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