder<> Builder(Preheader->getTerminator());
991   SCEVExpander Expander(*SE, *DL, "loop-idiom");
992
993   const SCEV *StrStart = StoreEv->getStart();
994   unsigned StrAS = SI->getPointerAddressSpace();
995   Type *IntPtrTy = Builder.getIntPtrTy(*DL, StrAS);
996
997   // Handle negative strided loops.
998   if (NegStride)
999     StrStart = getStartForNegStride(StrStart, BECount, IntPtrTy, StoreSize, SE);
1000
1001   // Okay, we have a strided store "p[i]" of a loaded value.  We can turn
1002   // this into a memcpy in the loop preheader now if we want.  However, this
1003   // would be unsafe to do if there is anything else in the loop that may read
1004   // or write the memory region we're storing to.  This includes the load that
1005   // feeds the stores.  Check for an alias by generating the base address and
1006   // checking everything.
1007   Value *StoreBasePtr = Expander.expandCodeFor(
1008       StrStart, Builder.getInt8PtrTy(StrAS), Preheader->getTerminator());
1009
1010   SmallPtrSet<Instruction *, 1> Stores;
1011   Stores.insert(SI);
1012   if (mayLoopAccessLocation(StoreBasePtr, ModRefInfo::ModRef, CurLoop, BECount,
1013                             StoreSize, *AA, Stores)) {
1014     Expander.clear();
1015     // If we generated new code for the base pointer, clean up.
1016     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(StoreBasePtr, TLI);
1017     return false;
1018   }
1019
1020   const SCEV *LdStart = LoadEv->getStart();
1021   unsigned LdAS = LI->getPointerAddressSpace();
1022
1023   // Handle negative strided loops.
1024   if (NegStride)
1025     LdStart = getStartForNegStride(LdStart, BECount, IntPtrTy, StoreSize, SE);
1026
1027   // For a memcpy, we have to make sure that the input array is not being
1028   // mutated by the loop.
1029   Value *LoadBasePtr = Expander.expandCodeFor(
1030       LdStart, Builder.getInt8PtrTy(LdAS), Preheader->getTerminator());
1031
1032   if (mayLoopAccessLocation(LoadBasePtr, ModRefInfo::Mod, CurLoop, BECount,
1033                             StoreSize, *AA, Stores)) {
1034     Expander.clear();
1035     // If we generated new code for the base pointer, clean up.
1036     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(LoadBasePtr, TLI);
1037     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(StoreBasePtr, TLI);
1038     return false;
1039   }
1040
1041   if (avoidLIRForMultiBlockLoop())
1042     return false;
1043
1044   // Okay, everything is safe, we can transform this!
1045
1046   const SCEV *NumBytesS =
1047       getNumBytes(BECount, IntPtrTy, StoreSize, CurLoop, DL, SE);
1048
1049   Value *NumBytes =
1050       Expander.expandCodeFor(NumBytesS, IntPtrTy, Preheader->getTerminator());
1051
1052   CallInst *NewCall = nullptr;
1053   // Check whether to generate an unordered atomic memcpy:
1054   //  If the load or store are atomic, then they must necessarily be unordered
1055   //  by previous checks.
1056   if (!SI->isAtomic() && !LI->isAtomic())
1057     NewCall = Builder.CreateMemCpy(StoreBasePtr, SI->getAlignment(),
1058                                    LoadBasePtr, LI->getAlignment(), NumBytes);
1059   else {
1060     // We cannot allow unaligned ops for unordered load/store, so reject
1061     // anything where the alignment isn't at least the element size.
1062     unsigned Align = std::min(SI->getAlignment(), LI->getAlignment());
1063     if (Align < StoreSize)
1064       return false;
1065
1066     // If the element.atomic memcpy is not lowered into explicit
1067     // loads/stores later, then it will be lowered into an element-size
1068     // specific lib call. If the lib call doesn't exist for our store size, then
1069     // we shouldn't generate the memcpy.
1070     if (StoreSize > TTI->getAtomicMemIntrinsicMaxElementSize())
1071       return false;
1072
1073     // Create the call.
1074     // Note that unordered atomic loads/stores are *required* by the spec to
1075     // have an alignment but non-atomic loads/stores may not.
1076     NewCall = Builder.CreateElementUnorderedAtomicMemCpy(
1077         StoreBasePtr, SI->getAlignment(), LoadBasePtr, LI->getAlignment(),
1078         NumBytes, StoreSize);
1079   }
1080   NewCall->setDebugLoc(SI->getDebugLoc());
1081
1082   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Formed memcpy: " << *NewCall << "\n"
1083                     << "    from load ptr=" << *LoadEv << " at: " << *LI << "\n"
1084                     << "    from store ptr=" << *StoreEv << " at: " << *SI
1085                     << "\n");
1086
1087   // Okay, the memcpy has been formed.  Zap the original store and anything that
1088   // feeds into it.
1089   deleteDeadInstruction(SI);
1090   ++NumMemCpy;
1091   return true;
1092 }
1093
1094 // When compiling for codesize we avoid idiom recognition for a multi-block loop
1095 // unless it is a loop_memset idiom or a memset/memcpy idiom in a nested loop.
1096 //
1097 bool LoopIdiomRecognize::avoidLIRForMultiBlockLoop(bool IsMemset,
1098                                                    bool IsLoopMemset) {
1099   if (ApplyCodeSizeHeuristics && CurLoop->getNumBlocks() > 1) {
1100     if (!CurLoop->getParentLoop() && (!IsMemset || !IsLoopMemset)) {
1101       LLVM_DEBUG(dbgs() << "  " << CurLoop->getHeader()->getParent()->getName()
1102                         << " : LIR " << (IsMemset ? "Memset" : "Memcpy")
1103                         << " avoided: multi-block top-level loop\n");
1104       return true;
1105     }
1106   }
1107
1108   return false;
1109 }
1110
1111 bool LoopIdiomRecognize::runOnNoncountableLoop() {
1112   return recognizePopcount() || recognizeAndInsertFFS();
1113 }
1114
1115 /// Check if the given conditional branch is based on the comparison between
1116 /// a variable and zero, and if the variable is non-zero or zero (JmpOnZero is
1117 /// true), the control yields to the loop entry. If the branch matches the
1118 /// behavior, the variable involved in the comparison is returned. This function
1119 /// will be called to see if the precondition and postcondition of the loop are
1120 /// in desirable form.
1121 static Value *matchCondition(BranchInst *BI, BasicBlock *LoopEntry,
1122                              bool JmpOnZero = false) {
1123   if (!BI || !BI->isConditional())
1124     return nullptr;
1125
1126   ICmpInst *Cond = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
1127   if (!Cond)
1128     return nullptr;
1129
1130   ConstantInt *CmpZero = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1));
1131   if (!CmpZero || !CmpZero->isZero())
1132     return nullptr;
1133
1134   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1135   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1136   if (JmpOnZero)
1137     std::swap(TrueSucc, FalseSucc);
1138
1139   ICmpInst::Predicate Pred = Cond->getPredicate();
1140   if ((Pred == ICmpInst::ICMP_NE && TrueSucc == LoopEntry) ||
1141       (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && FalseSucc == LoopEntry))
1142     return Cond->getOperand(0);
1143
1144   return nullptr;
1145 }
1146
1147 // Check if the recurrence variable `VarX` is in the right form to create
1148 // the idiom. Returns the value coerced to a PHINode if so.
1149 static PHINode *getRecurrenceVar(Value *VarX, Instruction *DefX,
1150                                  BasicBlock *LoopEntry) {
1151   auto *PhiX = dyn_cast<PHINode>(VarX);
1152   if (PhiX && PhiX->getParent() == LoopEntry &&
1153       (PhiX->getOperand(0) == DefX || PhiX->getOperand(1) == DefX))
1154     return PhiX;
1155   return nullptr;
1156 }
1157
1158 /// Return true iff the idiom is detected in the loop.
1159 ///
1160 /// Additionally:
1161 /// 1) \p CntInst is set to the instruction counting the population bit.
1162 /// 2) \p CntPhi is set to the corresponding phi node.
1163 /// 3) \p Var is set to the value whose population bits are being counted.
1164 ///
1165 /// The core idiom we are trying to detect is:
1166 /// \code
1167 ///    if (x0 != 0)
1168 ///      goto loop-exit // the precondition of the loop
1169 ///    cnt0 = init-val;
1170 ///    do {
1171 ///       x1 = phi (x0, x2);
1172 ///       cnt1 = phi(cnt0, cnt2);
1173 ///
1174 ///       cnt2 = cnt1 + 1;
1175 ///        ...
1176 ///       x2 = x1 & (x1 - 1);
1177 ///        ...
1178 ///    } while(x != 0);
1179 ///
1180 /// loop-exit:
1181 /// \endcode
1182 static bool detectPopcountIdiom(Loop *CurLoop, BasicBlock *PreCondBB,
1183                                 Instruction *&CntInst, PHINode *&CntPhi,
1184                                 Value *&Var) {
1185   // step 1: Check to see if the look-back branch match this pattern:
1186   //    "if (a!=0) goto loop-entry".
1187   BasicBlock *LoopEntry;
1188   Instruction *DefX2, *CountInst;
1189   Value *VarX1, *VarX0;
1190   PHINode *PhiX, *CountPhi;
1191
1192   DefX2 = CountInst = nullptr;
1193   VarX1 = VarX0 = nullptr;
1194   PhiX = CountPhi = nullptr;
1195   LoopEntry = *(CurLoop->block_begin());
1196
1197   // step 1: Check if the loop-back branch is in desirable form.
1198   {
1199     if (Value *T = matchCondition(
1200             dyn_cast<BranchInst>(LoopEntry->getTerminator()), LoopEntry))
1201       DefX2 = dyn_cast<Instruction>(T);
1202     else
1203       return false;
1204   }
1205
1206   // step 2: detect instructions corresponding to "x2 = x1 & (x1 - 1)"
1207   {
1208     if (!DefX2 || DefX2->getOpcode() != Instruction::And)
1209       return false;
1210
1211     BinaryOperator *SubOneOp;
1212
1213     if ((SubOneOp = dyn_cast<BinaryOperator>(DefX2->getOperand(0))))
1214       VarX1 = DefX2->getOperand(1);
1215     else {
1216       VarX1 = DefX2->getOperand(0);
1217       SubOneOp = dyn_cast<BinaryOperator>(DefX2->getOperand(1));
1218     }
1219     if (!SubOneOp || SubOneOp->getOperand(0) != VarX1)
1220       return false;
1221
1222     ConstantInt *Dec = dyn_cast<ConstantInt>(SubOneOp->getOperand(1));
1223     if (!Dec ||
1224         !((SubOneOp->getOpcode() == Instruction::Sub && Dec->isOne()) ||
1225           (SubOneOp->getOpcode() == Instruction::Add &&
1226            Dec->isMinusOne()))) {
1227       return false;
1228     }
1229   }
1230
1231   // step 3: Check the recurrence of variable X
1232   PhiX = getRecurrenceVar(VarX1, DefX2, LoopEntry);
1233   if (!PhiX)
1234     return false;
1235
1236   // step 4: Find the instruction which count the population: cnt2 = cnt1 + 1
1237   {
1238     CountInst = nullptr;
1239     for (BasicBlock::iterator Iter = LoopEntry->getFirstNonPHI()->getIterator(),
1240                               IterE = LoopEntry->end();
1241          Iter != IterE; Iter++) {
1242       Instruction *Inst = &*Iter;
1243       if (Inst->getOpcode() != Instruction::Add)
1244         continue;
1245
1246       ConstantInt *Inc = dyn_cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1));
1247       if (!Inc || !Inc->isOne())
1248         continue;
1249
1250       PHINode *Phi = getRecurrenceVar(Inst->getOperand(0), Inst, LoopEntry);
1251       if (!Phi)
1252         continue;
1253
1254       // Check if the result of the instruction is live of the loop.
1255       bool LiveOutLoop = false;
1256       for (User *U : Inst->users()) {
1257         if ((cast<Instruction>(U))->getParent() != LoopEntry) {
1258           LiveOutLoop = true;
1259           break;
1260         }
1261       }
1262
1263       if (LiveOutLoop) {
1264         CountInst = Inst;
1265         CountPhi = Phi;
1266         break;
1267       }
1268     }
1269
1270     if (!CountInst)
1271       return false;
1272   }
1273
1274   // step 5: check if the precondition is in this form:
1275   //   "if (x != 0) goto loop-head ; else goto somewhere-we-don't-care;"
1276   {
1277     auto *PreCondBr = dyn_cast<BranchInst>(PreCondBB->getTerminator());
1278     Value *T = matchCondition(PreCondBr, CurLoop->getLoopPreheader());
1279     if (T != PhiX->getOperand(0) && T != PhiX->getOperand(1))
1280       return false;
1281
1282     CntInst = CountInst;
1283     CntPhi = CountPhi;
1284     Var = T;
1285   }
1286
1287   return true;
1288 }
1289
1290 /// Return true if the idiom is detected in the loop.
1291 ///
1292 /// Additionally:
1293 /// 1) \p CntInst is set to the instruction Counting Leading Zeros (CTLZ)
1294 ///       or nullptr if there is no such.
1295 /// 2) \p CntPhi is set to the corresponding phi node
1296 ///       or nullptr if there is no such.
1297 /// 3) \p Var is set to the value whose CTLZ could be used.
1298 /// 4) \p DefX is set to the instruction calculating Loop exit condition.
1299 ///
1300 /// The core idiom we are trying to detect is:
1301 /// \code
1302 ///    if (x0 == 0)
1303 ///      goto loop-exit // the precondition of the loop
1304 ///    cnt0 = init-val;
1305 ///    do {
1306 ///       x = phi (x0, x.next);   //PhiX
1307 ///       cnt = phi(cnt0, cnt.next);
1308 ///
1309 ///       cnt.next = cnt + 1;
1310 ///        ...
1311 ///       x.next = x >> 1;   // DefX
1312 ///        ...
1313 ///    } while(x.next != 0);
1314 ///
1315 /// loop-exit:
1316 /// \endcode
1317 static bool detectShiftUntilZeroIdiom(Loop *CurLoop, const DataLayout &DL,
1318                                       Intrinsic::ID &IntrinID, Value *&InitX,
1319                                       Instruction *&CntInst, PHINode *&CntPhi,
1320                                       Instruction *&DefX) {
1321   BasicBlock *LoopEntry;
1322   Value *VarX = nullptr;
1323
1324   DefX = nullptr;
1325   CntInst = nullptr;
1326   CntPhi = nullptr;
1327   LoopEntry = *(CurLoop->block_begin());
1328
1329   // step 1: Check if the loop-back branch is in desirable form.
1330   if (Value *T = matchCondition(
1331           dyn_cast<BranchInst>(LoopEntry->getTerminator()), LoopEntry))
1332     DefX = dyn_cast<Instruction>(T);
1333   else
1334     return false;
1335
1336   // step 2: detect instructions corresponding to "x.next = x >> 1 or x << 1"
1337   if (!DefX || !DefX->isShift())
1338     return false;
1339   IntrinID = DefX->getOpcode() == Instruction::Shl ? Intrinsic::cttz :
1340                                                      Intrinsic::ctlz;
1341   ConstantInt *Shft = dyn_cast<ConstantInt>(DefX->getOperand(1));
1342   if (!Shft || !Shft->isOne())
1343     return false;
1344   VarX = DefX->getOperand(0);
1345
1346   // step 3: Check the recurrence of variable X
1347   PHINode *PhiX = getRecurrenceVar(VarX, DefX, LoopEntry);
1348   if (!PhiX)
1349     return false;
1350
1351   InitX = PhiX->getIncomingValueForBlock(CurLoop->getLoopPreheader());
1352
1353   // Make sure the initial value can't be negative otherwise the ashr in the
1354   // loop might never reach zero which would make the loop infinite.
1355   if (DefX->getOpcode() == Instruction::AShr && !isKnownNonNegative(InitX, DL))
1356     return false;
1357
1358   // step 4: Find the instruction which count the CTLZ: cnt.next = cnt + 1
1359   // TODO: We can skip the step. If loop trip count is known (CTLZ),
1360   //       then all uses of "cnt.next" could be optimized to the trip count
1361   //       plus "cnt0". Currently it is not optimized.
1362   //       This step could be used to detect POPCNT instruction:
1363   //       cnt.next = cnt + (x.next & 1)
1364   for (BasicBlock::iterator Iter = LoopEntry->getFirstNonPHI()->getIterator(),
1365                             IterE = LoopEntry->end();
1366        Iter != IterE; Iter++) {
1367     Instruction *Inst = &*Iter;
1368     if (Inst->getOpcode() != Instruction::Add)
1369       continue;
1370
1371     ConstantInt *Inc = dyn_cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1));
1372     if (!Inc || !Inc->isOne())
1373       continue;
1374
1375     PHINode *Phi = getRecurrenceVar(Inst->getOperand(0), Inst, LoopEntry);
1376     if (!Phi)
1377       continue;
1378
1379     CntInst = Inst;
1380     CntPhi = Phi;
1381     break;
1382   }
1383   if (!CntInst)
1384     return false;
1385
1386   return true;
1387 }
1388
1389 /// Recognize CTLZ or CTTZ idiom in a non-countable loop and convert the loop
1390 /// to countable (with CTLZ / CTTZ trip count). If CTLZ / CTTZ inserted as a new
1391 /// trip count returns true; otherwise, returns false.
1392 bool LoopIdiomRecognize::recognizeAndInsertFFS() {
1393   // Give up if the loop has multiple blocks or multiple backedges.
1394   if (CurLoop->getNumBackEdges() != 1 || CurLoop->getNumBlocks() != 1)
1395     return false;
1396
1397   Intrinsic::ID IntrinID;
1398   Value *InitX;
1399   Instruction *DefX = nullptr;
1400   PHINode *CntPhi = nullptr;
1401   Instruction *CntInst = nullptr;
1402   // Help decide if transformation is profitable. For ShiftUntilZero idiom,
1403   // this is always 6.
1404   size_t IdiomCanonicalSize = 6;
1405
1406   if (!detectShiftUntilZeroIdiom(CurLoop, *DL, IntrinID, InitX,
1407                                  CntInst, CntPhi, DefX))
1408     return false;
1409
1410   bool IsCntPhiUsedOutsideLoop = false;
1411   for (User *U : CntPhi->users())
1412     if (!CurLoop->contains(cast<Instruction>(U))) {
1413       IsCntPhiUsedOutsideLoop = true;
1414       break;
1415     }
1416   bool IsCntInstUsedOutsideLoop = false;
1417   for (User *U : CntInst->users())
1418     if (!CurLoop->contains(cast<Instruction>(U))) {
1419       IsCntInstUsedOutsideLoop = true;
1420       break;
1421     }
1422   // If both CntInst and CntPhi are used outside the loop the profitability
1423   // is questionable.
1424   if (IsCntInstUsedOutsideLoop && IsCntPhiUsedOutsideLoop)
1425     return false;
1426
1427   // For some CPUs result of CTLZ(X) intrinsic is undefined
1428   // when X is 0. If we can not guarantee X != 0, we need to check this
1429   // when expand.
1430   bool ZeroCheck = false;
1431   // It is safe to assume Preheader exist as it was checked in
1432   // parent function RunOnLoop.
1433   BasicBlock *PH = CurLoop->getLoopPreheader();
1434
1435   // If we are using the count instruction outside the loop, make sure we
1436   // have a zero check as a precondition. Without the check the loop would run
1437   // one iteration for before any check of the input value. This means 0 and 1
1438   // would have identical behavior in the original loop and thus
1439   if (!IsCntPhiUsedOutsideLoop) {
1440     auto *PreCondBB = PH->getSinglePredecessor();
1441     if (!PreCondBB)
1442       return false;
1443     auto *PreCondBI = dyn_cast<BranchInst>(PreCondBB->getTerminator());
1444     if (!PreCondBI)
1445       return false;
1446     if (matchCondition(PreCondBI, PH) != InitX)
1447       return false;
1448     ZeroCheck = true;
1449   }
1450
1451   // Check if CTLZ / CTTZ intrinsic is profitable. Assume it is always
1452   // profitable if we delete the loop.
1453
1454   // the loop has only 6 instructions:
1455   //  %n.addr.0 = phi [ %n, %entry ], [ %shr, %while.cond ]
1456   //  %i.0 = phi [ %i0, %entry ], [ %inc, %while.cond ]
1457   //  %shr = ashr %n.addr.0, 1
1458   //  %tobool = icmp eq %shr, 0
1459   //  %inc = add nsw %i.0, 1
1460   //  br i1 %tobool
1461
1462   const Value *Args[] =
1463       {InitX, ZeroCheck ? ConstantInt::getTrue(InitX->getContext())
1464                         : ConstantInt::getFalse(InitX->getContext())};
1465   if (CurLoop->getHeader()->size() != IdiomCanonicalSize &&
1466       TTI->getIntrinsicCost(IntrinID, InitX->getType(), Args) >
1467         TargetTransformInfo::TCC_Basic)
1468     return false;
1469
1470   transformLoopToCountable(IntrinID, PH, CntInst, CntPhi, InitX, DefX,
1471                            DefX->getDebugLoc(), ZeroCheck,
1472                            IsCntPhiUsedOutsideLoop);
1473   return true;
1474 }
1475
1476 /// Recognizes a population count idiom in a non-countable loop.
1477 ///
1478 /// If detected, transforms the relevant code to issue the popcount intrinsic
1479 /// function call, and returns true; otherwise, returns false.
1480 bool LoopIdiomRecognize::recognizePopcount() {
1481   if (TTI->getPopcntSupport(32) != TargetTransformInfo::PSK_FastHardware)
1482     return false;
1483
1484   // Counting population are usually conducted by few arithmetic instructions.
1485   // Such instructions can be easily "absorbed" by vacant slots in a
1486   // non-compact loop. Therefore, recognizing popcount idiom only makes sense
1487   // in a compact loop.
1488
1489   // Give up if the loop has multiple blocks or multiple backedges.
1490   if (CurLoop->getNumBackEdges() != 1 || CurLoop->getNumBlocks() != 1)
1491     return false;
1492
1493   BasicBlock *LoopBody = *(CurLoop->block_begin());
1494   if (LoopBody->size() >= 20) {
1495     // The loop is too big, bail out.
1496     return false;
1497   }
1498
1499   // It should have a preheader containing nothing but an unconditional branch.
1500   BasicBlock *PH = CurLoop->getLoopPreheader();
1501   if (!PH || &PH->front() != PH->getTerminator())
1502     return false;
1503   auto *EntryBI = dyn_cast<BranchInst>(PH->getTerminator());
1504   if (!EntryBI || EntryBI->isConditional())
1505     return false;
1506
1507   // It should have a precondition block where the generated popcount intrinsic
1508   // function can be inserted.
1509   auto *PreCondBB = PH->getSinglePredecessor();
1510   if (!PreCondBB)
1511     return false;
1512   auto *PreCondBI = dyn_cast<BranchInst>(PreCondBB->getTerminator());
1513   if (!PreCondBI || PreCondBI->isUnconditional())
1514     return false;
1515
1516   Instruction *CntInst;
1517   PHINode *CntPhi;
1518   Value *Val;
1519   if (!detectPopcountIdiom(CurLoop, PreCondBB, CntInst, CntPhi, Val))
1520     return false;
1521
1522   transformLoopToPopcount(PreCondBB, CntInst, CntPhi, Val);
1523   return true;
1524 }
1525
1526 static CallInst *createPopcntIntrinsic(IRBuilder<> &IRBuilder, Value *Val,
1527                                        const DebugLoc &DL) {
1528   Value *Ops[] = {Val};
1529   Type *Tys[] = {Val->getType()};
1530
1531   Module *M = IRBuilder.GetInsertBlock()->getParent()->getParent();
1532   Value *Func = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::ctpop, Tys);
1533   CallInst *CI = IRBuilder.CreateCall(Func, Ops);
1534   CI->setDebugLoc(DL);
1535
1536   return CI;
1537 }
1538
1539 static CallInst *createFFSIntrinsic(IRBuilder<> &IRBuilder, Value *Val,
1540                                     const DebugLoc &DL, bool ZeroCheck,
1541                                     Intrinsic::ID IID) {
1542   Value *Ops[] = {Val, ZeroCheck ? IRBuilder.getTrue() : IRBuilder.getFalse()};
1543   Type *Tys[] = {Val->getType()};
1544
1545   Module *M = IRBuilder.GetInsertBlock()->getParent()->getParent();
1546   Value *Func = Intrinsic::getDeclaration(M, IID, Tys);
1547   CallInst *CI = IRBuilder.CreateCall(Func, Ops);
1548   CI->setDebugLoc(DL);
1549
1550   return CI;
1551 }
1552
1553 /// Transform the following loop (Using CTLZ, CTTZ is similar):
1554 /// loop:
1555 ///   CntPhi = PHI [Cnt0, CntInst]
1556 ///   PhiX = PHI [InitX, DefX]
1557 ///   CntInst = CntPhi + 1
1558 ///   DefX = PhiX >> 1
1559 ///   LOOP_BODY
1560 ///   Br: loop if (DefX != 0)
1561 /// Use(CntPhi) or Use(CntInst)
1562 ///
1563 /// Into:
1564 /// If CntPhi used outside the loop:
1565 ///   CountPrev = BitWidth(InitX) - CTLZ(InitX >> 1)
1566 ///   Count = CountPrev + 1
1567 /// else
1568 ///   Count = BitWidth(InitX) - CTLZ(InitX)
1569 /// loop:
1570 ///   CntPhi = PHI [Cnt0, CntInst]
1571 ///   PhiX = PHI [InitX, DefX]
1572 ///   PhiCount = PHI [Count, Dec]
1573 ///   CntInst = CntPhi + 1
1574 ///   DefX = PhiX >> 1
1575 ///   Dec = PhiCount - 1
1576 ///   LOOP_BODY
1577 ///   Br: loop if (Dec != 0)
1578 /// Use(CountPrev + Cnt0) // Use(CntPhi)
1579 /// or
1580 /// Use(Count + Cnt0) // Use(CntInst)
1581 ///
1582 /// If LOOP_BODY is empty the loop will be deleted.
1583 /// If CntInst and DefX are not used in LOOP_BODY they will be removed.
1584 void LoopIdiomRecognize::transformLoopToCountable(
1585     Intrinsic::ID IntrinID, BasicBlock *Preheader, Instruction *CntInst,
1586     PHINode *CntPhi, Value *InitX, Instruction *DefX, const DebugLoc &DL,
1587     bool ZeroCheck, bool IsCntPhiUsedOutsideLoop) {
1588   BranchInst *PreheaderBr = cast<BranchInst>(Preheader->getTerminator());
1589
1590   // Step 1: Insert the CTLZ/CTTZ instruction at the end of the preheader block
1591   IRBuilder<> Builder(PreheaderBr);
1592   Builder.SetCurrentDebugLocation(DL);
1593   Value *FFS, *Count, *CountPrev, *NewCount, *InitXNext;
1594
1595   //   Count = BitWidth - CTLZ(InitX);
1596   // If there are uses of CntPhi create:
1597   //   CountPrev = BitWidth - CTLZ(InitX >> 1);
1598   if (IsCntPhiUsedOutsideLoop) {
1599     if (DefX->getOpcode() == Instruction::AShr)
1600       InitXNext =
1601           Builder.CreateAShr(InitX, ConstantInt::get(InitX->getType(), 1));
1602     else if (DefX->getOpcode() == Instruction::LShr)
1603       InitXNext =
1604           Builder.CreateLShr(InitX, ConstantInt::get(InitX->getType(), 1));
1605     else if (DefX->getOpcode() == Instruction::Shl) // cttz
1606       InitXNext =
1607           Builder.CreateShl(InitX, ConstantInt::get(InitX->getType(), 1));
1608     else
1609       llvm_unreachable("Unexpected opcode!");
1610   } else
1611     InitXNext = InitX;
1612   FFS = createFFSIntrinsic(Builder, InitXNext, DL, ZeroCheck, IntrinID);
1613   Count = Builder.CreateSub(
1614       ConstantInt::get(FFS->getType(),
1615                        FFS->getType()->getIntegerBitWidth()),
1616       FFS);
1617   if (IsCntPhiUsedOutsideLoop) {
1618     CountPrev = Count;
1619     Count = Builder.CreateAdd(
1620         CountPrev,
1621         ConstantInt::get(CountPrev->getType(), 1));
1622   }
1623
1624   NewCount = Builder.CreateZExtOrTrunc(
1625                       IsCntPhiUsedOutsideLoop ? CountPrev : Count,
1626                       cast<IntegerType>(CntInst->getType()));
1627
1628   // If the counter's initial value is not zero, insert Add Inst.
1629   Value *CntInitVal = CntPhi->getIncomingValueForBlock(Preheader);
1630   ConstantInt *InitConst = dyn_cast<ConstantInt>(CntInitVal);
1631   if (!InitConst || !InitConst->isZero())
1632     NewCount = Builder.CreateAdd(NewCount, CntInitVal);
1633
1634   // Step 2: Insert new IV and loop condition:
1635   // loop:
1636   //   ...
1637   //   PhiCount = PHI [Count, Dec]
1638   //   ...
1639   //   Dec = PhiCount - 1
1640   //   ...
1641   //   Br: loop if (Dec != 0)
1642   BasicBlock *Body = *(CurLoop->block_begin());
1643   auto *LbBr = cast<BranchInst>(Body->getTerminator());
1644   ICmpInst *LbCond = cast<ICmpInst>(LbBr->getCondition());
1645   Type *Ty = Count->getType();
1646
1647   PHINode *TcPhi = PHINode::Create(Ty, 2, "tcphi", &Body->front());
1648
1649   Builder.SetInsertPoint(LbCond);
1650   Instruction *TcDec = cast<Instruction>(
1651       Builder.CreateSub(TcPhi, ConstantInt::get(Ty, 1),
1652                         "tcdec", false, true));
1653
1654   TcPhi->addIncoming(Count, Preheader);
1655   TcPhi->addIncoming(TcDec, Body);
1656
1657   CmpInst::Predicate Pred =
1658       (LbBr->getSuccessor(0) == Body) ? CmpInst::ICMP_NE : CmpInst::ICMP_EQ;
1659   LbCond->setPredicate(Pred);
1660   LbCond->setOperand(0, TcDec);
1661   LbCond->setOperand(1, ConstantInt::get(Ty, 0));
1662
1663   // Step 3: All the references to the original counter outside
1664   //  the loop are replaced with the NewCount
1665   if (IsCntPhiUsedOutsideLoop)
1666     CntPhi->replaceUsesOutsideBlock(NewCount, Body);
1667   else
1668     CntInst->replaceUsesOutsideBlock(NewCount, Body);
1669
1670   // step 4: Forget the "non-computable" trip-count SCEV associated with the
1671   //   loop. The loop would otherwise not be deleted even if it becomes empty.
1672   SE->forgetLoop(CurLoop);
1673 }
1674
1675 void LoopIdiomRecognize::transformLoopToPopcount(BasicBlock *PreCondBB,
1676                                                  Instruction *CntInst,
1677                                                  PHINode *CntPhi, Value *Var) {
1678   BasicBlock *PreHead = CurLoop->getLoopPreheader();
1679   auto *PreCondBr = cast<BranchInst>(PreCondBB->getTerminator());
1680   const DebugLoc &DL = CntInst->getDebugLoc();
1681
1682   // Assuming before transformation, the loop is following:
1683   //  if (x) // the precondition
1684   //     do { cnt++; x &= x - 1; } while(x);
1685
1686   // Step 1: Insert the ctpop instruction at the end of the precondition block
1687   IRBuilder<> Builder(PreCondBr);
1688   Value *PopCnt, *PopCntZext, *NewCount, *TripCnt;
1689   {
1690     PopCnt = createPopcntIntrinsic(Builder, Var, DL);
1691     NewCount = PopCntZext =
1692         Builder.CreateZExtOrTrunc(PopCnt, cast<IntegerType>(CntPhi->getType()));
1693
1694     if (NewCount != PopCnt)
1695       (cast<Instruction>(NewCount))->setDebugLoc(DL);
1696
1697     // TripCnt is exactly the number of iterations the loop has
1698     TripCnt = NewCount;
1699
1700     // If the population counter's initial value is not zero, insert Add Inst.
1701     Value *CntInitVal = CntPhi->getIncomingValueForBlock(PreHead);
1702     ConstantInt *InitConst = dyn_cast<ConstantInt>(CntInitVal);
1703     if (!InitConst || !InitConst->isZero()) {
1704       NewCount = Builder.CreateAdd(NewCount, CntInitVal);
1705       (cast<Instruction>(NewCount))->setDebugLoc(DL);
1706     }
1707   }
1708
1709   // Step 2: Replace the precondition from "if (x == 0) goto loop-exit" to
1710   //   "if (NewCount == 0) loop-exit". Without this change, the intrinsic
1711   //   function would be partial dead code, and downstream passes will drag
1712   //   it back from the precondition block to the preheader.
1713   {
1714     ICmpInst *PreCond = cast<ICmpInst>(PreCondBr->getCondition());
1715
1716     Value *Opnd0 = PopCntZext;
1717     Value *Opnd1 = ConstantInt::get(PopCntZext->getType(), 0);
1718     if (PreCond->getOperand(0) != Var)
1719       std::swap(Opnd0, Opnd1);
1720
1721     ICmpInst *NewPreCond = cast<ICmpInst>(
1722         Builder.CreateICmp(PreCond->getPredicate(), Opnd0, Opnd1));
1723     PreCondBr->setCondition(NewPreCond);
1724
1725     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(PreCond, TLI);
1726   }
1727
1728   // Step 3: Note that the population count is exactly the trip count of the
1729   // loop in question, which enable us to convert the loop from noncountable
1730   // loop into a countable one. The benefit is twofold:
1731   //
1732   //  - If the loop only counts population, the entire loop becomes dead after
1733   //    the transformation. It is a lot easier to prove a countable loop dead
1734   //    than to prove a noncountable one. (In some C dialects, an infinite loop
1735   //    isn't dead even if it computes nothing useful. In general, DCE needs
1736   //    to prove a noncountable loop finite before safely delete it.)
1737   //
1738   //  - If the loop also performs something else, it remains alive.
1739   //    Since it is transformed to countable form, it can be aggressively
1740   //    optimized by some optimizations which are in general not applicable
1741   //    to a noncountable loop.
1742   //
1743   // After this step, this loop (conceptually) would look like following:
1744   //   newcnt = __builtin_ctpop(x);
1745   //   t = newcnt;
1746   //   if (x)
1747   //     do { cnt++; x &= x-1; t--) } while (t > 0);
1748   BasicBlock *Body = *(CurLoop->block_begin());
1749   {
1750     auto *LbBr = cast<BranchInst>(Body->getTerminator());
1751     ICmpInst *LbCond = cast<ICmpInst>(LbBr->getCondition());
1752     Type *Ty = TripCnt->getType();
1753
1754     PHINode *TcPhi = PHINode::Create(Ty, 2, "tcphi", &Body->front());
1755
1756     Builder.SetInsertPoint(LbCond);
1757     Instruction *TcDec = cast<Instruction>(
1758         Builder.CreateSub(TcPhi, ConstantInt::get(Ty, 1),
1759                           "tcdec", false, true));
1760
1761     TcPhi->addIncoming(TripCnt, PreHead);
1762     TcPhi->addIncoming(TcDec, Body);
1763
1764     CmpInst::Predicate Pred =
1765         (LbBr->getSuccessor(0) == Body) ? CmpInst::ICMP_UGT : CmpInst::ICMP_SLE;
1766     LbCond->setPredicate(Pred);
1767     LbCond->setOperand(0, TcDec);
1768     LbCond->setOperand(1, ConstantInt::get(Ty, 0));
1769   }
1770
1771   // Step 4: All the references to the original population counter outside
1772   //  the loop are replaced with the NewCount -- the value returned from
1773   //  __builtin_ctpop().
1774   CntInst->replaceUsesOutsideBlock(NewCount, Body);
1775
1776   // step 5: Forget the "non-computable" trip-count SCEV associated with the
1777   //   loop. The loop would otherwise not be deleted even if it becomes empty.
1778   SE->forgetLoop(CurLoop);
1779 }