]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/LoopStrengthReduce.cpp
MFV r325605: 8713 Buffer overflow in dsl_dataset_name()
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
1 //===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs in Loops --------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This transformation analyzes and transforms the induction variables (and
11 // computations derived from them) into forms suitable for efficient execution
12 // on the target.
13 //
14 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
15 // have as one or more of their components the loop induction variable, it
16 // rewrites expressions to take advantage of scaled-index addressing modes
17 // available on the target, and it performs a variety of other optimizations
18 // related to loop induction variables.
19 //
20 // Terminology note: this code has a lot of handling for "post-increment" or
21 // "post-inc" users. This is not talking about post-increment addressing modes;
22 // it is instead talking about code like this:
23 //
24 //   %i = phi [ 0, %entry ], [ %i.next, %latch ]
25 //   ...
26 //   %i.next = add %i, 1
27 //   %c = icmp eq %i.next, %n
28 //
29 // The SCEV for %i is {0,+,1}<%L>. The SCEV for %i.next is {1,+,1}<%L>, however
30 // it's useful to think about these as the same register, with some uses using
31 // the value of the register before the add and some using it after. In this
32 // example, the icmp is a post-increment user, since it uses %i.next, which is
33 // the value of the induction variable after the increment. The other common
34 // case of post-increment users is users outside the loop.
35 //
36 // TODO: More sophistication in the way Formulae are generated and filtered.
37 //
38 // TODO: Handle multiple loops at a time.
39 //
40 // TODO: Should the addressing mode BaseGV be changed to a ConstantExpr instead
41 //       of a GlobalValue?
42 //
43 // TODO: When truncation is free, truncate ICmp users' operands to make it a
44 //       smaller encoding (on x86 at least).
45 //
46 // TODO: When a negated register is used by an add (such as in a list of
47 //       multiple base registers, or as the increment expression in an addrec),
48 //       we may not actually need both reg and (-1 * reg) in registers; the
49 //       negation can be implemented by using a sub instead of an add. The
50 //       lack of support for taking this into consideration when making
51 //       register pressure decisions is partly worked around by the "Special"
52 //       use kind.
53 //
54 //===----------------------------------------------------------------------===//
55
56 #include "llvm/Transforms/Scalar/LoopStrengthReduce.h"
57 #include "llvm/ADT/APInt.h"
58 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
59 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
60 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
61 #include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
62 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
63 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
64 #include "llvm/ADT/SmallBitVector.h"
65 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
66 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
67 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
68 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
69 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
70 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
71 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
72 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
73 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
74 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionNormalization.h"
75 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
76 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
77 #include "llvm/IR/Constant.h"
78 #include "llvm/IR/Constants.h"
79 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
80 #include "llvm/IR/Dominators.h"
81 #include "llvm/IR/GlobalValue.h"
82 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
83 #include "llvm/IR/Instruction.h"
84 #include "llvm/IR/Instructions.h"
85 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
86 #include "llvm/IR/Module.h"
87 #include "llvm/IR/OperandTraits.h"
88 #include "llvm/IR/Operator.h"
89 #include "llvm/IR/Type.h"
90 #include "llvm/IR/Value.h"
91 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
92 #include "llvm/Pass.h"
93 #include "llvm/Support/Casting.h"
94 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
95 #include "llvm/Support/Compiler.h"
96 #include "llvm/Support/Debug.h"
97 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
98 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
99 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
100 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
101 #include "llvm/Transforms/Scalar/LoopPassManager.h"
102 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
103 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
104 #include <algorithm>
105 #include <cassert>
106 #include <cstddef>
107 #include <cstdint>
108 #include <cstdlib>
109 #include <iterator>
110 #include <map>
111 #include <tuple>
112 #include <utility>
113
114 using namespace llvm;
115
116 #define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
117
118 /// MaxIVUsers is an arbitrary threshold that provides an early opportunitiy for
119 /// bail out. This threshold is far beyond the number of users that LSR can
120 /// conceivably solve, so it should not affect generated code, but catches the
121 /// worst cases before LSR burns too much compile time and stack space.
122 static const unsigned MaxIVUsers = 200;
123
124 // Temporary flag to cleanup congruent phis after LSR phi expansion.
125 // It's currently disabled until we can determine whether it's truly useful or
126 // not. The flag should be removed after the v3.0 release.
127 // This is now needed for ivchains.
128 static cl::opt<bool> EnablePhiElim(
129   "enable-lsr-phielim", cl::Hidden, cl::init(true),
130   cl::desc("Enable LSR phi elimination"));
131
132 // The flag adds instruction count to solutions cost comparision.
133 static cl::opt<bool> InsnsCost(
134   "lsr-insns-cost", cl::Hidden, cl::init(false),
135   cl::desc("Add instruction count to a LSR cost model"));
136
137 // Flag to choose how to narrow complex lsr solution
138 static cl::opt<bool> LSRExpNarrow(
139   "lsr-exp-narrow", cl::Hidden, cl::init(false),
140   cl::desc("Narrow LSR complex solution using"
141            " expectation of registers number"));
142
143 // Flag to narrow search space by filtering non-optimal formulae with
144 // the same ScaledReg and Scale.
145 static cl::opt<bool> FilterSameScaledReg(
146     "lsr-filter-same-scaled-reg", cl::Hidden, cl::init(true),
147     cl::desc("Narrow LSR search space by filtering non-optimal formulae"
148              " with the same ScaledReg and Scale"));
149
150 #ifndef NDEBUG
151 // Stress test IV chain generation.
152 static cl::opt<bool> StressIVChain(
153   "stress-ivchain", cl::Hidden, cl::init(false),
154   cl::desc("Stress test LSR IV chains"));
155 #else
156 static bool StressIVChain = false;
157 #endif
158
159 namespace {
160
161 struct MemAccessTy {
162   /// Used in situations where the accessed memory type is unknown.
163   static const unsigned UnknownAddressSpace = ~0u;
164
165   Type *MemTy;
166   unsigned AddrSpace;
167
168   MemAccessTy() : MemTy(nullptr), AddrSpace(UnknownAddressSpace) {}
169
170   MemAccessTy(Type *Ty, unsigned AS) :
171     MemTy(Ty), AddrSpace(AS) {}
172
173   bool operator==(MemAccessTy Other) const {
174     return MemTy == Other.MemTy && AddrSpace == Other.AddrSpace;
175   }
176
177   bool operator!=(MemAccessTy Other) const { return !(*this == Other); }
178
179   static MemAccessTy getUnknown(LLVMContext &Ctx,
180                                 unsigned AS = UnknownAddressSpace) {
181     return MemAccessTy(Type::getVoidTy(Ctx), AS);
182   }
183 };
184
185 /// This class holds data which is used to order reuse candidates.
186 class RegSortData {
187 public:
188   /// This represents the set of LSRUse indices which reference
189   /// a particular register.
190   SmallBitVector UsedByIndices;
191
192   void print(raw_ostream &OS) const;
193   void dump() const;
194 };
195
196 } // end anonymous namespace
197
198 void RegSortData::print(raw_ostream &OS) const {
199   OS << "[NumUses=" << UsedByIndices.count() << ']';
200 }
201
202 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
203 LLVM_DUMP_METHOD void RegSortData::dump() const {
204   print(errs()); errs() << '\n';
205 }
206 #endif
207
208 namespace {
209
210 /// Map register candidates to information about how they are used.
211 class RegUseTracker {
212   typedef DenseMap<const SCEV *, RegSortData> RegUsesTy;
213
214   RegUsesTy RegUsesMap;
215   SmallVector<const SCEV *, 16> RegSequence;
216
217 public:
218   void countRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
219   void dropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
220   void swapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx);
221
222   bool isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const;
223
224   const SmallBitVector &getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const;
225
226   void clear();
227
228   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator iterator;
229   typedef SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator const_iterator;
230   iterator begin() { return RegSequence.begin(); }
231   iterator end()   { return RegSequence.end(); }
232   const_iterator begin() const { return RegSequence.begin(); }
233   const_iterator end() const   { return RegSequence.end(); }
234 };
235
236 } // end anonymous namespace
237
238 void
239 RegUseTracker::countRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
240   std::pair<RegUsesTy::iterator, bool> Pair =
241     RegUsesMap.insert(std::make_pair(Reg, RegSortData()));
242   RegSortData &RSD = Pair.first->second;
243   if (Pair.second)
244     RegSequence.push_back(Reg);
245   RSD.UsedByIndices.resize(std::max(RSD.UsedByIndices.size(), LUIdx + 1));
246   RSD.UsedByIndices.set(LUIdx);
247 }
248
249 void
250 RegUseTracker::dropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
251   RegUsesTy::iterator It = RegUsesMap.find(Reg);
252   assert(It != RegUsesMap.end());
253   RegSortData &RSD = It->second;
254   assert(RSD.UsedByIndices.size() > LUIdx);
255   RSD.UsedByIndices.reset(LUIdx);
256 }
257
258 void
259 RegUseTracker::swapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx) {
260   assert(LUIdx <= LastLUIdx);
261
262   // Update RegUses. The data structure is not optimized for this purpose;
263   // we must iterate through it and update each of the bit vectors.
264   for (auto &Pair : RegUsesMap) {
265     SmallBitVector &UsedByIndices = Pair.second.UsedByIndices;
266     if (LUIdx < UsedByIndices.size())
267       UsedByIndices[LUIdx] =
268         LastLUIdx < UsedByIndices.size() ? UsedByIndices[LastLUIdx] : false;
269     UsedByIndices.resize(std::min(UsedByIndices.size(), LastLUIdx));
270   }
271 }
272
273 bool
274 RegUseTracker::isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const {
275   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
276   if (I == RegUsesMap.end())
277     return false;
278   const SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
279   int i = UsedByIndices.find_first();
280   if (i == -1) return false;
281   if ((size_t)i != LUIdx) return true;
282   return UsedByIndices.find_next(i) != -1;
283 }
284
285 const SmallBitVector &RegUseTracker::getUsedByIndices(const SCEV *Reg) const {
286   RegUsesTy::const_iterator I = RegUsesMap.find(Reg);
287   assert(I != RegUsesMap.end() && "Unknown register!");
288   return I->second.UsedByIndices;
289 }
290
291 void RegUseTracker::clear() {
292   RegUsesMap.clear();
293   RegSequence.clear();
294 }
295
296 namespace {
297
298 /// This class holds information that describes a formula for computing
299 /// satisfying a use. It may include broken-out immediates and scaled registers.
300 struct Formula {
301   /// Global base address used for complex addressing.
302   GlobalValue *BaseGV;
303
304   /// Base offset for complex addressing.
305   int64_t BaseOffset;
306
307   /// Whether any complex addressing has a base register.
308   bool HasBaseReg;
309
310   /// The scale of any complex addressing.
311   int64_t Scale;
312
313   /// The list of "base" registers for this use. When this is non-empty. The
314   /// canonical representation of a formula is
315   /// 1. BaseRegs.size > 1 implies ScaledReg != NULL and
316   /// 2. ScaledReg != NULL implies Scale != 1 || !BaseRegs.empty().
317   /// 3. The reg containing recurrent expr related with currect loop in the
318   /// formula should be put in the ScaledReg.
319   /// #1 enforces that the scaled register is always used when at least two
320   /// registers are needed by the formula: e.g., reg1 + reg2 is reg1 + 1 * reg2.
321   /// #2 enforces that 1 * reg is reg.
322   /// #3 ensures invariant regs with respect to current loop can be combined
323   /// together in LSR codegen.
324   /// This invariant can be temporarly broken while building a formula.
325   /// However, every formula inserted into the LSRInstance must be in canonical
326   /// form.
327   SmallVector<const SCEV *, 4> BaseRegs;
328
329   /// The 'scaled' register for this use. This should be non-null when Scale is
330   /// not zero.
331   const SCEV *ScaledReg;
332
333   /// An additional constant offset which added near the use. This requires a
334   /// temporary register, but the offset itself can live in an add immediate
335   /// field rather than a register.
336   int64_t UnfoldedOffset;
337
338   Formula()
339       : BaseGV(nullptr), BaseOffset(0), HasBaseReg(false), Scale(0),
340         ScaledReg(nullptr), UnfoldedOffset(0) {}
341
342   void initialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE);
343
344   bool isCanonical(const Loop &L) const;
345
346   void canonicalize(const Loop &L);
347
348   bool unscale();
349
350   bool hasZeroEnd() const;
351
352   size_t getNumRegs() const;
353   Type *getType() const;
354
355   void deleteBaseReg(const SCEV *&S);
356
357   bool referencesReg(const SCEV *S) const;
358   bool hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
359                                   const RegUseTracker &RegUses) const;
360
361   void print(raw_ostream &OS) const;
362   void dump() const;
363 };
364
365 } // end anonymous namespace
366
367 /// Recursion helper for initialMatch.
368 static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
369                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Good,
370                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Bad,
371                            ScalarEvolution &SE) {
372   // Collect expressions which properly dominate the loop header.
373   if (SE.properlyDominates(S, L->getHeader())) {
374     Good.push_back(S);
375     return;
376   }
377
378   // Look at add operands.
379   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
380     for (const SCEV *S : Add->operands())
381       DoInitialMatch(S, L, Good, Bad, SE);
382     return;
383   }
384
385   // Look at addrec operands.
386   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
387     if (!AR->getStart()->isZero() && AR->isAffine()) {
388       DoInitialMatch(AR->getStart(), L, Good, Bad, SE);
389       DoInitialMatch(SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(AR->getType(), 0),
390                                       AR->getStepRecurrence(SE),
391                                       // FIXME: AR->getNoWrapFlags()
392                                       AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap),
393                      L, Good, Bad, SE);
394       return;
395     }
396
397   // Handle a multiplication by -1 (negation) if it didn't fold.
398   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
399     if (Mul->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
400       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
401       const SCEV *NewMul = SE.getMulExpr(Ops);
402
403       SmallVector<const SCEV *, 4> MyGood;
404       SmallVector<const SCEV *, 4> MyBad;
405       DoInitialMatch(NewMul, L, MyGood, MyBad, SE);
406       const SCEV *NegOne = SE.getSCEV(ConstantInt::getAllOnesValue(
407         SE.getEffectiveSCEVType(NewMul->getType())));
408       for (const SCEV *S : MyGood)
409         Good.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, S));
410       for (const SCEV *S : MyBad)
411         Bad.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, S));
412       return;
413     }
414
415   // Ok, we can't do anything interesting. Just stuff the whole thing into a
416   // register and hope for the best.
417   Bad.push_back(S);
418 }
419
420 /// Incorporate loop-variant parts of S into this Formula, attempting to keep
421 /// all loop-invariant and loop-computable values in a single base register.
422 void Formula::initialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
423   SmallVector<const SCEV *, 4> Good;
424   SmallVector<const SCEV *, 4> Bad;
425   DoInitialMatch(S, L, Good, Bad, SE);
426   if (!Good.empty()) {
427     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Good);
428     if (!Sum->isZero())
429       BaseRegs.push_back(Sum);
430     HasBaseReg = true;
431   }
432   if (!Bad.empty()) {
433     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Bad);
434     if (!Sum->isZero())
435       BaseRegs.push_back(Sum);
436     HasBaseReg = true;
437   }
438   canonicalize(*L);
439 }
440
441 /// \brief Check whether or not this formula statisfies the canonical
442 /// representation.
443 /// \see Formula::BaseRegs.
444 bool Formula::isCanonical(const Loop &L) const {
445   if (!ScaledReg)
446     return BaseRegs.size() <= 1;
447
448   if (Scale != 1)
449     return true;
450
451   if (Scale == 1 && BaseRegs.empty())
452     return false;
453
454   const SCEVAddRecExpr *SAR = dyn_cast<const SCEVAddRecExpr>(ScaledReg);
455   if (SAR && SAR->getLoop() == &L)
456     return true;
457
458   // If ScaledReg is not a recurrent expr, or it is but its loop is not current
459   // loop, meanwhile BaseRegs contains a recurrent expr reg related with current
460   // loop, we want to swap the reg in BaseRegs with ScaledReg.
461   auto I =
462       find_if(make_range(BaseRegs.begin(), BaseRegs.end()), [&](const SCEV *S) {
463         return isa<const SCEVAddRecExpr>(S) &&
464                (cast<SCEVAddRecExpr>(S)->getLoop() == &L);
465       });
466   return I == BaseRegs.end();
467 }
468
469 /// \brief Helper method to morph a formula into its canonical representation.
470 /// \see Formula::BaseRegs.
471 /// Every formula having more than one base register, must use the ScaledReg
472 /// field. Otherwise, we would have to do special cases everywhere in LSR
473 /// to treat reg1 + reg2 + ... the same way as reg1 + 1*reg2 + ...
474 /// On the other hand, 1*reg should be canonicalized into reg.
475 void Formula::canonicalize(const Loop &L) {
476   if (isCanonical(L))
477     return;
478   // So far we did not need this case. This is easy to implement but it is
479   // useless to maintain dead code. Beside it could hurt compile time.
480   assert(!BaseRegs.empty() && "1*reg => reg, should not be needed.");
481
482   // Keep the invariant sum in BaseRegs and one of the variant sum in ScaledReg.
483   if (!ScaledReg) {
484     ScaledReg = BaseRegs.back();
485     BaseRegs.pop_back();
486     Scale = 1;
487   }
488
489   // If ScaledReg is an invariant with respect to L, find the reg from
490   // BaseRegs containing the recurrent expr related with Loop L. Swap the
491   // reg with ScaledReg.
492   const SCEVAddRecExpr *SAR = dyn_cast<const SCEVAddRecExpr>(ScaledReg);
493   if (!SAR || SAR->getLoop() != &L) {
494     auto I = find_if(make_range(BaseRegs.begin(), BaseRegs.end()),
495                      [&](const SCEV *S) {
496                        return isa<const SCEVAddRecExpr>(S) &&
497                               (cast<SCEVAddRecExpr>(S)->getLoop() == &L);
498                      });
499     if (I != BaseRegs.end())
500       std::swap(ScaledReg, *I);
501   }
502 }
503
504 /// \brief Get rid of the scale in the formula.
505 /// In other words, this method morphes reg1 + 1*reg2 into reg1 + reg2.
506 /// \return true if it was possible to get rid of the scale, false otherwise.
507 /// \note After this operation the formula may not be in the canonical form.
508 bool Formula::unscale() {
509   if (Scale != 1)
510     return false;
511   Scale = 0;
512   BaseRegs.push_back(ScaledReg);
513   ScaledReg = nullptr;
514   return true;
515 }
516
517 bool Formula::hasZeroEnd() const {
518   if (UnfoldedOffset || BaseOffset)
519     return false;
520   if (BaseRegs.size() != 1 || ScaledReg)
521     return false;
522   return true;
523 }
524
525 /// Return the total number of register operands used by this formula. This does
526 /// not include register uses implied by non-constant addrec strides.
527 size_t Formula::getNumRegs() const {
528   return !!ScaledReg + BaseRegs.size();
529 }
530
531 /// Return the type of this formula, if it has one, or null otherwise. This type
532 /// is meaningless except for the bit size.
533 Type *Formula::getType() const {
534   return !BaseRegs.empty() ? BaseRegs.front()->getType() :
535          ScaledReg ? ScaledReg->getType() :
536          BaseGV ? BaseGV->getType() :
537          nullptr;
538 }
539
540 /// Delete the given base reg from the BaseRegs list.
541 void Formula::deleteBaseReg(const SCEV *&S) {
542   if (&S != &BaseRegs.back())
543     std::swap(S, BaseRegs.back());
544   BaseRegs.pop_back();
545 }
546
547 /// Test if this formula references the given register.
548 bool Formula::referencesReg(const SCEV *S) const {
549   return S == ScaledReg || is_contained(BaseRegs, S);
550 }
551
552 /// Test whether this formula uses registers which are used by uses other than
553 /// the use with the given index.
554 bool Formula::hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
555                                          const RegUseTracker &RegUses) const {
556   if (ScaledReg)
557     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(ScaledReg, LUIdx))
558       return true;
559   for (const SCEV *BaseReg : BaseRegs)
560     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(BaseReg, LUIdx))
561       return true;
562   return false;
563 }
564
565 void Formula::print(raw_ostream &OS) const {
566   bool First = true;
567   if (BaseGV) {
568     if (!First) OS << " + "; else First = false;
569     BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
570   }
571   if (BaseOffset != 0) {
572     if (!First) OS << " + "; else First = false;
573     OS << BaseOffset;
574   }
575   for (const SCEV *BaseReg : BaseRegs) {
576     if (!First) OS << " + "; else First = false;
577     OS << "reg(" << *BaseReg << ')';
578   }
579   if (HasBaseReg && BaseRegs.empty()) {
580     if (!First) OS << " + "; else First = false;
581     OS << "**error: HasBaseReg**";
582   } else if (!HasBaseReg && !BaseRegs.empty()) {
583     if (!First) OS << " + "; else First = false;
584     OS << "**error: !HasBaseReg**";
585   }
586   if (Scale != 0) {
587     if (!First) OS << " + "; else First = false;
588     OS << Scale << "*reg(";
589     if (ScaledReg)
590       OS << *ScaledReg;
591     else
592       OS << "<unknown>";
593     OS << ')';
594   }
595   if (UnfoldedOffset != 0) {
596     if (!First) OS << " + ";
597     OS << "imm(" << UnfoldedOffset << ')';
598   }
599 }
600
601 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
602 LLVM_DUMP_METHOD void Formula::dump() const {
603   print(errs()); errs() << '\n';
604 }
605 #endif
606
607 /// Return true if the given addrec can be sign-extended without changing its
608 /// value.
609 static bool isAddRecSExtable(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
610   Type *WideTy =
611     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(AR->getType()) + 1);
612   return isa<SCEVAddRecExpr>(SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
613 }
614
615 /// Return true if the given add can be sign-extended without changing its
616 /// value.
617 static bool isAddSExtable(const SCEVAddExpr *A, ScalarEvolution &SE) {
618   Type *WideTy =
619     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) + 1);
620   return isa<SCEVAddExpr>(SE.getSignExtendExpr(A, WideTy));
621 }
622
623 /// Return true if the given mul can be sign-extended without changing its
624 /// value.
625 static bool isMulSExtable(const SCEVMulExpr *M, ScalarEvolution &SE) {
626   Type *WideTy =
627     IntegerType::get(SE.getContext(),
628                      SE.getTypeSizeInBits(M->getType()) * M->getNumOperands());
629   return isa<SCEVMulExpr>(SE.getSignExtendExpr(M, WideTy));
630 }
631
632 /// Return an expression for LHS /s RHS, if it can be determined and if the
633 /// remainder is known to be zero, or null otherwise. If IgnoreSignificantBits
634 /// is true, expressions like (X * Y) /s Y are simplified to Y, ignoring that
635 /// the multiplication may overflow, which is useful when the result will be
636 /// used in a context where the most significant bits are ignored.
637 static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
638                                 ScalarEvolution &SE,
639                                 bool IgnoreSignificantBits = false) {
640   // Handle the trivial case, which works for any SCEV type.
641   if (LHS == RHS)
642     return SE.getConstant(LHS->getType(), 1);
643
644   // Handle a few RHS special cases.
645   const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
646   if (RC) {
647     const APInt &RA = RC->getAPInt();
648     // Handle x /s -1 as x * -1, to give ScalarEvolution a chance to do
649     // some folding.
650     if (RA.isAllOnesValue())
651       return SE.getMulExpr(LHS, RC);
652     // Handle x /s 1 as x.
653     if (RA == 1)
654       return LHS;
655   }
656
657   // Check for a division of a constant by a constant.
658   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
659     if (!RC)
660       return nullptr;
661     const APInt &LA = C->getAPInt();
662     const APInt &RA = RC->getAPInt();
663     if (LA.srem(RA) != 0)
664       return nullptr;
665     return SE.getConstant(LA.sdiv(RA));
666   }
667
668   // Distribute the sdiv over addrec operands, if the addrec doesn't overflow.
669   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
670     if ((IgnoreSignificantBits || isAddRecSExtable(AR, SE)) && AR->isAffine()) {
671       const SCEV *Step = getExactSDiv(AR->getStepRecurrence(SE), RHS, SE,
672                                       IgnoreSignificantBits);
673       if (!Step) return nullptr;
674       const SCEV *Start = getExactSDiv(AR->getStart(), RHS, SE,
675                                        IgnoreSignificantBits);
676       if (!Start) return nullptr;
677       // FlagNW is independent of the start value, step direction, and is
678       // preserved with smaller magnitude steps.
679       // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
680       return SE.getAddRecExpr(Start, Step, AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
681     }
682     return nullptr;
683   }
684
685   // Distribute the sdiv over add operands, if the add doesn't overflow.
686   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
687     if (IgnoreSignificantBits || isAddSExtable(Add, SE)) {
688       SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
689       for (const SCEV *S : Add->operands()) {
690         const SCEV *Op = getExactSDiv(S, RHS, SE, IgnoreSignificantBits);
691         if (!Op) return nullptr;
692         Ops.push_back(Op);
693       }
694       return SE.getAddExpr(Ops);
695     }
696     return nullptr;
697   }
698
699   // Check for a multiply operand that we can pull RHS out of.
700   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
701     if (IgnoreSignificantBits || isMulSExtable(Mul, SE)) {
702       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
703       bool Found = false;
704       for (const SCEV *S : Mul->operands()) {
705         if (!Found)
706           if (const SCEV *Q = getExactSDiv(S, RHS, SE,
707                                            IgnoreSignificantBits)) {
708             S = Q;
709             Found = true;
710           }
711         Ops.push_back(S);
712       }
713       return Found ? SE.getMulExpr(Ops) : nullptr;
714     }
715     return nullptr;
716   }
717
718   // Otherwise we don't know.
719   return nullptr;
720 }
721
722 /// If S involves the addition of a constant integer value, return that integer
723 /// value, and mutate S to point to a new SCEV with that value excluded.
724 static int64_t ExtractImmediate(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
725   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
726     if (C->getAPInt().getMinSignedBits() <= 64) {
727       S = SE.getConstant(C->getType(), 0);
728       return C->getValue()->getSExtValue();
729     }
730   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
731     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
732     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
733     if (Result != 0)
734       S = SE.getAddExpr(NewOps);
735     return Result;
736   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
737     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
738     int64_t Result = ExtractImmediate(NewOps.front(), SE);
739     if (Result != 0)
740       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
741                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
742                            SCEV::FlagAnyWrap);
743     return Result;
744   }
745   return 0;
746 }
747
748 /// If S involves the addition of a GlobalValue address, return that symbol, and
749 /// mutate S to point to a new SCEV with that value excluded.
750 static GlobalValue *ExtractSymbol(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
751   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
752     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue())) {
753       S = SE.getConstant(GV->getType(), 0);
754       return GV;
755     }
756   } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
757     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Add->op_begin(), Add->op_end());
758     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.back(), SE);
759     if (Result)
760       S = SE.getAddExpr(NewOps);
761     return Result;
762   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
763     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AR->op_begin(), AR->op_end());
764     GlobalValue *Result = ExtractSymbol(NewOps.front(), SE);
765     if (Result)
766       S = SE.getAddRecExpr(NewOps, AR->getLoop(),
767                            // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
768                            SCEV::FlagAnyWrap);
769     return Result;
770   }
771   return nullptr;
772 }
773
774 /// Returns true if the specified instruction is using the specified value as an
775 /// address.
776 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
777   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
778   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
779     if (SI->getPointerOperand() == OperandVal)
780       isAddress = true;
781   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
782     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
783     // of intrinsics.
784     switch (II->getIntrinsicID()) {
785       default: break;
786       case Intrinsic::prefetch:
787         if (II->getArgOperand(0) == OperandVal)
788           isAddress = true;
789         break;
790     }
791   } else if (AtomicRMWInst *RMW = dyn_cast<AtomicRMWInst>(Inst)) {
792     if (RMW->getPointerOperand() == OperandVal)
793       isAddress = true;
794   } else if (AtomicCmpXchgInst *CmpX = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(Inst)) {
795     if (CmpX->getPointerOperand() == OperandVal)
796       isAddress = true;
797   }
798   return isAddress;
799 }
800
801 /// Return the type of the memory being accessed.
802 static MemAccessTy getAccessType(const Instruction *Inst) {
803   MemAccessTy AccessTy(Inst->getType(), MemAccessTy::UnknownAddressSpace);
804   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
805     AccessTy.MemTy = SI->getOperand(0)->getType();
806     AccessTy.AddrSpace = SI->getPointerAddressSpace();
807   } else if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
808     AccessTy.AddrSpace = LI->getPointerAddressSpace();
809   } else if (const AtomicRMWInst *RMW = dyn_cast<AtomicRMWInst>(Inst)) {
810     AccessTy.AddrSpace = RMW->getPointerAddressSpace();
811   } else if (const AtomicCmpXchgInst *CmpX = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(Inst)) {
812     AccessTy.AddrSpace = CmpX->getPointerAddressSpace();
813   }
814
815   // All pointers have the same requirements, so canonicalize them to an
816   // arbitrary pointer type to minimize variation.
817   if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(AccessTy.MemTy))
818     AccessTy.MemTy = PointerType::get(IntegerType::get(PTy->getContext(), 1),
819                                       PTy->getAddressSpace());
820
821   return AccessTy;
822 }
823
824 /// Return true if this AddRec is already a phi in its loop.
825 static bool isExistingPhi(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
826   for (BasicBlock::iterator I = AR->getLoop()->getHeader()->begin();
827        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
828     if (SE.isSCEVable(PN->getType()) &&
829         (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) ==
830          SE.getEffectiveSCEVType(AR->getType())) &&
831         SE.getSCEV(PN) == AR)
832       return true;
833   }
834   return false;
835 }
836
837 /// Check if expanding this expression is likely to incur significant cost. This
838 /// is tricky because SCEV doesn't track which expressions are actually computed
839 /// by the current IR.
840 ///
841 /// We currently allow expansion of IV increments that involve adds,
842 /// multiplication by constants, and AddRecs from existing phis.
843 ///
844 /// TODO: Allow UDivExpr if we can find an existing IV increment that is an
845 /// obvious multiple of the UDivExpr.
846 static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S,
847                                 SmallPtrSetImpl<const SCEV*> &Processed,
848                                 ScalarEvolution &SE) {
849   // Zero/One operand expressions
850   switch (S->getSCEVType()) {
851   case scUnknown:
852   case scConstant:
853     return false;
854   case scTruncate:
855     return isHighCostExpansion(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand(),
856                                Processed, SE);
857   case scZeroExtend:
858     return isHighCostExpansion(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand(),
859                                Processed, SE);
860   case scSignExtend:
861     return isHighCostExpansion(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand(),
862                                Processed, SE);
863   }
864
865   if (!Processed.insert(S).second)
866     return false;
867
868   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
869     for (const SCEV *S : Add->operands()) {
870       if (isHighCostExpansion(S, Processed, SE))
871         return true;
872     }
873     return false;
874   }
875
876   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
877     if (Mul->getNumOperands() == 2) {
878       // Multiplication by a constant is ok
879       if (isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0)))
880         return isHighCostExpansion(Mul->getOperand(1), Processed, SE);
881
882       // If we have the value of one operand, check if an existing
883       // multiplication already generates this expression.
884       if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Mul->getOperand(1))) {
885         Value *UVal = U->getValue();
886         for (User *UR : UVal->users()) {
887           // If U is a constant, it may be used by a ConstantExpr.
888           Instruction *UI = dyn_cast<Instruction>(UR);
889           if (UI && UI->getOpcode() == Instruction::Mul &&
890               SE.isSCEVable(UI->getType())) {
891             return SE.getSCEV(UI) == Mul;
892           }
893         }
894       }
895     }
896   }
897
898   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
899     if (isExistingPhi(AR, SE))
900       return false;
901   }
902
903   // Fow now, consider any other type of expression (div/mul/min/max) high cost.
904   return true;
905 }
906
907 /// If any of the instructions is the specified set are trivially dead, delete
908 /// them and see if this makes any of their operands subsequently dead.
909 static bool
910 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &DeadInsts) {
911   bool Changed = false;
912
913   while (!DeadInsts.empty()) {
914     Value *V = DeadInsts.pop_back_val();
915     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(V);
916
917     if (!I || !isInstructionTriviallyDead(I))
918       continue;
919
920     for (Use &O : I->operands())
921       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(O)) {
922         O = nullptr;
923         if (U->use_empty())
924           DeadInsts.emplace_back(U);
925       }
926
927     I->eraseFromParent();
928     Changed = true;
929   }
930
931   return Changed;
932 }
933
934 namespace {
935
936 class LSRUse;
937
938 } // end anonymous namespace
939
940 /// \brief Check if the addressing mode defined by \p F is completely
941 /// folded in \p LU at isel time.
942 /// This includes address-mode folding and special icmp tricks.
943 /// This function returns true if \p LU can accommodate what \p F
944 /// defines and up to 1 base + 1 scaled + offset.
945 /// In other words, if \p F has several base registers, this function may
946 /// still return true. Therefore, users still need to account for
947 /// additional base registers and/or unfolded offsets to derive an
948 /// accurate cost model.
949 static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
950                                  const LSRUse &LU, const Formula &F);
951 // Get the cost of the scaling factor used in F for LU.
952 static unsigned getScalingFactorCost(const TargetTransformInfo &TTI,
953                                      const LSRUse &LU, const Formula &F,
954                                      const Loop &L);
955
956 namespace {
957
958 /// This class is used to measure and compare candidate formulae.
959 class Cost {
960   TargetTransformInfo::LSRCost C;
961
962 public:
963   Cost() {
964     C.Insns = 0;
965     C.NumRegs = 0;
966     C.AddRecCost = 0;
967     C.NumIVMuls = 0;
968     C.NumBaseAdds = 0;
969     C.ImmCost = 0;
970     C.SetupCost = 0;
971     C.ScaleCost = 0;
972   }
973
974   bool isLess(Cost &Other, const TargetTransformInfo &TTI);
975
976   void Lose();
977
978 #ifndef NDEBUG
979   // Once any of the metrics loses, they must all remain losers.
980   bool isValid() {
981     return ((C.Insns | C.NumRegs | C.AddRecCost | C.NumIVMuls | C.NumBaseAdds
982              | C.ImmCost | C.SetupCost | C.ScaleCost) != ~0u)
983       || ((C.Insns & C.NumRegs & C.AddRecCost & C.NumIVMuls & C.NumBaseAdds
984            & C.ImmCost & C.SetupCost & C.ScaleCost) == ~0u);
985   }
986 #endif
987
988   bool isLoser() {
989     assert(isValid() && "invalid cost");
990     return C.NumRegs == ~0u;
991   }
992
993   void RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
994                    const Formula &F,
995                    SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
996                    const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
997                    const Loop *L,
998                    ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
999                    const LSRUse &LU,
1000                    SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs = nullptr);
1001
1002   void print(raw_ostream &OS) const;
1003   void dump() const;
1004
1005 private:
1006   void RateRegister(const SCEV *Reg,
1007                     SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
1008                     const Loop *L,
1009                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
1010   void RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
1011                            SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
1012                            const Loop *L,
1013                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
1014                            SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs);
1015 };
1016   
1017 /// An operand value in an instruction which is to be replaced with some
1018 /// equivalent, possibly strength-reduced, replacement.
1019 struct LSRFixup {
1020   /// The instruction which will be updated.
1021   Instruction *UserInst;
1022
1023   /// The operand of the instruction which will be replaced. The operand may be
1024   /// used more than once; every instance will be replaced.
1025   Value *OperandValToReplace;
1026
1027   /// If this user is to use the post-incremented value of an induction
1028   /// variable, this variable is non-null and holds the loop associated with the
1029   /// induction variable.
1030   PostIncLoopSet PostIncLoops;
1031
1032   /// A constant offset to be added to the LSRUse expression.  This allows
1033   /// multiple fixups to share the same LSRUse with different offsets, for
1034   /// example in an unrolled loop.
1035   int64_t Offset;
1036
1037   bool isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const;
1038
1039   LSRFixup();
1040
1041   void print(raw_ostream &OS) const;
1042   void dump() const;
1043 };
1044
1045 /// A DenseMapInfo implementation for holding DenseMaps and DenseSets of sorted
1046 /// SmallVectors of const SCEV*.
1047 struct UniquifierDenseMapInfo {
1048   static SmallVector<const SCEV *, 4> getEmptyKey() {
1049     SmallVector<const SCEV *, 4>  V;
1050     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1));
1051     return V;
1052   }
1053
1054   static SmallVector<const SCEV *, 4> getTombstoneKey() {
1055     SmallVector<const SCEV *, 4> V;
1056     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2));
1057     return V;
1058   }
1059
1060   static unsigned getHashValue(const SmallVector<const SCEV *, 4> &V) {
1061     return static_cast<unsigned>(hash_combine_range(V.begin(), V.end()));
1062   }
1063
1064   static bool isEqual(const SmallVector<const SCEV *, 4> &LHS,
1065                       const SmallVector<const SCEV *, 4> &RHS) {
1066     return LHS == RHS;
1067   }
1068 };
1069
1070 /// This class holds the state that LSR keeps for each use in IVUsers, as well
1071 /// as uses invented by LSR itself. It includes information about what kinds of
1072 /// things can be folded into the user, information about the user itself, and
1073 /// information about how the use may be satisfied.  TODO: Represent multiple
1074 /// users of the same expression in common?
1075 class LSRUse {
1076   DenseSet<SmallVector<const SCEV *, 4>, UniquifierDenseMapInfo> Uniquifier;
1077
1078 public:
1079   /// An enum for a kind of use, indicating what types of scaled and immediate
1080   /// operands it might support.
1081   enum KindType {
1082     Basic,   ///< A normal use, with no folding.
1083     Special, ///< A special case of basic, allowing -1 scales.
1084     Address, ///< An address use; folding according to TargetLowering
1085     ICmpZero ///< An equality icmp with both operands folded into one.
1086     // TODO: Add a generic icmp too?
1087   };
1088
1089   typedef PointerIntPair<const SCEV *, 2, KindType> SCEVUseKindPair;
1090
1091   KindType Kind;
1092   MemAccessTy AccessTy;
1093
1094   /// The list of operands which are to be replaced.
1095   SmallVector<LSRFixup, 8> Fixups;
1096
1097   /// Keep track of the min and max offsets of the fixups.
1098   int64_t MinOffset;
1099   int64_t MaxOffset;
1100
1101   /// This records whether all of the fixups using this LSRUse are outside of
1102   /// the loop, in which case some special-case heuristics may be used.
1103   bool AllFixupsOutsideLoop;
1104
1105   /// RigidFormula is set to true to guarantee that this use will be associated
1106   /// with a single formula--the one that initially matched. Some SCEV
1107   /// expressions cannot be expanded. This allows LSR to consider the registers
1108   /// used by those expressions without the need to expand them later after
1109   /// changing the formula.
1110   bool RigidFormula;
1111
1112   /// This records the widest use type for any fixup using this
1113   /// LSRUse. FindUseWithSimilarFormula can't consider uses with different max
1114   /// fixup widths to be equivalent, because the narrower one may be relying on
1115   /// the implicit truncation to truncate away bogus bits.
1116   Type *WidestFixupType;
1117
1118   /// A list of ways to build a value that can satisfy this user.  After the
1119   /// list is populated, one of these is selected heuristically and used to
1120   /// formulate a replacement for OperandValToReplace in UserInst.
1121   SmallVector<Formula, 12> Formulae;
1122
1123   /// The set of register candidates used by all formulae in this LSRUse.
1124   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Regs;
1125
1126   LSRUse(KindType K, MemAccessTy AT)
1127       : Kind(K), AccessTy(AT), MinOffset(INT64_MAX), MaxOffset(INT64_MIN),
1128         AllFixupsOutsideLoop(true), RigidFormula(false),
1129         WidestFixupType(nullptr) {}
1130
1131   LSRFixup &getNewFixup() {
1132     Fixups.push_back(LSRFixup());
1133     return Fixups.back();
1134   }
1135
1136   void pushFixup(LSRFixup &f) {
1137     Fixups.push_back(f);
1138     if (f.Offset > MaxOffset)
1139       MaxOffset = f.Offset;
1140     if (f.Offset < MinOffset)
1141       MinOffset = f.Offset;
1142   }
1143   
1144   bool HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const;
1145   float getNotSelectedProbability(const SCEV *Reg) const;
1146   bool InsertFormula(const Formula &F, const Loop &L);
1147   void DeleteFormula(Formula &F);
1148   void RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &Reguses);
1149
1150   void print(raw_ostream &OS) const;
1151   void dump() const;
1152 };
1153
1154 } // end anonymous namespace
1155
1156 /// Tally up interesting quantities from the given register.
1157 void Cost::RateRegister(const SCEV *Reg,
1158                         SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
1159                         const Loop *L,
1160                         ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
1161   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)) {
1162     // If this is an addrec for another loop, it should be an invariant
1163     // with respect to L since L is the innermost loop (at least
1164     // for now LSR only handles innermost loops).
1165     if (AR->getLoop() != L) {
1166       // If the AddRec exists, consider it's register free and leave it alone.
1167       if (isExistingPhi(AR, SE))
1168         return;
1169
1170       // It is bad to allow LSR for current loop to add induction variables
1171       // for its sibling loops.
1172       if (!AR->getLoop()->contains(L)) {
1173         Lose();
1174         return;
1175       }
1176
1177       // Otherwise, it will be an invariant with respect to Loop L.
1178       ++C.NumRegs;
1179       return;
1180     }
1181     C.AddRecCost += 1; /// TODO: This should be a function of the stride.
1182
1183     // Add the step value register, if it needs one.
1184     // TODO: The non-affine case isn't precisely modeled here.
1185     if (!AR->isAffine() || !isa<SCEVConstant>(AR->getOperand(1))) {
1186       if (!Regs.count(AR->getOperand(1))) {
1187         RateRegister(AR->getOperand(1), Regs, L, SE, DT);
1188         if (isLoser())
1189           return;
1190       }
1191     }
1192   }
1193   ++C.NumRegs;
1194
1195   // Rough heuristic; favor registers which don't require extra setup
1196   // instructions in the preheader.
1197   if (!isa<SCEVUnknown>(Reg) &&
1198       !isa<SCEVConstant>(Reg) &&
1199       !(isa<SCEVAddRecExpr>(Reg) &&
1200         (isa<SCEVUnknown>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()) ||
1201          isa<SCEVConstant>(cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)->getStart()))))
1202     ++C.SetupCost;
1203
1204   C.NumIVMuls += isa<SCEVMulExpr>(Reg) &&
1205                SE.hasComputableLoopEvolution(Reg, L);
1206 }
1207
1208 /// Record this register in the set. If we haven't seen it before, rate
1209 /// it. Optional LoserRegs provides a way to declare any formula that refers to
1210 /// one of those regs an instant loser.
1211 void Cost::RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
1212                                SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
1213                                const Loop *L,
1214                                ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
1215                                SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs) {
1216   if (LoserRegs && LoserRegs->count(Reg)) {
1217     Lose();
1218     return;
1219   }
1220   if (Regs.insert(Reg).second) {
1221     RateRegister(Reg, Regs, L, SE, DT);
1222     if (LoserRegs && isLoser())
1223       LoserRegs->insert(Reg);
1224   }
1225 }
1226
1227 void Cost::RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
1228                        const Formula &F,
1229                        SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
1230                        const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
1231                        const Loop *L,
1232                        ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
1233                        const LSRUse &LU,
1234                        SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs) {
1235   assert(F.isCanonical(*L) && "Cost is accurate only for canonical formula");
1236   // Tally up the registers.
1237   unsigned PrevAddRecCost = C.AddRecCost;
1238   unsigned PrevNumRegs = C.NumRegs;
1239   unsigned PrevNumBaseAdds = C.NumBaseAdds;
1240   if (const SCEV *ScaledReg = F.ScaledReg) {
1241     if (VisitedRegs.count(ScaledReg)) {
1242       Lose();
1243       return;
1244     }
1245     RatePrimaryRegister(ScaledReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
1246     if (isLoser())
1247       return;
1248   }
1249   for (const SCEV *BaseReg : F.BaseRegs) {
1250     if (VisitedRegs.count(BaseReg)) {
1251       Lose();
1252       return;
1253     }
1254     RatePrimaryRegister(BaseReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
1255     if (isLoser())
1256       return;
1257   }
1258
1259   // Determine how many (unfolded) adds we'll need inside the loop.
1260   size_t NumBaseParts = F.getNumRegs();
1261   if (NumBaseParts > 1)
1262     // Do not count the base and a possible second register if the target
1263     // allows to fold 2 registers.
1264     C.NumBaseAdds +=
1265         NumBaseParts - (1 + (F.Scale && isAMCompletelyFolded(TTI, LU, F)));
1266   C.NumBaseAdds += (F.UnfoldedOffset != 0);
1267
1268   // Accumulate non-free scaling amounts.
1269   C.ScaleCost += getScalingFactorCost(TTI, LU, F, *L);
1270
1271   // Tally up the non-zero immediates.
1272   for (const LSRFixup &Fixup : LU.Fixups) {
1273     int64_t O = Fixup.Offset;
1274     int64_t Offset = (uint64_t)O + F.BaseOffset;
1275     if (F.BaseGV)
1276       C.ImmCost += 64; // Handle symbolic values conservatively.
1277                      // TODO: This should probably be the pointer size.
1278     else if (Offset != 0)
1279       C.ImmCost += APInt(64, Offset, true).getMinSignedBits();
1280
1281     // Check with target if this offset with this instruction is
1282     // specifically not supported.
1283     if ((isa<LoadInst>(Fixup.UserInst) || isa<StoreInst>(Fixup.UserInst)) &&
1284         !TTI.isFoldableMemAccessOffset(Fixup.UserInst, Offset))
1285       C.NumBaseAdds++;
1286   }
1287
1288   // If we don't count instruction cost exit here.
1289   if (!InsnsCost) {
1290     assert(isValid() && "invalid cost");
1291     return;
1292   }
1293
1294   // Treat every new register that exceeds TTI.getNumberOfRegisters() - 1 as
1295   // additional instruction (at least fill).
1296   unsigned TTIRegNum = TTI.getNumberOfRegisters(false) - 1;
1297   if (C.NumRegs > TTIRegNum) {
1298     // Cost already exceeded TTIRegNum, then only newly added register can add
1299     // new instructions.
1300     if (PrevNumRegs > TTIRegNum)
1301       C.Insns += (C.NumRegs - PrevNumRegs);
1302     else
1303       C.Insns += (C.NumRegs - TTIRegNum);
1304   }
1305
1306   // If ICmpZero formula ends with not 0, it could not be replaced by
1307   // just add or sub. We'll need to compare final result of AddRec.
1308   // That means we'll need an additional instruction.
1309   // For -10 + {0, +, 1}:
1310   // i = i + 1;
1311   // cmp i, 10
1312   //
1313   // For {-10, +, 1}:
1314   // i = i + 1;
1315   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero && !F.hasZeroEnd())
1316     C.Insns++;
1317   // Each new AddRec adds 1 instruction to calculation.
1318   C.Insns += (C.AddRecCost - PrevAddRecCost);
1319
1320   // BaseAdds adds instructions for unfolded registers.
1321   if (LU.Kind != LSRUse::ICmpZero)
1322     C.Insns += C.NumBaseAdds - PrevNumBaseAdds;
1323   assert(isValid() && "invalid cost");
1324 }
1325
1326 /// Set this cost to a losing value.
1327 void Cost::Lose() {
1328   C.Insns = ~0u;
1329   C.NumRegs = ~0u;
1330   C.AddRecCost = ~0u;
1331   C.NumIVMuls = ~0u;
1332   C.NumBaseAdds = ~0u;
1333   C.ImmCost = ~0u;
1334   C.SetupCost = ~0u;
1335   C.ScaleCost = ~0u;
1336 }
1337
1338 /// Choose the lower cost.
1339 bool Cost::isLess(Cost &Other, const TargetTransformInfo &TTI) {
1340   if (InsnsCost.getNumOccurrences() > 0 && InsnsCost &&
1341       C.Insns != Other.C.Insns)
1342     return C.Insns < Other.C.Insns;
1343   return TTI.isLSRCostLess(C, Other.C);
1344 }
1345
1346 void Cost::print(raw_ostream &OS) const {
1347   if (InsnsCost)
1348     OS << C.Insns << " instruction" << (C.Insns == 1 ? " " : "s ");
1349   OS << C.NumRegs << " reg" << (C.NumRegs == 1 ? "" : "s");
1350   if (C.AddRecCost != 0)
1351     OS << ", with addrec cost " << C.AddRecCost;
1352   if (C.NumIVMuls != 0)
1353     OS << ", plus " << C.NumIVMuls << " IV mul"
1354        << (C.NumIVMuls == 1 ? "" : "s");
1355   if (C.NumBaseAdds != 0)
1356     OS << ", plus " << C.NumBaseAdds << " base add"
1357        << (C.NumBaseAdds == 1 ? "" : "s");
1358   if (C.ScaleCost != 0)
1359     OS << ", plus " << C.ScaleCost << " scale cost";
1360   if (C.ImmCost != 0)
1361     OS << ", plus " << C.ImmCost << " imm cost";
1362   if (C.SetupCost != 0)
1363     OS << ", plus " << C.SetupCost << " setup cost";
1364 }
1365
1366 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1367 LLVM_DUMP_METHOD void Cost::dump() const {
1368   print(errs()); errs() << '\n';
1369 }
1370 #endif
1371
1372 LSRFixup::LSRFixup()
1373   : UserInst(nullptr), OperandValToReplace(nullptr),
1374     Offset(0) {}
1375
1376 /// Test whether this fixup always uses its value outside of the given loop.
1377 bool LSRFixup::isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const {
1378   // PHI nodes use their value in their incoming blocks.
1379   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
1380     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1381       if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace &&
1382           L->contains(PN->getIncomingBlock(i)))
1383         return false;
1384     return true;
1385   }
1386
1387   return !L->contains(UserInst);
1388 }
1389
1390 void LSRFixup::print(raw_ostream &OS) const {
1391   OS << "UserInst=";
1392   // Store is common and interesting enough to be worth special-casing.
1393   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(UserInst)) {
1394     OS << "store ";
1395     Store->getOperand(0)->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1396   } else if (UserInst->getType()->isVoidTy())
1397     OS << UserInst->getOpcodeName();
1398   else
1399     UserInst->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1400
1401   OS << ", OperandValToReplace=";
1402   OperandValToReplace->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1403
1404   for (const Loop *PIL : PostIncLoops) {
1405     OS << ", PostIncLoop=";
1406     PIL->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1407   }
1408
1409   if (Offset != 0)
1410     OS << ", Offset=" << Offset;
1411 }
1412
1413 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1414 LLVM_DUMP_METHOD void LSRFixup::dump() const {
1415   print(errs()); errs() << '\n';
1416 }
1417 #endif
1418
1419 /// Test whether this use as a formula which has the same registers as the given
1420 /// formula.
1421 bool LSRUse::HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const {
1422   SmallVector<const SCEV *, 4> Key = F.BaseRegs;
1423   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1424   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1425   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1426   return Uniquifier.count(Key);
1427 }
1428
1429 /// The function returns a probability of selecting formula without Reg.
1430 float LSRUse::getNotSelectedProbability(const SCEV *Reg) const {
1431   unsigned FNum = 0;
1432   for (const Formula &F : Formulae)
1433     if (F.referencesReg(Reg))
1434       FNum++;
1435   return ((float)(Formulae.size() - FNum)) / Formulae.size();
1436 }
1437
1438 /// If the given formula has not yet been inserted, add it to the list, and
1439 /// return true. Return false otherwise.  The formula must be in canonical form.
1440 bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F, const Loop &L) {
1441   assert(F.isCanonical(L) && "Invalid canonical representation");
1442
1443   if (!Formulae.empty() && RigidFormula)
1444     return false;
1445
1446   SmallVector<const SCEV *, 4> Key = F.BaseRegs;
1447   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
1448   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
1449   std::sort(Key.begin(), Key.end());
1450
1451   if (!Uniquifier.insert(Key).second)
1452     return false;
1453
1454   // Using a register to hold the value of 0 is not profitable.
1455   assert((!F.ScaledReg || !F.ScaledReg->isZero()) &&
1456          "Zero allocated in a scaled register!");
1457 #ifndef NDEBUG
1458   for (const SCEV *BaseReg : F.BaseRegs)
1459     assert(!BaseReg->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
1460 #endif
1461
1462   // Add the formula to the list.
1463   Formulae.push_back(F);
1464
1465   // Record registers now being used by this use.
1466   Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1467   if (F.ScaledReg)
1468     Regs.insert(F.ScaledReg);
1469
1470   return true;
1471 }
1472
1473 /// Remove the given formula from this use's list.
1474 void LSRUse::DeleteFormula(Formula &F) {
1475   if (&F != &Formulae.back())
1476     std::swap(F, Formulae.back());
1477   Formulae.pop_back();
1478 }
1479
1480 /// Recompute the Regs field, and update RegUses.
1481 void LSRUse::RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &RegUses) {
1482   // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
1483   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> OldRegs = std::move(Regs);
1484   Regs.clear();
1485   for (const Formula &F : Formulae) {
1486     if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
1487     Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
1488   }
1489
1490   // Update the RegTracker.
1491   for (const SCEV *S : OldRegs)
1492     if (!Regs.count(S))
1493       RegUses.dropRegister(S, LUIdx);
1494 }
1495
1496 void LSRUse::print(raw_ostream &OS) const {
1497   OS << "LSR Use: Kind=";
1498   switch (Kind) {
1499   case Basic:    OS << "Basic"; break;
1500   case Special:  OS << "Special"; break;
1501   case ICmpZero: OS << "ICmpZero"; break;
1502   case Address:
1503     OS << "Address of ";
1504     if (AccessTy.MemTy->isPointerTy())
1505       OS << "pointer"; // the full pointer type could be really verbose
1506     else {
1507       OS << *AccessTy.MemTy;
1508     }
1509
1510     OS << " in addrspace(" << AccessTy.AddrSpace << ')';
1511   }
1512
1513   OS << ", Offsets={";
1514   bool NeedComma = false;
1515   for (const LSRFixup &Fixup : Fixups) {
1516     if (NeedComma) OS << ',';
1517     OS << Fixup.Offset;
1518     NeedComma = true;
1519   }
1520   OS << '}';
1521
1522   if (AllFixupsOutsideLoop)
1523     OS << ", all-fixups-outside-loop";
1524
1525   if (WidestFixupType)
1526     OS << ", widest fixup type: " << *WidestFixupType;
1527 }
1528
1529 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1530 LLVM_DUMP_METHOD void LSRUse::dump() const {
1531   print(errs()); errs() << '\n';
1532 }
1533 #endif
1534
1535 static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
1536                                  LSRUse::KindType Kind, MemAccessTy AccessTy,
1537                                  GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
1538                                  bool HasBaseReg, int64_t Scale) {
1539   switch (Kind) {
1540   case LSRUse::Address:
1541     return TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy.MemTy, BaseGV, BaseOffset,
1542                                      HasBaseReg, Scale, AccessTy.AddrSpace);
1543
1544   case LSRUse::ICmpZero:
1545     // There's not even a target hook for querying whether it would be legal to
1546     // fold a GV into an ICmp.
1547     if (BaseGV)
1548       return false;
1549
1550     // ICmp only has two operands; don't allow more than two non-trivial parts.
1551     if (Scale != 0 && HasBaseReg && BaseOffset != 0)
1552       return false;
1553
1554     // ICmp only supports no scale or a -1 scale, as we can "fold" a -1 scale by
1555     // putting the scaled register in the other operand of the icmp.
1556     if (Scale != 0 && Scale != -1)
1557       return false;
1558
1559     // If we have low-level target information, ask the target if it can fold an
1560     // integer immediate on an icmp.
1561     if (BaseOffset != 0) {
1562       // We have one of:
1563       // ICmpZero     BaseReg + BaseOffset => ICmp BaseReg, -BaseOffset
1564       // ICmpZero -1*ScaleReg + BaseOffset => ICmp ScaleReg, BaseOffset
1565       // Offs is the ICmp immediate.
1566       if (Scale == 0)
1567         // The cast does the right thing with INT64_MIN.
1568         BaseOffset = -(uint64_t)BaseOffset;
1569       return TTI.isLegalICmpImmediate(BaseOffset);
1570     }
1571
1572     // ICmpZero BaseReg + -1*ScaleReg => ICmp BaseReg, ScaleReg
1573     return true;
1574
1575   case LSRUse::Basic:
1576     // Only handle single-register values.
1577     return !BaseGV && Scale == 0 && BaseOffset == 0;
1578
1579   case LSRUse::Special:
1580     // Special case Basic to handle -1 scales.
1581     return !BaseGV && (Scale == 0 || Scale == -1) && BaseOffset == 0;
1582   }
1583
1584   llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
1585 }
1586
1587 static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
1588                                  int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1589                                  LSRUse::KindType Kind, MemAccessTy AccessTy,
1590                                  GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
1591                                  bool HasBaseReg, int64_t Scale) {
1592   // Check for overflow.
1593   if (((int64_t)((uint64_t)BaseOffset + MinOffset) > BaseOffset) !=
1594       (MinOffset > 0))
1595     return false;
1596   MinOffset = (uint64_t)BaseOffset + MinOffset;
1597   if (((int64_t)((uint64_t)BaseOffset + MaxOffset) > BaseOffset) !=
1598       (MaxOffset > 0))
1599     return false;
1600   MaxOffset = (uint64_t)BaseOffset + MaxOffset;
1601
1602   return isAMCompletelyFolded(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MinOffset,
1603                               HasBaseReg, Scale) &&
1604          isAMCompletelyFolded(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MaxOffset,
1605                               HasBaseReg, Scale);
1606 }
1607
1608 static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
1609                                  int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
1610                                  LSRUse::KindType Kind, MemAccessTy AccessTy,
1611                                  const Formula &F, const Loop &L) {
1612   // For the purpose of isAMCompletelyFolded either having a canonical formula
1613   // or a scale not equal to zero is correct.
1614   // Problems may arise from non canonical formulae having a scale == 0.
1615   // Strictly speaking it would best to just rely on canonical formulae.
1616   // However, when we generate the scaled formulae, we first check that the
1617   // scaling factor is profitable before computing the actual ScaledReg for
1618   // compile time sake.
1619   assert((F.isCanonical(L) || F.Scale != 0));
1620   return isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy,
1621                               F.BaseGV, F.BaseOffset, F.HasBaseReg, F.Scale);
1622 }
1623
1624 /// Test whether we know how to expand the current formula.
1625 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
1626                        int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind,
1627                        MemAccessTy AccessTy, GlobalValue *BaseGV,
1628                        int64_t BaseOffset, bool HasBaseReg, int64_t Scale) {
1629   // We know how to expand completely foldable formulae.
1630   return isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, BaseGV,
1631                               BaseOffset, HasBaseReg, Scale) ||
1632          // Or formulae that use a base register produced by a sum of base
1633          // registers.
1634          (Scale == 1 &&
1635           isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy,
1636                                BaseGV, BaseOffset, true, 0));
1637 }
1638
1639 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
1640                        int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind,
1641                        MemAccessTy AccessTy, const Formula &F) {
1642   return isLegalUse(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, F.BaseGV,
1643                     F.BaseOffset, F.HasBaseReg, F.Scale);
1644 }
1645
1646 static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
1647                                  const LSRUse &LU, const Formula &F) {
1648   return isAMCompletelyFolded(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
1649                               LU.AccessTy, F.BaseGV, F.BaseOffset, F.HasBaseReg,
1650                               F.Scale);
1651 }
1652
1653 static unsigned getScalingFactorCost(const TargetTransformInfo &TTI,
1654                                      const LSRUse &LU, const Formula &F,
1655                                      const Loop &L) {
1656   if (!F.Scale)
1657     return 0;
1658
1659   // If the use is not completely folded in that instruction, we will have to
1660   // pay an extra cost only for scale != 1.
1661   if (!isAMCompletelyFolded(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
1662                             LU.AccessTy, F, L))
1663     return F.Scale != 1;
1664
1665   switch (LU.Kind) {
1666   case LSRUse::Address: {
1667     // Check the scaling factor cost with both the min and max offsets.
1668     int ScaleCostMinOffset = TTI.getScalingFactorCost(
1669         LU.AccessTy.MemTy, F.BaseGV, F.BaseOffset + LU.MinOffset, F.HasBaseReg,
1670         F.Scale, LU.AccessTy.AddrSpace);
1671     int ScaleCostMaxOffset = TTI.getScalingFactorCost(
1672         LU.AccessTy.MemTy, F.BaseGV, F.BaseOffset + LU.MaxOffset, F.HasBaseReg,
1673         F.Scale, LU.AccessTy.AddrSpace);
1674
1675     assert(ScaleCostMinOffset >= 0 && ScaleCostMaxOffset >= 0 &&
1676            "Legal addressing mode has an illegal cost!");
1677     return std::max(ScaleCostMinOffset, ScaleCostMaxOffset);
1678   }
1679   case LSRUse::ICmpZero:
1680   case LSRUse::Basic:
1681   case LSRUse::Special:
1682     // The use is completely folded, i.e., everything is folded into the
1683     // instruction.
1684     return 0;
1685   }
1686
1687   llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
1688 }
1689
1690 static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
1691                              LSRUse::KindType Kind, MemAccessTy AccessTy,
1692                              GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
1693                              bool HasBaseReg) {
1694   // Fast-path: zero is always foldable.
1695   if (BaseOffset == 0 && !BaseGV) return true;
1696
1697   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1698   // base and a scale.
1699   int64_t Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1700
1701   // Canonicalize a scale of 1 to a base register if the formula doesn't
1702   // already have a base register.
1703   if (!HasBaseReg && Scale == 1) {
1704     Scale = 0;
1705     HasBaseReg = true;
1706   }
1707
1708   return isAMCompletelyFolded(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, BaseOffset,
1709                               HasBaseReg, Scale);
1710 }
1711
1712 static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
1713                              ScalarEvolution &SE, int64_t MinOffset,
1714                              int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind,
1715                              MemAccessTy AccessTy, const SCEV *S,
1716                              bool HasBaseReg) {
1717   // Fast-path: zero is always foldable.
1718   if (S->isZero()) return true;
1719
1720   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1721   // base and a scale.
1722   int64_t BaseOffset = ExtractImmediate(S, SE);
1723   GlobalValue *BaseGV = ExtractSymbol(S, SE);
1724
1725   // If there's anything else involved, it's not foldable.
1726   if (!S->isZero()) return false;
1727
1728   // Fast-path: zero is always foldable.
1729   if (BaseOffset == 0 && !BaseGV) return true;
1730
1731   // Conservatively, create an address with an immediate and a
1732   // base and a scale.
1733   int64_t Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
1734
1735   return isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, BaseGV,
1736                               BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
1737 }
1738
1739 namespace {
1740
1741 /// An individual increment in a Chain of IV increments.  Relate an IV user to
1742 /// an expression that computes the IV it uses from the IV used by the previous
1743 /// link in the Chain.
1744 ///
1745 /// For the head of a chain, IncExpr holds the absolute SCEV expression for the
1746 /// original IVOperand. The head of the chain's IVOperand is only valid during
1747 /// chain collection, before LSR replaces IV users. During chain generation,
1748 /// IncExpr can be used to find the new IVOperand that computes the same
1749 /// expression.
1750 struct IVInc {
1751   Instruction *UserInst;
1752   Value* IVOperand;
1753   const SCEV *IncExpr;
1754
1755   IVInc(Instruction *U, Value *O, const SCEV *E):
1756     UserInst(U), IVOperand(O), IncExpr(E) {}
1757 };
1758
1759 // The list of IV increments in program order.  We typically add the head of a
1760 // chain without finding subsequent links.
1761 struct IVChain {
1762   SmallVector<IVInc,1> Incs;
1763   const SCEV *ExprBase;
1764
1765   IVChain() : ExprBase(nullptr) {}
1766
1767   IVChain(const IVInc &Head, const SCEV *Base)
1768     : Incs(1, Head), ExprBase(Base) {}
1769
1770   typedef SmallVectorImpl<IVInc>::const_iterator const_iterator;
1771
1772   // Return the first increment in the chain.
1773   const_iterator begin() const {
1774     assert(!Incs.empty());
1775     return std::next(Incs.begin());
1776   }
1777   const_iterator end() const {
1778     return Incs.end();
1779   }
1780
1781   // Returns true if this chain contains any increments.
1782   bool hasIncs() const { return Incs.size() >= 2; }
1783
1784   // Add an IVInc to the end of this chain.
1785   void add(const IVInc &X) { Incs.push_back(X); }
1786
1787   // Returns the last UserInst in the chain.
1788   Instruction *tailUserInst() const { return Incs.back().UserInst; }
1789
1790   // Returns true if IncExpr can be profitably added to this chain.
1791   bool isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
1792                              const SCEV *IncExpr,
1793                              ScalarEvolution&);
1794 };
1795
1796 /// Helper for CollectChains to track multiple IV increment uses.  Distinguish
1797 /// between FarUsers that definitely cross IV increments and NearUsers that may
1798 /// be used between IV increments.
1799 struct ChainUsers {
1800   SmallPtrSet<Instruction*, 4> FarUsers;
1801   SmallPtrSet<Instruction*, 4> NearUsers;
1802 };
1803
1804 /// This class holds state for the main loop strength reduction logic.
1805 class LSRInstance {
1806   IVUsers &IU;
1807   ScalarEvolution &SE;
1808   DominatorTree &DT;
1809   LoopInfo &LI;
1810   const TargetTransformInfo &TTI;
1811   Loop *const L;
1812   bool Changed;
1813
1814   /// This is the insert position that the current loop's induction variable
1815   /// increment should be placed. In simple loops, this is the latch block's
1816   /// terminator. But in more complicated cases, this is a position which will
1817   /// dominate all the in-loop post-increment users.
1818   Instruction *IVIncInsertPos;
1819
1820   /// Interesting factors between use strides.
1821   ///
1822   /// We explicitly use a SetVector which contains a SmallSet, instead of the
1823   /// default, a SmallDenseSet, because we need to use the full range of
1824   /// int64_ts, and there's currently no good way of doing that with
1825   /// SmallDenseSet.
1826   SetVector<int64_t, SmallVector<int64_t, 8>, SmallSet<int64_t, 8>> Factors;
1827
1828   /// Interesting use types, to facilitate truncation reuse.
1829   SmallSetVector<Type *, 4> Types;
1830
1831   /// The list of interesting uses.
1832   SmallVector<LSRUse, 16> Uses;
1833
1834   /// Track which uses use which register candidates.
1835   RegUseTracker RegUses;
1836
1837   // Limit the number of chains to avoid quadratic behavior. We don't expect to
1838   // have more than a few IV increment chains in a loop. Missing a Chain falls
1839   // back to normal LSR behavior for those uses.
1840   static const unsigned MaxChains = 8;
1841
1842   /// IV users can form a chain of IV increments.
1843   SmallVector<IVChain, MaxChains> IVChainVec;
1844
1845   /// IV users that belong to profitable IVChains.
1846   SmallPtrSet<Use*, MaxChains> IVIncSet;
1847
1848   void OptimizeShadowIV();
1849   bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse);
1850   ICmpInst *OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse);
1851   void OptimizeLoopTermCond();
1852
1853   void ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
1854                         SmallVectorImpl<ChainUsers> &ChainUsersVec);
1855   void FinalizeChain(IVChain &Chain);
1856   void CollectChains();
1857   void GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
1858                        SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &DeadInsts);
1859
1860   void CollectInterestingTypesAndFactors();
1861   void CollectFixupsAndInitialFormulae();
1862
1863   // Support for sharing of LSRUses between LSRFixups.
1864   typedef DenseMap<LSRUse::SCEVUseKindPair, size_t> UseMapTy;
1865   UseMapTy UseMap;
1866
1867   bool reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
1868                           LSRUse::KindType Kind, MemAccessTy AccessTy);
1869
1870   std::pair<size_t, int64_t> getUse(const SCEV *&Expr, LSRUse::KindType Kind,
1871                                     MemAccessTy AccessTy);
1872
1873   void DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1874
1875   LSRUse *FindUseWithSimilarFormula(const Formula &F, const LSRUse &OrigLU);
1876
1877   void InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1878   void InsertSupplementalFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx);
1879   void CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx);
1880   bool InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F);
1881
1882   void CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
1883
1884   void GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base,
1885                               unsigned Depth = 0);
1886
1887   void GenerateReassociationsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
1888                                   const Formula &Base, unsigned Depth,
1889                                   size_t Idx, bool IsScaledReg = false);
1890   void GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1891   void GenerateSymbolicOffsetsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
1892                                    const Formula &Base, size_t Idx,
1893                                    bool IsScaledReg = false);
1894   void GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1895   void GenerateConstantOffsetsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
1896                                    const Formula &Base,
1897                                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Worklist,
1898                                    size_t Idx, bool IsScaledReg = false);
1899   void GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1900   void GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1901   void GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1902   void GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
1903   void GenerateCrossUseConstantOffsets();
1904   void GenerateAllReuseFormulae();
1905
1906   void FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
1907
1908   size_t EstimateSearchSpaceComplexity() const;
1909   void NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
1910   void NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
1911   void NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
1912   void NarrowSearchSpaceByFilterFormulaWithSameScaledReg();
1913   void NarrowSearchSpaceByDeletingCostlyFormulas();
1914   void NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
1915   void NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
1916
1917   void SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
1918                     Cost &SolutionCost,
1919                     SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
1920                     const Cost &CurCost,
1921                     const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
1922                     DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const;
1923   void Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const;
1924
1925   BasicBlock::iterator
1926     HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
1927                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs) const;
1928   BasicBlock::iterator
1929     AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator IP,
1930                                   const LSRFixup &LF,
1931                                   const LSRUse &LU,
1932                                   SCEVExpander &Rewriter) const;
1933
1934   Value *Expand(const LSRUse &LU, const LSRFixup &LF, const Formula &F,
1935                 BasicBlock::iterator IP, SCEVExpander &Rewriter,
1936                 SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &DeadInsts) const;
1937   void RewriteForPHI(PHINode *PN, const LSRUse &LU, const LSRFixup &LF,
1938                      const Formula &F, SCEVExpander &Rewriter,
1939                      SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &DeadInsts) const;
1940   void Rewrite(const LSRUse &LU, const LSRFixup &LF, const Formula &F,
1941                SCEVExpander &Rewriter,
1942                SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &DeadInsts) const;
1943   void ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution);
1944
1945 public:
1946   LSRInstance(Loop *L, IVUsers &IU, ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
1947               LoopInfo &LI, const TargetTransformInfo &TTI);
1948
1949   bool getChanged() const { return Changed; }
1950
1951   void print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const;
1952   void print_fixups(raw_ostream &OS) const;
1953   void print_uses(raw_ostream &OS) const;
1954   void print(raw_ostream &OS) const;
1955   void dump() const;
1956 };
1957
1958 } // end anonymous namespace
1959
1960 /// If IV is used in a int-to-float cast inside the loop then try to eliminate
1961 /// the cast operation.
1962 void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
1963   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
1964   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
1965     return;
1966
1967   for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end();
1968        UI != E; /* empty */) {
1969     IVUsers::const_iterator CandidateUI = UI;
1970     ++UI;
1971     Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
1972     Type *DestTy = nullptr;
1973     bool IsSigned = false;
1974
1975     /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
1976        to eliminate this cast.
1977
1978          for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
1979            foo((double)i);
1980
1981        is transformed into
1982
1983          double d = 0.0;
1984          for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d)
1985            foo(d);
1986     */
1987     if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1988       IsSigned = false;
1989       DestTy = UCast->getDestTy();
1990     }
1991     else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->getUser())) {
1992       IsSigned = true;
1993       DestTy = SCast->getDestTy();
1994     }
1995     if (!DestTy) continue;
1996
1997     // If target does not support DestTy natively then do not apply
1998     // this transformation.
1999     if (!TTI.isTypeLegal(DestTy)) continue;
2000
2001     PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
2002     if (!PH) continue;
2003     if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
2004
2005     Type *SrcTy = PH->getType();
2006     int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
2007     if (Mantissa == -1) continue;
2008     if ((int)SE.getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
2009       continue;
2010
2011     unsigned Entry, Latch;
2012     if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
2013       Entry = 0;
2014       Latch = 1;
2015     } else {
2016       Entry = 1;
2017       Latch = 0;
2018     }
2019
2020     ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
2021     if (!Init) continue;
2022     Constant *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, IsSigned ?
2023                                         (double)Init->getSExtValue() :
2024                                         (double)Init->getZExtValue());
2025
2026     BinaryOperator *Incr =
2027       dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
2028     if (!Incr) continue;
2029     if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
2030         && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
2031       continue;
2032
2033     /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
2034     ConstantInt *C = nullptr;
2035     if (Incr->getOperand(0) == PH)
2036       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
2037     else if (Incr->getOperand(1) == PH)
2038       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
2039     else
2040       continue;
2041
2042     if (!C) continue;
2043
2044     // Ignore negative constants, as the code below doesn't handle them
2045     // correctly. TODO: Remove this restriction.
2046     if (!C->getValue().isStrictlyPositive()) continue;
2047
2048     /* Add new PHINode. */
2049     PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, 2, "IV.S.", PH);
2050
2051     /* create new increment. '++d' in above example. */
2052     Constant *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
2053     BinaryOperator *NewIncr =
2054       BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode() == Instruction::Add ?
2055                                Instruction::FAdd : Instruction::FSub,
2056                              NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
2057
2058     NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
2059     NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
2060
2061     /* Remove cast operation */
2062     ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
2063     ShadowUse->eraseFromParent();
2064     Changed = true;
2065     break;
2066   }
2067 }
2068
2069 /// If Cond has an operand that is an expression of an IV, set the IV user and
2070 /// stride information and return true, otherwise return false.
2071 bool LSRInstance::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse) {
2072   for (IVStrideUse &U : IU)
2073     if (U.getUser() == Cond) {
2074       // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
2075       // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
2076       // occurs enough in real life to handle.
2077       CondUse = &U;
2078       return true;
2079     }
2080   return false;
2081 }
2082
2083 /// Rewrite the loop's terminating condition if it uses a max computation.
2084 ///
2085 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
2086 /// like this:
2087 ///
2088 ///   i = 0;
2089 ///   do {
2090 ///     p[i] = 0.0;
2091 ///   } while (++i < n);
2092 ///
2093 /// the trip count isn't just 'n', because 'n' might not be positive. And
2094 /// unfortunately this can come up even for loops where the user didn't use
2095 /// a C do-while loop. For example, seemingly well-behaved top-test loops
2096 /// will commonly be lowered like this:
2097 //
2098 ///   if (n > 0) {
2099 ///     i = 0;
2100 ///     do {
2101 ///       p[i] = 0.0;
2102 ///     } while (++i < n);
2103 ///   }
2104 ///
2105 /// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
2106 /// test in such a way that indvars can't find it.
2107 ///
2108 /// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
2109 /// max expression, which allows it to give the loop a canonical
2110 /// induction variable:
2111 ///
2112 ///   i = 0;
2113 ///   max = n < 1 ? 1 : n;
2114 ///   do {
2115 ///     p[i] = 0.0;
2116 ///   } while (++i != max);
2117 ///
2118 /// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
2119 /// are designed around them. The most obvious example of this is the
2120 /// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
2121 /// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
2122 /// needed, and it does this using a simple analysis that only succeeds if
2123 /// the loop has a canonical induction variable.
2124 ///
2125 /// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
2126 /// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
2127 ///
2128 /// This function solves this problem by detecting this type of loop and
2129 /// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
2130 /// the instructions for the maximum computation.
2131 ///
2132 ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
2133   // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
2134   if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
2135       Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
2136     return Cond;
2137
2138   SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
2139   if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
2140
2141   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
2142   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
2143     return Cond;
2144   const SCEV *One = SE.getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 1);
2145
2146   // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
2147   const SCEV *IterationCount = SE.getAddExpr(One, BackedgeTakenCount);
2148   if (IterationCount != SE.getSCEV(Sel)) return Cond;
2149
2150   // Check for a max calculation that matches the pattern. There's no check
2151   // for ICMP_ULE here because the comparison would be with zero, which
2152   // isn't interesting.
2153   CmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
2154   const SCEVNAryExpr *Max = nullptr;
2155   if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(BackedgeTakenCount)) {
2156     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
2157     Max = S;
2158   } else if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount)) {
2159     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
2160     Max = S;
2161   } else if (const SCEVUMaxExpr *U = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(IterationCount)) {
2162     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
2163     Max = U;
2164   } else {
2165     // No match; bail.
2166     return Cond;
2167   }
2168
2169   // To handle a max with more than two operands, this optimization would
2170   // require additional checking and setup.
2171   if (Max->getNumOperands() != 2)
2172     return Cond;
2173
2174   const SCEV *MaxLHS = Max->getOperand(0);
2175   const SCEV *MaxRHS = Max->getOperand(1);
2176
2177   // ScalarEvolution canonicalizes constants to the left. For < and >, look
2178   // for a comparison with 1. For <= and >=, a comparison with zero.
2179   if (!MaxLHS ||
2180       (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) ? !MaxLHS->isZero() : (MaxLHS != One)))
2181     return Cond;
2182
2183   // Check the relevant induction variable for conformance to
2184   // the pattern.
2185   const SCEV *IV = SE.getSCEV(Cond->getOperand(0));
2186   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
2187   if (!AR || !AR->isAffine() ||
2188       AR->getStart() != One ||
2189       AR->getStepRecurrence(SE) != One)
2190     return Cond;
2191
2192   assert(AR->getLoop() == L &&
2193          "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
2194
2195   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
2196   // be used in the new comparison instruction.
2197   Value *NewRHS = nullptr;
2198   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred)) {
2199     // Look for n+1, and grab n.
2200     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(1)))
2201       if (ConstantInt *BO1 = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
2202          if (BO1->isOne() && SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
2203            NewRHS = BO->getOperand(0);
2204     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(2)))
2205       if (ConstantInt *BO1 = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
2206         if (BO1->isOne() && SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
2207           NewRHS = BO->getOperand(0);
2208     if (!NewRHS)
2209       return Cond;
2210   } else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
2211     NewRHS = Sel->getOperand(1);
2212   else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(2)) == MaxRHS)
2213     NewRHS = Sel->getOperand(2);
2214   else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(MaxRHS))
2215     NewRHS = SU->getValue();
2216   else
2217     // Max doesn't match expected pattern.
2218     return Cond;
2219
2220   // Determine the new comparison opcode. It may be signed or unsigned,
2221   // and the original comparison may be either equality or inequality.
2222   if (Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
2223     Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
2224
2225   // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
2226   // delete the max calculation.
2227   ICmpInst *NewCond =
2228     new ICmpInst(Cond, Pred, Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp");
2229
2230   // Delete the max calculation instructions.
2231   Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
2232   CondUse->setUser(NewCond);
2233   Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
2234   Cond->eraseFromParent();
2235   Sel->eraseFromParent();
2236   if (Cmp->use_empty())
2237     Cmp->eraseFromParent();
2238   return NewCond;
2239 }
2240
2241 /// Change loop terminating condition to use the postinc iv when possible.
2242 void
2243 LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
2244   SmallPtrSet<Instruction *, 4> PostIncs;
2245
2246   // We need a different set of heuristics for rotated and non-rotated loops.
2247   // If a loop is rotated then the latch is also the backedge, so inserting
2248   // post-inc expressions just before the latch is ideal. To reduce live ranges
2249   // it also makes sense to rewrite terminating conditions to use post-inc
2250   // expressions.
2251   //
2252   // If the loop is not rotated then the latch is not a backedge; the latch
2253   // check is done in the loop head. Adding post-inc expressions before the
2254   // latch will cause overlapping live-ranges of pre-inc and post-inc expressions
2255   // in the loop body. In this case we do *not* want to use post-inc expressions
2256   // in the latch check, and we want to insert post-inc expressions before
2257   // the backedge.
2258   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
2259   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
2260   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2261   if (llvm::all_of(ExitingBlocks, [&LatchBlock](const BasicBlock *BB) {
2262         return LatchBlock != BB;
2263       })) {
2264     // The backedge doesn't exit the loop; treat this as a head-tested loop.
2265     IVIncInsertPos = LatchBlock->getTerminator();
2266     return;
2267   }
2268
2269   // Otherwise treat this as a rotated loop.
2270   for (BasicBlock *ExitingBlock : ExitingBlocks) {
2271
2272     // Get the terminating condition for the loop if possible.  If we
2273     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
2274     // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
2275     // one register value.
2276
2277     BranchInst *TermBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2278     if (!TermBr)
2279       continue;
2280     // FIXME: Overly conservative, termination condition could be an 'or' etc..
2281     if (TermBr->isUnconditional() || !isa<ICmpInst>(TermBr->getCondition()))
2282       continue;
2283
2284     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
2285     IVStrideUse *CondUse = nullptr;
2286     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
2287     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse))
2288       continue;
2289
2290     // If the trip count is computed in terms of a max (due to ScalarEvolution
2291     // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
2292     // comparison to use SLT or ULT instead of NE.
2293     // One consequence of doing this now is that it disrupts the count-down
2294     // optimization. That's not always a bad thing though, because in such
2295     // cases it may still be worthwhile to avoid a max.
2296     Cond = OptimizeMax(Cond, CondUse);
2297
2298     // If this exiting block dominates the latch block, it may also use
2299     // the post-inc value if it won't be shared with other uses.
2300     // Check for dominance.
2301     if (!DT.dominates(ExitingBlock, LatchBlock))
2302       continue;
2303
2304     // Conservatively avoid trying to use the post-inc value in non-latch
2305     // exits if there may be pre-inc users in intervening blocks.
2306     if (LatchBlock != ExitingBlock)
2307       for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
2308         // Test if the use is reachable from the exiting block. This dominator
2309         // query is a conservative approximation of reachability.
2310         if (&*UI != CondUse &&
2311             !DT.properlyDominates(UI->getUser()->getParent(), ExitingBlock)) {
2312           // Conservatively assume there may be reuse if the quotient of their
2313           // strides could be a legal scale.
2314           const SCEV *A = IU.getStride(*CondUse, L);
2315           const SCEV *B = IU.getStride(*UI, L);
2316           if (!A || !B) continue;
2317           if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) !=
2318               SE.getTypeSizeInBits(B->getType())) {
2319             if (SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) >
2320                 SE.getTypeSizeInBits(B->getType()))
2321               B = SE.getSignExtendExpr(B, A->getType());
2322             else
2323               A = SE.getSignExtendExpr(A, B->getType());
2324           }
2325           if (const SCEVConstant *D =
2326                 dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(B, A, SE))) {
2327             const ConstantInt *C = D->getValue();
2328             // Stride of one or negative one can have reuse with non-addresses.
2329             if (C->isOne() || C->isMinusOne())
2330               goto decline_post_inc;
2331             // Avoid weird situations.
2332             if (C->getValue().getMinSignedBits() >= 64 ||
2333                 C->getValue().isMinSignedValue())
2334               goto decline_post_inc;
2335             // Check for possible scaled-address reuse.
2336             MemAccessTy AccessTy = getAccessType(UI->getUser());
2337             int64_t Scale = C->getSExtValue();
2338             if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy.MemTy, /*BaseGV=*/nullptr,
2339                                           /*BaseOffset=*/0,
2340                                           /*HasBaseReg=*/false, Scale,
2341                                           AccessTy.AddrSpace))
2342               goto decline_post_inc;
2343             Scale = -Scale;
2344             if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy.MemTy, /*BaseGV=*/nullptr,
2345                                           /*BaseOffset=*/0,
2346                                           /*HasBaseReg=*/false, Scale,
2347                                           AccessTy.AddrSpace))
2348               goto decline_post_inc;
2349           }
2350         }
2351
2352     DEBUG(dbgs() << "  Change loop exiting icmp to use postinc iv: "
2353                  << *Cond << '\n');
2354
2355     // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
2356     // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
2357     // the exiting block branch, move it.
2358     if (&*++BasicBlock::iterator(Cond) != TermBr) {
2359       if (Cond->hasOneUse()) {
2360         Cond->moveBefore(TermBr);
2361       } else {
2362         // Clone the terminating condition and insert into the loopend.
2363         ICmpInst *OldCond = Cond;
2364         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
2365         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
2366         ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr->getIterator(), Cond);
2367
2368         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
2369         CondUse = &IU.AddUser(Cond, CondUse->getOperandValToReplace());
2370         TermBr->replaceUsesOfWith(OldCond, Cond);
2371       }
2372     }
2373
2374     // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
2375     // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
2376     // live ranges for the IV correctly.
2377     CondUse->transformToPostInc(L);
2378     Changed = true;
2379
2380     PostIncs.insert(Cond);
2381   decline_post_inc:;
2382   }
2383
2384   // Determine an insertion point for the loop induction variable increment. It
2385   // must dominate all the post-inc comparisons we just set up, and it must
2386   // dominate the loop latch edge.
2387   IVIncInsertPos = L->getLoopLatch()->getTerminator();
2388   for (Instruction *Inst : PostIncs) {
2389     BasicBlock *BB =
2390       DT.findNearestCommonDominator(IVIncInsertPos->getParent(),
2391                                     Inst->getParent());
2392     if (BB == Inst->getParent())
2393       IVIncInsertPos = Inst;
2394     else if (BB != IVIncInsertPos->getParent())
2395       IVIncInsertPos = BB->getTerminator();
2396   }
2397 }
2398
2399 /// Determine if the given use can accommodate a fixup at the given offset and
2400 /// other details. If so, update the use and return true.
2401 bool LSRInstance::reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset,
2402                                      bool HasBaseReg, LSRUse::KindType Kind,
2403                                      MemAccessTy AccessTy) {
2404   int64_t NewMinOffset = LU.MinOffset;
2405   int64_t NewMaxOffset = LU.MaxOffset;
2406   MemAccessTy NewAccessTy = AccessTy;
2407
2408   // Check for a mismatched kind. It's tempting to collapse mismatched kinds to
2409   // something conservative, however this can pessimize in the case that one of
2410   // the uses will have all its uses outside the loop, for example.
2411   if (LU.Kind != Kind)
2412     return false;
2413
2414   // Check for a mismatched access type, and fall back conservatively as needed.
2415   // TODO: Be less conservative when the type is similar and can use the same
2416   // addressing modes.
2417   if (Kind == LSRUse::Address) {
2418     if (AccessTy.MemTy != LU.AccessTy.MemTy) {
2419       NewAccessTy = MemAccessTy::getUnknown(AccessTy.MemTy->getContext(),
2420                                             AccessTy.AddrSpace);
2421     }
2422   }
2423
2424   // Conservatively assume HasBaseReg is true for now.
2425   if (NewOffset < LU.MinOffset) {
2426     if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, NewAccessTy, /*BaseGV=*/nullptr,
2427                           LU.MaxOffset - NewOffset, HasBaseReg))
2428       return false;
2429     NewMinOffset = NewOffset;
2430   } else if (NewOffset > LU.MaxOffset) {
2431     if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, NewAccessTy, /*BaseGV=*/nullptr,
2432                           NewOffset - LU.MinOffset, HasBaseReg))
2433       return false;
2434     NewMaxOffset = NewOffset;
2435   }
2436
2437   // Update the use.
2438   LU.MinOffset = NewMinOffset;
2439   LU.MaxOffset = NewMaxOffset;
2440   LU.AccessTy = NewAccessTy;
2441   return true;
2442 }
2443
2444 /// Return an LSRUse index and an offset value for a fixup which needs the given
2445 /// expression, with the given kind and optional access type.  Either reuse an
2446 /// existing use or create a new one, as needed.
2447 std::pair<size_t, int64_t> LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
2448                                                LSRUse::KindType Kind,
2449                                                MemAccessTy AccessTy) {
2450   const SCEV *Copy = Expr;
2451   int64_t Offset = ExtractImmediate(Expr, SE);
2452
2453   // Basic uses can't accept any offset, for example.
2454   if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ nullptr,
2455                         Offset, /*HasBaseReg=*/ true)) {
2456     Expr = Copy;
2457     Offset = 0;
2458   }
2459
2460   std::pair<UseMapTy::iterator, bool> P =
2461     UseMap.insert(std::make_pair(LSRUse::SCEVUseKindPair(Expr, Kind), 0));
2462   if (!P.second) {
2463     // A use already existed with this base.
2464     size_t LUIdx = P.first->second;
2465     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2466     if (reconcileNewOffset(LU, Offset, /*HasBaseReg=*/true, Kind, AccessTy))
2467       // Reuse this use.
2468       return std::make_pair(LUIdx, Offset);
2469   }
2470
2471   // Create a new use.
2472   size_t LUIdx = Uses.size();
2473   P.first->second = LUIdx;
2474   Uses.push_back(LSRUse(Kind, AccessTy));
2475   LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2476
2477   LU.MinOffset = Offset;
2478   LU.MaxOffset = Offset;
2479   return std::make_pair(LUIdx, Offset);
2480 }
2481
2482 /// Delete the given use from the Uses list.
2483 void LSRInstance::DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
2484   if (&LU != &Uses.back())
2485     std::swap(LU, Uses.back());
2486   Uses.pop_back();
2487
2488   // Update RegUses.
2489   RegUses.swapAndDropUse(LUIdx, Uses.size());
2490 }
2491
2492 /// Look for a use distinct from OrigLU which is has a formula that has the same
2493 /// registers as the given formula.
2494 LSRUse *
2495 LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
2496                                        const LSRUse &OrigLU) {
2497   // Search all uses for the formula. This could be more clever.
2498   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
2499     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
2500     // Check whether this use is close enough to OrigLU, to see whether it's
2501     // worthwhile looking through its formulae.
2502     // Ignore ICmpZero uses because they may contain formulae generated by
2503     // GenerateICmpZeroScales, in which case adding fixup offsets may
2504     // be invalid.
2505     if (&LU != &OrigLU &&
2506         LU.Kind != LSRUse::ICmpZero &&
2507         LU.Kind == OrigLU.Kind && OrigLU.AccessTy == LU.AccessTy &&
2508         LU.WidestFixupType == OrigLU.WidestFixupType &&
2509         LU.HasFormulaWithSameRegs(OrigF)) {
2510       // Scan through this use's formulae.
2511       for (const Formula &F : LU.Formulae) {
2512         // Check to see if this formula has the same registers and symbols
2513         // as OrigF.
2514         if (F.BaseRegs == OrigF.BaseRegs &&
2515             F.ScaledReg == OrigF.ScaledReg &&
2516             F.BaseGV == OrigF.BaseGV &&
2517             F.Scale == OrigF.Scale &&
2518             F.UnfoldedOffset == OrigF.UnfoldedOffset) {
2519           if (F.BaseOffset == 0)
2520             return &LU;
2521           // This is the formula where all the registers and symbols matched;
2522           // there aren't going to be any others. Since we declined it, we
2523           // can skip the rest of the formulae and proceed to the next LSRUse.
2524           break;
2525         }
2526       }
2527     }
2528   }
2529
2530   // Nothing looked good.
2531   return nullptr;
2532 }
2533
2534 void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
2535   SmallSetVector<const SCEV *, 4> Strides;
2536
2537   // Collect interesting types and strides.
2538   SmallVector<const SCEV *, 4> Worklist;
2539   for (const IVStrideUse &U : IU) {
2540     const SCEV *Expr = IU.getExpr(U);
2541
2542     // Collect interesting types.
2543     Types.insert(SE.getEffectiveSCEVType(Expr->getType()));
2544
2545     // Add strides for mentioned loops.
2546     Worklist.push_back(Expr);
2547     do {
2548       const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
2549       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2550         if (AR->getLoop() == L)
2551           Strides.insert(AR->getStepRecurrence(SE));
2552         Worklist.push_back(AR->getStart());
2553       } else if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2554         Worklist.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
2555       }
2556     } while (!Worklist.empty());
2557   }
2558
2559   // Compute interesting factors from the set of interesting strides.
2560   for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator
2561        I = Strides.begin(), E = Strides.end(); I != E; ++I)
2562     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator NewStrideIter =
2563          std::next(I); NewStrideIter != E; ++NewStrideIter) {
2564       const SCEV *OldStride = *I;
2565       const SCEV *NewStride = *NewStrideIter;
2566
2567       if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) !=
2568           SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType())) {
2569         if (SE.getTypeSizeInBits(OldStride->getType()) >
2570             SE.getTypeSizeInBits(NewStride->getType()))
2571           NewStride = SE.getSignExtendExpr(NewStride, OldStride->getType());
2572         else
2573           OldStride = SE.getSignExtendExpr(OldStride, NewStride->getType());
2574       }
2575       if (const SCEVConstant *Factor =
2576             dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(NewStride, OldStride,
2577                                                         SE, true))) {
2578         if (Factor->getAPInt().getMinSignedBits() <= 64)
2579           Factors.insert(Factor->getAPInt().getSExtValue());
2580       } else if (const SCEVConstant *Factor =
2581                    dyn_cast_or_null<SCEVConstant>(getExactSDiv(OldStride,
2582                                                                NewStride,
2583                                                                SE, true))) {
2584         if (Factor->getAPInt().getMinSignedBits() <= 64)
2585           Factors.insert(Factor->getAPInt().getSExtValue());
2586       }
2587     }
2588
2589   // If all uses use the same type, don't bother looking for truncation-based
2590   // reuse.
2591   if (Types.size() == 1)
2592     Types.clear();
2593
2594   DEBUG(print_factors_and_types(dbgs()));
2595 }
2596
2597 /// Helper for CollectChains that finds an IV operand (computed by an AddRec in
2598 /// this loop) within [OI,OE) or returns OE. If IVUsers mapped Instructions to
2599 /// IVStrideUses, we could partially skip this.
2600 static User::op_iterator
2601 findIVOperand(User::op_iterator OI, User::op_iterator OE,
2602               Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
2603   for(; OI != OE; ++OI) {
2604     if (Instruction *Oper = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
2605       if (!SE.isSCEVable(Oper->getType()))
2606         continue;
2607
2608       if (const SCEVAddRecExpr *AR =
2609           dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(Oper))) {
2610         if (AR->getLoop() == L)
2611           break;
2612       }
2613     }
2614   }
2615   return OI;
2616 }
2617
2618 /// IVChain logic must consistenctly peek base TruncInst operands, so wrap it in
2619 /// a convenient helper.
2620 static Value *getWideOperand(Value *Oper) {
2621   if (TruncInst *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(Oper))
2622     return Trunc->getOperand(0);
2623   return Oper;
2624 }
2625
2626 /// Return true if we allow an IV chain to include both types.
2627 static bool isCompatibleIVType(Value *LVal, Value *RVal) {
2628   Type *LType = LVal->getType();
2629   Type *RType = RVal->getType();
2630   return (LType == RType) || (LType->isPointerTy() && RType->isPointerTy() &&
2631                               // Different address spaces means (possibly)
2632                               // different types of the pointer implementation,
2633                               // e.g. i16 vs i32 so disallow that.
2634                               (LType->getPointerAddressSpace() ==
2635                                RType->getPointerAddressSpace()));
2636 }
2637
2638 /// Return an approximation of this SCEV expression's "base", or NULL for any
2639 /// constant. Returning the expression itself is conservative. Returning a
2640 /// deeper subexpression is more precise and valid as long as it isn't less
2641 /// complex than another subexpression. For expressions involving multiple
2642 /// unscaled values, we need to return the pointer-type SCEVUnknown. This avoids
2643 /// forming chains across objects, such as: PrevOper==a[i], IVOper==b[i],
2644 /// IVInc==b-a.
2645 ///
2646 /// Since SCEVUnknown is the rightmost type, and pointers are the rightmost
2647 /// SCEVUnknown, we simply return the rightmost SCEV operand.
2648 static const SCEV *getExprBase(const SCEV *S) {
2649   switch (S->getSCEVType()) {
2650   default: // uncluding scUnknown.
2651     return S;
2652   case scConstant:
2653     return nullptr;
2654   case scTruncate:
2655     return getExprBase(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand());
2656   case scZeroExtend:
2657     return getExprBase(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand());
2658   case scSignExtend:
2659     return getExprBase(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand());
2660   case scAddExpr: {
2661     // Skip over scaled operands (scMulExpr) to follow add operands as long as
2662     // there's nothing more complex.
2663     // FIXME: not sure if we want to recognize negation.
2664     const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(S);
2665     for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(Add->op_end()),
2666            E(Add->op_begin()); I != E; ++I) {
2667       const SCEV *SubExpr = *I;
2668       if (SubExpr->getSCEVType() == scAddExpr)
2669         return getExprBase(SubExpr);
2670
2671       if (SubExpr->getSCEVType() != scMulExpr)
2672         return SubExpr;
2673     }
2674     return S; // all operands are scaled, be conservative.
2675   }
2676   case scAddRecExpr:
2677     return getExprBase(cast<SCEVAddRecExpr>(S)->getStart());
2678   }
2679 }
2680
2681 /// Return true if the chain increment is profitable to expand into a loop
2682 /// invariant value, which may require its own register. A profitable chain
2683 /// increment will be an offset relative to the same base. We allow such offsets
2684 /// to potentially be used as chain increment as long as it's not obviously
2685 /// expensive to expand using real instructions.
2686 bool IVChain::isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
2687                                     const SCEV *IncExpr,
2688                                     ScalarEvolution &SE) {
2689   // Aggressively form chains when -stress-ivchain.
2690   if (StressIVChain)
2691     return true;
2692
2693   // Do not replace a constant offset from IV head with a nonconstant IV
2694   // increment.
2695   if (!isa<SCEVConstant>(IncExpr)) {
2696     const SCEV *HeadExpr = SE.getSCEV(getWideOperand(Incs[0].IVOperand));
2697     if (isa<SCEVConstant>(SE.getMinusSCEV(OperExpr, HeadExpr)))
2698       return false;
2699   }
2700
2701   SmallPtrSet<const SCEV*, 8> Processed;
2702   return !isHighCostExpansion(IncExpr, Processed, SE);
2703 }
2704
2705 /// Return true if the number of registers needed for the chain is estimated to
2706 /// be less than the number required for the individual IV users. First prohibit
2707 /// any IV users that keep the IV live across increments (the Users set should
2708 /// be empty). Next count the number and type of increments in the chain.
2709 ///
2710 /// Chaining IVs can lead to considerable code bloat if ISEL doesn't
2711 /// effectively use postinc addressing modes. Only consider it profitable it the
2712 /// increments can be computed in fewer registers when chained.
2713 ///
2714 /// TODO: Consider IVInc free if it's already used in another chains.
2715 static bool
2716 isProfitableChain(IVChain &Chain, SmallPtrSetImpl<Instruction*> &Users,
2717                   ScalarEvolution &SE, const TargetTransformInfo &TTI) {
2718   if (StressIVChain)
2719     return true;
2720
2721   if (!Chain.hasIncs())
2722     return false;
2723
2724   if (!Users.empty()) {
2725     DEBUG(dbgs() << "Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << " users:\n";
2726           for (Instruction *Inst : Users) {
2727             dbgs() << "  " << *Inst << "\n";
2728           });
2729     return false;
2730   }
2731   assert(!Chain.Incs.empty() && "empty IV chains are not allowed");
2732
2733   // The chain itself may require a register, so intialize cost to 1.
2734   int cost = 1;
2735
2736   // A complete chain likely eliminates the need for keeping the original IV in
2737   // a register. LSR does not currently know how to form a complete chain unless
2738   // the header phi already exists.
2739   if (isa<PHINode>(Chain.tailUserInst())
2740       && SE.getSCEV(Chain.tailUserInst()) == Chain.Incs[0].IncExpr) {
2741     --cost;
2742   }
2743   const SCEV *LastIncExpr = nullptr;
2744   unsigned NumConstIncrements = 0;
2745   unsigned NumVarIncrements = 0;
2746   unsigned NumReusedIncrements = 0;
2747   for (const IVInc &Inc : Chain) {
2748     if (Inc.IncExpr->isZero())
2749       continue;
2750
2751     // Incrementing by zero or some constant is neutral. We assume constants can
2752     // be folded into an addressing mode or an add's immediate operand.
2753     if (isa<SCEVConstant>(Inc.IncExpr)) {
2754       ++NumConstIncrements;
2755       continue;
2756     }
2757
2758     if (Inc.IncExpr == LastIncExpr)
2759       ++NumReusedIncrements;
2760     else
2761       ++NumVarIncrements;
2762
2763     LastIncExpr = Inc.IncExpr;
2764   }
2765   // An IV chain with a single increment is handled by LSR's postinc
2766   // uses. However, a chain with multiple increments requires keeping the IV's
2767   // value live longer than it needs to be if chained.
2768   if (NumConstIncrements > 1)
2769     --cost;
2770
2771   // Materializing increment expressions in the preheader that didn't exist in
2772   // the original code may cost a register. For example, sign-extended array
2773   // indices can produce ridiculous increments like this:
2774   // IV + ((sext i32 (2 * %s) to i64) + (-1 * (sext i32 %s to i64)))
2775   cost += NumVarIncrements;
2776
2777   // Reusing variable increments likely saves a register to hold the multiple of
2778   // the stride.
2779   cost -= NumReusedIncrements;
2780
2781   DEBUG(dbgs() << "Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << " Cost: " << cost
2782                << "\n");
2783
2784   return cost < 0;
2785 }
2786
2787 /// Add this IV user to an existing chain or make it the head of a new chain.
2788 void LSRInstance::ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
2789                                    SmallVectorImpl<ChainUsers> &ChainUsersVec) {
2790   // When IVs are used as types of varying widths, they are generally converted
2791   // to a wider type with some uses remaining narrow under a (free) trunc.
2792   Value *const NextIV = getWideOperand(IVOper);
2793   const SCEV *const OperExpr = SE.getSCEV(NextIV);
2794   const SCEV *const OperExprBase = getExprBase(OperExpr);
2795
2796   // Visit all existing chains. Check if its IVOper can be computed as a
2797   // profitable loop invariant increment from the last link in the Chain.
2798   unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2799   const SCEV *LastIncExpr = nullptr;
2800   for (; ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
2801     IVChain &Chain = IVChainVec[ChainIdx];
2802
2803     // Prune the solution space aggressively by checking that both IV operands
2804     // are expressions that operate on the same unscaled SCEVUnknown. This
2805     // "base" will be canceled by the subsequent getMinusSCEV call. Checking
2806     // first avoids creating extra SCEV expressions.
2807     if (!StressIVChain && Chain.ExprBase != OperExprBase)
2808       continue;
2809
2810     Value *PrevIV = getWideOperand(Chain.Incs.back().IVOperand);
2811     if (!isCompatibleIVType(PrevIV, NextIV))
2812       continue;
2813
2814     // A phi node terminates a chain.
2815     if (isa<PHINode>(UserInst) && isa<PHINode>(Chain.tailUserInst()))
2816       continue;
2817
2818     // The increment must be loop-invariant so it can be kept in a register.
2819     const SCEV *PrevExpr = SE.getSCEV(PrevIV);
2820     const SCEV *IncExpr = SE.getMinusSCEV(OperExpr, PrevExpr);
2821     if (!SE.isLoopInvariant(IncExpr, L))
2822       continue;
2823
2824     if (Chain.isProfitableIncrement(OperExpr, IncExpr, SE)) {
2825       LastIncExpr = IncExpr;
2826       break;
2827     }
2828   }
2829   // If we haven't found a chain, create a new one, unless we hit the max. Don't
2830   // bother for phi nodes, because they must be last in the chain.
2831   if (ChainIdx == NChains) {
2832     if (isa<PHINode>(UserInst))
2833       return;
2834     if (NChains >= MaxChains && !StressIVChain) {
2835       DEBUG(dbgs() << "IV Chain Limit\n");
2836       return;
2837     }
2838     LastIncExpr = OperExpr;
2839     // IVUsers may have skipped over sign/zero extensions. We don't currently
2840     // attempt to form chains involving extensions unless they can be hoisted
2841     // into this loop's AddRec.
2842     if (!isa<SCEVAddRecExpr>(LastIncExpr))
2843       return;
2844     ++NChains;
2845     IVChainVec.push_back(IVChain(IVInc(UserInst, IVOper, LastIncExpr),
2846                                  OperExprBase));
2847     ChainUsersVec.resize(NChains);
2848     DEBUG(dbgs() << "IV Chain#" << ChainIdx << " Head: (" << *UserInst
2849                  << ") IV=" << *LastIncExpr << "\n");
2850   } else {
2851     DEBUG(dbgs() << "IV Chain#" << ChainIdx << "  Inc: (" << *UserInst
2852                  << ") IV+" << *LastIncExpr << "\n");
2853     // Add this IV user to the end of the chain.
2854     IVChainVec[ChainIdx].add(IVInc(UserInst, IVOper, LastIncExpr));
2855   }
2856   IVChain &Chain = IVChainVec[ChainIdx];
2857
2858   SmallPtrSet<Instruction*,4> &NearUsers = ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers;
2859   // This chain's NearUsers become FarUsers.
2860   if (!LastIncExpr->isZero()) {
2861     ChainUsersVec[ChainIdx].FarUsers.insert(NearUsers.begin(),
2862                                             NearUsers.end());
2863     NearUsers.clear();
2864   }
2865
2866   // All other uses of IVOperand become near uses of the chain.
2867   // We currently ignore intermediate values within SCEV expressions, assuming
2868   // they will eventually be used be the current chain, or can be computed
2869   // from one of the chain increments. To be more precise we could
2870   // transitively follow its user and only add leaf IV users to the set.
2871   for (User *U : IVOper->users()) {
2872     Instruction *OtherUse = dyn_cast<Instruction>(U);
2873     if (!OtherUse)
2874       continue;
2875     // Uses in the chain will no longer be uses if the chain is formed.
2876     // Include the head of the chain in this iteration (not Chain.begin()).
2877     IVChain::const_iterator IncIter = Chain.Incs.begin();
2878     IVChain::const_iterator IncEnd = Chain.Incs.end();
2879     for( ; IncIter != IncEnd; ++IncIter) {
2880       if (IncIter->UserInst == OtherUse)
2881         break;
2882     }
2883     if (IncIter != IncEnd)
2884       continue;
2885
2886     if (SE.isSCEVable(OtherUse->getType())
2887         && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(OtherUse))
2888         && IU.isIVUserOrOperand(OtherUse)) {
2889       continue;
2890     }
2891     NearUsers.insert(OtherUse);
2892   }
2893
2894   // Since this user is part of the chain, it's no longer considered a use
2895   // of the chain.
2896   ChainUsersVec[ChainIdx].FarUsers.erase(UserInst);
2897 }
2898
2899 /// Populate the vector of Chains.
2900 ///
2901 /// This decreases ILP at the architecture level. Targets with ample registers,
2902 /// multiple memory ports, and no register renaming probably don't want
2903 /// this. However, such targets should probably disable LSR altogether.
2904 ///
2905 /// The job of LSR is to make a reasonable choice of induction variables across
2906 /// the loop. Subsequent passes can easily "unchain" computation exposing more
2907 /// ILP *within the loop* if the target wants it.
2908 ///
2909 /// Finding the best IV chain is potentially a scheduling problem. Since LSR
2910 /// will not reorder memory operations, it will recognize this as a chain, but
2911 /// will generate redundant IV increments. Ideally this would be corrected later
2912 /// by a smart scheduler:
2913 ///        = A[i]
2914 ///        = A[i+x]
2915 /// A[i]   =
2916 /// A[i+x] =
2917 ///
2918 /// TODO: Walk the entire domtree within this loop, not just the path to the
2919 /// loop latch. This will discover chains on side paths, but requires
2920 /// maintaining multiple copies of the Chains state.
2921 void LSRInstance::CollectChains() {
2922   DEBUG(dbgs() << "Collecting IV Chains.\n");
2923   SmallVector<ChainUsers, 8> ChainUsersVec;
2924
2925   SmallVector<BasicBlock *,8> LatchPath;
2926   BasicBlock *LoopHeader = L->getHeader();
2927   for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(L->getLoopLatch());
2928        Rung->getBlock() != LoopHeader; Rung = Rung->getIDom()) {
2929     LatchPath.push_back(Rung->getBlock());
2930   }
2931   LatchPath.push_back(LoopHeader);
2932
2933   // Walk the instruction stream from the loop header to the loop latch.
2934   for (BasicBlock *BB : reverse(LatchPath)) {
2935     for (Instruction &I : *BB) {
2936       // Skip instructions that weren't seen by IVUsers analysis.
2937       if (isa<PHINode>(I) || !IU.isIVUserOrOperand(&I))
2938         continue;
2939
2940       // Ignore users that are part of a SCEV expression. This way we only
2941       // consider leaf IV Users. This effectively rediscovers a portion of
2942       // IVUsers analysis but in program order this time.
2943       if (SE.isSCEVable(I.getType()) && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(&I)))
2944         continue;
2945
2946       // Remove this instruction from any NearUsers set it may be in.
2947       for (unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2948            ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
2949         ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers.erase(&I);
2950       }
2951       // Search for operands that can be chained.
2952       SmallPtrSet<Instruction*, 4> UniqueOperands;
2953       User::op_iterator IVOpEnd = I.op_end();
2954       User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(I.op_begin(), IVOpEnd, L, SE);
2955       while (IVOpIter != IVOpEnd) {
2956         Instruction *IVOpInst = cast<Instruction>(*IVOpIter);
2957         if (UniqueOperands.insert(IVOpInst).second)
2958           ChainInstruction(&I, IVOpInst, ChainUsersVec);
2959         IVOpIter = findIVOperand(std::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
2960       }
2961     } // Continue walking down the instructions.
2962   } // Continue walking down the domtree.
2963   // Visit phi backedges to determine if the chain can generate the IV postinc.
2964   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
2965        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2966     if (!SE.isSCEVable(PN->getType()))
2967       continue;
2968
2969     Instruction *IncV =
2970       dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch()));
2971     if (IncV)
2972       ChainInstruction(PN, IncV, ChainUsersVec);
2973   }
2974   // Remove any unprofitable chains.
2975   unsigned ChainIdx = 0;
2976   for (unsigned UsersIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
2977        UsersIdx < NChains; ++UsersIdx) {
2978     if (!isProfitableChain(IVChainVec[UsersIdx],
2979                            ChainUsersVec[UsersIdx].FarUsers, SE, TTI))
2980       continue;
2981     // Preserve the chain at UsesIdx.
2982     if (ChainIdx != UsersIdx)
2983       IVChainVec[ChainIdx] = IVChainVec[UsersIdx];
2984     FinalizeChain(IVChainVec[ChainIdx]);
2985     ++ChainIdx;
2986   }
2987   IVChainVec.resize(ChainIdx);
2988 }
2989
2990 void LSRInstance::FinalizeChain(IVChain &Chain) {
2991   assert(!Chain.Incs.empty() && "empty IV chains are not allowed");
2992   DEBUG(dbgs() << "Final Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << "\n");
2993
2994   for (const IVInc &Inc : Chain) {
2995     DEBUG(dbgs() << "        Inc: " << *Inc.UserInst << "\n");
2996     auto UseI = find(Inc.UserInst->operands(), Inc.IVOperand);
2997     assert(UseI != Inc.UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
2998     IVIncSet.insert(UseI);
2999   }
3000 }
3001
3002 /// Return true if the IVInc can be folded into an addressing mode.
3003 static bool canFoldIVIncExpr(const SCEV *IncExpr, Instruction *UserInst,
3004                              Value *Operand, const TargetTransformInfo &TTI) {
3005   const SCEVConstant *IncConst = dyn_cast<SCEVConstant>(IncExpr);
3006   if (!IncConst || !isAddressUse(UserInst, Operand))
3007     return false;
3008
3009   if (IncConst->getAPInt().getMinSignedBits() > 64)
3010     return false;
3011
3012   MemAccessTy AccessTy = getAccessType(UserInst);
3013   int64_t IncOffset = IncConst->getValue()->getSExtValue();
3014   if (!isAlwaysFoldable(TTI, LSRUse::Address, AccessTy, /*BaseGV=*/nullptr,
3015                         IncOffset, /*HaseBaseReg=*/false))
3016     return false;
3017
3018   return true;
3019 }
3020
3021 /// Generate an add or subtract for each IVInc in a chain to materialize the IV
3022 /// user's operand from the previous IV user's operand.
3023 void LSRInstance::GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
3024                                   SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &DeadInsts) {
3025   // Find the new IVOperand for the head of the chain. It may have been replaced
3026   // by LSR.
3027   const IVInc &Head = Chain.Incs[0];
3028   User::op_iterator IVOpEnd = Head.UserInst->op_end();
3029   // findIVOperand returns IVOpEnd if it can no longer find a valid IV user.
3030   User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(Head.UserInst->op_begin(),
3031                                              IVOpEnd, L, SE);
3032   Value *IVSrc = nullptr;
3033   while (IVOpIter != IVOpEnd) {
3034     IVSrc = getWideOperand(*IVOpIter);
3035
3036     // If this operand computes the expression that the chain needs, we may use
3037     // it. (Check this after setting IVSrc which is used below.)
3038     //
3039     // Note that if Head.IncExpr is wider than IVSrc, then this phi is too
3040     // narrow for the chain, so we can no longer use it. We do allow using a
3041     // wider phi, assuming the LSR checked for free truncation. In that case we
3042     // should already have a truncate on this operand such that
3043     // getSCEV(IVSrc) == IncExpr.
3044     if (SE.getSCEV(*IVOpIter) == Head.IncExpr
3045         || SE.getSCEV(IVSrc) == Head.IncExpr) {
3046       break;
3047     }
3048     IVOpIter = findIVOperand(std::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
3049   }
3050   if (IVOpIter == IVOpEnd) {
3051     // Gracefully give up on this chain.
3052     DEBUG(dbgs() << "Concealed chain head: " << *Head.UserInst << "\n");
3053     return;
3054   }
3055
3056   DEBUG(dbgs() << "Generate chain at: " << *IVSrc << "\n");
3057   Type *IVTy = IVSrc->getType();
3058   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(IVTy);
3059   const SCEV *LeftOverExpr = nullptr;
3060   for (const IVInc &Inc : Chain) {
3061     Instruction *InsertPt = Inc.UserInst;
3062     if (isa<PHINode>(InsertPt))
3063       InsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
3064
3065     // IVOper will replace the current IV User's operand. IVSrc is the IV
3066     // value currently held in a register.
3067     Value *IVOper = IVSrc;
3068     if (!Inc.IncExpr->isZero()) {
3069       // IncExpr was the result of subtraction of two narrow values, so must
3070       // be signed.
3071       const SCEV *IncExpr = SE.getNoopOrSignExtend(Inc.IncExpr, IntTy);
3072       LeftOverExpr = LeftOverExpr ?
3073         SE.getAddExpr(LeftOverExpr, IncExpr) : IncExpr;
3074     }
3075     if (LeftOverExpr && !LeftOverExpr->isZero()) {
3076       // Expand the IV increment.
3077       Rewriter.clearPostInc();
3078       Value *IncV = Rewriter.expandCodeFor(LeftOverExpr, IntTy, InsertPt);
3079       const SCEV *IVOperExpr = SE.getAddExpr(SE.getUnknown(IVSrc),
3080                                              SE.getUnknown(IncV));
3081       IVOper = Rewriter.expandCodeFor(IVOperExpr, IVTy, InsertPt);
3082
3083       // If an IV increment can't be folded, use it as the next IV value.
3084       if (!canFoldIVIncExpr(LeftOverExpr, Inc.UserInst, Inc.IVOperand, TTI)) {
3085         assert(IVTy == IVOper->getType() && "inconsistent IV increment type");
3086         IVSrc = IVOper;
3087         LeftOverExpr = nullptr;
3088       }
3089     }
3090     Type *OperTy = Inc.IVOperand->getType();
3091     if (IVTy != OperTy) {
3092       assert(SE.getTypeSizeInBits(IVTy) >= SE.getTypeSizeInBits(OperTy) &&
3093              "cannot extend a chained IV");
3094       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
3095       IVOper = Builder.CreateTruncOrBitCast(IVOper, OperTy, "lsr.chain");
3096     }
3097     Inc.UserInst->replaceUsesOfWith(Inc.IVOperand, IVOper);
3098     DeadInsts.emplace_back(Inc.IVOperand);
3099   }
3100   // If LSR created a new, wider phi, we may also replace its postinc. We only
3101   // do this if we also found a wide value for the head of the chain.
3102   if (isa<PHINode>(Chain.tailUserInst())) {
3103     for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
3104          PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
3105       if (!isCompatibleIVType(Phi, IVSrc))
3106         continue;
3107       Instruction *PostIncV = dyn_cast<Instruction>(
3108         Phi->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch()));
3109       if (!PostIncV || (SE.getSCEV(PostIncV) != SE.getSCEV(IVSrc)))
3110         continue;
3111       Value *IVOper = IVSrc;
3112       Type *PostIncTy = PostIncV->getType();
3113       if (IVTy != PostIncTy) {
3114         assert(PostIncTy->isPointerTy() && "mixing int/ptr IV types");
3115         IRBuilder<> Builder(L->getLoopLatch()->getTerminator());
3116         Builder.SetCurrentDebugLocation(PostIncV->getDebugLoc());
3117         IVOper = Builder.CreatePointerCast(IVSrc, PostIncTy, "lsr.chain");
3118       }
3119       Phi->replaceUsesOfWith(PostIncV, IVOper);
3120       DeadInsts.emplace_back(PostIncV);
3121     }
3122   }
3123 }
3124
3125 void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
3126   for (const IVStrideUse &U : IU) {
3127     Instruction *UserInst = U.getUser();
3128     // Skip IV users that are part of profitable IV Chains.
3129     User::op_iterator UseI =
3130         find(UserInst->operands(), U.getOperandValToReplace());
3131     assert(UseI != UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
3132     if (IVIncSet.count(UseI)) {
3133       DEBUG(dbgs() << "Use is in profitable chain: " << **UseI << '\n');
3134       continue;
3135     }
3136
3137     LSRUse::KindType Kind = LSRUse::Basic;
3138     MemAccessTy AccessTy;
3139     if (isAddressUse(UserInst, U.getOperandValToReplace())) {
3140       Kind = LSRUse::Address;
3141       AccessTy = getAccessType(UserInst);
3142     }
3143
3144     const SCEV *S = IU.getExpr(U);
3145     PostIncLoopSet TmpPostIncLoops = U.getPostIncLoops();
3146     
3147     // Equality (== and !=) ICmps are special. We can rewrite (i == N) as
3148     // (N - i == 0), and this allows (N - i) to be the expression that we work
3149     // with rather than just N or i, so we can consider the register
3150     // requirements for both N and i at the same time. Limiting this code to
3151     // equality icmps is not a problem because all interesting loops use
3152     // equality icmps, thanks to IndVarSimplify.
3153     if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(UserInst))
3154       if (CI->isEquality()) {
3155         // Swap the operands if needed to put the OperandValToReplace on the
3156         // left, for consistency.
3157         Value *NV = CI->getOperand(1);
3158         if (NV == U.getOperandValToReplace()) {
3159           CI->setOperand(1, CI->getOperand(0));
3160           CI->setOperand(0, NV);
3161           NV = CI->getOperand(1);
3162           Changed = true;
3163         }
3164
3165         // x == y  -->  x - y == 0
3166         const SCEV *N = SE.getSCEV(NV);
3167         if (SE.isLoopInvariant(N, L) && isSafeToExpand(N, SE)) {
3168           // S is normalized, so normalize N before folding it into S
3169           // to keep the result normalized.
3170           N = normalizeForPostIncUse(N, TmpPostIncLoops, SE);
3171           Kind = LSRUse::ICmpZero;
3172           S = SE.getMinusSCEV(N, S);
3173         }
3174
3175         // -1 and the negations of all interesting strides (except the negation
3176         // of -1) are now also interesting.
3177         for (size_t i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i)
3178           if (Factors[i] != -1)
3179             Factors.insert(-(uint64_t)Factors[i]);
3180         Factors.insert(-1);
3181       }
3182
3183     // Get or create an LSRUse.
3184     std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, Kind, AccessTy);
3185     size_t LUIdx = P.first;
3186     int64_t Offset = P.second;
3187     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3188
3189     // Record the fixup.
3190     LSRFixup &LF = LU.getNewFixup();
3191     LF.UserInst = UserInst;
3192     LF.OperandValToReplace = U.getOperandValToReplace();
3193     LF.PostIncLoops = TmpPostIncLoops;
3194     LF.Offset = Offset;
3195     LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
3196
3197     if (!LU.WidestFixupType ||
3198         SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
3199         SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
3200       LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
3201
3202     // If this is the first use of this LSRUse, give it a formula.
3203     if (LU.Formulae.empty()) {
3204       InsertInitialFormula(S, LU, LUIdx);
3205       CountRegisters(LU.Formulae.back(), LUIdx);
3206     }
3207   }
3208
3209   DEBUG(print_fixups(dbgs()));
3210 }
3211
3212 /// Insert a formula for the given expression into the given use, separating out
3213 /// loop-variant portions from loop-invariant and loop-computable portions.
3214 void
3215 LSRInstance::InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
3216   // Mark uses whose expressions cannot be expanded.
3217   if (!isSafeToExpand(S, SE))
3218     LU.RigidFormula = true;
3219
3220   Formula F;
3221   F.initialMatch(S, L, SE);
3222   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3223   assert(Inserted && "Initial formula already exists!"); (void)Inserted;
3224 }
3225
3226 /// Insert a simple single-register formula for the given expression into the
3227 /// given use.
3228 void
3229 LSRInstance::InsertSupplementalFormula(const SCEV *S,
3230                                        LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
3231   Formula F;
3232   F.BaseRegs.push_back(S);
3233   F.HasBaseReg = true;
3234   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3235   assert(Inserted && "Supplemental formula already exists!"); (void)Inserted;
3236 }
3237
3238 /// Note which registers are used by the given formula, updating RegUses.
3239 void LSRInstance::CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx) {
3240   if (F.ScaledReg)
3241     RegUses.countRegister(F.ScaledReg, LUIdx);
3242   for (const SCEV *BaseReg : F.BaseRegs)
3243     RegUses.countRegister(BaseReg, LUIdx);
3244 }
3245
3246 /// If the given formula has not yet been inserted, add it to the list, and
3247 /// return true. Return false otherwise.
3248 bool LSRInstance::InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F) {
3249   // Do not insert formula that we will not be able to expand.
3250   assert(isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F) &&
3251          "Formula is illegal");
3252
3253   if (!LU.InsertFormula(F, *L))
3254     return false;
3255
3256   CountRegisters(F, LUIdx);
3257   return true;
3258 }
3259
3260 /// Check for other uses of loop-invariant values which we're tracking. These
3261 /// other uses will pin these values in registers, making them less profitable
3262 /// for elimination.
3263 /// TODO: This currently misses non-constant addrec step registers.
3264 /// TODO: Should this give more weight to users inside the loop?
3265 void
3266 LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
3267   SmallVector<const SCEV *, 8> Worklist(RegUses.begin(), RegUses.end());
3268   SmallPtrSet<const SCEV *, 32> Visited;
3269
3270   while (!Worklist.empty()) {
3271     const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
3272
3273     // Don't process the same SCEV twice
3274     if (!Visited.insert(S).second)
3275       continue;
3276
3277     if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S))
3278       Worklist.append(N->op_begin(), N->op_end());
3279     else if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
3280       Worklist.push_back(C->getOperand());
3281     else if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3282       Worklist.push_back(D->getLHS());
3283       Worklist.push_back(D->getRHS());
3284     } else if (const SCEVUnknown *US = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3285       const Value *V = US->getValue();
3286       if (const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3287         // Look for instructions defined outside the loop.
3288         if (L->contains(Inst)) continue;
3289       } else if (isa<UndefValue>(V))
3290         // Undef doesn't have a live range, so it doesn't matter.
3291         continue;
3292       for (const Use &U : V->uses()) {
3293         const Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(U.getUser());
3294         // Ignore non-instructions.
3295         if (!UserInst)
3296           continue;
3297         // Ignore instructions in other functions (as can happen with
3298         // Constants).
3299         if (UserInst->getParent()->getParent() != L->getHeader()->getParent())
3300           continue;
3301         // Ignore instructions not dominated by the loop.
3302         const BasicBlock *UseBB = !isa<PHINode>(UserInst) ?
3303           UserInst->getParent() :
3304           cast<PHINode>(UserInst)->getIncomingBlock(
3305             PHINode::getIncomingValueNumForOperand(U.getOperandNo()));
3306         if (!DT.dominates(L->getHeader(), UseBB))
3307           continue;
3308         // Don't bother if the instruction is in a BB which ends in an EHPad.
3309         if (UseBB->getTerminator()->isEHPad())
3310           continue;
3311         // Don't bother rewriting PHIs in catchswitch blocks.
3312         if (isa<CatchSwitchInst>(UserInst->getParent()->getTerminator()))
3313           continue;
3314         // Ignore uses which are part of other SCEV expressions, to avoid
3315         // analyzing them multiple times.
3316         if (SE.isSCEVable(UserInst->getType())) {
3317           const SCEV *UserS = SE.getSCEV(const_cast<Instruction *>(UserInst));
3318           // If the user is a no-op, look through to its uses.
3319           if (!isa<SCEVUnknown>(UserS))
3320             continue;
3321           if (UserS == US) {
3322             Worklist.push_back(
3323               SE.getUnknown(const_cast<Instruction *>(UserInst)));
3324             continue;
3325           }
3326         }
3327         // Ignore icmp instructions which are already being analyzed.
3328         if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UserInst)) {
3329           unsigned OtherIdx = !U.getOperandNo();
3330           Value *OtherOp = const_cast<Value *>(ICI->getOperand(OtherIdx));
3331           if (SE.hasComputableLoopEvolution(SE.getSCEV(OtherOp), L))
3332             continue;
3333         }
3334
3335         std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(
3336             S, LSRUse::Basic, MemAccessTy());
3337         size_t LUIdx = P.first;
3338         int64_t Offset = P.second;
3339         LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3340         LSRFixup &LF = LU.getNewFixup();
3341         LF.UserInst = const_cast<Instruction *>(UserInst);
3342         LF.OperandValToReplace = U;
3343         LF.Offset = Offset;
3344         LU.AllFixupsOutsideLoop &= LF.isUseFullyOutsideLoop(L);
3345         if (!LU.WidestFixupType ||
3346             SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
3347             SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
3348           LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
3349         InsertSupplementalFormula(US, LU, LUIdx);
3350         CountRegisters(LU.Formulae.back(), Uses.size() - 1);
3351         break;
3352       }
3353     }
3354   }
3355 }
3356
3357 /// Split S into subexpressions which can be pulled out into separate
3358 /// registers. If C is non-null, multiply each subexpression by C.
3359 ///
3360 /// Return remainder expression after factoring the subexpressions captured by
3361 /// Ops. If Ops is complete, return NULL.
3362 static const SCEV *CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
3363                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
3364                                    const Loop *L,
3365                                    ScalarEvolution &SE,
3366                                    unsigned Depth = 0) {
3367   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
3368   if (Depth >= 3)
3369     return S;
3370
3371   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3372     // Break out add operands.
3373     for (const SCEV *S : Add->operands()) {
3374       const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(S, C, Ops, L, SE, Depth+1);
3375       if (Remainder)
3376         Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
3377     }
3378     return nullptr;
3379   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3380     // Split a non-zero base out of an addrec.
3381     if (AR->getStart()->isZero() || !AR->isAffine())
3382       return S;
3383
3384     const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(AR->getStart(),
3385                                             C, Ops, L, SE, Depth+1);
3386     // Split the non-zero AddRec unless it is part of a nested recurrence that
3387     // does not pertain to this loop.
3388     if (Remainder && (AR->getLoop() == L || !isa<SCEVAddRecExpr>(Remainder))) {
3389       Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
3390       Remainder = nullptr;
3391     }
3392     if (Remainder != AR->getStart()) {
3393       if (!Remainder)
3394         Remainder = SE.getConstant(AR->getType(), 0);
3395       return SE.getAddRecExpr(Remainder,
3396                               AR->getStepRecurrence(SE),
3397                               AR->getLoop(),
3398                               //FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
3399                               SCEV::FlagAnyWrap);
3400     }
3401   } else if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3402     // Break (C * (a + b + c)) into C*a + C*b + C*c.
3403     if (Mul->getNumOperands() != 2)
3404       return S;
3405     if (const SCEVConstant *Op0 =
3406         dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
3407       C = C ? cast<SCEVConstant>(SE.getMulExpr(C, Op0)) : Op0;
3408       const SCEV *Remainder =
3409         CollectSubexprs(Mul->getOperand(1), C, Ops, L, SE, Depth+1);
3410       if (Remainder)
3411         Ops.push_back(SE.getMulExpr(C, Remainder));
3412       return nullptr;
3413     }
3414   }
3415   return S;
3416 }
3417
3418 /// \brief Helper function for LSRInstance::GenerateReassociations.
3419 void LSRInstance::GenerateReassociationsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3420                                              const Formula &Base,
3421                                              unsigned Depth, size_t Idx,
3422                                              bool IsScaledReg) {
3423   const SCEV *BaseReg = IsScaledReg ? Base.ScaledReg : Base.BaseRegs[Idx];
3424   SmallVector<const SCEV *, 8> AddOps;
3425   const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(BaseReg, nullptr, AddOps, L, SE);
3426   if (Remainder)
3427     AddOps.push_back(Remainder);
3428
3429   if (AddOps.size() == 1)
3430     return;
3431
3432   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = AddOps.begin(),
3433                                                      JE = AddOps.end();
3434        J != JE; ++J) {
3435
3436     // Loop-variant "unknown" values are uninteresting; we won't be able to
3437     // do anything meaningful with them.
3438     if (isa<SCEVUnknown>(*J) && !SE.isLoopInvariant(*J, L))
3439       continue;
3440
3441     // Don't pull a constant into a register if the constant could be folded
3442     // into an immediate field.
3443     if (isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
3444                          LU.AccessTy, *J, Base.getNumRegs() > 1))
3445       continue;
3446
3447     // Collect all operands except *J.
3448     SmallVector<const SCEV *, 8> InnerAddOps(
3449         ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).begin(), J);
3450     InnerAddOps.append(std::next(J),
3451                        ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).end());
3452
3453     // Don't leave just a constant behind in a register if the constant could
3454     // be folded into an immediate field.
3455     if (InnerAddOps.size() == 1 &&
3456         isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
3457                          LU.AccessTy, InnerAddOps[0], Base.getNumRegs() > 1))
3458       continue;
3459
3460     const SCEV *InnerSum = SE.getAddExpr(InnerAddOps);
3461     if (InnerSum->isZero())
3462       continue;
3463     Formula F = Base;
3464
3465     // Add the remaining pieces of the add back into the new formula.
3466     const SCEVConstant *InnerSumSC = dyn_cast<SCEVConstant>(InnerSum);
3467     if (InnerSumSC && SE.getTypeSizeInBits(InnerSumSC->getType()) <= 64 &&
3468         TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3469                                 InnerSumSC->getValue()->getZExtValue())) {
3470       F.UnfoldedOffset =
3471           (uint64_t)F.UnfoldedOffset + InnerSumSC->getValue()->getZExtValue();
3472       if (IsScaledReg)
3473         F.ScaledReg = nullptr;
3474       else
3475         F.BaseRegs.erase(F.BaseRegs.begin() + Idx);
3476     } else if (IsScaledReg)
3477       F.ScaledReg = InnerSum;
3478     else
3479       F.BaseRegs[Idx] = InnerSum;
3480
3481     // Add J as its own register, or an unfolded immediate.
3482     const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*J);
3483     if (SC && SE.getTypeSizeInBits(SC->getType()) <= 64 &&
3484         TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
3485                                 SC->getValue()->getZExtValue()))
3486       F.UnfoldedOffset =
3487           (uint64_t)F.UnfoldedOffset + SC->getValue()->getZExtValue();
3488     else
3489       F.BaseRegs.push_back(*J);
3490     // We may have changed the number of register in base regs, adjust the
3491     // formula accordingly.
3492     F.canonicalize(*L);
3493
3494     if (InsertFormula(LU, LUIdx, F))
3495       // If that formula hadn't been seen before, recurse to find more like
3496       // it.
3497       GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae.back(), Depth + 1);
3498   }
3499 }
3500
3501 /// Split out subexpressions from adds and the bases of addrecs.
3502 void LSRInstance::GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3503                                          Formula Base, unsigned Depth) {
3504   assert(Base.isCanonical(*L) && "Input must be in the canonical form");
3505   // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
3506   if (Depth >= 3)
3507     return;
3508
3509   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
3510     GenerateReassociationsImpl(LU, LUIdx, Base, Depth, i);
3511
3512   if (Base.Scale == 1)
3513     GenerateReassociationsImpl(LU, LUIdx, Base, Depth,
3514                                /* Idx */ -1, /* IsScaledReg */ true);
3515 }
3516
3517 ///  Generate a formula consisting of all of the loop-dominating registers added
3518 /// into a single register.
3519 void LSRInstance::GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3520                                        Formula Base) {
3521   // This method is only interesting on a plurality of registers.
3522   if (Base.BaseRegs.size() + (Base.Scale == 1) <= 1)
3523     return;
3524
3525   // Flatten the representation, i.e., reg1 + 1*reg2 => reg1 + reg2, before
3526   // processing the formula.
3527   Base.unscale();
3528   Formula F = Base;
3529   F.BaseRegs.clear();
3530   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
3531   for (const SCEV *BaseReg : Base.BaseRegs) {
3532     if (SE.properlyDominates(BaseReg, L->getHeader()) &&
3533         !SE.hasComputableLoopEvolution(BaseReg, L))
3534       Ops.push_back(BaseReg);
3535     else
3536       F.BaseRegs.push_back(BaseReg);
3537   }
3538   if (Ops.size() > 1) {
3539     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Ops);
3540     // TODO: If Sum is zero, it probably means ScalarEvolution missed an
3541     // opportunity to fold something. For now, just ignore such cases
3542     // rather than proceed with zero in a register.
3543     if (!Sum->isZero()) {
3544       F.BaseRegs.push_back(Sum);
3545       F.canonicalize(*L);
3546       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3547     }
3548   }
3549 }
3550
3551 /// \brief Helper function for LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets.
3552 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsetsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3553                                               const Formula &Base, size_t Idx,
3554                                               bool IsScaledReg) {
3555   const SCEV *G = IsScaledReg ? Base.ScaledReg : Base.BaseRegs[Idx];
3556   GlobalValue *GV = ExtractSymbol(G, SE);
3557   if (G->isZero() || !GV)
3558     return;
3559   Formula F = Base;
3560   F.BaseGV = GV;
3561   if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3562     return;
3563   if (IsScaledReg)
3564     F.ScaledReg = G;
3565   else
3566     F.BaseRegs[Idx] = G;
3567   (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3568 }
3569
3570 /// Generate reuse formulae using symbolic offsets.
3571 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3572                                           Formula Base) {
3573   // We can't add a symbolic offset if the address already contains one.
3574   if (Base.BaseGV) return;
3575
3576   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
3577     GenerateSymbolicOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, i);
3578   if (Base.Scale == 1)
3579     GenerateSymbolicOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, /* Idx */ -1,
3580                                 /* IsScaledReg */ true);
3581 }
3582
3583 /// \brief Helper function for LSRInstance::GenerateConstantOffsets.
3584 void LSRInstance::GenerateConstantOffsetsImpl(
3585     LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &Base,
3586     const SmallVectorImpl<int64_t> &Worklist, size_t Idx, bool IsScaledReg) {
3587   const SCEV *G = IsScaledReg ? Base.ScaledReg : Base.BaseRegs[Idx];
3588   for (int64_t Offset : Worklist) {
3589     Formula F = Base;
3590     F.BaseOffset = (uint64_t)Base.BaseOffset - Offset;
3591     if (isLegalUse(TTI, LU.MinOffset - Offset, LU.MaxOffset - Offset, LU.Kind,
3592                    LU.AccessTy, F)) {
3593       // Add the offset to the base register.
3594       const SCEV *NewG = SE.getAddExpr(SE.getConstant(G->getType(), Offset), G);
3595       // If it cancelled out, drop the base register, otherwise update it.
3596       if (NewG->isZero()) {
3597         if (IsScaledReg) {
3598           F.Scale = 0;
3599           F.ScaledReg = nullptr;
3600         } else
3601           F.deleteBaseReg(F.BaseRegs[Idx]);
3602         F.canonicalize(*L);
3603       } else if (IsScaledReg)
3604         F.ScaledReg = NewG;
3605       else
3606         F.BaseRegs[Idx] = NewG;
3607
3608       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3609     }
3610   }
3611
3612   int64_t Imm = ExtractImmediate(G, SE);
3613   if (G->isZero() || Imm == 0)
3614     return;
3615   Formula F = Base;
3616   F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm;
3617   if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3618     return;
3619   if (IsScaledReg)
3620     F.ScaledReg = G;
3621   else
3622     F.BaseRegs[Idx] = G;
3623   (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3624 }
3625
3626 /// GenerateConstantOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
3627 void LSRInstance::GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3628                                           Formula Base) {
3629   // TODO: For now, just add the min and max offset, because it usually isn't
3630   // worthwhile looking at everything inbetween.
3631   SmallVector<int64_t, 2> Worklist;
3632   Worklist.push_back(LU.MinOffset);
3633   if (LU.MaxOffset != LU.MinOffset)
3634     Worklist.push_back(LU.MaxOffset);
3635
3636   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
3637     GenerateConstantOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, Worklist, i);
3638   if (Base.Scale == 1)
3639     GenerateConstantOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, Worklist, /* Idx */ -1,
3640                                 /* IsScaledReg */ true);
3641 }
3642
3643 /// For ICmpZero, check to see if we can scale up the comparison. For example, x
3644 /// == y -> x*c == y*c.
3645 void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
3646                                          Formula Base) {
3647   if (LU.Kind != LSRUse::ICmpZero) return;
3648
3649   // Determine the integer type for the base formula.
3650   Type *IntTy = Base.getType();
3651   if (!IntTy) return;
3652   if (SE.getTypeSizeInBits(IntTy) > 64) return;
3653
3654   // Don't do this if there is more than one offset.
3655   if (LU.MinOffset != LU.MaxOffset) return;
3656
3657   assert(!Base.BaseGV && "ICmpZero use is not legal!");
3658
3659   // Check each interesting stride.
3660   for (int64_t Factor : Factors) {
3661     // Check that the multiplication doesn't overflow.
3662     if (Base.BaseOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
3663       continue;
3664     int64_t NewBaseOffset = (uint64_t)Base.BaseOffset * Factor;
3665     if (NewBaseOffset / Factor != Base.BaseOffset)
3666       continue;
3667     // If the offset will be truncated at this use, check that it is in bounds.
3668     if (!IntTy->isPointerTy() &&
3669         !ConstantInt::isValueValidForType(IntTy, NewBaseOffset))
3670       continue;
3671
3672     // Check that multiplying with the use offset doesn't overflow.
3673     int64_t Offset = LU.MinOffset;
3674     if (Offset == INT64_MIN && Factor == -1)
3675       continue;
3676     Offset = (uint64_t)Offset * Factor;
3677     if (Offset / Factor != LU.MinOffset)
3678       continue;
3679     // If the offset will be truncated at this use, check that it is in bounds.
3680     if (!IntTy->isPointerTy() &&
3681         !ConstantInt::isValueValidForType(IntTy, Offset))
3682       continue;
3683
3684     Formula F = Base;
3685     F.BaseOffset = NewBaseOffset;
3686
3687     // Check that this scale is legal.
3688     if (!isLegalUse(TTI, Offset, Offset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
3689       continue;
3690
3691     // Compensate for the use having MinOffset built into it.
3692     F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Offset - LU.MinOffset;
3693
3694     const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
3695
3696     // Check that multiplying with each base register doesn't overflow.
3697     for (size_t i = 0, e = F.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3698       F.BaseRegs[i] = SE.getMulExpr(F.BaseRegs[i], FactorS);
3699       if (getExactSDiv(F.BaseRegs[i], FactorS, SE) != Base.BaseRegs[i])
3700         goto next;
3701     }
3702
3703     // Check that multiplying with the scaled register doesn't overflow.
3704     if (F.ScaledReg) {
3705       F.ScaledReg = SE.getMulExpr(F.ScaledReg, FactorS);
3706       if (getExactSDiv(F.ScaledReg, FactorS, SE) != Base.ScaledReg)
3707         continue;
3708     }
3709
3710     // Check that multiplying with the unfolded offset doesn't overflow.
3711     if (F.UnfoldedOffset != 0) {
3712       if (F.UnfoldedOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
3713         continue;
3714       F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset * Factor;
3715       if (F.UnfoldedOffset / Factor != Base.UnfoldedOffset)
3716         continue;
3717       // If the offset will be truncated, check that it is in bounds.
3718       if (!IntTy->isPointerTy() &&
3719           !ConstantInt::isValueValidForType(IntTy, F.UnfoldedOffset))
3720         continue;
3721     }
3722
3723     // If we make it here and it's legal, add it.
3724     (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3725   next:;
3726   }
3727 }
3728
3729 /// Generate stride factor reuse formulae by making use of scaled-offset address
3730 /// modes, for example.
3731 void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
3732   // Determine the integer type for the base formula.
3733   Type *IntTy = Base.getType();
3734   if (!IntTy) return;
3735
3736   // If this Formula already has a scaled register, we can't add another one.
3737   // Try to unscale the formula to generate a better scale.
3738   if (Base.Scale != 0 && !Base.unscale())
3739     return;
3740
3741   assert(Base.Scale == 0 && "unscale did not did its job!");
3742
3743   // Check each interesting stride.
3744   for (int64_t Factor : Factors) {
3745     Base.Scale = Factor;
3746     Base.HasBaseReg = Base.BaseRegs.size() > 1;
3747     // Check whether this scale is going to be legal.
3748     if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
3749                     Base)) {
3750       // As a special-case, handle special out-of-loop Basic users specially.
3751       // TODO: Reconsider this special case.
3752       if (LU.Kind == LSRUse::Basic &&
3753           isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LSRUse::Special,
3754                      LU.AccessTy, Base) &&
3755           LU.AllFixupsOutsideLoop)
3756         LU.Kind = LSRUse::Special;
3757       else
3758         continue;
3759     }
3760     // For an ICmpZero, negating a solitary base register won't lead to
3761     // new solutions.
3762     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero &&
3763         !Base.HasBaseReg && Base.BaseOffset == 0 && !Base.BaseGV)
3764       continue;
3765     // For each addrec base reg, if its loop is current loop, apply the scale.
3766     for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
3767       const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base.BaseRegs[i]);
3768       if (AR && (AR->getLoop() == L || LU.AllFixupsOutsideLoop)) {
3769         const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
3770         if (FactorS->isZero())
3771           continue;
3772         // Divide out the factor, ignoring high bits, since we'll be
3773         // scaling the value back up in the end.
3774         if (const SCEV *Quotient = getExactSDiv(AR, FactorS, SE, true)) {
3775           // TODO: This could be optimized to avoid all the copying.
3776           Formula F = Base;
3777           F.ScaledReg = Quotient;
3778           F.deleteBaseReg(F.BaseRegs[i]);
3779           // The canonical representation of 1*reg is reg, which is already in
3780           // Base. In that case, do not try to insert the formula, it will be
3781           // rejected anyway.
3782           if (F.Scale == 1 && (F.BaseRegs.empty() ||
3783                                (AR->getLoop() != L && LU.AllFixupsOutsideLoop)))
3784             continue;
3785           // If AllFixupsOutsideLoop is true and F.Scale is 1, we may generate
3786           // non canonical Formula with ScaledReg's loop not being L.
3787           if (F.Scale == 1 && LU.AllFixupsOutsideLoop)
3788             F.canonicalize(*L);
3789           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3790         }
3791       }
3792     }
3793   }
3794 }
3795
3796 /// Generate reuse formulae from different IV types.
3797 void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
3798   // Don't bother truncating symbolic values.
3799   if (Base.BaseGV) return;
3800
3801   // Determine the integer type for the base formula.
3802   Type *DstTy = Base.getType();
3803   if (!DstTy) return;
3804   DstTy = SE.getEffectiveSCEVType(DstTy);
3805
3806   for (Type *SrcTy : Types) {
3807     if (SrcTy != DstTy && TTI.isTruncateFree(SrcTy, DstTy)) {
3808       Formula F = Base;
3809
3810       if (F.ScaledReg) F.ScaledReg = SE.getAnyExtendExpr(F.ScaledReg, SrcTy);
3811       for (const SCEV *&BaseReg : F.BaseRegs)
3812         BaseReg = SE.getAnyExtendExpr(BaseReg, SrcTy);
3813
3814       // TODO: This assumes we've done basic processing on all uses and
3815       // have an idea what the register usage is.
3816       if (!F.hasRegsUsedByUsesOtherThan(LUIdx, RegUses))
3817         continue;
3818
3819       F.canonicalize(*L);
3820       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
3821     }
3822   }
3823 }
3824
3825 namespace {
3826
3827 /// Helper class for GenerateCrossUseConstantOffsets. It's used to defer
3828 /// modifications so that the search phase doesn't have to worry about the data
3829 /// structures moving underneath it.
3830 struct WorkItem {
3831   size_t LUIdx;
3832   int64_t Imm;
3833   const SCEV *OrigReg;
3834
3835   WorkItem(size_t LI, int64_t I, const SCEV *R)
3836     : LUIdx(LI), Imm(I), OrigReg(R) {}
3837
3838   void print(raw_ostream &OS) const;
3839   void dump() const;
3840 };
3841
3842 } // end anonymous namespace
3843
3844 void WorkItem::print(raw_ostream &OS) const {
3845   OS << "in formulae referencing " << *OrigReg << " in use " << LUIdx
3846      << " , add offset " << Imm;
3847 }
3848
3849 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
3850 LLVM_DUMP_METHOD void WorkItem::dump() const {
3851   print(errs()); errs() << '\n';
3852 }
3853 #endif
3854
3855 /// Look for registers which are a constant distance apart and try to form reuse
3856 /// opportunities between them.
3857 void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
3858   // Group the registers by their value without any added constant offset.
3859   typedef std::map<int64_t, const SCEV *> ImmMapTy;
3860   DenseMap<const SCEV *, ImmMapTy> Map;
3861   DenseMap<const SCEV *, SmallBitVector> UsedByIndicesMap;
3862   SmallVector<const SCEV *, 8> Sequence;
3863   for (const SCEV *Use : RegUses) {
3864     const SCEV *Reg = Use; // Make a copy for ExtractImmediate to modify.
3865     int64_t Imm = ExtractImmediate(Reg, SE);
3866     auto Pair = Map.insert(std::make_pair(Reg, ImmMapTy()));
3867     if (Pair.second)
3868       Sequence.push_back(Reg);
3869     Pair.first->second.insert(std::make_pair(Imm, Use));
3870     UsedByIndicesMap[Reg] |= RegUses.getUsedByIndices(Use);
3871   }
3872
3873   // Now examine each set of registers with the same base value. Build up
3874   // a list of work to do and do the work in a separate step so that we're
3875   // not adding formulae and register counts while we're searching.
3876   SmallVector<WorkItem, 32> WorkItems;
3877   SmallSet<std::pair<size_t, int64_t>, 32> UniqueItems;
3878   for (const SCEV *Reg : Sequence) {
3879     const ImmMapTy &Imms = Map.find(Reg)->second;
3880
3881     // It's not worthwhile looking for reuse if there's only one offset.
3882     if (Imms.size() == 1)
3883       continue;
3884
3885     DEBUG(dbgs() << "Generating cross-use offsets for " << *Reg << ':';
3886           for (const auto &Entry : Imms)
3887             dbgs() << ' ' << Entry.first;
3888           dbgs() << '\n');
3889
3890     // Examine each offset.
3891     for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
3892          J != JE; ++J) {
3893       const SCEV *OrigReg = J->second;
3894
3895       int64_t JImm = J->first;
3896       const SmallBitVector &UsedByIndices = RegUses.getUsedByIndices(OrigReg);
3897
3898       if (!isa<SCEVConstant>(OrigReg) &&
3899           UsedByIndicesMap[Reg].count() == 1) {
3900         DEBUG(dbgs() << "Skipping cross-use reuse for " << *OrigReg << '\n');
3901         continue;
3902       }
3903
3904       // Conservatively examine offsets between this orig reg a few selected
3905       // other orig regs.
3906       ImmMapTy::const_iterator OtherImms[] = {
3907         Imms.begin(), std::prev(Imms.end()),
3908         Imms.lower_bound((Imms.begin()->first + std::prev(Imms.end())->first) /
3909                          2)
3910       };
3911       for (size_t i = 0, e = array_lengthof(OtherImms); i != e; ++i) {
3912         ImmMapTy::const_iterator M = OtherImms[i];
3913         if (M == J || M == JE) continue;
3914
3915         // Compute the difference between the two.
3916         int64_t Imm = (uint64_t)JImm - M->first;
3917         for (unsigned LUIdx : UsedByIndices.set_bits())
3918           // Make a memo of this use, offset, and register tuple.
3919           if (UniqueItems.insert(std::make_pair(LUIdx, Imm)).second)
3920             WorkItems.push_back(WorkItem(LUIdx, Imm, OrigReg));
3921       }
3922     }
3923   }
3924
3925   Map.clear();
3926   Sequence.clear();
3927   UsedByIndicesMap.clear();
3928   UniqueItems.clear();
3929
3930   // Now iterate through the worklist and add new formulae.
3931   for (const WorkItem &WI : WorkItems) {
3932     size_t LUIdx = WI.LUIdx;
3933     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
3934     int64_t Imm = WI.Imm;
3935     const SCEV *OrigReg = WI.OrigReg;
3936
3937     Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(OrigReg->getType());
3938     const SCEV *NegImmS = SE.getSCEV(ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Imm));
3939     unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(IntTy);
3940
3941     // TODO: Use a more targeted data structure.
3942     for (size_t L = 0, LE = LU.Formulae.size(); L != LE; ++L) {
3943       Formula F = LU.Formulae[L];
3944       // FIXME: The code for the scaled and unscaled registers looks
3945       // very similar but slightly different. Investigate if they
3946       // could be merged. That way, we would not have to unscale the
3947       // Formula.
3948       F.unscale();
3949       // Use the immediate in the scaled register.
3950       if (F.ScaledReg == OrigReg) {
3951         int64_t Offset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm * (uint64_t)F.Scale;
3952         // Don't create 50 + reg(-50).
3953         if (F.referencesReg(SE.getSCEV(
3954                    ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offset))))
3955           continue;
3956         Formula NewF = F;
3957         NewF.BaseOffset = Offset;
3958         if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
3959                         NewF))
3960           continue;
3961         NewF.ScaledReg = SE.getAddExpr(NegImmS, NewF.ScaledReg);
3962
3963         // If the new scale is a constant in a register, and adding the constant
3964         // value to the immediate would produce a value closer to zero than the
3965         // immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
3966         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(NewF.ScaledReg))
3967           if (C->getValue()->isNegative() != (NewF.BaseOffset < 0) &&
3968               (C->getAPInt().abs() * APInt(BitWidth, F.Scale))
3969                   .ule(std::abs(NewF.BaseOffset)))
3970             continue;
3971
3972         // OK, looks good.
3973         NewF.canonicalize(*this->L);
3974         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
3975       } else {
3976         // Use the immediate in a base register.
3977         for (size_t N = 0, NE = F.BaseRegs.size(); N != NE; ++N) {
3978           const SCEV *BaseReg = F.BaseRegs[N];
3979           if (BaseReg != OrigReg)
3980             continue;
3981           Formula NewF = F;
3982           NewF.BaseOffset = (uint64_t)NewF.BaseOffset + Imm;
3983           if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
3984                           LU.Kind, LU.AccessTy, NewF)) {
3985             if (!TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm))
3986               continue;
3987             NewF = F;
3988             NewF.UnfoldedOffset = (uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm;
3989           }
3990           NewF.BaseRegs[N] = SE.getAddExpr(NegImmS, BaseReg);
3991
3992           // If the new formula has a constant in a register, and adding the
3993           // constant value to the immediate would produce a value closer to
3994           // zero than the immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
3995           for (const SCEV *NewReg : NewF.BaseRegs)
3996             if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(NewReg))
3997               if ((C->getAPInt() + NewF.BaseOffset)
3998                       .abs()
3999                       .slt(std::abs(NewF.BaseOffset)) &&
4000                   (C->getAPInt() + NewF.BaseOffset).countTrailingZeros() >=
4001                       countTrailingZeros<uint64_t>(NewF.BaseOffset))
4002                 goto skip_formula;
4003
4004           // Ok, looks good.
4005           NewF.canonicalize(*this->L);
4006           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
4007           break;
4008         skip_formula:;
4009         }
4010       }
4011     }
4012   }
4013 }
4014
4015 /// Generate formulae for each use.
4016 void
4017 LSRInstance::GenerateAllReuseFormulae() {
4018   // This is split into multiple loops so that hasRegsUsedByUsesOtherThan
4019   // queries are more precise.
4020   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4021     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4022     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
4023       GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
4024     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
4025       GenerateCombinations(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
4026   }
4027   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4028     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4029     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
4030       GenerateSymbolicOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
4031     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
4032       GenerateConstantOffsets(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
4033     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
4034       GenerateICmpZeroScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
4035     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
4036       GenerateScales(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
4037   }
4038   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4039     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4040     for (size_t i = 0, f = LU.Formulae.size(); i != f; ++i)
4041       GenerateTruncates(LU, LUIdx, LU.Formulae[i]);
4042   }
4043
4044   GenerateCrossUseConstantOffsets();
4045
4046   DEBUG(dbgs() << "\n"
4047                   "After generating reuse formulae:\n";
4048         print_uses(dbgs()));
4049 }
4050
4051 /// If there are multiple formulae with the same set of registers used
4052 /// by other uses, pick the best one and delete the others.
4053 void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
4054   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
4055   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> Regs;
4056   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> LoserRegs;
4057 #ifndef NDEBUG
4058   bool ChangedFormulae = false;
4059 #endif
4060
4061   // Collect the best formula for each unique set of shared registers. This
4062   // is reset for each use.
4063   typedef DenseMap<SmallVector<const SCEV *, 4>, size_t, UniquifierDenseMapInfo>
4064     BestFormulaeTy;
4065   BestFormulaeTy BestFormulae;
4066
4067   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4068     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4069     DEBUG(dbgs() << "Filtering for use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4070
4071     bool Any = false;
4072     for (size_t FIdx = 0, NumForms = LU.Formulae.size();
4073          FIdx != NumForms; ++FIdx) {
4074       Formula &F = LU.Formulae[FIdx];
4075
4076       // Some formulas are instant losers. For example, they may depend on
4077       // nonexistent AddRecs from other loops. These need to be filtered
4078       // immediately, otherwise heuristics could choose them over others leading
4079       // to an unsatisfactory solution. Passing LoserRegs into RateFormula here
4080       // avoids the need to recompute this information across formulae using the
4081       // same bad AddRec. Passing LoserRegs is also essential unless we remove
4082       // the corresponding bad register from the Regs set.
4083       Cost CostF;
4084       Regs.clear();
4085       CostF.RateFormula(TTI, F, Regs, VisitedRegs, L, SE, DT, LU, &LoserRegs);
4086       if (CostF.isLoser()) {
4087         // During initial formula generation, undesirable formulae are generated
4088         // by uses within other loops that have some non-trivial address mode or
4089         // use the postinc form of the IV. LSR needs to provide these formulae
4090         // as the basis of rediscovering the desired formula that uses an AddRec
4091         // corresponding to the existing phi. Once all formulae have been
4092         // generated, these initial losers may be pruned.
4093         DEBUG(dbgs() << "  Filtering loser "; F.print(dbgs());
4094               dbgs() << "\n");
4095       }
4096       else {
4097         SmallVector<const SCEV *, 4> Key;
4098         for (const SCEV *Reg : F.BaseRegs) {
4099           if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(Reg, LUIdx))
4100             Key.push_back(Reg);
4101         }
4102         if (F.ScaledReg &&
4103             RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(F.ScaledReg, LUIdx))
4104           Key.push_back(F.ScaledReg);
4105         // Unstable sort by host order ok, because this is only used for
4106         // uniquifying.
4107         std::sort(Key.begin(), Key.end());
4108
4109         std::pair<BestFormulaeTy::const_iterator, bool> P =
4110           BestFormulae.insert(std::make_pair(Key, FIdx));
4111         if (P.second)
4112           continue;
4113
4114         Formula &Best = LU.Formulae[P.first->second];
4115
4116         Cost CostBest;
4117         Regs.clear();
4118         CostBest.RateFormula(TTI, Best, Regs, VisitedRegs, L, SE, DT, LU);
4119         if (CostF.isLess(CostBest, TTI))
4120           std::swap(F, Best);
4121         DEBUG(dbgs() << "  Filtering out formula "; F.print(dbgs());
4122               dbgs() << "\n"
4123                         "    in favor of formula "; Best.print(dbgs());
4124               dbgs() << '\n');
4125       }
4126 #ifndef NDEBUG
4127       ChangedFormulae = true;
4128 #endif
4129       LU.DeleteFormula(F);
4130       --FIdx;
4131       --NumForms;
4132       Any = true;
4133     }
4134
4135     // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
4136     if (Any)
4137       LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
4138
4139     // Reset this to prepare for the next use.
4140     BestFormulae.clear();
4141   }
4142
4143   DEBUG(if (ChangedFormulae) {
4144           dbgs() << "\n"
4145                     "After filtering out undesirable candidates:\n";
4146           print_uses(dbgs());
4147         });
4148 }
4149
4150 // This is a rough guess that seems to work fairly well.
4151 static const size_t ComplexityLimit = UINT16_MAX;
4152
4153 /// Estimate the worst-case number of solutions the solver might have to
4154 /// consider. It almost never considers this many solutions because it prune the
4155 /// search space, but the pruning isn't always sufficient.
4156 size_t LSRInstance::EstimateSearchSpaceComplexity() const {
4157   size_t Power = 1;
4158   for (const LSRUse &LU : Uses) {
4159     size_t FSize = LU.Formulae.size();
4160     if (FSize >= ComplexityLimit) {
4161       Power = ComplexityLimit;
4162       break;
4163     }
4164     Power *= FSize;
4165     if (Power >= ComplexityLimit)
4166       break;
4167   }
4168   return Power;
4169 }
4170
4171 /// When one formula uses a superset of the registers of another formula, it
4172 /// won't help reduce register pressure (though it may not necessarily hurt
4173 /// register pressure); remove it to simplify the system.
4174 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets() {
4175   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
4176     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4177
4178     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by eliminating formulae "
4179                     "which use a superset of registers used by other "
4180                     "formulae.\n");
4181
4182     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4183       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4184       bool Any = false;
4185       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
4186         Formula &F = LU.Formulae[i];
4187         // Look for a formula with a constant or GV in a register. If the use
4188         // also has a formula with that same value in an immediate field,
4189         // delete the one that uses a register.
4190         for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
4191              I = F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
4192           if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*I)) {
4193             Formula NewF = F;
4194             NewF.BaseOffset += C->getValue()->getSExtValue();
4195             NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
4196                                 (I - F.BaseRegs.begin()));
4197             if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
4198               DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4199               LU.DeleteFormula(F);
4200               --i;
4201               --e;
4202               Any = true;
4203               break;
4204             }
4205           } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(*I)) {
4206             if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue()))
4207               if (!F.BaseGV) {
4208                 Formula NewF = F;
4209                 NewF.BaseGV = GV;
4210                 NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
4211                                     (I - F.BaseRegs.begin()));
4212                 if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
4213                   DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
4214                         dbgs() << '\n');
4215                   LU.DeleteFormula(F);
4216                   --i;
4217                   --e;
4218                   Any = true;
4219                   break;
4220                 }
4221               }
4222           }
4223         }
4224       }
4225       if (Any)
4226         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
4227     }
4228
4229     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4230           print_uses(dbgs()));
4231   }
4232 }
4233
4234 /// When there are many registers for expressions like A, A+1, A+2, etc.,
4235 /// allocate a single register for them.
4236 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode() {
4237   if (EstimateSearchSpaceComplexity() < ComplexityLimit)
4238     return;
4239
4240   DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n"
4241                   "Narrowing the search space by assuming that uses separated "
4242                   "by a constant offset will use the same registers.\n");
4243
4244   // This is especially useful for unrolled loops.
4245
4246   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4247     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4248     for (const Formula &F : LU.Formulae) {
4249       if (F.BaseOffset == 0 || (F.Scale != 0 && F.Scale != 1))
4250         continue;
4251
4252       LSRUse *LUThatHas = FindUseWithSimilarFormula(F, LU);
4253       if (!LUThatHas)
4254         continue;
4255
4256       if (!reconcileNewOffset(*LUThatHas, F.BaseOffset, /*HasBaseReg=*/ false,
4257                               LU.Kind, LU.AccessTy))
4258         continue;
4259
4260       DEBUG(dbgs() << "  Deleting use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4261
4262       LUThatHas->AllFixupsOutsideLoop &= LU.AllFixupsOutsideLoop;
4263
4264       // Transfer the fixups of LU to LUThatHas.
4265       for (LSRFixup &Fixup : LU.Fixups) {
4266         Fixup.Offset += F.BaseOffset;
4267         LUThatHas->pushFixup(Fixup);
4268         DEBUG(dbgs() << "New fixup has offset " << Fixup.Offset << '\n');
4269       }
4270       
4271       // Delete formulae from the new use which are no longer legal.
4272       bool Any = false;
4273       for (size_t i = 0, e = LUThatHas->Formulae.size(); i != e; ++i) {
4274         Formula &F = LUThatHas->Formulae[i];
4275         if (!isLegalUse(TTI, LUThatHas->MinOffset, LUThatHas->MaxOffset,
4276                         LUThatHas->Kind, LUThatHas->AccessTy, F)) {
4277           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
4278                 dbgs() << '\n');
4279           LUThatHas->DeleteFormula(F);
4280           --i;
4281           --e;
4282           Any = true;
4283         }
4284       }
4285
4286       if (Any)
4287         LUThatHas->RecomputeRegs(LUThatHas - &Uses.front(), RegUses);
4288
4289       // Delete the old use.
4290       DeleteUse(LU, LUIdx);
4291       --LUIdx;
4292       --NumUses;
4293       break;
4294     }
4295   }
4296
4297   DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n"; print_uses(dbgs()));
4298 }
4299
4300 /// Call FilterOutUndesirableDedicatedRegisters again, if necessary, now that
4301 /// we've done more filtering, as it may be able to find more formulae to
4302 /// eliminate.
4303 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters(){
4304   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
4305     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4306
4307     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by re-filtering out "
4308                     "undesirable dedicated registers.\n");
4309
4310     FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
4311
4312     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4313           print_uses(dbgs()));
4314   }
4315 }
4316
4317 /// If a LSRUse has multiple formulae with the same ScaledReg and Scale.
4318 /// Pick the best one and delete the others.
4319 /// This narrowing heuristic is to keep as many formulae with different
4320 /// Scale and ScaledReg pair as possible while narrowing the search space.
4321 /// The benefit is that it is more likely to find out a better solution
4322 /// from a formulae set with more Scale and ScaledReg variations than
4323 /// a formulae set with the same Scale and ScaledReg. The picking winner
4324 /// reg heurstic will often keep the formulae with the same Scale and
4325 /// ScaledReg and filter others, and we want to avoid that if possible.
4326 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByFilterFormulaWithSameScaledReg() {
4327   if (EstimateSearchSpaceComplexity() < ComplexityLimit)
4328     return;
4329
4330   DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n"
4331                   "Narrowing the search space by choosing the best Formula "
4332                   "from the Formulae with the same Scale and ScaledReg.\n");
4333
4334   // Map the "Scale * ScaledReg" pair to the best formula of current LSRUse.
4335   typedef DenseMap<std::pair<const SCEV *, int64_t>, size_t> BestFormulaeTy;
4336   BestFormulaeTy BestFormulae;
4337 #ifndef NDEBUG
4338   bool ChangedFormulae = false;
4339 #endif
4340   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
4341   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> Regs;
4342
4343   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4344     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4345     DEBUG(dbgs() << "Filtering for use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4346
4347     // Return true if Formula FA is better than Formula FB.
4348     auto IsBetterThan = [&](Formula &FA, Formula &FB) {
4349       // First we will try to choose the Formula with fewer new registers.
4350       // For a register used by current Formula, the more the register is
4351       // shared among LSRUses, the less we increase the register number
4352       // counter of the formula.
4353       size_t FARegNum = 0;
4354       for (const SCEV *Reg : FA.BaseRegs) {
4355         const SmallBitVector &UsedByIndices = RegUses.getUsedByIndices(Reg);
4356         FARegNum += (NumUses - UsedByIndices.count() + 1);
4357       }
4358       size_t FBRegNum = 0;
4359       for (const SCEV *Reg : FB.BaseRegs) {
4360         const SmallBitVector &UsedByIndices = RegUses.getUsedByIndices(Reg);
4361         FBRegNum += (NumUses - UsedByIndices.count() + 1);
4362       }
4363       if (FARegNum != FBRegNum)
4364         return FARegNum < FBRegNum;
4365
4366       // If the new register numbers are the same, choose the Formula with
4367       // less Cost.
4368       Cost CostFA, CostFB;
4369       Regs.clear();
4370       CostFA.RateFormula(TTI, FA, Regs, VisitedRegs, L, SE, DT, LU);
4371       Regs.clear();
4372       CostFB.RateFormula(TTI, FB, Regs, VisitedRegs, L, SE, DT, LU);
4373       return CostFA.isLess(CostFB, TTI);
4374     };
4375
4376     bool Any = false;
4377     for (size_t FIdx = 0, NumForms = LU.Formulae.size(); FIdx != NumForms;
4378          ++FIdx) {
4379       Formula &F = LU.Formulae[FIdx];
4380       if (!F.ScaledReg)
4381         continue;
4382       auto P = BestFormulae.insert({{F.ScaledReg, F.Scale}, FIdx});
4383       if (P.second)
4384         continue;
4385
4386       Formula &Best = LU.Formulae[P.first->second];
4387       if (IsBetterThan(F, Best))
4388         std::swap(F, Best);
4389       DEBUG(dbgs() << "  Filtering out formula "; F.print(dbgs());
4390             dbgs() << "\n"
4391                       "    in favor of formula ";
4392             Best.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4393 #ifndef NDEBUG
4394       ChangedFormulae = true;
4395 #endif
4396       LU.DeleteFormula(F);
4397       --FIdx;
4398       --NumForms;
4399       Any = true;
4400     }
4401     if (Any)
4402       LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
4403
4404     // Reset this to prepare for the next use.
4405     BestFormulae.clear();
4406   }
4407
4408   DEBUG(if (ChangedFormulae) {
4409     dbgs() << "\n"
4410               "After filtering out undesirable candidates:\n";
4411     print_uses(dbgs());
4412   });
4413 }
4414
4415 /// The function delete formulas with high registers number expectation.
4416 /// Assuming we don't know the value of each formula (already delete
4417 /// all inefficient), generate probability of not selecting for each
4418 /// register.
4419 /// For example,
4420 /// Use1:
4421 ///  reg(a) + reg({0,+,1})
4422 ///  reg(a) + reg({-1,+,1}) + 1
4423 ///  reg({a,+,1})
4424 /// Use2:
4425 ///  reg(b) + reg({0,+,1})
4426 ///  reg(b) + reg({-1,+,1}) + 1
4427 ///  reg({b,+,1})
4428 /// Use3:
4429 ///  reg(c) + reg(b) + reg({0,+,1})
4430 ///  reg(c) + reg({b,+,1})
4431 ///
4432 /// Probability of not selecting
4433 ///                 Use1   Use2    Use3
4434 /// reg(a)         (1/3) *   1   *   1
4435 /// reg(b)           1   * (1/3) * (1/2)
4436 /// reg({0,+,1})   (2/3) * (2/3) * (1/2)
4437 /// reg({-1,+,1})  (2/3) * (2/3) *   1
4438 /// reg({a,+,1})   (2/3) *   1   *   1
4439 /// reg({b,+,1})     1   * (2/3) * (2/3)
4440 /// reg(c)           1   *   1   *   0
4441 ///
4442 /// Now count registers number mathematical expectation for each formula:
4443 /// Note that for each use we exclude probability if not selecting for the use.
4444 /// For example for Use1 probability for reg(a) would be just 1 * 1 (excluding
4445 /// probabilty 1/3 of not selecting for Use1).
4446 /// Use1:
4447 ///  reg(a) + reg({0,+,1})          1 + 1/3       -- to be deleted
4448 ///  reg(a) + reg({-1,+,1}) + 1     1 + 4/9       -- to be deleted
4449 ///  reg({a,+,1})                   1
4450 /// Use2:
4451 ///  reg(b) + reg({0,+,1})          1/2 + 1/3     -- to be deleted
4452 ///  reg(b) + reg({-1,+,1}) + 1     1/2 + 2/3     -- to be deleted
4453 ///  reg({b,+,1})                   2/3
4454 /// Use3:
4455 ///  reg(c) + reg(b) + reg({0,+,1}) 1 + 1/3 + 4/9 -- to be deleted
4456 ///  reg(c) + reg({b,+,1})          1 + 2/3
4457
4458 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDeletingCostlyFormulas() {
4459   if (EstimateSearchSpaceComplexity() < ComplexityLimit)
4460     return;
4461   // Ok, we have too many of formulae on our hands to conveniently handle.
4462   // Use a rough heuristic to thin out the list.
4463
4464   // Set of Regs wich will be 100% used in final solution.
4465   // Used in each formula of a solution (in example above this is reg(c)).
4466   // We can skip them in calculations.
4467   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> UniqRegs;
4468   DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4469
4470   // Map each register to probability of not selecting
4471   DenseMap <const SCEV *, float> RegNumMap;
4472   for (const SCEV *Reg : RegUses) {
4473     if (UniqRegs.count(Reg))
4474       continue;
4475     float PNotSel = 1;
4476     for (const LSRUse &LU : Uses) {
4477       if (!LU.Regs.count(Reg))
4478         continue;
4479       float P = LU.getNotSelectedProbability(Reg);
4480       if (P != 0.0)
4481         PNotSel *= P;
4482       else
4483         UniqRegs.insert(Reg);
4484     }
4485     RegNumMap.insert(std::make_pair(Reg, PNotSel));
4486   }
4487
4488   DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by deleting costly formulas\n");
4489
4490   // Delete formulas where registers number expectation is high.
4491   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4492     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4493     // If nothing to delete - continue.
4494     if (LU.Formulae.size() < 2)
4495       continue;
4496     // This is temporary solution to test performance. Float should be
4497     // replaced with round independent type (based on integers) to avoid
4498     // different results for different target builds.
4499     float FMinRegNum = LU.Formulae[0].getNumRegs();
4500     float FMinARegNum = LU.Formulae[0].getNumRegs();
4501     size_t MinIdx = 0;
4502     for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
4503       Formula &F = LU.Formulae[i];
4504       float FRegNum = 0;
4505       float FARegNum = 0;
4506       for (const SCEV *BaseReg : F.BaseRegs) {
4507         if (UniqRegs.count(BaseReg))
4508           continue;
4509         FRegNum += RegNumMap[BaseReg] / LU.getNotSelectedProbability(BaseReg);
4510         if (isa<SCEVAddRecExpr>(BaseReg))
4511           FARegNum +=
4512               RegNumMap[BaseReg] / LU.getNotSelectedProbability(BaseReg);
4513       }
4514       if (const SCEV *ScaledReg = F.ScaledReg) {
4515         if (!UniqRegs.count(ScaledReg)) {
4516           FRegNum +=
4517               RegNumMap[ScaledReg] / LU.getNotSelectedProbability(ScaledReg);
4518           if (isa<SCEVAddRecExpr>(ScaledReg))
4519             FARegNum +=
4520                 RegNumMap[ScaledReg] / LU.getNotSelectedProbability(ScaledReg);
4521         }
4522       }
4523       if (FMinRegNum > FRegNum ||
4524           (FMinRegNum == FRegNum && FMinARegNum > FARegNum)) {
4525         FMinRegNum = FRegNum;
4526         FMinARegNum = FARegNum;
4527         MinIdx = i;
4528       }
4529     }
4530     DEBUG(dbgs() << "  The formula "; LU.Formulae[MinIdx].print(dbgs());
4531           dbgs() << " with min reg num " << FMinRegNum << '\n');
4532     if (MinIdx != 0)
4533       std::swap(LU.Formulae[MinIdx], LU.Formulae[0]);
4534     while (LU.Formulae.size() != 1) {
4535       DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; LU.Formulae.back().print(dbgs());
4536             dbgs() << '\n');
4537       LU.Formulae.pop_back();
4538     }
4539     LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
4540     assert(LU.Formulae.size() == 1 && "Should be exactly 1 min regs formula");
4541     Formula &F = LU.Formulae[0];
4542     DEBUG(dbgs() << "  Leaving only "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4543     // When we choose the formula, the regs become unique.
4544     UniqRegs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
4545     if (F.ScaledReg)
4546       UniqRegs.insert(F.ScaledReg);
4547   }
4548   DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4549   print_uses(dbgs()));
4550 }
4551
4552
4553 /// Pick a register which seems likely to be profitable, and then in any use
4554 /// which has any reference to that register, delete all formulae which do not
4555 /// reference that register.
4556 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs() {
4557   // With all other options exhausted, loop until the system is simple
4558   // enough to handle.
4559   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Taken;
4560   while (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
4561     // Ok, we have too many of formulae on our hands to conveniently handle.
4562     // Use a rough heuristic to thin out the list.
4563     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
4564
4565     // Pick the register which is used by the most LSRUses, which is likely
4566     // to be a good reuse register candidate.
4567     const SCEV *Best = nullptr;
4568     unsigned BestNum = 0;
4569     for (const SCEV *Reg : RegUses) {
4570       if (Taken.count(Reg))
4571         continue;
4572       if (!Best) {
4573         Best = Reg;
4574         BestNum = RegUses.getUsedByIndices(Reg).count();
4575       } else {
4576         unsigned Count = RegUses.getUsedByIndices(Reg).count();
4577         if (Count > BestNum) {
4578           Best = Reg;
4579           BestNum = Count;
4580         }
4581       }
4582     }
4583
4584     DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming " << *Best
4585                  << " will yield profitable reuse.\n");
4586     Taken.insert(Best);
4587
4588     // In any use with formulae which references this register, delete formulae
4589     // which don't reference it.
4590     for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
4591       LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
4592       if (!LU.Regs.count(Best)) continue;
4593
4594       bool Any = false;
4595       for (size_t i = 0, e = LU.Formulae.size(); i != e; ++i) {
4596         Formula &F = LU.Formulae[i];
4597         if (!F.referencesReg(Best)) {
4598           DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
4599           LU.DeleteFormula(F);
4600           --e;
4601           --i;
4602           Any = true;
4603           assert(e != 0 && "Use has no formulae left! Is Regs inconsistent?");
4604           continue;
4605         }
4606       }
4607
4608       if (Any)
4609         LU.RecomputeRegs(LUIdx, RegUses);
4610     }
4611
4612     DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
4613           print_uses(dbgs()));
4614   }
4615 }
4616
4617 /// If there are an extraordinary number of formulae to choose from, use some
4618 /// rough heuristics to prune down the number of formulae. This keeps the main
4619 /// solver from taking an extraordinary amount of time in some worst-case
4620 /// scenarios.
4621 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceUsingHeuristics() {
4622   NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
4623   NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
4624   NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters();
4625   if (FilterSameScaledReg)
4626     NarrowSearchSpaceByFilterFormulaWithSameScaledReg();
4627   if (LSRExpNarrow)
4628     NarrowSearchSpaceByDeletingCostlyFormulas();
4629   else
4630     NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
4631 }
4632
4633 /// This is the recursive solver.
4634 void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
4635                                Cost &SolutionCost,
4636                                SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
4637                                const Cost &CurCost,
4638                                const SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &CurRegs,
4639                                DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs) const {
4640   // Some ideas:
4641   //  - prune more:
4642   //    - use more aggressive filtering
4643   //    - sort the formula so that the most profitable solutions are found first
4644   //    - sort the uses too
4645   //  - search faster:
4646   //    - don't compute a cost, and then compare. compare while computing a cost
4647   //      and bail early.
4648   //    - track register sets with SmallBitVector
4649
4650   const LSRUse &LU = Uses[Workspace.size()];
4651
4652   // If this use references any register that's already a part of the
4653   // in-progress solution, consider it a requirement that a formula must
4654   // reference that register in order to be considered. This prunes out
4655   // unprofitable searching.
4656   SmallSetVector<const SCEV *, 4> ReqRegs;
4657   for (const SCEV *S : CurRegs)
4658     if (LU.Regs.count(S))
4659       ReqRegs.insert(S);
4660
4661   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> NewRegs;
4662   Cost NewCost;
4663   for (const Formula &F : LU.Formulae) {
4664     // Ignore formulae which may not be ideal in terms of register reuse of
4665     // ReqRegs.  The formula should use all required registers before
4666     // introducing new ones.
4667     int NumReqRegsToFind = std::min(F.getNumRegs(), ReqRegs.size());
4668     for (const SCEV *Reg : ReqRegs) {
4669       if ((F.ScaledReg && F.ScaledReg == Reg) ||
4670           is_contained(F.BaseRegs, Reg)) {
4671         --NumReqRegsToFind;
4672         if (NumReqRegsToFind == 0)
4673           break;
4674       }
4675     }
4676     if (NumReqRegsToFind != 0) {
4677       // If none of the formulae satisfied the required registers, then we could
4678       // clear ReqRegs and try again. Currently, we simply give up in this case.
4679       continue;
4680     }
4681
4682     // Evaluate the cost of the current formula. If it's already worse than
4683     // the current best, prune the search at that point.
4684     NewCost = CurCost;
4685     NewRegs = CurRegs;
4686     NewCost.RateFormula(TTI, F, NewRegs, VisitedRegs, L, SE, DT, LU);
4687     if (NewCost.isLess(SolutionCost, TTI)) {
4688       Workspace.push_back(&F);
4689       if (Workspace.size() != Uses.size()) {
4690         SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, NewCost,
4691                      NewRegs, VisitedRegs);
4692         if (F.getNumRegs() == 1 && Workspace.size() == 1)
4693           VisitedRegs.insert(F.ScaledReg ? F.ScaledReg : F.BaseRegs[0]);
4694       } else {
4695         DEBUG(dbgs() << "New best at "; NewCost.print(dbgs());
4696               dbgs() << ".\n Regs:";
4697               for (const SCEV *S : NewRegs)
4698                 dbgs() << ' ' << *S;
4699               dbgs() << '\n');
4700
4701         SolutionCost = NewCost;
4702         Solution = Workspace;
4703       }
4704       Workspace.pop_back();
4705     }
4706   }
4707 }
4708
4709 /// Choose one formula from each use. Return the results in the given Solution
4710 /// vector.
4711 void LSRInstance::Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const {
4712   SmallVector<const Formula *, 8> Workspace;
4713   Cost SolutionCost;
4714   SolutionCost.Lose();
4715   Cost CurCost;
4716   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> CurRegs;
4717   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
4718   Workspace.reserve(Uses.size());
4719
4720   // SolveRecurse does all the work.
4721   SolveRecurse(Solution, SolutionCost, Workspace, CurCost,
4722                CurRegs, VisitedRegs);
4723   if (Solution.empty()) {
4724     DEBUG(dbgs() << "\nNo Satisfactory Solution\n");
4725     return;
4726   }
4727
4728   // Ok, we've now made all our decisions.
4729   DEBUG(dbgs() << "\n"
4730                   "The chosen solution requires "; SolutionCost.print(dbgs());
4731         dbgs() << ":\n";
4732         for (size_t i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
4733           dbgs() << "  ";
4734           Uses[i].print(dbgs());
4735           dbgs() << "\n"
4736                     "    ";
4737           Solution[i]->print(dbgs());
4738           dbgs() << '\n';
4739         });
4740
4741   assert(Solution.size() == Uses.size() && "Malformed solution!");
4742 }
4743
4744 /// Helper for AdjustInsertPositionForExpand. Climb up the dominator tree far as
4745 /// we can go while still being dominated by the input positions. This helps
4746 /// canonicalize the insert position, which encourages sharing.
4747 BasicBlock::iterator
4748 LSRInstance::HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
4749                                  const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs)
4750                                                                          const {
4751   Instruction *Tentative = &*IP;
4752   while (true) {
4753     bool AllDominate = true;
4754     Instruction *BetterPos = nullptr;
4755     // Don't bother attempting to insert before a catchswitch, their basic block
4756     // cannot have other non-PHI instructions.
4757     if (isa<CatchSwitchInst>(Tentative))
4758       return IP;
4759
4760     for (Instruction *Inst : Inputs) {
4761       if (Inst == Tentative || !DT.dominates(Inst, Tentative)) {
4762         AllDominate = false;
4763         break;
4764       }
4765       // Attempt to find an insert position in the middle of the block,
4766       // instead of at the end, so that it can be used for other expansions.
4767       if (Tentative->getParent() == Inst->getParent() &&
4768           (!BetterPos || !DT.dominates(Inst, BetterPos)))
4769         BetterPos = &*std::next(BasicBlock::iterator(Inst));
4770     }
4771     if (!AllDominate)
4772       break;
4773     if (BetterPos)
4774       IP = BetterPos->getIterator();
4775     else
4776       IP = Tentative->getIterator();
4777
4778     const Loop *IPLoop = LI.getLoopFor(IP->getParent());
4779     unsigned IPLoopDepth = IPLoop ? IPLoop->getLoopDepth() : 0;
4780
4781     BasicBlock *IDom;
4782     for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(IP->getParent()); ; ) {
4783       if (!Rung) return IP;
4784       Rung = Rung->getIDom();
4785       if (!Rung) return IP;
4786       IDom = Rung->getBlock();
4787
4788       // Don't climb into a loop though.
4789       const Loop *IDomLoop = LI.getLoopFor(IDom);
4790       unsigned IDomDepth = IDomLoop ? IDomLoop->getLoopDepth() : 0;
4791       if (IDomDepth <= IPLoopDepth &&
4792           (IDomDepth != IPLoopDepth || IDomLoop == IPLoop))
4793         break;
4794     }
4795
4796     Tentative = IDom->getTerminator();
4797   }
4798
4799   return IP;
4800 }
4801
4802 /// Determine an input position which will be dominated by the operands and
4803 /// which will dominate the result.
4804 BasicBlock::iterator
4805 LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator LowestIP,
4806                                            const LSRFixup &LF,
4807                                            const LSRUse &LU,
4808                                            SCEVExpander &Rewriter) const {
4809   // Collect some instructions which must be dominated by the
4810   // expanding replacement. These must be dominated by any operands that
4811   // will be required in the expansion.
4812   SmallVector<Instruction *, 4> Inputs;
4813   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(LF.OperandValToReplace))
4814     Inputs.push_back(I);
4815   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero)
4816     if (Instruction *I =
4817           dyn_cast<Instruction>(cast<ICmpInst>(LF.UserInst)->getOperand(1)))
4818       Inputs.push_back(I);
4819   if (LF.PostIncLoops.count(L)) {
4820     if (LF.isUseFullyOutsideLoop(L))
4821       Inputs.push_back(L->getLoopLatch()->getTerminator());
4822     else
4823       Inputs.push_back(IVIncInsertPos);
4824   }
4825   // The expansion must also be dominated by the increment positions of any
4826   // loops it for which it is using post-inc mode.
4827   for (const Loop *PIL : LF.PostIncLoops) {
4828     if (PIL == L) continue;
4829
4830     // Be dominated by the loop exit.
4831     SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
4832     PIL->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
4833     if (!ExitingBlocks.empty()) {
4834       BasicBlock *BB = ExitingBlocks[0];
4835       for (unsigned i = 1, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i)
4836         BB = DT.findNearestCommonDominator(BB, ExitingBlocks[i]);
4837       Inputs.push_back(BB->getTerminator());
4838     }
4839   }
4840
4841   assert(!isa<PHINode>(LowestIP) && !LowestIP->isEHPad()
4842          && !isa<DbgInfoIntrinsic>(LowestIP) &&
4843          "Insertion point must be a normal instruction");
4844
4845   // Then, climb up the immediate dominator tree as far as we can go while
4846   // still being dominated by the input positions.
4847   BasicBlock::iterator IP = HoistInsertPosition(LowestIP, Inputs);
4848
4849   // Don't insert instructions before PHI nodes.
4850   while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
4851
4852   // Ignore landingpad instructions.
4853   while (IP->isEHPad()) ++IP;
4854
4855   // Ignore debug intrinsics.
4856   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP)) ++IP;
4857
4858   // Set IP below instructions recently inserted by SCEVExpander. This keeps the
4859   // IP consistent across expansions and allows the previously inserted
4860   // instructions to be reused by subsequent expansion.
4861   while (Rewriter.isInsertedInstruction(&*IP) && IP != LowestIP)
4862     ++IP;
4863
4864   return IP;
4865 }
4866
4867 /// Emit instructions for the leading candidate expression for this LSRUse (this
4868 /// is called "expanding").
4869 Value *LSRInstance::Expand(const LSRUse &LU, const LSRFixup &LF,
4870                            const Formula &F, BasicBlock::iterator IP,
4871                            SCEVExpander &Rewriter,
4872                            SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &DeadInsts) const {
4873   if (LU.RigidFormula)
4874     return LF.OperandValToReplace;
4875
4876   // Determine an input position which will be dominated by the operands and
4877   // which will dominate the result.
4878   IP = AdjustInsertPositionForExpand(IP, LF, LU, Rewriter);
4879   Rewriter.setInsertPoint(&*IP);
4880
4881   // Inform the Rewriter if we have a post-increment use, so that it can
4882   // perform an advantageous expansion.
4883   Rewriter.setPostInc(LF.PostIncLoops);
4884
4885   // This is the type that the user actually needs.
4886   Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
4887   // This will be the type that we'll initially expand to.
4888   Type *Ty = F.getType();
4889   if (!Ty)
4890     // No type known; just expand directly to the ultimate type.
4891     Ty = OpTy;
4892   else if (SE.getEffectiveSCEVType(Ty) == SE.getEffectiveSCEVType(OpTy))
4893     // Expand directly to the ultimate type if it's the right size.
4894     Ty = OpTy;
4895   // This is the type to do integer arithmetic in.
4896   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
4897
4898   // Build up a list of operands to add together to form the full base.
4899   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
4900
4901   // Expand the BaseRegs portion.
4902   for (const SCEV *Reg : F.BaseRegs) {
4903     assert(!Reg->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
4904
4905     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
4906     Reg = denormalizeForPostIncUse(Reg, LF.PostIncLoops, SE);
4907     Ops.push_back(SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(Reg, nullptr)));
4908   }
4909
4910   // Expand the ScaledReg portion.
4911   Value *ICmpScaledV = nullptr;
4912   if (F.Scale != 0) {
4913     const SCEV *ScaledS = F.ScaledReg;
4914
4915     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
4916     PostIncLoopSet &Loops = const_cast<PostIncLoopSet &>(LF.PostIncLoops);
4917     ScaledS = denormalizeForPostIncUse(ScaledS, Loops, SE);
4918
4919     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4920       // Expand ScaleReg as if it was part of the base regs.
4921       if (F.Scale == 1)
4922         Ops.push_back(
4923             SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, nullptr)));
4924       else {
4925         // An interesting way of "folding" with an icmp is to use a negated
4926         // scale, which we'll implement by inserting it into the other operand
4927         // of the icmp.
4928         assert(F.Scale == -1 &&
4929                "The only scale supported by ICmpZero uses is -1!");
4930         ICmpScaledV = Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, nullptr);
4931       }
4932     } else {
4933       // Otherwise just expand the scaled register and an explicit scale,
4934       // which is expected to be matched as part of the address.
4935
4936       // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting address modes.
4937       // Unless the addressing mode will not be folded.
4938       if (!Ops.empty() && LU.Kind == LSRUse::Address &&
4939           isAMCompletelyFolded(TTI, LU, F)) {
4940         Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty);
4941         Ops.clear();
4942         Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4943       }
4944       ScaledS = SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, nullptr));
4945       if (F.Scale != 1)
4946         ScaledS =
4947             SE.getMulExpr(ScaledS, SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.Scale));
4948       Ops.push_back(ScaledS);
4949     }
4950   }
4951
4952   // Expand the GV portion.
4953   if (F.BaseGV) {
4954     // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
4955     if (!Ops.empty()) {
4956       Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty);
4957       Ops.clear();
4958       Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4959     }
4960     Ops.push_back(SE.getUnknown(F.BaseGV));
4961   }
4962
4963   // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting of both folded and
4964   // unfolded offsets. LSR assumes they both live next to their uses.
4965   if (!Ops.empty()) {
4966     Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty);
4967     Ops.clear();
4968     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
4969   }
4970
4971   // Expand the immediate portion.
4972   int64_t Offset = (uint64_t)F.BaseOffset + LF.Offset;
4973   if (Offset != 0) {
4974     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
4975       // The other interesting way of "folding" with an ICmpZero is to use a
4976       // negated immediate.
4977       if (!ICmpScaledV)
4978         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offset);
4979       else {
4980         Ops.push_back(SE.getUnknown(ICmpScaledV));
4981         ICmpScaledV = ConstantInt::get(IntTy, Offset);
4982       }
4983     } else {
4984       // Just add the immediate values. These again are expected to be matched
4985       // as part of the address.
4986       Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy, Offset)));
4987     }
4988   }
4989
4990   // Expand the unfolded offset portion.
4991   int64_t UnfoldedOffset = F.UnfoldedOffset;
4992   if (UnfoldedOffset != 0) {
4993     // Just add the immediate values.
4994     Ops.push_back(SE.getUnknown(ConstantInt::getSigned(IntTy,
4995                                                        UnfoldedOffset)));
4996   }
4997
4998   // Emit instructions summing all the operands.
4999   const SCEV *FullS = Ops.empty() ?
5000                       SE.getConstant(IntTy, 0) :
5001                       SE.getAddExpr(Ops);
5002   Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(FullS, Ty);
5003
5004   // We're done expanding now, so reset the rewriter.
5005   Rewriter.clearPostInc();
5006
5007   // An ICmpZero Formula represents an ICmp which we're handling as a
5008   // comparison against zero. Now that we've expanded an expression for that
5009   // form, update the ICmp's other operand.
5010   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
5011     ICmpInst *CI = cast<ICmpInst>(LF.UserInst);
5012     DeadInsts.emplace_back(CI->getOperand(1));
5013     assert(!F.BaseGV && "ICmp does not support folding a global value and "
5014                            "a scale at the same time!");
5015     if (F.Scale == -1) {
5016       if (ICmpScaledV->getType() != OpTy) {
5017         Instruction *Cast =
5018           CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(ICmpScaledV, false,
5019                                                    OpTy, false),
5020                            ICmpScaledV, OpTy, "tmp", CI);
5021         ICmpScaledV = Cast;
5022       }
5023       CI->setOperand(1, ICmpScaledV);
5024     } else {
5025       // A scale of 1 means that the scale has been expanded as part of the
5026       // base regs.
5027       assert((F.Scale == 0 || F.Scale == 1) &&
5028              "ICmp does not support folding a global value and "
5029              "a scale at the same time!");
5030       Constant *C = ConstantInt::getSigned(SE.getEffectiveSCEVType(OpTy),
5031                                            -(uint64_t)Offset);
5032       if (C->getType() != OpTy)
5033         C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
5034                                                           OpTy, false),
5035                                   C, OpTy);
5036
5037       CI->setOperand(1, C);
5038     }
5039   }
5040
5041   return FullV;
5042 }
5043
5044 /// Helper for Rewrite. PHI nodes are special because the use of their operands
5045 /// effectively happens in their predecessor blocks, so the expression may need
5046 /// to be expanded in multiple places.
5047 void LSRInstance::RewriteForPHI(
5048     PHINode *PN, const LSRUse &LU, const LSRFixup &LF, const Formula &F,
5049     SCEVExpander &Rewriter, SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &DeadInsts) const {
5050   DenseMap<BasicBlock *, Value *> Inserted;
5051   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
5052     if (PN->getIncomingValue(i) == LF.OperandValToReplace) {
5053       BasicBlock *BB = PN->getIncomingBlock(i);
5054
5055       // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
5056       // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
5057       // is the canonical backedge for this loop, which complicates post-inc
5058       // users.
5059       if (e != 1 && BB->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
5060           !isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator()) &&
5061           !isa<CatchSwitchInst>(BB->getTerminator())) {
5062         BasicBlock *Parent = PN->getParent();
5063         Loop *PNLoop = LI.getLoopFor(Parent);
5064         if (!PNLoop || Parent != PNLoop->getHeader()) {
5065           // Split the critical edge.
5066           BasicBlock *NewBB = nullptr;
5067           if (!Parent->isLandingPad()) {
5068             NewBB = SplitCriticalEdge(BB, Parent,
5069                                       CriticalEdgeSplittingOptions(&DT, &LI)
5070                                           .setMergeIdenticalEdges()
5071                                           .setDontDeleteUselessPHIs());
5072           } else {
5073             SmallVector<BasicBlock*, 2> NewBBs;
5074             SplitLandingPadPredecessors(Parent, BB, "", "", NewBBs, &DT, &LI);
5075             NewBB = NewBBs[0];
5076           }
5077           // If NewBB==NULL, then SplitCriticalEdge refused to split because all
5078           // phi predecessors are identical. The simple thing to do is skip
5079           // splitting in this case rather than complicate the API.
5080           if (NewBB) {
5081             // If PN is outside of the loop and BB is in the loop, we want to
5082             // move the block to be immediately before the PHI block, not
5083             // immediately after BB.
5084             if (L->contains(BB) && !L->contains(PN))
5085               NewBB->moveBefore(PN->getParent());
5086
5087             // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
5088             e = PN->getNumIncomingValues();
5089             BB = NewBB;
5090             i = PN->getBasicBlockIndex(BB);
5091           }
5092         }
5093       }
5094
5095       std::pair<DenseMap<BasicBlock *, Value *>::iterator, bool> Pair =
5096         Inserted.insert(std::make_pair(BB, static_cast<Value *>(nullptr)));
5097       if (!Pair.second)
5098         PN->setIncomingValue(i, Pair.first->second);
5099       else {
5100         Value *FullV = Expand(LU, LF, F, BB->getTerminator()->getIterator(),
5101                               Rewriter, DeadInsts);
5102
5103         // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
5104         Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
5105         if (FullV->getType() != OpTy)
5106           FullV =
5107             CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false,
5108                                                      OpTy, false),
5109                              FullV, LF.OperandValToReplace->getType(),
5110                              "tmp", BB->getTerminator());
5111
5112         PN->setIncomingValue(i, FullV);
5113         Pair.first->second = FullV;
5114       }
5115     }
5116 }
5117
5118 /// Emit instructions for the leading candidate expression for this LSRUse (this
5119 /// is called "expanding"), and update the UserInst to reference the newly
5120 /// expanded value.
5121 void LSRInstance::Rewrite(const LSRUse &LU, const LSRFixup &LF,
5122                           const Formula &F, SCEVExpander &Rewriter,
5123                           SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &DeadInsts) const {
5124   // First, find an insertion point that dominates UserInst. For PHI nodes,
5125   // find the nearest block which dominates all the relevant uses.
5126   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(LF.UserInst)) {
5127     RewriteForPHI(PN, LU, LF, F, Rewriter, DeadInsts);
5128   } else {
5129     Value *FullV =
5130       Expand(LU, LF, F, LF.UserInst->getIterator(), Rewriter, DeadInsts);
5131
5132     // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
5133     Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
5134     if (FullV->getType() != OpTy) {
5135       Instruction *Cast =
5136         CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(FullV, false, OpTy, false),
5137                          FullV, OpTy, "tmp", LF.UserInst);
5138       FullV = Cast;
5139     }
5140
5141     // Update the user. ICmpZero is handled specially here (for now) because
5142     // Expand may have updated one of the operands of the icmp already, and
5143     // its new value may happen to be equal to LF.OperandValToReplace, in
5144     // which case doing replaceUsesOfWith leads to replacing both operands
5145     // with the same value. TODO: Reorganize this.
5146     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero)
5147       LF.UserInst->setOperand(0, FullV);
5148     else
5149       LF.UserInst->replaceUsesOfWith(LF.OperandValToReplace, FullV);
5150   }
5151
5152   DeadInsts.emplace_back(LF.OperandValToReplace);
5153 }
5154
5155 /// Rewrite all the fixup locations with new values, following the chosen
5156 /// solution.
5157 void LSRInstance::ImplementSolution(
5158     const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) {
5159   // Keep track of instructions we may have made dead, so that
5160   // we can remove them after we are done working.
5161   SmallVector<WeakTrackingVH, 16> DeadInsts;
5162
5163   SCEVExpander Rewriter(SE, L->getHeader()->getModule()->getDataLayout(),
5164                         "lsr");
5165 #ifndef NDEBUG
5166   Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
5167 #endif
5168   Rewriter.disableCanonicalMode();
5169   Rewriter.enableLSRMode();
5170   Rewriter.setIVIncInsertPos(L, IVIncInsertPos);
5171
5172   // Mark phi nodes that terminate chains so the expander tries to reuse them.
5173   for (const IVChain &Chain : IVChainVec) {
5174     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Chain.tailUserInst()))
5175       Rewriter.setChainedPhi(PN);
5176   }
5177
5178   // Expand the new value definitions and update the users.
5179   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx)
5180     for (const LSRFixup &Fixup : Uses[LUIdx].Fixups) {
5181       Rewrite(Uses[LUIdx], Fixup, *Solution[LUIdx], Rewriter, DeadInsts);
5182       Changed = true;
5183     }
5184
5185   for (const IVChain &Chain : IVChainVec) {
5186     GenerateIVChain(Chain, Rewriter, DeadInsts);
5187     Changed = true;
5188   }
5189   // Clean up after ourselves. This must be done before deleting any
5190   // instructions.
5191   Rewriter.clear();
5192
5193   Changed |= DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
5194 }
5195
5196 LSRInstance::LSRInstance(Loop *L, IVUsers &IU, ScalarEvolution &SE,
5197                          DominatorTree &DT, LoopInfo &LI,
5198                          const TargetTransformInfo &TTI)
5199     : IU(IU), SE(SE), DT(DT), LI(LI), TTI(TTI), L(L), Changed(false),
5200       IVIncInsertPos(nullptr) {
5201   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
5202   if (!L->isLoopSimplifyForm())
5203     return;
5204
5205   // If there's no interesting work to be done, bail early.
5206   if (IU.empty()) return;
5207
5208   // If there's too much analysis to be done, bail early. We won't be able to
5209   // model the problem anyway.
5210   unsigned NumUsers = 0;
5211   for (const IVStrideUse &U : IU) {
5212     if (++NumUsers > MaxIVUsers) {
5213       (void)U;
5214       DEBUG(dbgs() << "LSR skipping loop, too many IV Users in " << U << "\n");
5215       return;
5216     }
5217     // Bail out if we have a PHI on an EHPad that gets a value from a
5218     // CatchSwitchInst.  Because the CatchSwitchInst cannot be split, there is
5219     // no good place to stick any instructions.
5220     if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(U.getUser())) {
5221        auto *FirstNonPHI = PN->getParent()->getFirstNonPHI();
5222        if (isa<FuncletPadInst>(FirstNonPHI) ||
5223            isa<CatchSwitchInst>(FirstNonPHI))
5224          for (BasicBlock *PredBB : PN->blocks())
5225            if (isa<CatchSwitchInst>(PredBB->getFirstNonPHI()))
5226              return;
5227     }
5228   }
5229
5230 #ifndef NDEBUG
5231   // All dominating loops must have preheaders, or SCEVExpander may not be able
5232   // to materialize an AddRecExpr whose Start is an outer AddRecExpr.
5233   //
5234   // IVUsers analysis should only create users that are dominated by simple loop
5235   // headers. Since this loop should dominate all of its users, its user list
5236   // should be empty if this loop itself is not within a simple loop nest.
5237   for (DomTreeNode *Rung = DT.getNode(L->getLoopPreheader());
5238        Rung; Rung = Rung->getIDom()) {
5239     BasicBlock *BB = Rung->getBlock();
5240     const Loop *DomLoop = LI.getLoopFor(BB);
5241     if (DomLoop && DomLoop->getHeader() == BB) {
5242       assert(DomLoop->getLoopPreheader() && "LSR needs a simplified loop nest");
5243     }
5244   }
5245 #endif // DEBUG
5246
5247   DEBUG(dbgs() << "\nLSR on loop ";
5248         L->getHeader()->printAsOperand(dbgs(), /*PrintType=*/false);
5249         dbgs() << ":\n");
5250
5251   // First, perform some low-level loop optimizations.
5252   OptimizeShadowIV();
5253   OptimizeLoopTermCond();
5254
5255   // If loop preparation eliminates all interesting IV users, bail.
5256   if (IU.empty()) return;
5257
5258   // Skip nested loops until we can model them better with formulae.
5259   if (!L->empty()) {
5260     DEBUG(dbgs() << "LSR skipping outer loop " << *L << "\n");
5261     return;
5262   }
5263
5264   // Start collecting data and preparing for the solver.
5265   CollectChains();
5266   CollectInterestingTypesAndFactors();
5267   CollectFixupsAndInitialFormulae();
5268   CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae();
5269
5270   assert(!Uses.empty() && "IVUsers reported at least one use");
5271   DEBUG(dbgs() << "LSR found " << Uses.size() << " uses:\n";
5272         print_uses(dbgs()));
5273
5274   // Now use the reuse data to generate a bunch of interesting ways
5275   // to formulate the values needed for the uses.
5276   GenerateAllReuseFormulae();
5277
5278   FilterOutUndesirableDedicatedRegisters();
5279   NarrowSearchSpaceUsingHeuristics();
5280
5281   SmallVector<const Formula *, 8> Solution;
5282   Solve(Solution);
5283
5284   // Release memory that is no longer needed.
5285   Factors.clear();
5286   Types.clear();
5287   RegUses.clear();
5288
5289   if (Solution.empty())
5290     return;
5291
5292 #ifndef NDEBUG
5293   // Formulae should be legal.
5294   for (const LSRUse &LU : Uses) {
5295     for (const Formula &F : LU.Formulae)
5296       assert(isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
5297                         F) && "Illegal formula generated!");
5298   };
5299 #endif
5300
5301   // Now that we've decided what we want, make it so.
5302   ImplementSolution(Solution);
5303 }
5304
5305 void LSRInstance::print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const {
5306   if (Factors.empty() && Types.empty()) return;
5307
5308   OS << "LSR has identified the following interesting factors and types: ";
5309   bool First = true;
5310
5311   for (int64_t Factor : Factors) {
5312     if (!First) OS << ", ";
5313     First = false;
5314     OS << '*' << Factor;
5315   }
5316
5317   for (Type *Ty : Types) {
5318     if (!First) OS << ", ";
5319     First = false;
5320     OS << '(' << *Ty << ')';
5321   }
5322   OS << '\n';
5323 }
5324
5325 void LSRInstance::print_fixups(raw_ostream &OS) const {
5326   OS << "LSR is examining the following fixup sites:\n";
5327   for (const LSRUse &LU : Uses)
5328     for (const LSRFixup &LF : LU.Fixups) {
5329       dbgs() << "  ";
5330       LF.print(OS);
5331       OS << '\n';
5332     }
5333 }
5334
5335 void LSRInstance::print_uses(raw_ostream &OS) const {
5336   OS << "LSR is examining the following uses:\n";
5337   for (const LSRUse &LU : Uses) {
5338     dbgs() << "  ";
5339     LU.print(OS);
5340     OS << '\n';
5341     for (const Formula &F : LU.Formulae) {
5342       OS << "    ";
5343       F.print(OS);
5344       OS << '\n';
5345     }
5346   }
5347 }
5348
5349 void LSRInstance::print(raw_ostream &OS) const {
5350   print_factors_and_types(OS);
5351   print_fixups(OS);
5352   print_uses(OS);
5353 }
5354
5355 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
5356 LLVM_DUMP_METHOD void LSRInstance::dump() const {
5357   print(errs()); errs() << '\n';
5358 }
5359 #endif
5360
5361 namespace {
5362
5363 class LoopStrengthReduce : public LoopPass {
5364 public:
5365   static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
5366
5367   LoopStrengthReduce();
5368
5369 private:
5370   bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) override;
5371   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
5372 };
5373
5374 } // end anonymous namespace
5375
5376 LoopStrengthReduce::LoopStrengthReduce() : LoopPass(ID) {
5377   initializeLoopStrengthReducePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
5378 }
5379
5380 void LoopStrengthReduce::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
5381   // We split critical edges, so we change the CFG.  However, we do update
5382   // many analyses if they are around.
5383   AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
5384
5385   AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
5386   AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
5387   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
5388   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
5389   AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
5390   AU.addRequired<ScalarEvolutionWrapperPass>();
5391   AU.addPreserved<ScalarEvolutionWrapperPass>();
5392   // Requiring LoopSimplify a second time here prevents IVUsers from running
5393   // twice, since LoopSimplify was invalidated by running ScalarEvolution.
5394   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
5395   AU.addRequired<IVUsersWrapperPass>();
5396   AU.addPreserved<IVUsersWrapperPass>();
5397   AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
5398 }
5399
5400 static bool ReduceLoopStrength(Loop *L, IVUsers &IU, ScalarEvolution &SE,
5401                                DominatorTree &DT, LoopInfo &LI,
5402                                const TargetTransformInfo &TTI) {
5403   bool Changed = false;
5404
5405   // Run the main LSR transformation.
5406   Changed |= LSRInstance(L, IU, SE, DT, LI, TTI).getChanged();
5407
5408   // Remove any extra phis created by processing inner loops.
5409   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
5410   if (EnablePhiElim && L->isLoopSimplifyForm()) {
5411     SmallVector<WeakTrackingVH, 16> DeadInsts;
5412     const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
5413     SCEVExpander Rewriter(SE, DL, "lsr");
5414 #ifndef NDEBUG
5415     Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
5416 #endif
5417     unsigned numFolded = Rewriter.replaceCongruentIVs(L, &DT, DeadInsts, &TTI);
5418     if (numFolded) {
5419       Changed = true;
5420       DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
5421       DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
5422     }
5423   }
5424   return Changed;
5425 }
5426
5427 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
5428   if (skipLoop(L))
5429     return false;
5430
5431   auto &IU = getAnalysis<IVUsersWrapperPass>().getIU();
5432   auto &SE = getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
5433   auto &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
5434   auto &LI = getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
5435   const auto &TTI = getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(
5436       *L->getHeader()->getParent());
5437   return ReduceLoopStrength(L, IU, SE, DT, LI, TTI);
5438 }
5439
5440 PreservedAnalyses LoopStrengthReducePass::run(Loop &L, LoopAnalysisManager &AM,
5441                                               LoopStandardAnalysisResults &AR,
5442                                               LPMUpdater &) {
5443   if (!ReduceLoopStrength(&L, AM.getResult<IVUsersAnalysis>(L, AR), AR.SE,
5444                           AR.DT, AR.LI, AR.TTI))
5445     return PreservedAnalyses::all();
5446
5447   return getLoopPassPreservedAnalyses();
5448 }
5449
5450 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
5451 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
5452                       "Loop Strength Reduction", false, false)
5453 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
5454 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
5455 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolutionWrapperPass)
5456 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(IVUsersWrapperPass)
5457 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
5458 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
5459 INITIALIZE_PASS_END(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
5460                     "Loop Strength Reduction", false, false)
5461
5462 Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass() { return new LoopStrengthReduce(); }