]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Vectorize/LoopVectorize.cpp
Upgrade our copies of clang, llvm, lld and lldb to r309439 from the
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Vectorize / LoopVectorize.cpp
1 //===- LoopVectorize.cpp - A Loop Vectorizer ------------------------------===//
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 is the LLVM loop vectorizer. This pass modifies 'vectorizable' loops
11 // and generates target-independent LLVM-IR.
12 // The vectorizer uses the TargetTransformInfo analysis to estimate the costs
13 // of instructions in order to estimate the profitability of vectorization.
14 //
15 // The loop vectorizer combines consecutive loop iterations into a single
16 // 'wide' iteration. After this transformation the index is incremented
17 // by the SIMD vector width, and not by one.
18 //
19 // This pass has three parts:
20 // 1. The main loop pass that drives the different parts.
21 // 2. LoopVectorizationLegality - A unit that checks for the legality
22 //    of the vectorization.
23 // 3. InnerLoopVectorizer - A unit that performs the actual
24 //    widening of instructions.
25 // 4. LoopVectorizationCostModel - A unit that checks for the profitability
26 //    of vectorization. It decides on the optimal vector width, which
27 //    can be one, if vectorization is not profitable.
28 //
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30 //
31 // The reduction-variable vectorization is based on the paper:
32 //  D. Nuzman and R. Henderson. Multi-platform Auto-vectorization.
33 //
34 // Variable uniformity checks are inspired by:
35 //  Karrenberg, R. and Hack, S. Whole Function Vectorization.
36 //
37 // The interleaved access vectorization is based on the paper:
38 //  Dorit Nuzman, Ira Rosen and Ayal Zaks.  Auto-Vectorization of Interleaved
39 //  Data for SIMD
40 //
41 // Other ideas/concepts are from:
42 //  A. Zaks and D. Nuzman. Autovectorization in GCC-two years later.
43 //
44 //  S. Maleki, Y. Gao, M. Garzaran, T. Wong and D. Padua.  An Evaluation of
45 //  Vectorizing Compilers.
46 //
47 //===----------------------------------------------------------------------===//
48
49 #include "llvm/Transforms/Vectorize/LoopVectorize.h"
50 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
51 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
52 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
53 #include "llvm/ADT/Optional.h"
54 #include "llvm/ADT/SCCIterator.h"
55 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
56 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
57 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
58 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
59 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
60 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
61 #include "llvm/Analysis/CodeMetrics.h"
62 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
63 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
64 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
65 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
66 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
67 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
68 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
69 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
70 #include "llvm/IR/Constants.h"
71 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
72 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
73 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
74 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
75 #include "llvm/IR/Dominators.h"
76 #include "llvm/IR/Function.h"
77 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
78 #include "llvm/IR/Instructions.h"
79 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
80 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
81 #include "llvm/IR/Module.h"
82 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
83 #include "llvm/IR/Type.h"
84 #include "llvm/IR/User.h"
85 #include "llvm/IR/Value.h"
86 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
87 #include "llvm/IR/Verifier.h"
88 #include "llvm/Pass.h"
89 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
90 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
91 #include "llvm/Support/Debug.h"
92 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
93 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
94 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
95 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
96 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopSimplify.h"
97 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
98 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopVersioning.h"
99 #include "llvm/Transforms/Vectorize.h"
100 #include <algorithm>
101 #include <map>
102 #include <tuple>
103
104 using namespace llvm;
105 using namespace llvm::PatternMatch;
106
107 #define LV_NAME "loop-vectorize"
108 #define DEBUG_TYPE LV_NAME
109
110 STATISTIC(LoopsVectorized, "Number of loops vectorized");
111 STATISTIC(LoopsAnalyzed, "Number of loops analyzed for vectorization");
112
113 static cl::opt<bool>
114     EnableIfConversion("enable-if-conversion", cl::init(true), cl::Hidden,
115                        cl::desc("Enable if-conversion during vectorization."));
116
117 /// Loops with a known constant trip count below this number are vectorized only
118 /// if no scalar iteration overheads are incurred.
119 static cl::opt<unsigned> TinyTripCountVectorThreshold(
120     "vectorizer-min-trip-count", cl::init(16), cl::Hidden,
121     cl::desc("Loops with a constant trip count that is smaller than this "
122              "value are vectorized only if no scalar iteration overheads "
123              "are incurred."));
124
125 static cl::opt<bool> MaximizeBandwidth(
126     "vectorizer-maximize-bandwidth", cl::init(false), cl::Hidden,
127     cl::desc("Maximize bandwidth when selecting vectorization factor which "
128              "will be determined by the smallest type in loop."));
129
130 static cl::opt<bool> EnableInterleavedMemAccesses(
131     "enable-interleaved-mem-accesses", cl::init(false), cl::Hidden,
132     cl::desc("Enable vectorization on interleaved memory accesses in a loop"));
133
134 /// Maximum factor for an interleaved memory access.
135 static cl::opt<unsigned> MaxInterleaveGroupFactor(
136     "max-interleave-group-factor", cl::Hidden,
137     cl::desc("Maximum factor for an interleaved access group (default = 8)"),
138     cl::init(8));
139
140 /// We don't interleave loops with a known constant trip count below this
141 /// number.
142 static const unsigned TinyTripCountInterleaveThreshold = 128;
143
144 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumScalarRegs(
145     "force-target-num-scalar-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
146     cl::desc("A flag that overrides the target's number of scalar registers."));
147
148 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumVectorRegs(
149     "force-target-num-vector-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
150     cl::desc("A flag that overrides the target's number of vector registers."));
151
152 /// Maximum vectorization interleave count.
153 static const unsigned MaxInterleaveFactor = 16;
154
155 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor(
156     "force-target-max-scalar-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
157     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
158              "scalar loops."));
159
160 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor(
161     "force-target-max-vector-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
162     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
163              "vectorized loops."));
164
165 static cl::opt<unsigned> ForceTargetInstructionCost(
166     "force-target-instruction-cost", cl::init(0), cl::Hidden,
167     cl::desc("A flag that overrides the target's expected cost for "
168              "an instruction to a single constant value. Mostly "
169              "useful for getting consistent testing."));
170
171 static cl::opt<unsigned> SmallLoopCost(
172     "small-loop-cost", cl::init(20), cl::Hidden,
173     cl::desc(
174         "The cost of a loop that is considered 'small' by the interleaver."));
175
176 static cl::opt<bool> LoopVectorizeWithBlockFrequency(
177     "loop-vectorize-with-block-frequency", cl::init(false), cl::Hidden,
178     cl::desc("Enable the use of the block frequency analysis to access PGO "
179              "heuristics minimizing code growth in cold regions and being more "
180              "aggressive in hot regions."));
181
182 // Runtime interleave loops for load/store throughput.
183 static cl::opt<bool> EnableLoadStoreRuntimeInterleave(
184     "enable-loadstore-runtime-interleave", cl::init(true), cl::Hidden,
185     cl::desc(
186         "Enable runtime interleaving until load/store ports are saturated"));
187
188 /// The number of stores in a loop that are allowed to need predication.
189 static cl::opt<unsigned> NumberOfStoresToPredicate(
190     "vectorize-num-stores-pred", cl::init(1), cl::Hidden,
191     cl::desc("Max number of stores to be predicated behind an if."));
192
193 static cl::opt<bool> EnableIndVarRegisterHeur(
194     "enable-ind-var-reg-heur", cl::init(true), cl::Hidden,
195     cl::desc("Count the induction variable only once when interleaving"));
196
197 static cl::opt<bool> EnableCondStoresVectorization(
198     "enable-cond-stores-vec", cl::init(true), cl::Hidden,
199     cl::desc("Enable if predication of stores during vectorization."));
200
201 static cl::opt<unsigned> MaxNestedScalarReductionIC(
202     "max-nested-scalar-reduction-interleave", cl::init(2), cl::Hidden,
203     cl::desc("The maximum interleave count to use when interleaving a scalar "
204              "reduction in a nested loop."));
205
206 static cl::opt<unsigned> PragmaVectorizeMemoryCheckThreshold(
207     "pragma-vectorize-memory-check-threshold", cl::init(128), cl::Hidden,
208     cl::desc("The maximum allowed number of runtime memory checks with a "
209              "vectorize(enable) pragma."));
210
211 static cl::opt<unsigned> VectorizeSCEVCheckThreshold(
212     "vectorize-scev-check-threshold", cl::init(16), cl::Hidden,
213     cl::desc("The maximum number of SCEV checks allowed."));
214
215 static cl::opt<unsigned> PragmaVectorizeSCEVCheckThreshold(
216     "pragma-vectorize-scev-check-threshold", cl::init(128), cl::Hidden,
217     cl::desc("The maximum number of SCEV checks allowed with a "
218              "vectorize(enable) pragma"));
219
220 /// Create an analysis remark that explains why vectorization failed
221 ///
222 /// \p PassName is the name of the pass (e.g. can be AlwaysPrint).  \p
223 /// RemarkName is the identifier for the remark.  If \p I is passed it is an
224 /// instruction that prevents vectorization.  Otherwise \p TheLoop is used for
225 /// the location of the remark.  \return the remark object that can be
226 /// streamed to.
227 static OptimizationRemarkAnalysis
228 createMissedAnalysis(const char *PassName, StringRef RemarkName, Loop *TheLoop,
229                      Instruction *I = nullptr) {
230   Value *CodeRegion = TheLoop->getHeader();
231   DebugLoc DL = TheLoop->getStartLoc();
232
233   if (I) {
234     CodeRegion = I->getParent();
235     // If there is no debug location attached to the instruction, revert back to
236     // using the loop's.
237     if (I->getDebugLoc())
238       DL = I->getDebugLoc();
239   }
240
241   OptimizationRemarkAnalysis R(PassName, RemarkName, DL, CodeRegion);
242   R << "loop not vectorized: ";
243   return R;
244 }
245
246 namespace {
247
248 // Forward declarations.
249 class LoopVectorizeHints;
250 class LoopVectorizationLegality;
251 class LoopVectorizationCostModel;
252 class LoopVectorizationRequirements;
253
254 /// Returns true if the given loop body has a cycle, excluding the loop
255 /// itself.
256 static bool hasCyclesInLoopBody(const Loop &L) {
257   if (!L.empty())
258     return true;
259
260   for (const auto &SCC :
261        make_range(scc_iterator<Loop, LoopBodyTraits>::begin(L),
262                   scc_iterator<Loop, LoopBodyTraits>::end(L))) {
263     if (SCC.size() > 1) {
264       DEBUG(dbgs() << "LVL: Detected a cycle in the loop body:\n");
265       DEBUG(L.dump());
266       return true;
267     }
268   }
269   return false;
270 }
271
272 /// A helper function for converting Scalar types to vector types.
273 /// If the incoming type is void, we return void. If the VF is 1, we return
274 /// the scalar type.
275 static Type *ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF) {
276   if (Scalar->isVoidTy() || VF == 1)
277     return Scalar;
278   return VectorType::get(Scalar, VF);
279 }
280
281 // FIXME: The following helper functions have multiple implementations
282 // in the project. They can be effectively organized in a common Load/Store
283 // utilities unit.
284
285 /// A helper function that returns the pointer operand of a load or store
286 /// instruction.
287 static Value *getPointerOperand(Value *I) {
288   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
289     return LI->getPointerOperand();
290   if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
291     return SI->getPointerOperand();
292   return nullptr;
293 }
294
295 /// A helper function that returns the type of loaded or stored value.
296 static Type *getMemInstValueType(Value *I) {
297   assert((isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I)) &&
298          "Expected Load or Store instruction");
299   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
300     return LI->getType();
301   return cast<StoreInst>(I)->getValueOperand()->getType();
302 }
303
304 /// A helper function that returns the alignment of load or store instruction.
305 static unsigned getMemInstAlignment(Value *I) {
306   assert((isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I)) &&
307          "Expected Load or Store instruction");
308   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
309     return LI->getAlignment();
310   return cast<StoreInst>(I)->getAlignment();
311 }
312
313 /// A helper function that returns the address space of the pointer operand of
314 /// load or store instruction.
315 static unsigned getMemInstAddressSpace(Value *I) {
316   assert((isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I)) &&
317          "Expected Load or Store instruction");
318   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
319     return LI->getPointerAddressSpace();
320   return cast<StoreInst>(I)->getPointerAddressSpace();
321 }
322
323 /// A helper function that returns true if the given type is irregular. The
324 /// type is irregular if its allocated size doesn't equal the store size of an
325 /// element of the corresponding vector type at the given vectorization factor.
326 static bool hasIrregularType(Type *Ty, const DataLayout &DL, unsigned VF) {
327
328   // Determine if an array of VF elements of type Ty is "bitcast compatible"
329   // with a <VF x Ty> vector.
330   if (VF > 1) {
331     auto *VectorTy = VectorType::get(Ty, VF);
332     return VF * DL.getTypeAllocSize(Ty) != DL.getTypeStoreSize(VectorTy);
333   }
334
335   // If the vectorization factor is one, we just check if an array of type Ty
336   // requires padding between elements.
337   return DL.getTypeAllocSizeInBits(Ty) != DL.getTypeSizeInBits(Ty);
338 }
339
340 /// A helper function that returns the reciprocal of the block probability of
341 /// predicated blocks. If we return X, we are assuming the predicated block
342 /// will execute once for for every X iterations of the loop header.
343 ///
344 /// TODO: We should use actual block probability here, if available. Currently,
345 ///       we always assume predicated blocks have a 50% chance of executing.
346 static unsigned getReciprocalPredBlockProb() { return 2; }
347
348 /// A helper function that adds a 'fast' flag to floating-point operations.
349 static Value *addFastMathFlag(Value *V) {
350   if (isa<FPMathOperator>(V)) {
351     FastMathFlags Flags;
352     Flags.setUnsafeAlgebra();
353     cast<Instruction>(V)->setFastMathFlags(Flags);
354   }
355   return V;
356 }
357
358 /// A helper function that returns an integer or floating-point constant with
359 /// value C.
360 static Constant *getSignedIntOrFpConstant(Type *Ty, int64_t C) {
361   return Ty->isIntegerTy() ? ConstantInt::getSigned(Ty, C)
362                            : ConstantFP::get(Ty, C);
363 }
364
365 /// InnerLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
366 /// block to a specified vectorization factor (VF).
367 /// This class performs the widening of scalars into vectors, or multiple
368 /// scalars. This class also implements the following features:
369 /// * It inserts an epilogue loop for handling loops that don't have iteration
370 ///   counts that are known to be a multiple of the vectorization factor.
371 /// * It handles the code generation for reduction variables.
372 /// * Scalarization (implementation using scalars) of un-vectorizable
373 ///   instructions.
374 /// InnerLoopVectorizer does not perform any vectorization-legality
375 /// checks, and relies on the caller to check for the different legality
376 /// aspects. The InnerLoopVectorizer relies on the
377 /// LoopVectorizationLegality class to provide information about the induction
378 /// and reduction variables that were found to a given vectorization factor.
379 class InnerLoopVectorizer {
380 public:
381   InnerLoopVectorizer(Loop *OrigLoop, PredicatedScalarEvolution &PSE,
382                       LoopInfo *LI, DominatorTree *DT,
383                       const TargetLibraryInfo *TLI,
384                       const TargetTransformInfo *TTI, AssumptionCache *AC,
385                       OptimizationRemarkEmitter *ORE, unsigned VecWidth,
386                       unsigned UnrollFactor, LoopVectorizationLegality *LVL,
387                       LoopVectorizationCostModel *CM)
388       : OrigLoop(OrigLoop), PSE(PSE), LI(LI), DT(DT), TLI(TLI), TTI(TTI),
389         AC(AC), ORE(ORE), VF(VecWidth), UF(UnrollFactor),
390         Builder(PSE.getSE()->getContext()), Induction(nullptr),
391         OldInduction(nullptr), VectorLoopValueMap(UnrollFactor, VecWidth),
392         TripCount(nullptr), VectorTripCount(nullptr), Legal(LVL), Cost(CM),
393         AddedSafetyChecks(false) {}
394
395   /// Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
396   void createVectorizedLoopSkeleton();
397
398   /// Vectorize a single instruction within the innermost loop.
399   void vectorizeInstruction(Instruction &I);
400
401   /// Fix the vectorized code, taking care of header phi's, live-outs, and more.
402   void fixVectorizedLoop();
403
404   // Return true if any runtime check is added.
405   bool areSafetyChecksAdded() { return AddedSafetyChecks; }
406
407   virtual ~InnerLoopVectorizer() {}
408
409 protected:
410   /// A small list of PHINodes.
411   typedef SmallVector<PHINode *, 4> PhiVector;
412
413   /// A type for vectorized values in the new loop. Each value from the
414   /// original loop, when vectorized, is represented by UF vector values in the
415   /// new unrolled loop, where UF is the unroll factor.
416   typedef SmallVector<Value *, 2> VectorParts;
417
418   /// A type for scalarized values in the new loop. Each value from the
419   /// original loop, when scalarized, is represented by UF x VF scalar values
420   /// in the new unrolled loop, where UF is the unroll factor and VF is the
421   /// vectorization factor.
422   typedef SmallVector<SmallVector<Value *, 4>, 2> ScalarParts;
423
424   // When we if-convert we need to create edge masks. We have to cache values
425   // so that we don't end up with exponential recursion/IR.
426   typedef DenseMap<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>, VectorParts>
427       EdgeMaskCacheTy;
428   typedef DenseMap<BasicBlock *, VectorParts> BlockMaskCacheTy;
429
430   /// Set up the values of the IVs correctly when exiting the vector loop.
431   void fixupIVUsers(PHINode *OrigPhi, const InductionDescriptor &II,
432                     Value *CountRoundDown, Value *EndValue,
433                     BasicBlock *MiddleBlock);
434
435   /// Create a new induction variable inside L.
436   PHINode *createInductionVariable(Loop *L, Value *Start, Value *End,
437                                    Value *Step, Instruction *DL);
438
439   /// Handle all cross-iteration phis in the header.
440   void fixCrossIterationPHIs();
441
442   /// Fix a first-order recurrence. This is the second phase of vectorizing
443   /// this phi node.
444   void fixFirstOrderRecurrence(PHINode *Phi);
445
446   /// Fix a reduction cross-iteration phi. This is the second phase of
447   /// vectorizing this phi node.
448   void fixReduction(PHINode *Phi);
449
450   /// \brief The Loop exit block may have single value PHI nodes with some
451   /// incoming value. While vectorizing we only handled real values
452   /// that were defined inside the loop and we should have one value for
453   /// each predecessor of its parent basic block. See PR14725.
454   void fixLCSSAPHIs();
455
456   /// Iteratively sink the scalarized operands of a predicated instruction into
457   /// the block that was created for it.
458   void sinkScalarOperands(Instruction *PredInst);
459
460   /// Predicate conditional instructions that require predication on their
461   /// respective conditions.
462   void predicateInstructions();
463
464   /// Shrinks vector element sizes to the smallest bitwidth they can be legally
465   /// represented as.
466   void truncateToMinimalBitwidths();
467
468   /// A helper function that computes the predicate of the block BB, assuming
469   /// that the header block of the loop is set to True. It returns the *entry*
470   /// mask for the block BB.
471   VectorParts createBlockInMask(BasicBlock *BB);
472   /// A helper function that computes the predicate of the edge between SRC
473   /// and DST.
474   VectorParts createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst);
475
476   /// Vectorize a single PHINode in a block. This method handles the induction
477   /// variable canonicalization. It supports both VF = 1 for unrolled loops and
478   /// arbitrary length vectors.
479   void widenPHIInstruction(Instruction *PN, unsigned UF, unsigned VF);
480
481   /// Insert the new loop to the loop hierarchy and pass manager
482   /// and update the analysis passes.
483   void updateAnalysis();
484
485   /// This instruction is un-vectorizable. Implement it as a sequence
486   /// of scalars. If \p IfPredicateInstr is true we need to 'hide' each
487   /// scalarized instruction behind an if block predicated on the control
488   /// dependence of the instruction.
489   void scalarizeInstruction(Instruction *Instr, bool IfPredicateInstr = false);
490
491   /// Vectorize Load and Store instructions,
492   virtual void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr);
493
494   /// Create a broadcast instruction. This method generates a broadcast
495   /// instruction (shuffle) for loop invariant values and for the induction
496   /// value. If this is the induction variable then we extend it to N, N+1, ...
497   /// this is needed because each iteration in the loop corresponds to a SIMD
498   /// element.
499   virtual Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
500
501   /// This function adds (StartIdx, StartIdx + Step, StartIdx + 2*Step, ...)
502   /// to each vector element of Val. The sequence starts at StartIndex.
503   /// \p Opcode is relevant for FP induction variable.
504   virtual Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
505                                Instruction::BinaryOps Opcode =
506                                Instruction::BinaryOpsEnd);
507
508   /// Compute scalar induction steps. \p ScalarIV is the scalar induction
509   /// variable on which to base the steps, \p Step is the size of the step, and
510   /// \p EntryVal is the value from the original loop that maps to the steps.
511   /// Note that \p EntryVal doesn't have to be an induction variable (e.g., it
512   /// can be a truncate instruction).
513   void buildScalarSteps(Value *ScalarIV, Value *Step, Value *EntryVal,
514                         const InductionDescriptor &ID);
515
516   /// Create a vector induction phi node based on an existing scalar one. \p
517   /// EntryVal is the value from the original loop that maps to the vector phi
518   /// node, and \p Step is the loop-invariant step. If \p EntryVal is a
519   /// truncate instruction, instead of widening the original IV, we widen a
520   /// version of the IV truncated to \p EntryVal's type.
521   void createVectorIntOrFpInductionPHI(const InductionDescriptor &II,
522                                        Value *Step, Instruction *EntryVal);
523
524   /// Widen an integer or floating-point induction variable \p IV. If \p Trunc
525   /// is provided, the integer induction variable will first be truncated to
526   /// the corresponding type.
527   void widenIntOrFpInduction(PHINode *IV, TruncInst *Trunc = nullptr);
528
529   /// Returns true if an instruction \p I should be scalarized instead of
530   /// vectorized for the chosen vectorization factor.
531   bool shouldScalarizeInstruction(Instruction *I) const;
532
533   /// Returns true if we should generate a scalar version of \p IV.
534   bool needsScalarInduction(Instruction *IV) const;
535
536   /// getOrCreateVectorValue and getOrCreateScalarValue coordinate to generate a
537   /// vector or scalar value on-demand if one is not yet available. When
538   /// vectorizing a loop, we visit the definition of an instruction before its
539   /// uses. When visiting the definition, we either vectorize or scalarize the
540   /// instruction, creating an entry for it in the corresponding map. (In some
541   /// cases, such as induction variables, we will create both vector and scalar
542   /// entries.) Then, as we encounter uses of the definition, we derive values
543   /// for each scalar or vector use unless such a value is already available.
544   /// For example, if we scalarize a definition and one of its uses is vector,
545   /// we build the required vector on-demand with an insertelement sequence
546   /// when visiting the use. Otherwise, if the use is scalar, we can use the
547   /// existing scalar definition.
548   ///
549   /// Return a value in the new loop corresponding to \p V from the original
550   /// loop at unroll index \p Part. If the value has already been vectorized,
551   /// the corresponding vector entry in VectorLoopValueMap is returned. If,
552   /// however, the value has a scalar entry in VectorLoopValueMap, we construct
553   /// a new vector value on-demand by inserting the scalar values into a vector
554   /// with an insertelement sequence. If the value has been neither vectorized
555   /// nor scalarized, it must be loop invariant, so we simply broadcast the
556   /// value into a vector.
557   Value *getOrCreateVectorValue(Value *V, unsigned Part);
558
559   /// Return a value in the new loop corresponding to \p V from the original
560   /// loop at unroll index \p Part and vector index \p Lane. If the value has
561   /// been vectorized but not scalarized, the necessary extractelement
562   /// instruction will be generated.
563   Value *getOrCreateScalarValue(Value *V, unsigned Part, unsigned Lane);
564
565   /// Try to vectorize the interleaved access group that \p Instr belongs to.
566   void vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr);
567
568   /// Generate a shuffle sequence that will reverse the vector Vec.
569   virtual Value *reverseVector(Value *Vec);
570
571   /// Returns (and creates if needed) the original loop trip count.
572   Value *getOrCreateTripCount(Loop *NewLoop);
573
574   /// Returns (and creates if needed) the trip count of the widened loop.
575   Value *getOrCreateVectorTripCount(Loop *NewLoop);
576
577   /// Emit a bypass check to see if the vector trip count is zero, including if
578   /// it overflows.
579   void emitMinimumIterationCountCheck(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
580   /// Emit a bypass check to see if all of the SCEV assumptions we've
581   /// had to make are correct.
582   void emitSCEVChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
583   /// Emit bypass checks to check any memory assumptions we may have made.
584   void emitMemRuntimeChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
585
586   /// Add additional metadata to \p To that was not present on \p Orig.
587   ///
588   /// Currently this is used to add the noalias annotations based on the
589   /// inserted memchecks.  Use this for instructions that are *cloned* into the
590   /// vector loop.
591   void addNewMetadata(Instruction *To, const Instruction *Orig);
592
593   /// Add metadata from one instruction to another.
594   ///
595   /// This includes both the original MDs from \p From and additional ones (\see
596   /// addNewMetadata).  Use this for *newly created* instructions in the vector
597   /// loop.
598   void addMetadata(Instruction *To, Instruction *From);
599
600   /// \brief Similar to the previous function but it adds the metadata to a
601   /// vector of instructions.
602   void addMetadata(ArrayRef<Value *> To, Instruction *From);
603
604   /// \brief Set the debug location in the builder using the debug location in
605   /// the instruction.
606   void setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr);
607
608   /// This is a helper class for maintaining vectorization state. It's used for
609   /// mapping values from the original loop to their corresponding values in
610   /// the new loop. Two mappings are maintained: one for vectorized values and
611   /// one for scalarized values. Vectorized values are represented with UF
612   /// vector values in the new loop, and scalarized values are represented with
613   /// UF x VF scalar values in the new loop. UF and VF are the unroll and
614   /// vectorization factors, respectively.
615   ///
616   /// Entries can be added to either map with setVectorValue and setScalarValue,
617   /// which assert that an entry was not already added before. If an entry is to
618   /// replace an existing one, call resetVectorValue. This is currently needed
619   /// to modify the mapped values during "fix-up" operations that occur once the
620   /// first phase of widening is complete. These operations include type
621   /// truncation and the second phase of recurrence widening.
622   ///
623   /// Entries from either map can be retrieved using the getVectorValue and
624   /// getScalarValue functions, which assert that the desired value exists.
625
626   struct ValueMap {
627
628     /// Construct an empty map with the given unroll and vectorization factors.
629     ValueMap(unsigned UF, unsigned VF) : UF(UF), VF(VF) {}
630
631     /// \return True if the map has any vector entry for \p Key.
632     bool hasAnyVectorValue(Value *Key) const {
633       return VectorMapStorage.count(Key);
634     }
635
636     /// \return True if the map has a vector entry for \p Key and \p Part.
637     bool hasVectorValue(Value *Key, unsigned Part) const {
638       assert(Part < UF && "Queried Vector Part is too large.");
639       if (!hasAnyVectorValue(Key))
640         return false;
641       const VectorParts &Entry = VectorMapStorage.find(Key)->second;
642       assert(Entry.size() == UF && "VectorParts has wrong dimensions.");
643       return Entry[Part] != nullptr;
644     }
645
646     /// \return True if the map has any scalar entry for \p Key.
647     bool hasAnyScalarValue(Value *Key) const {
648       return ScalarMapStorage.count(Key);
649     }
650
651     /// \return True if the map has a scalar entry for \p Key, \p Part and
652     /// \p Part.
653     bool hasScalarValue(Value *Key, unsigned Part, unsigned Lane) const {
654       assert(Part < UF && "Queried Scalar Part is too large.");
655       assert(Lane < VF && "Queried Scalar Lane is too large.");
656       if (!hasAnyScalarValue(Key))
657         return false;
658       const ScalarParts &Entry = ScalarMapStorage.find(Key)->second;
659       assert(Entry.size() == UF && "ScalarParts has wrong dimensions.");
660       assert(Entry[Part].size() == VF && "ScalarParts has wrong dimensions.");
661       return Entry[Part][Lane] != nullptr;
662     }
663
664     /// Retrieve the existing vector value that corresponds to \p Key and
665     /// \p Part.
666     Value *getVectorValue(Value *Key, unsigned Part) {
667       assert(hasVectorValue(Key, Part) && "Getting non-existent value.");
668       return VectorMapStorage[Key][Part];
669     }
670
671     /// Retrieve the existing scalar value that corresponds to \p Key, \p Part
672     /// and \p Lane.
673     Value *getScalarValue(Value *Key, unsigned Part, unsigned Lane) {
674       assert(hasScalarValue(Key, Part, Lane) && "Getting non-existent value.");
675       return ScalarMapStorage[Key][Part][Lane];
676     }
677
678     /// Set a vector value associated with \p Key and \p Part. Assumes such a
679     /// value is not already set. If it is, use resetVectorValue() instead.
680     void setVectorValue(Value *Key, unsigned Part, Value *Vector) {
681       assert(!hasVectorValue(Key, Part) && "Vector value already set for part");
682       if (!VectorMapStorage.count(Key)) {
683         VectorParts Entry(UF);
684         VectorMapStorage[Key] = Entry;
685       }
686       VectorMapStorage[Key][Part] = Vector;
687     }
688
689     /// Set a scalar value associated with \p Key for \p Part and \p Lane.
690     /// Assumes such a value is not already set.
691     void setScalarValue(Value *Key, unsigned Part, unsigned Lane,
692                         Value *Scalar) {
693       assert(!hasScalarValue(Key, Part, Lane) && "Scalar value already set");
694       if (!ScalarMapStorage.count(Key)) {
695         ScalarParts Entry(UF);
696         for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
697           Entry[Part].resize(VF, nullptr);
698           // TODO: Consider storing uniform values only per-part, as they occupy
699           //       lane 0 only, keeping the other VF-1 redundant entries null.
700         ScalarMapStorage[Key] = Entry;
701       }
702       ScalarMapStorage[Key][Part][Lane] = Scalar;
703     }
704
705     /// Reset the vector value associated with \p Key for the given \p Part.
706     /// This function can be used to update values that have already been
707     /// vectorized. This is the case for "fix-up" operations including type
708     /// truncation and the second phase of recurrence vectorization.
709     void resetVectorValue(Value *Key, unsigned Part, Value *Vector) {
710       assert(hasVectorValue(Key, Part) && "Vector value not set for part");
711       VectorMapStorage[Key][Part] = Vector;
712     }
713
714   private:
715     /// The unroll factor. Each entry in the vector map contains UF vector
716     /// values.
717     unsigned UF;
718
719     /// The vectorization factor. Each entry in the scalar map contains UF x VF
720     /// scalar values.
721     unsigned VF;
722
723     /// The vector and scalar map storage. We use std::map and not DenseMap
724     /// because insertions to DenseMap invalidate its iterators.
725     std::map<Value *, VectorParts> VectorMapStorage;
726     std::map<Value *, ScalarParts> ScalarMapStorage;
727   };
728
729   /// The original loop.
730   Loop *OrigLoop;
731   /// A wrapper around ScalarEvolution used to add runtime SCEV checks. Applies
732   /// dynamic knowledge to simplify SCEV expressions and converts them to a
733   /// more usable form.
734   PredicatedScalarEvolution &PSE;
735   /// Loop Info.
736   LoopInfo *LI;
737   /// Dominator Tree.
738   DominatorTree *DT;
739   /// Alias Analysis.
740   AliasAnalysis *AA;
741   /// Target Library Info.
742   const TargetLibraryInfo *TLI;
743   /// Target Transform Info.
744   const TargetTransformInfo *TTI;
745   /// Assumption Cache.
746   AssumptionCache *AC;
747   /// Interface to emit optimization remarks.
748   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
749
750   /// \brief LoopVersioning.  It's only set up (non-null) if memchecks were
751   /// used.
752   ///
753   /// This is currently only used to add no-alias metadata based on the
754   /// memchecks.  The actually versioning is performed manually.
755   std::unique_ptr<LoopVersioning> LVer;
756
757   /// The vectorization SIMD factor to use. Each vector will have this many
758   /// vector elements.
759   unsigned VF;
760
761 protected:
762   /// The vectorization unroll factor to use. Each scalar is vectorized to this
763   /// many different vector instructions.
764   unsigned UF;
765
766   /// The builder that we use
767   IRBuilder<> Builder;
768
769   // --- Vectorization state ---
770
771   /// The vector-loop preheader.
772   BasicBlock *LoopVectorPreHeader;
773   /// The scalar-loop preheader.
774   BasicBlock *LoopScalarPreHeader;
775   /// Middle Block between the vector and the scalar.
776   BasicBlock *LoopMiddleBlock;
777   /// The ExitBlock of the scalar loop.
778   BasicBlock *LoopExitBlock;
779   /// The vector loop body.
780   BasicBlock *LoopVectorBody;
781   /// The scalar loop body.
782   BasicBlock *LoopScalarBody;
783   /// A list of all bypass blocks. The first block is the entry of the loop.
784   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopBypassBlocks;
785
786   /// The new Induction variable which was added to the new block.
787   PHINode *Induction;
788   /// The induction variable of the old basic block.
789   PHINode *OldInduction;
790
791   /// Maps values from the original loop to their corresponding values in the
792   /// vectorized loop. A key value can map to either vector values, scalar
793   /// values or both kinds of values, depending on whether the key was
794   /// vectorized and scalarized.
795   ValueMap VectorLoopValueMap;
796
797   /// Store instructions that should be predicated, as a pair
798   ///   <StoreInst, Predicate>
799   SmallVector<std::pair<Instruction *, Value *>, 4> PredicatedInstructions;
800   EdgeMaskCacheTy EdgeMaskCache;
801   BlockMaskCacheTy BlockMaskCache;
802   /// Trip count of the original loop.
803   Value *TripCount;
804   /// Trip count of the widened loop (TripCount - TripCount % (VF*UF))
805   Value *VectorTripCount;
806
807   /// The legality analysis.
808   LoopVectorizationLegality *Legal;
809
810   /// The profitablity analysis.
811   LoopVectorizationCostModel *Cost;
812
813   // Record whether runtime checks are added.
814   bool AddedSafetyChecks;
815
816   // Holds the end values for each induction variable. We save the end values
817   // so we can later fix-up the external users of the induction variables.
818   DenseMap<PHINode *, Value *> IVEndValues;
819 };
820
821 class InnerLoopUnroller : public InnerLoopVectorizer {
822 public:
823   InnerLoopUnroller(Loop *OrigLoop, PredicatedScalarEvolution &PSE,
824                     LoopInfo *LI, DominatorTree *DT,
825                     const TargetLibraryInfo *TLI,
826                     const TargetTransformInfo *TTI, AssumptionCache *AC,
827                     OptimizationRemarkEmitter *ORE, unsigned UnrollFactor,
828                     LoopVectorizationLegality *LVL,
829                     LoopVectorizationCostModel *CM)
830       : InnerLoopVectorizer(OrigLoop, PSE, LI, DT, TLI, TTI, AC, ORE, 1,
831                             UnrollFactor, LVL, CM) {}
832
833 private:
834   void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) override;
835   Value *getBroadcastInstrs(Value *V) override;
836   Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
837                        Instruction::BinaryOps Opcode =
838                        Instruction::BinaryOpsEnd) override;
839   Value *reverseVector(Value *Vec) override;
840 };
841
842 /// \brief Look for a meaningful debug location on the instruction or it's
843 /// operands.
844 static Instruction *getDebugLocFromInstOrOperands(Instruction *I) {
845   if (!I)
846     return I;
847
848   DebugLoc Empty;
849   if (I->getDebugLoc() != Empty)
850     return I;
851
852   for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end(); OI != OE; ++OI) {
853     if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OI))
854       if (OpInst->getDebugLoc() != Empty)
855         return OpInst;
856   }
857
858   return I;
859 }
860
861 void InnerLoopVectorizer::setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr) {
862   if (const Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(Ptr)) {
863     const DILocation *DIL = Inst->getDebugLoc();
864     if (DIL && Inst->getFunction()->isDebugInfoForProfiling())
865       B.SetCurrentDebugLocation(DIL->cloneWithDuplicationFactor(UF * VF));
866     else
867       B.SetCurrentDebugLocation(DIL);
868   } else
869     B.SetCurrentDebugLocation(DebugLoc());
870 }
871
872 #ifndef NDEBUG
873 /// \return string containing a file name and a line # for the given loop.
874 static std::string getDebugLocString(const Loop *L) {
875   std::string Result;
876   if (L) {
877     raw_string_ostream OS(Result);
878     if (const DebugLoc LoopDbgLoc = L->getStartLoc())
879       LoopDbgLoc.print(OS);
880     else
881       // Just print the module name.
882       OS << L->getHeader()->getParent()->getParent()->getModuleIdentifier();
883     OS.flush();
884   }
885   return Result;
886 }
887 #endif
888
889 void InnerLoopVectorizer::addNewMetadata(Instruction *To,
890                                          const Instruction *Orig) {
891   // If the loop was versioned with memchecks, add the corresponding no-alias
892   // metadata.
893   if (LVer && (isa<LoadInst>(Orig) || isa<StoreInst>(Orig)))
894     LVer->annotateInstWithNoAlias(To, Orig);
895 }
896
897 void InnerLoopVectorizer::addMetadata(Instruction *To,
898                                       Instruction *From) {
899   propagateMetadata(To, From);
900   addNewMetadata(To, From);
901 }
902
903 void InnerLoopVectorizer::addMetadata(ArrayRef<Value *> To,
904                                       Instruction *From) {
905   for (Value *V : To) {
906     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
907       addMetadata(I, From);
908   }
909 }
910
911 /// \brief The group of interleaved loads/stores sharing the same stride and
912 /// close to each other.
913 ///
914 /// Each member in this group has an index starting from 0, and the largest
915 /// index should be less than interleaved factor, which is equal to the absolute
916 /// value of the access's stride.
917 ///
918 /// E.g. An interleaved load group of factor 4:
919 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
920 ///          a = A[i];                           // Member of index 0
921 ///          b = A[i+1];                         // Member of index 1
922 ///          d = A[i+3];                         // Member of index 3
923 ///          ...
924 ///        }
925 ///
926 ///      An interleaved store group of factor 4:
927 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
928 ///          ...
929 ///          A[i]   = a;                         // Member of index 0
930 ///          A[i+1] = b;                         // Member of index 1
931 ///          A[i+2] = c;                         // Member of index 2
932 ///          A[i+3] = d;                         // Member of index 3
933 ///        }
934 ///
935 /// Note: the interleaved load group could have gaps (missing members), but
936 /// the interleaved store group doesn't allow gaps.
937 class InterleaveGroup {
938 public:
939   InterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride, unsigned Align)
940       : Align(Align), SmallestKey(0), LargestKey(0), InsertPos(Instr) {
941     assert(Align && "The alignment should be non-zero");
942
943     Factor = std::abs(Stride);
944     assert(Factor > 1 && "Invalid interleave factor");
945
946     Reverse = Stride < 0;
947     Members[0] = Instr;
948   }
949
950   bool isReverse() const { return Reverse; }
951   unsigned getFactor() const { return Factor; }
952   unsigned getAlignment() const { return Align; }
953   unsigned getNumMembers() const { return Members.size(); }
954
955   /// \brief Try to insert a new member \p Instr with index \p Index and
956   /// alignment \p NewAlign. The index is related to the leader and it could be
957   /// negative if it is the new leader.
958   ///
959   /// \returns false if the instruction doesn't belong to the group.
960   bool insertMember(Instruction *Instr, int Index, unsigned NewAlign) {
961     assert(NewAlign && "The new member's alignment should be non-zero");
962
963     int Key = Index + SmallestKey;
964
965     // Skip if there is already a member with the same index.
966     if (Members.count(Key))
967       return false;
968
969     if (Key > LargestKey) {
970       // The largest index is always less than the interleave factor.
971       if (Index >= static_cast<int>(Factor))
972         return false;
973
974       LargestKey = Key;
975     } else if (Key < SmallestKey) {
976       // The largest index is always less than the interleave factor.
977       if (LargestKey - Key >= static_cast<int>(Factor))
978         return false;
979
980       SmallestKey = Key;
981     }
982
983     // It's always safe to select the minimum alignment.
984     Align = std::min(Align, NewAlign);
985     Members[Key] = Instr;
986     return true;
987   }
988
989   /// \brief Get the member with the given index \p Index
990   ///
991   /// \returns nullptr if contains no such member.
992   Instruction *getMember(unsigned Index) const {
993     int Key = SmallestKey + Index;
994     if (!Members.count(Key))
995       return nullptr;
996
997     return Members.find(Key)->second;
998   }
999
1000   /// \brief Get the index for the given member. Unlike the key in the member
1001   /// map, the index starts from 0.
1002   unsigned getIndex(Instruction *Instr) const {
1003     for (auto I : Members)
1004       if (I.second == Instr)
1005         return I.first - SmallestKey;
1006
1007     llvm_unreachable("InterleaveGroup contains no such member");
1008   }
1009
1010   Instruction *getInsertPos() const { return InsertPos; }
1011   void setInsertPos(Instruction *Inst) { InsertPos = Inst; }
1012
1013 private:
1014   unsigned Factor; // Interleave Factor.
1015   bool Reverse;
1016   unsigned Align;
1017   DenseMap<int, Instruction *> Members;
1018   int SmallestKey;
1019   int LargestKey;
1020
1021   // To avoid breaking dependences, vectorized instructions of an interleave
1022   // group should be inserted at either the first load or the last store in
1023   // program order.
1024   //
1025   // E.g. %even = load i32             // Insert Position
1026   //      %add = add i32 %even         // Use of %even
1027   //      %odd = load i32
1028   //
1029   //      store i32 %even
1030   //      %odd = add i32               // Def of %odd
1031   //      store i32 %odd               // Insert Position
1032   Instruction *InsertPos;
1033 };
1034
1035 /// \brief Drive the analysis of interleaved memory accesses in the loop.
1036 ///
1037 /// Use this class to analyze interleaved accesses only when we can vectorize
1038 /// a loop. Otherwise it's meaningless to do analysis as the vectorization
1039 /// on interleaved accesses is unsafe.
1040 ///
1041 /// The analysis collects interleave groups and records the relationships
1042 /// between the member and the group in a map.
1043 class InterleavedAccessInfo {
1044 public:
1045   InterleavedAccessInfo(PredicatedScalarEvolution &PSE, Loop *L,
1046                         DominatorTree *DT, LoopInfo *LI)
1047       : PSE(PSE), TheLoop(L), DT(DT), LI(LI), LAI(nullptr),
1048         RequiresScalarEpilogue(false) {}
1049
1050   ~InterleavedAccessInfo() {
1051     SmallSet<InterleaveGroup *, 4> DelSet;
1052     // Avoid releasing a pointer twice.
1053     for (auto &I : InterleaveGroupMap)
1054       DelSet.insert(I.second);
1055     for (auto *Ptr : DelSet)
1056       delete Ptr;
1057   }
1058
1059   /// \brief Analyze the interleaved accesses and collect them in interleave
1060   /// groups. Substitute symbolic strides using \p Strides.
1061   void analyzeInterleaving(const ValueToValueMap &Strides);
1062
1063   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleave group.
1064   bool isInterleaved(Instruction *Instr) const {
1065     return InterleaveGroupMap.count(Instr);
1066   }
1067
1068   /// \brief Return the maximum interleave factor of all interleaved groups.
1069   unsigned getMaxInterleaveFactor() const {
1070     unsigned MaxFactor = 1;
1071     for (auto &Entry : InterleaveGroupMap)
1072       MaxFactor = std::max(MaxFactor, Entry.second->getFactor());
1073     return MaxFactor;
1074   }
1075
1076   /// \brief Get the interleave group that \p Instr belongs to.
1077   ///
1078   /// \returns nullptr if doesn't have such group.
1079   InterleaveGroup *getInterleaveGroup(Instruction *Instr) const {
1080     if (InterleaveGroupMap.count(Instr))
1081       return InterleaveGroupMap.find(Instr)->second;
1082     return nullptr;
1083   }
1084
1085   /// \brief Returns true if an interleaved group that may access memory
1086   /// out-of-bounds requires a scalar epilogue iteration for correctness.
1087   bool requiresScalarEpilogue() const { return RequiresScalarEpilogue; }
1088
1089   /// \brief Initialize the LoopAccessInfo used for dependence checking.
1090   void setLAI(const LoopAccessInfo *Info) { LAI = Info; }
1091
1092 private:
1093   /// A wrapper around ScalarEvolution, used to add runtime SCEV checks.
1094   /// Simplifies SCEV expressions in the context of existing SCEV assumptions.
1095   /// The interleaved access analysis can also add new predicates (for example
1096   /// by versioning strides of pointers).
1097   PredicatedScalarEvolution &PSE;
1098   Loop *TheLoop;
1099   DominatorTree *DT;
1100   LoopInfo *LI;
1101   const LoopAccessInfo *LAI;
1102
1103   /// True if the loop may contain non-reversed interleaved groups with
1104   /// out-of-bounds accesses. We ensure we don't speculatively access memory
1105   /// out-of-bounds by executing at least one scalar epilogue iteration.
1106   bool RequiresScalarEpilogue;
1107
1108   /// Holds the relationships between the members and the interleave group.
1109   DenseMap<Instruction *, InterleaveGroup *> InterleaveGroupMap;
1110
1111   /// Holds dependences among the memory accesses in the loop. It maps a source
1112   /// access to a set of dependent sink accesses.
1113   DenseMap<Instruction *, SmallPtrSet<Instruction *, 2>> Dependences;
1114
1115   /// \brief The descriptor for a strided memory access.
1116   struct StrideDescriptor {
1117     StrideDescriptor(int64_t Stride, const SCEV *Scev, uint64_t Size,
1118                      unsigned Align)
1119         : Stride(Stride), Scev(Scev), Size(Size), Align(Align) {}
1120
1121     StrideDescriptor() = default;
1122
1123     // The access's stride. It is negative for a reverse access.
1124     int64_t Stride = 0;
1125     const SCEV *Scev = nullptr; // The scalar expression of this access
1126     uint64_t Size = 0;          // The size of the memory object.
1127     unsigned Align = 0;         // The alignment of this access.
1128   };
1129
1130   /// \brief A type for holding instructions and their stride descriptors.
1131   typedef std::pair<Instruction *, StrideDescriptor> StrideEntry;
1132
1133   /// \brief Create a new interleave group with the given instruction \p Instr,
1134   /// stride \p Stride and alignment \p Align.
1135   ///
1136   /// \returns the newly created interleave group.
1137   InterleaveGroup *createInterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride,
1138                                          unsigned Align) {
1139     assert(!InterleaveGroupMap.count(Instr) &&
1140            "Already in an interleaved access group");
1141     InterleaveGroupMap[Instr] = new InterleaveGroup(Instr, Stride, Align);
1142     return InterleaveGroupMap[Instr];
1143   }
1144
1145   /// \brief Release the group and remove all the relationships.
1146   void releaseGroup(InterleaveGroup *Group) {
1147     for (unsigned i = 0; i < Group->getFactor(); i++)
1148       if (Instruction *Member = Group->getMember(i))
1149         InterleaveGroupMap.erase(Member);
1150
1151     delete Group;
1152   }
1153
1154   /// \brief Collect all the accesses with a constant stride in program order.
1155   void collectConstStrideAccesses(
1156       MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &AccessStrideInfo,
1157       const ValueToValueMap &Strides);
1158
1159   /// \brief Returns true if \p Stride is allowed in an interleaved group.
1160   static bool isStrided(int Stride) {
1161     unsigned Factor = std::abs(Stride);
1162     return Factor >= 2 && Factor <= MaxInterleaveGroupFactor;
1163   }
1164
1165   /// \brief Returns true if \p BB is a predicated block.
1166   bool isPredicated(BasicBlock *BB) const {
1167     return LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
1168   }
1169
1170   /// \brief Returns true if LoopAccessInfo can be used for dependence queries.
1171   bool areDependencesValid() const {
1172     return LAI && LAI->getDepChecker().getDependences();
1173   }
1174
1175   /// \brief Returns true if memory accesses \p A and \p B can be reordered, if
1176   /// necessary, when constructing interleaved groups.
1177   ///
1178   /// \p A must precede \p B in program order. We return false if reordering is
1179   /// not necessary or is prevented because \p A and \p B may be dependent.
1180   bool canReorderMemAccessesForInterleavedGroups(StrideEntry *A,
1181                                                  StrideEntry *B) const {
1182
1183     // Code motion for interleaved accesses can potentially hoist strided loads
1184     // and sink strided stores. The code below checks the legality of the
1185     // following two conditions:
1186     //
1187     // 1. Potentially moving a strided load (B) before any store (A) that
1188     //    precedes B, or
1189     //
1190     // 2. Potentially moving a strided store (A) after any load or store (B)
1191     //    that A precedes.
1192     //
1193     // It's legal to reorder A and B if we know there isn't a dependence from A
1194     // to B. Note that this determination is conservative since some
1195     // dependences could potentially be reordered safely.
1196
1197     // A is potentially the source of a dependence.
1198     auto *Src = A->first;
1199     auto SrcDes = A->second;
1200
1201     // B is potentially the sink of a dependence.
1202     auto *Sink = B->first;
1203     auto SinkDes = B->second;
1204
1205     // Code motion for interleaved accesses can't violate WAR dependences.
1206     // Thus, reordering is legal if the source isn't a write.
1207     if (!Src->mayWriteToMemory())
1208       return true;
1209
1210     // At least one of the accesses must be strided.
1211     if (!isStrided(SrcDes.Stride) && !isStrided(SinkDes.Stride))
1212       return true;
1213
1214     // If dependence information is not available from LoopAccessInfo,
1215     // conservatively assume the instructions can't be reordered.
1216     if (!areDependencesValid())
1217       return false;
1218
1219     // If we know there is a dependence from source to sink, assume the
1220     // instructions can't be reordered. Otherwise, reordering is legal.
1221     return !Dependences.count(Src) || !Dependences.lookup(Src).count(Sink);
1222   }
1223
1224   /// \brief Collect the dependences from LoopAccessInfo.
1225   ///
1226   /// We process the dependences once during the interleaved access analysis to
1227   /// enable constant-time dependence queries.
1228   void collectDependences() {
1229     if (!areDependencesValid())
1230       return;
1231     auto *Deps = LAI->getDepChecker().getDependences();
1232     for (auto Dep : *Deps)
1233       Dependences[Dep.getSource(*LAI)].insert(Dep.getDestination(*LAI));
1234   }
1235 };
1236
1237 /// Utility class for getting and setting loop vectorizer hints in the form
1238 /// of loop metadata.
1239 /// This class keeps a number of loop annotations locally (as member variables)
1240 /// and can, upon request, write them back as metadata on the loop. It will
1241 /// initially scan the loop for existing metadata, and will update the local
1242 /// values based on information in the loop.
1243 /// We cannot write all values to metadata, as the mere presence of some info,
1244 /// for example 'force', means a decision has been made. So, we need to be
1245 /// careful NOT to add them if the user hasn't specifically asked so.
1246 class LoopVectorizeHints {
1247   enum HintKind { HK_WIDTH, HK_UNROLL, HK_FORCE };
1248
1249   /// Hint - associates name and validation with the hint value.
1250   struct Hint {
1251     const char *Name;
1252     unsigned Value; // This may have to change for non-numeric values.
1253     HintKind Kind;
1254
1255     Hint(const char *Name, unsigned Value, HintKind Kind)
1256         : Name(Name), Value(Value), Kind(Kind) {}
1257
1258     bool validate(unsigned Val) {
1259       switch (Kind) {
1260       case HK_WIDTH:
1261         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= VectorizerParams::MaxVectorWidth;
1262       case HK_UNROLL:
1263         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= MaxInterleaveFactor;
1264       case HK_FORCE:
1265         return (Val <= 1);
1266       }
1267       return false;
1268     }
1269   };
1270
1271   /// Vectorization width.
1272   Hint Width;
1273   /// Vectorization interleave factor.
1274   Hint Interleave;
1275   /// Vectorization forced
1276   Hint Force;
1277
1278   /// Return the loop metadata prefix.
1279   static StringRef Prefix() { return "llvm.loop."; }
1280
1281   /// True if there is any unsafe math in the loop.
1282   bool PotentiallyUnsafe;
1283
1284 public:
1285   enum ForceKind {
1286     FK_Undefined = -1, ///< Not selected.
1287     FK_Disabled = 0,   ///< Forcing disabled.
1288     FK_Enabled = 1,    ///< Forcing enabled.
1289   };
1290
1291   LoopVectorizeHints(const Loop *L, bool DisableInterleaving,
1292                      OptimizationRemarkEmitter &ORE)
1293       : Width("vectorize.width", VectorizerParams::VectorizationFactor,
1294               HK_WIDTH),
1295         Interleave("interleave.count", DisableInterleaving, HK_UNROLL),
1296         Force("vectorize.enable", FK_Undefined, HK_FORCE),
1297         PotentiallyUnsafe(false), TheLoop(L), ORE(ORE) {
1298     // Populate values with existing loop metadata.
1299     getHintsFromMetadata();
1300
1301     // force-vector-interleave overrides DisableInterleaving.
1302     if (VectorizerParams::isInterleaveForced())
1303       Interleave.Value = VectorizerParams::VectorizationInterleave;
1304
1305     DEBUG(if (DisableInterleaving && Interleave.Value == 1) dbgs()
1306           << "LV: Interleaving disabled by the pass manager\n");
1307   }
1308
1309   /// Mark the loop L as already vectorized by setting the width to 1.
1310   void setAlreadyVectorized() {
1311     Width.Value = Interleave.Value = 1;
1312     Hint Hints[] = {Width, Interleave};
1313     writeHintsToMetadata(Hints);
1314   }
1315
1316   bool allowVectorization(Function *F, Loop *L, bool AlwaysVectorize) const {
1317     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled) {
1318       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: #pragma vectorize disable.\n");
1319       emitRemarkWithHints();
1320       return false;
1321     }
1322
1323     if (!AlwaysVectorize && getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1324       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: No #pragma vectorize enable.\n");
1325       emitRemarkWithHints();
1326       return false;
1327     }
1328
1329     if (getWidth() == 1 && getInterleave() == 1) {
1330       // FIXME: Add a separate metadata to indicate when the loop has already
1331       // been vectorized instead of setting width and count to 1.
1332       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Disabled/already vectorized.\n");
1333       // FIXME: Add interleave.disable metadata. This will allow
1334       // vectorize.disable to be used without disabling the pass and errors
1335       // to differentiate between disabled vectorization and a width of 1.
1336       ORE.emit(OptimizationRemarkAnalysis(vectorizeAnalysisPassName(),
1337                                           "AllDisabled", L->getStartLoc(),
1338                                           L->getHeader())
1339                << "loop not vectorized: vectorization and interleaving are "
1340                   "explicitly disabled, or vectorize width and interleave "
1341                   "count are both set to 1");
1342       return false;
1343     }
1344
1345     return true;
1346   }
1347
1348   /// Dumps all the hint information.
1349   void emitRemarkWithHints() const {
1350     using namespace ore;
1351     if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Disabled)
1352       ORE.emit(OptimizationRemarkMissed(LV_NAME, "MissedExplicitlyDisabled",
1353                                         TheLoop->getStartLoc(),
1354                                         TheLoop->getHeader())
1355                << "loop not vectorized: vectorization is explicitly disabled");
1356     else {
1357       OptimizationRemarkMissed R(LV_NAME, "MissedDetails",
1358                                  TheLoop->getStartLoc(), TheLoop->getHeader());
1359       R << "loop not vectorized";
1360       if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1361         R << " (Force=" << NV("Force", true);
1362         if (Width.Value != 0)
1363           R << ", Vector Width=" << NV("VectorWidth", Width.Value);
1364         if (Interleave.Value != 0)
1365           R << ", Interleave Count=" << NV("InterleaveCount", Interleave.Value);
1366         R << ")";
1367       }
1368       ORE.emit(R);
1369     }
1370   }
1371
1372   unsigned getWidth() const { return Width.Value; }
1373   unsigned getInterleave() const { return Interleave.Value; }
1374   enum ForceKind getForce() const { return (ForceKind)Force.Value; }
1375
1376   /// \brief If hints are provided that force vectorization, use the AlwaysPrint
1377   /// pass name to force the frontend to print the diagnostic.
1378   const char *vectorizeAnalysisPassName() const {
1379     if (getWidth() == 1)
1380       return LV_NAME;
1381     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled)
1382       return LV_NAME;
1383     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Undefined && getWidth() == 0)
1384       return LV_NAME;
1385     return OptimizationRemarkAnalysis::AlwaysPrint;
1386   }
1387
1388   bool allowReordering() const {
1389     // When enabling loop hints are provided we allow the vectorizer to change
1390     // the order of operations that is given by the scalar loop. This is not
1391     // enabled by default because can be unsafe or inefficient. For example,
1392     // reordering floating-point operations will change the way round-off
1393     // error accumulates in the loop.
1394     return getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled || getWidth() > 1;
1395   }
1396
1397   bool isPotentiallyUnsafe() const {
1398     // Avoid FP vectorization if the target is unsure about proper support.
1399     // This may be related to the SIMD unit in the target not handling
1400     // IEEE 754 FP ops properly, or bad single-to-double promotions.
1401     // Otherwise, a sequence of vectorized loops, even without reduction,
1402     // could lead to different end results on the destination vectors.
1403     return getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled && PotentiallyUnsafe;
1404   }
1405
1406   void setPotentiallyUnsafe() { PotentiallyUnsafe = true; }
1407
1408 private:
1409   /// Find hints specified in the loop metadata and update local values.
1410   void getHintsFromMetadata() {
1411     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1412     if (!LoopID)
1413       return;
1414
1415     // First operand should refer to the loop id itself.
1416     assert(LoopID->getNumOperands() > 0 && "requires at least one operand");
1417     assert(LoopID->getOperand(0) == LoopID && "invalid loop id");
1418
1419     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1420       const MDString *S = nullptr;
1421       SmallVector<Metadata *, 4> Args;
1422
1423       // The expected hint is either a MDString or a MDNode with the first
1424       // operand a MDString.
1425       if (const MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i))) {
1426         if (!MD || MD->getNumOperands() == 0)
1427           continue;
1428         S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
1429         for (unsigned i = 1, ie = MD->getNumOperands(); i < ie; ++i)
1430           Args.push_back(MD->getOperand(i));
1431       } else {
1432         S = dyn_cast<MDString>(LoopID->getOperand(i));
1433         assert(Args.size() == 0 && "too many arguments for MDString");
1434       }
1435
1436       if (!S)
1437         continue;
1438
1439       // Check if the hint starts with the loop metadata prefix.
1440       StringRef Name = S->getString();
1441       if (Args.size() == 1)
1442         setHint(Name, Args[0]);
1443     }
1444   }
1445
1446   /// Checks string hint with one operand and set value if valid.
1447   void setHint(StringRef Name, Metadata *Arg) {
1448     if (!Name.startswith(Prefix()))
1449       return;
1450     Name = Name.substr(Prefix().size(), StringRef::npos);
1451
1452     const ConstantInt *C = mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(Arg);
1453     if (!C)
1454       return;
1455     unsigned Val = C->getZExtValue();
1456
1457     Hint *Hints[] = {&Width, &Interleave, &Force};
1458     for (auto H : Hints) {
1459       if (Name == H->Name) {
1460         if (H->validate(Val))
1461           H->Value = Val;
1462         else
1463           DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid hint '" << Name << "'\n");
1464         break;
1465       }
1466     }
1467   }
1468
1469   /// Create a new hint from name / value pair.
1470   MDNode *createHintMetadata(StringRef Name, unsigned V) const {
1471     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1472     Metadata *MDs[] = {MDString::get(Context, Name),
1473                        ConstantAsMetadata::get(
1474                            ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), V))};
1475     return MDNode::get(Context, MDs);
1476   }
1477
1478   /// Matches metadata with hint name.
1479   bool matchesHintMetadataName(MDNode *Node, ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1480     MDString *Name = dyn_cast<MDString>(Node->getOperand(0));
1481     if (!Name)
1482       return false;
1483
1484     for (auto H : HintTypes)
1485       if (Name->getString().endswith(H.Name))
1486         return true;
1487     return false;
1488   }
1489
1490   /// Sets current hints into loop metadata, keeping other values intact.
1491   void writeHintsToMetadata(ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1492     if (HintTypes.size() == 0)
1493       return;
1494
1495     // Reserve the first element to LoopID (see below).
1496     SmallVector<Metadata *, 4> MDs(1);
1497     // If the loop already has metadata, then ignore the existing operands.
1498     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1499     if (LoopID) {
1500       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1501         MDNode *Node = cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
1502         // If node in update list, ignore old value.
1503         if (!matchesHintMetadataName(Node, HintTypes))
1504           MDs.push_back(Node);
1505       }
1506     }
1507
1508     // Now, add the missing hints.
1509     for (auto H : HintTypes)
1510       MDs.push_back(createHintMetadata(Twine(Prefix(), H.Name).str(), H.Value));
1511
1512     // Replace current metadata node with new one.
1513     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1514     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
1515     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
1516     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
1517
1518     TheLoop->setLoopID(NewLoopID);
1519   }
1520
1521   /// The loop these hints belong to.
1522   const Loop *TheLoop;
1523
1524   /// Interface to emit optimization remarks.
1525   OptimizationRemarkEmitter &ORE;
1526 };
1527
1528 static void emitMissedWarning(Function *F, Loop *L,
1529                               const LoopVectorizeHints &LH,
1530                               OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
1531   LH.emitRemarkWithHints();
1532
1533   if (LH.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1534     if (LH.getWidth() != 1)
1535       ORE->emit(DiagnosticInfoOptimizationFailure(
1536                     DEBUG_TYPE, "FailedRequestedVectorization",
1537                     L->getStartLoc(), L->getHeader())
1538                 << "loop not vectorized: "
1539                 << "failed explicitly specified loop vectorization");
1540     else if (LH.getInterleave() != 1)
1541       ORE->emit(DiagnosticInfoOptimizationFailure(
1542                     DEBUG_TYPE, "FailedRequestedInterleaving", L->getStartLoc(),
1543                     L->getHeader())
1544                 << "loop not interleaved: "
1545                 << "failed explicitly specified loop interleaving");
1546   }
1547 }
1548
1549 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
1550 /// to what vectorization factor.
1551 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
1552 /// legality. This class has two main kinds of checks:
1553 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
1554 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
1555 ///   correctness of the program.
1556 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeInstrs and canVectorizeMemory
1557 /// checks for a number of different conditions, such as the availability of a
1558 /// single induction variable, that all types are supported and vectorize-able,
1559 /// etc. This code reflects the capabilities of InnerLoopVectorizer.
1560 /// This class is also used by InnerLoopVectorizer for identifying
1561 /// induction variable and the different reduction variables.
1562 class LoopVectorizationLegality {
1563 public:
1564   LoopVectorizationLegality(
1565       Loop *L, PredicatedScalarEvolution &PSE, DominatorTree *DT,
1566       TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA, Function *F,
1567       const TargetTransformInfo *TTI,
1568       std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> *GetLAA, LoopInfo *LI,
1569       OptimizationRemarkEmitter *ORE, LoopVectorizationRequirements *R,
1570       LoopVectorizeHints *H)
1571       : NumPredStores(0), TheLoop(L), PSE(PSE), TLI(TLI), TTI(TTI), DT(DT),
1572         GetLAA(GetLAA), LAI(nullptr), ORE(ORE), InterleaveInfo(PSE, L, DT, LI),
1573         PrimaryInduction(nullptr), WidestIndTy(nullptr), HasFunNoNaNAttr(false),
1574         Requirements(R), Hints(H) {}
1575
1576   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
1577   /// of the reductions that were found in the loop.
1578   typedef DenseMap<PHINode *, RecurrenceDescriptor> ReductionList;
1579
1580   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
1581   /// induction descriptor.
1582   typedef MapVector<PHINode *, InductionDescriptor> InductionList;
1583
1584   /// RecurrenceSet contains the phi nodes that are recurrences other than
1585   /// inductions and reductions.
1586   typedef SmallPtrSet<const PHINode *, 8> RecurrenceSet;
1587
1588   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
1589   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
1590   /// loop, only that it is legal to do so.
1591   bool canVectorize();
1592
1593   /// Returns the primary induction variable.
1594   PHINode *getPrimaryInduction() { return PrimaryInduction; }
1595
1596   /// Returns the reduction variables found in the loop.
1597   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
1598
1599   /// Returns the induction variables found in the loop.
1600   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
1601
1602   /// Return the first-order recurrences found in the loop.
1603   RecurrenceSet *getFirstOrderRecurrences() { return &FirstOrderRecurrences; }
1604
1605   /// Return the set of instructions to sink to handle first-order recurrences.
1606   DenseMap<Instruction *, Instruction *> &getSinkAfter() { return SinkAfter; }
1607
1608   /// Returns the widest induction type.
1609   Type *getWidestInductionType() { return WidestIndTy; }
1610
1611   /// Returns True if V is an induction variable in this loop.
1612   bool isInductionVariable(const Value *V);
1613
1614   /// Returns True if PN is a reduction variable in this loop.
1615   bool isReductionVariable(PHINode *PN) { return Reductions.count(PN); }
1616
1617   /// Returns True if Phi is a first-order recurrence in this loop.
1618   bool isFirstOrderRecurrence(const PHINode *Phi);
1619
1620   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
1621   /// to be vectorized.
1622   bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB);
1623
1624   /// Check if this pointer is consecutive when vectorizing. This happens
1625   /// when the last index of the GEP is the induction variable, or that the
1626   /// pointer itself is an induction variable.
1627   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
1628   /// Returns:
1629   /// 0 - Stride is unknown or non-consecutive.
1630   /// 1 - Address is consecutive.
1631   /// -1 - Address is consecutive, and decreasing.
1632   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
1633
1634   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
1635   bool isUniform(Value *V);
1636
1637   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
1638   const RuntimePointerChecking *getRuntimePointerChecking() const {
1639     return LAI->getRuntimePointerChecking();
1640   }
1641
1642   const LoopAccessInfo *getLAI() const { return LAI; }
1643
1644   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleaved access group.
1645   bool isAccessInterleaved(Instruction *Instr) {
1646     return InterleaveInfo.isInterleaved(Instr);
1647   }
1648
1649   /// \brief Return the maximum interleave factor of all interleaved groups.
1650   unsigned getMaxInterleaveFactor() const {
1651     return InterleaveInfo.getMaxInterleaveFactor();
1652   }
1653
1654   /// \brief Get the interleaved access group that \p Instr belongs to.
1655   const InterleaveGroup *getInterleavedAccessGroup(Instruction *Instr) {
1656     return InterleaveInfo.getInterleaveGroup(Instr);
1657   }
1658
1659   /// \brief Returns true if an interleaved group requires a scalar iteration
1660   /// to handle accesses with gaps.
1661   bool requiresScalarEpilogue() const {
1662     return InterleaveInfo.requiresScalarEpilogue();
1663   }
1664
1665   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return LAI->getMaxSafeDepDistBytes(); }
1666
1667   bool hasStride(Value *V) { return LAI->hasStride(V); }
1668
1669   /// Returns true if the target machine supports masked store operation
1670   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1671   bool isLegalMaskedStore(Type *DataType, Value *Ptr) {
1672     return isConsecutivePtr(Ptr) && TTI->isLegalMaskedStore(DataType);
1673   }
1674   /// Returns true if the target machine supports masked load operation
1675   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1676   bool isLegalMaskedLoad(Type *DataType, Value *Ptr) {
1677     return isConsecutivePtr(Ptr) && TTI->isLegalMaskedLoad(DataType);
1678   }
1679   /// Returns true if the target machine supports masked scatter operation
1680   /// for the given \p DataType.
1681   bool isLegalMaskedScatter(Type *DataType) {
1682     return TTI->isLegalMaskedScatter(DataType);
1683   }
1684   /// Returns true if the target machine supports masked gather operation
1685   /// for the given \p DataType.
1686   bool isLegalMaskedGather(Type *DataType) {
1687     return TTI->isLegalMaskedGather(DataType);
1688   }
1689   /// Returns true if the target machine can represent \p V as a masked gather
1690   /// or scatter operation.
1691   bool isLegalGatherOrScatter(Value *V) {
1692     auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(V);
1693     auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(V);
1694     if (!LI && !SI)
1695       return false;
1696     auto *Ptr = getPointerOperand(V);
1697     auto *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType();
1698     return (LI && isLegalMaskedGather(Ty)) || (SI && isLegalMaskedScatter(Ty));
1699   }
1700
1701   /// Returns true if vector representation of the instruction \p I
1702   /// requires mask.
1703   bool isMaskRequired(const Instruction *I) { return (MaskedOp.count(I) != 0); }
1704   unsigned getNumStores() const { return LAI->getNumStores(); }
1705   unsigned getNumLoads() const { return LAI->getNumLoads(); }
1706   unsigned getNumPredStores() const { return NumPredStores; }
1707
1708   /// Returns true if \p I is an instruction that will be scalarized with
1709   /// predication. Such instructions include conditional stores and
1710   /// instructions that may divide by zero.
1711   bool isScalarWithPredication(Instruction *I);
1712
1713   /// Returns true if \p I is a memory instruction with consecutive memory
1714   /// access that can be widened.
1715   bool memoryInstructionCanBeWidened(Instruction *I, unsigned VF = 1);
1716
1717   // Returns true if the NoNaN attribute is set on the function.
1718   bool hasFunNoNaNAttr() const { return HasFunNoNaNAttr; }
1719
1720 private:
1721   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
1722   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
1723   /// and we only need to check individual instructions.
1724   bool canVectorizeInstrs();
1725
1726   /// When we vectorize loops we may change the order in which
1727   /// we read and write from memory. This method checks if it is
1728   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
1729   /// Returns true if the loop is vectorizable
1730   bool canVectorizeMemory();
1731
1732   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
1733   /// transformation.
1734   bool canVectorizeWithIfConvert();
1735
1736   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
1737   /// executed. \p SafePtrs is a list of addresses that are known to be legal
1738   /// and we know that we can read from them without segfault.
1739   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs);
1740
1741   /// Updates the vectorization state by adding \p Phi to the inductions list.
1742   /// This can set \p Phi as the main induction of the loop if \p Phi is a
1743   /// better choice for the main induction than the existing one.
1744   void addInductionPhi(PHINode *Phi, const InductionDescriptor &ID,
1745                        SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit);
1746
1747   /// Create an analysis remark that explains why vectorization failed
1748   ///
1749   /// \p RemarkName is the identifier for the remark.  If \p I is passed it is
1750   /// an instruction that prevents vectorization.  Otherwise the loop is used
1751   /// for the location of the remark.  \return the remark object that can be
1752   /// streamed to.
1753   OptimizationRemarkAnalysis
1754   createMissedAnalysis(StringRef RemarkName, Instruction *I = nullptr) const {
1755     return ::createMissedAnalysis(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
1756                                   RemarkName, TheLoop, I);
1757   }
1758
1759   /// \brief If an access has a symbolic strides, this maps the pointer value to
1760   /// the stride symbol.
1761   const ValueToValueMap *getSymbolicStrides() {
1762     // FIXME: Currently, the set of symbolic strides is sometimes queried before
1763     // it's collected.  This happens from canVectorizeWithIfConvert, when the
1764     // pointer is checked to reference consecutive elements suitable for a
1765     // masked access.
1766     return LAI ? &LAI->getSymbolicStrides() : nullptr;
1767   }
1768
1769   unsigned NumPredStores;
1770
1771   /// The loop that we evaluate.
1772   Loop *TheLoop;
1773   /// A wrapper around ScalarEvolution used to add runtime SCEV checks.
1774   /// Applies dynamic knowledge to simplify SCEV expressions in the context
1775   /// of existing SCEV assumptions. The analysis will also add a minimal set
1776   /// of new predicates if this is required to enable vectorization and
1777   /// unrolling.
1778   PredicatedScalarEvolution &PSE;
1779   /// Target Library Info.
1780   TargetLibraryInfo *TLI;
1781   /// Target Transform Info
1782   const TargetTransformInfo *TTI;
1783   /// Dominator Tree.
1784   DominatorTree *DT;
1785   // LoopAccess analysis.
1786   std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> *GetLAA;
1787   // And the loop-accesses info corresponding to this loop.  This pointer is
1788   // null until canVectorizeMemory sets it up.
1789   const LoopAccessInfo *LAI;
1790   /// Interface to emit optimization remarks.
1791   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
1792
1793   /// The interleave access information contains groups of interleaved accesses
1794   /// with the same stride and close to each other.
1795   InterleavedAccessInfo InterleaveInfo;
1796
1797   //  ---  vectorization state --- //
1798
1799   /// Holds the primary induction variable. This is the counter of the
1800   /// loop.
1801   PHINode *PrimaryInduction;
1802   /// Holds the reduction variables.
1803   ReductionList Reductions;
1804   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
1805   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
1806   /// variables can be pointers.
1807   InductionList Inductions;
1808   /// Holds the phi nodes that are first-order recurrences.
1809   RecurrenceSet FirstOrderRecurrences;
1810   /// Holds instructions that need to sink past other instructions to handle
1811   /// first-order recurrences.
1812   DenseMap<Instruction *, Instruction *> SinkAfter;
1813   /// Holds the widest induction type encountered.
1814   Type *WidestIndTy;
1815
1816   /// Allowed outside users. This holds the induction and reduction
1817   /// vars which can be accessed from outside the loop.
1818   SmallPtrSet<Value *, 4> AllowedExit;
1819
1820   /// Can we assume the absence of NaNs.
1821   bool HasFunNoNaNAttr;
1822
1823   /// Vectorization requirements that will go through late-evaluation.
1824   LoopVectorizationRequirements *Requirements;
1825
1826   /// Used to emit an analysis of any legality issues.
1827   LoopVectorizeHints *Hints;
1828
1829   /// While vectorizing these instructions we have to generate a
1830   /// call to the appropriate masked intrinsic
1831   SmallPtrSet<const Instruction *, 8> MaskedOp;
1832 };
1833
1834 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
1835 /// vectorization.
1836 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because of
1837 /// a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict the
1838 /// expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set. We use the
1839 /// TargetTransformInfo to query the different backends for the cost of
1840 /// different operations.
1841 class LoopVectorizationCostModel {
1842 public:
1843   LoopVectorizationCostModel(Loop *L, PredicatedScalarEvolution &PSE,
1844                              LoopInfo *LI, LoopVectorizationLegality *Legal,
1845                              const TargetTransformInfo &TTI,
1846                              const TargetLibraryInfo *TLI, DemandedBits *DB,
1847                              AssumptionCache *AC,
1848                              OptimizationRemarkEmitter *ORE, const Function *F,
1849                              const LoopVectorizeHints *Hints)
1850       : TheLoop(L), PSE(PSE), LI(LI), Legal(Legal), TTI(TTI), TLI(TLI), DB(DB),
1851         AC(AC), ORE(ORE), TheFunction(F), Hints(Hints) {}
1852
1853   /// \return An upper bound for the vectorization factor, or None if
1854   /// vectorization should be avoided up front.
1855   Optional<unsigned> computeMaxVF(bool OptForSize);
1856
1857   /// Information about vectorization costs
1858   struct VectorizationFactor {
1859     unsigned Width; // Vector width with best cost
1860     unsigned Cost;  // Cost of the loop with that width
1861   };
1862   /// \return The most profitable vectorization factor and the cost of that VF.
1863   /// This method checks every power of two up to MaxVF. If UserVF is not ZERO
1864   /// then this vectorization factor will be selected if vectorization is
1865   /// possible.
1866   VectorizationFactor selectVectorizationFactor(unsigned MaxVF);
1867
1868   /// Setup cost-based decisions for user vectorization factor.
1869   void selectUserVectorizationFactor(unsigned UserVF) {
1870     collectUniformsAndScalars(UserVF);
1871     collectInstsToScalarize(UserVF);
1872   }
1873
1874   /// \return The size (in bits) of the smallest and widest types in the code
1875   /// that needs to be vectorized. We ignore values that remain scalar such as
1876   /// 64 bit loop indices.
1877   std::pair<unsigned, unsigned> getSmallestAndWidestTypes();
1878
1879   /// \return The desired interleave count.
1880   /// If interleave count has been specified by metadata it will be returned.
1881   /// Otherwise, the interleave count is computed and returned. VF and LoopCost
1882   /// are the selected vectorization factor and the cost of the selected VF.
1883   unsigned selectInterleaveCount(bool OptForSize, unsigned VF,
1884                                  unsigned LoopCost);
1885
1886   /// Memory access instruction may be vectorized in more than one way.
1887   /// Form of instruction after vectorization depends on cost.
1888   /// This function takes cost-based decisions for Load/Store instructions
1889   /// and collects them in a map. This decisions map is used for building
1890   /// the lists of loop-uniform and loop-scalar instructions.
1891   /// The calculated cost is saved with widening decision in order to
1892   /// avoid redundant calculations.
1893   void setCostBasedWideningDecision(unsigned VF);
1894
1895   /// \brief A struct that represents some properties of the register usage
1896   /// of a loop.
1897   struct RegisterUsage {
1898     /// Holds the number of loop invariant values that are used in the loop.
1899     unsigned LoopInvariantRegs;
1900     /// Holds the maximum number of concurrent live intervals in the loop.
1901     unsigned MaxLocalUsers;
1902     /// Holds the number of instructions in the loop.
1903     unsigned NumInstructions;
1904   };
1905
1906   /// \return Returns information about the register usages of the loop for the
1907   /// given vectorization factors.
1908   SmallVector<RegisterUsage, 8> calculateRegisterUsage(ArrayRef<unsigned> VFs);
1909
1910   /// Collect values we want to ignore in the cost model.
1911   void collectValuesToIgnore();
1912
1913   /// \returns The smallest bitwidth each instruction can be represented with.
1914   /// The vector equivalents of these instructions should be truncated to this
1915   /// type.
1916   const MapVector<Instruction *, uint64_t> &getMinimalBitwidths() const {
1917     return MinBWs;
1918   }
1919
1920   /// \returns True if it is more profitable to scalarize instruction \p I for
1921   /// vectorization factor \p VF.
1922   bool isProfitableToScalarize(Instruction *I, unsigned VF) const {
1923     auto Scalars = InstsToScalarize.find(VF);
1924     assert(Scalars != InstsToScalarize.end() &&
1925            "VF not yet analyzed for scalarization profitability");
1926     return Scalars->second.count(I);
1927   }
1928
1929   /// Returns true if \p I is known to be uniform after vectorization.
1930   bool isUniformAfterVectorization(Instruction *I, unsigned VF) const {
1931     if (VF == 1)
1932       return true;
1933     assert(Uniforms.count(VF) && "VF not yet analyzed for uniformity");
1934     auto UniformsPerVF = Uniforms.find(VF);
1935     return UniformsPerVF->second.count(I);
1936   }
1937
1938   /// Returns true if \p I is known to be scalar after vectorization.
1939   bool isScalarAfterVectorization(Instruction *I, unsigned VF) const {
1940     if (VF == 1)
1941       return true;
1942     assert(Scalars.count(VF) && "Scalar values are not calculated for VF");
1943     auto ScalarsPerVF = Scalars.find(VF);
1944     return ScalarsPerVF->second.count(I);
1945   }
1946
1947   /// \returns True if instruction \p I can be truncated to a smaller bitwidth
1948   /// for vectorization factor \p VF.
1949   bool canTruncateToMinimalBitwidth(Instruction *I, unsigned VF) const {
1950     return VF > 1 && MinBWs.count(I) && !isProfitableToScalarize(I, VF) &&
1951            !isScalarAfterVectorization(I, VF);
1952   }
1953
1954   /// Decision that was taken during cost calculation for memory instruction.
1955   enum InstWidening {
1956     CM_Unknown,
1957     CM_Widen,
1958     CM_Interleave,
1959     CM_GatherScatter,
1960     CM_Scalarize
1961   };
1962
1963   /// Save vectorization decision \p W and \p Cost taken by the cost model for
1964   /// instruction \p I and vector width \p VF.
1965   void setWideningDecision(Instruction *I, unsigned VF, InstWidening W,
1966                            unsigned Cost) {
1967     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
1968     WideningDecisions[std::make_pair(I, VF)] = std::make_pair(W, Cost);
1969   }
1970
1971   /// Save vectorization decision \p W and \p Cost taken by the cost model for
1972   /// interleaving group \p Grp and vector width \p VF.
1973   void setWideningDecision(const InterleaveGroup *Grp, unsigned VF,
1974                            InstWidening W, unsigned Cost) {
1975     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
1976     /// Broadcast this decicion to all instructions inside the group.
1977     /// But the cost will be assigned to one instruction only.
1978     for (unsigned i = 0; i < Grp->getFactor(); ++i) {
1979       if (auto *I = Grp->getMember(i)) {
1980         if (Grp->getInsertPos() == I)
1981           WideningDecisions[std::make_pair(I, VF)] = std::make_pair(W, Cost);
1982         else
1983           WideningDecisions[std::make_pair(I, VF)] = std::make_pair(W, 0);
1984       }
1985     }
1986   }
1987
1988   /// Return the cost model decision for the given instruction \p I and vector
1989   /// width \p VF. Return CM_Unknown if this instruction did not pass
1990   /// through the cost modeling.
1991   InstWidening getWideningDecision(Instruction *I, unsigned VF) {
1992     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
1993     std::pair<Instruction *, unsigned> InstOnVF = std::make_pair(I, VF);
1994     auto Itr = WideningDecisions.find(InstOnVF);
1995     if (Itr == WideningDecisions.end())
1996       return CM_Unknown;
1997     return Itr->second.first;
1998   }
1999
2000   /// Return the vectorization cost for the given instruction \p I and vector
2001   /// width \p VF.
2002   unsigned getWideningCost(Instruction *I, unsigned VF) {
2003     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
2004     std::pair<Instruction *, unsigned> InstOnVF = std::make_pair(I, VF);
2005     assert(WideningDecisions.count(InstOnVF) && "The cost is not calculated");
2006     return WideningDecisions[InstOnVF].second;
2007   }
2008
2009   /// Return True if instruction \p I is an optimizable truncate whose operand
2010   /// is an induction variable. Such a truncate will be removed by adding a new
2011   /// induction variable with the destination type.
2012   bool isOptimizableIVTruncate(Instruction *I, unsigned VF) {
2013
2014     // If the instruction is not a truncate, return false.
2015     auto *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(I);
2016     if (!Trunc)
2017       return false;
2018
2019     // Get the source and destination types of the truncate.
2020     Type *SrcTy = ToVectorTy(cast<CastInst>(I)->getSrcTy(), VF);
2021     Type *DestTy = ToVectorTy(cast<CastInst>(I)->getDestTy(), VF);
2022
2023     // If the truncate is free for the given types, return false. Replacing a
2024     // free truncate with an induction variable would add an induction variable
2025     // update instruction to each iteration of the loop. We exclude from this
2026     // check the primary induction variable since it will need an update
2027     // instruction regardless.
2028     Value *Op = Trunc->getOperand(0);
2029     if (Op != Legal->getPrimaryInduction() && TTI.isTruncateFree(SrcTy, DestTy))
2030       return false;
2031
2032     // If the truncated value is not an induction variable, return false.
2033     return Legal->isInductionVariable(Op);
2034   }
2035
2036 private:
2037   /// \return An upper bound for the vectorization factor, larger than zero.
2038   /// One is returned if vectorization should best be avoided due to cost.
2039   unsigned computeFeasibleMaxVF(bool OptForSize);
2040
2041   /// The vectorization cost is a combination of the cost itself and a boolean
2042   /// indicating whether any of the contributing operations will actually
2043   /// operate on
2044   /// vector values after type legalization in the backend. If this latter value
2045   /// is
2046   /// false, then all operations will be scalarized (i.e. no vectorization has
2047   /// actually taken place).
2048   typedef std::pair<unsigned, bool> VectorizationCostTy;
2049
2050   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
2051   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
2052   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
2053   /// the factor width.
2054   VectorizationCostTy expectedCost(unsigned VF);
2055
2056   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
2057   /// width. Vector width of one means scalar.
2058   VectorizationCostTy getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
2059
2060   /// The cost-computation logic from getInstructionCost which provides
2061   /// the vector type as an output parameter.
2062   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF, Type *&VectorTy);
2063
2064   /// Calculate vectorization cost of memory instruction \p I.
2065   unsigned getMemoryInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
2066
2067   /// The cost computation for scalarized memory instruction.
2068   unsigned getMemInstScalarizationCost(Instruction *I, unsigned VF);
2069
2070   /// The cost computation for interleaving group of memory instructions.
2071   unsigned getInterleaveGroupCost(Instruction *I, unsigned VF);
2072
2073   /// The cost computation for Gather/Scatter instruction.
2074   unsigned getGatherScatterCost(Instruction *I, unsigned VF);
2075
2076   /// The cost computation for widening instruction \p I with consecutive
2077   /// memory access.
2078   unsigned getConsecutiveMemOpCost(Instruction *I, unsigned VF);
2079
2080   /// The cost calculation for Load instruction \p I with uniform pointer -
2081   /// scalar load + broadcast.
2082   unsigned getUniformMemOpCost(Instruction *I, unsigned VF);
2083
2084   /// Returns whether the instruction is a load or store and will be a emitted
2085   /// as a vector operation.
2086   bool isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *I);
2087
2088   /// Create an analysis remark that explains why vectorization failed
2089   ///
2090   /// \p RemarkName is the identifier for the remark.  \return the remark object
2091   /// that can be streamed to.
2092   OptimizationRemarkAnalysis createMissedAnalysis(StringRef RemarkName) {
2093     return ::createMissedAnalysis(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
2094                                   RemarkName, TheLoop);
2095   }
2096
2097   /// Map of scalar integer values to the smallest bitwidth they can be legally
2098   /// represented as. The vector equivalents of these values should be truncated
2099   /// to this type.
2100   MapVector<Instruction *, uint64_t> MinBWs;
2101
2102   /// A type representing the costs for instructions if they were to be
2103   /// scalarized rather than vectorized. The entries are Instruction-Cost
2104   /// pairs.
2105   typedef DenseMap<Instruction *, unsigned> ScalarCostsTy;
2106
2107   /// A set containing all BasicBlocks that are known to present after
2108   /// vectorization as a predicated block.
2109   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> PredicatedBBsAfterVectorization;
2110
2111   /// A map holding scalar costs for different vectorization factors. The
2112   /// presence of a cost for an instruction in the mapping indicates that the
2113   /// instruction will be scalarized when vectorizing with the associated
2114   /// vectorization factor. The entries are VF-ScalarCostTy pairs.
2115   DenseMap<unsigned, ScalarCostsTy> InstsToScalarize;
2116
2117   /// Holds the instructions known to be uniform after vectorization.
2118   /// The data is collected per VF.
2119   DenseMap<unsigned, SmallPtrSet<Instruction *, 4>> Uniforms;
2120
2121   /// Holds the instructions known to be scalar after vectorization.
2122   /// The data is collected per VF.
2123   DenseMap<unsigned, SmallPtrSet<Instruction *, 4>> Scalars;
2124
2125   /// Holds the instructions (address computations) that are forced to be
2126   /// scalarized.
2127   DenseMap<unsigned, SmallPtrSet<Instruction *, 4>> ForcedScalars;
2128
2129   /// Returns the expected difference in cost from scalarizing the expression
2130   /// feeding a predicated instruction \p PredInst. The instructions to
2131   /// scalarize and their scalar costs are collected in \p ScalarCosts. A
2132   /// non-negative return value implies the expression will be scalarized.
2133   /// Currently, only single-use chains are considered for scalarization.
2134   int computePredInstDiscount(Instruction *PredInst, ScalarCostsTy &ScalarCosts,
2135                               unsigned VF);
2136
2137   /// Collects the instructions to scalarize for each predicated instruction in
2138   /// the loop.
2139   void collectInstsToScalarize(unsigned VF);
2140
2141   /// Collect the instructions that are uniform after vectorization. An
2142   /// instruction is uniform if we represent it with a single scalar value in
2143   /// the vectorized loop corresponding to each vector iteration. Examples of
2144   /// uniform instructions include pointer operands of consecutive or
2145   /// interleaved memory accesses. Note that although uniformity implies an
2146   /// instruction will be scalar, the reverse is not true. In general, a
2147   /// scalarized instruction will be represented by VF scalar values in the
2148   /// vectorized loop, each corresponding to an iteration of the original
2149   /// scalar loop.
2150   void collectLoopUniforms(unsigned VF);
2151
2152   /// Collect the instructions that are scalar after vectorization. An
2153   /// instruction is scalar if it is known to be uniform or will be scalarized
2154   /// during vectorization. Non-uniform scalarized instructions will be
2155   /// represented by VF values in the vectorized loop, each corresponding to an
2156   /// iteration of the original scalar loop.
2157   void collectLoopScalars(unsigned VF);
2158
2159   /// Collect Uniform and Scalar values for the given \p VF.
2160   /// The sets depend on CM decision for Load/Store instructions
2161   /// that may be vectorized as interleave, gather-scatter or scalarized.
2162   void collectUniformsAndScalars(unsigned VF) {
2163     // Do the analysis once.
2164     if (VF == 1 || Uniforms.count(VF))
2165       return;
2166     setCostBasedWideningDecision(VF);
2167     collectLoopUniforms(VF);
2168     collectLoopScalars(VF);
2169   }
2170
2171   /// Keeps cost model vectorization decision and cost for instructions.
2172   /// Right now it is used for memory instructions only.
2173   typedef DenseMap<std::pair<Instruction *, unsigned>,
2174                    std::pair<InstWidening, unsigned>>
2175       DecisionList;
2176
2177   DecisionList WideningDecisions;
2178
2179 public:
2180   /// The loop that we evaluate.
2181   Loop *TheLoop;
2182   /// Predicated scalar evolution analysis.
2183   PredicatedScalarEvolution &PSE;
2184   /// Loop Info analysis.
2185   LoopInfo *LI;
2186   /// Vectorization legality.
2187   LoopVectorizationLegality *Legal;
2188   /// Vector target information.
2189   const TargetTransformInfo &TTI;
2190   /// Target Library Info.
2191   const TargetLibraryInfo *TLI;
2192   /// Demanded bits analysis.
2193   DemandedBits *DB;
2194   /// Assumption cache.
2195   AssumptionCache *AC;
2196   /// Interface to emit optimization remarks.
2197   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
2198
2199   const Function *TheFunction;
2200   /// Loop Vectorize Hint.
2201   const LoopVectorizeHints *Hints;
2202   /// Values to ignore in the cost model.
2203   SmallPtrSet<const Value *, 16> ValuesToIgnore;
2204   /// Values to ignore in the cost model when VF > 1.
2205   SmallPtrSet<const Value *, 16> VecValuesToIgnore;
2206 };
2207
2208 /// LoopVectorizationPlanner - drives the vectorization process after having
2209 /// passed Legality checks.
2210 class LoopVectorizationPlanner {
2211 public:
2212   LoopVectorizationPlanner(Loop *OrigLoop, LoopInfo *LI,
2213                            LoopVectorizationLegality *Legal,
2214                            LoopVectorizationCostModel &CM)
2215       : OrigLoop(OrigLoop), LI(LI), Legal(Legal), CM(CM) {}
2216
2217   ~LoopVectorizationPlanner() {}
2218
2219   /// Plan how to best vectorize, return the best VF and its cost.
2220   LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor plan(bool OptForSize,
2221                                                        unsigned UserVF);
2222
2223   /// Generate the IR code for the vectorized loop.
2224   void executePlan(InnerLoopVectorizer &ILV);
2225
2226 protected:
2227   /// Collect the instructions from the original loop that would be trivially
2228   /// dead in the vectorized loop if generated.
2229   void collectTriviallyDeadInstructions(
2230       SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DeadInstructions);
2231
2232 private:
2233   /// The loop that we evaluate.
2234   Loop *OrigLoop;
2235
2236   /// Loop Info analysis.
2237   LoopInfo *LI;
2238
2239   /// The legality analysis.
2240   LoopVectorizationLegality *Legal;
2241
2242   /// The profitablity analysis.
2243   LoopVectorizationCostModel &CM;
2244 };
2245
2246 /// \brief This holds vectorization requirements that must be verified late in
2247 /// the process. The requirements are set by legalize and costmodel. Once
2248 /// vectorization has been determined to be possible and profitable the
2249 /// requirements can be verified by looking for metadata or compiler options.
2250 /// For example, some loops require FP commutativity which is only allowed if
2251 /// vectorization is explicitly specified or if the fast-math compiler option
2252 /// has been provided.
2253 /// Late evaluation of these requirements allows helpful diagnostics to be
2254 /// composed that tells the user what need to be done to vectorize the loop. For
2255 /// example, by specifying #pragma clang loop vectorize or -ffast-math. Late
2256 /// evaluation should be used only when diagnostics can generated that can be
2257 /// followed by a non-expert user.
2258 class LoopVectorizationRequirements {
2259 public:
2260   LoopVectorizationRequirements(OptimizationRemarkEmitter &ORE)
2261       : NumRuntimePointerChecks(0), UnsafeAlgebraInst(nullptr), ORE(ORE) {}
2262
2263   void addUnsafeAlgebraInst(Instruction *I) {
2264     // First unsafe algebra instruction.
2265     if (!UnsafeAlgebraInst)
2266       UnsafeAlgebraInst = I;
2267   }
2268
2269   void addRuntimePointerChecks(unsigned Num) { NumRuntimePointerChecks = Num; }
2270
2271   bool doesNotMeet(Function *F, Loop *L, const LoopVectorizeHints &Hints) {
2272     const char *PassName = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
2273     bool Failed = false;
2274     if (UnsafeAlgebraInst && !Hints.allowReordering()) {
2275       ORE.emit(
2276           OptimizationRemarkAnalysisFPCommute(PassName, "CantReorderFPOps",
2277                                               UnsafeAlgebraInst->getDebugLoc(),
2278                                               UnsafeAlgebraInst->getParent())
2279           << "loop not vectorized: cannot prove it is safe to reorder "
2280              "floating-point operations");
2281       Failed = true;
2282     }
2283
2284     // Test if runtime memcheck thresholds are exceeded.
2285     bool PragmaThresholdReached =
2286         NumRuntimePointerChecks > PragmaVectorizeMemoryCheckThreshold;
2287     bool ThresholdReached =
2288         NumRuntimePointerChecks > VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold;
2289     if ((ThresholdReached && !Hints.allowReordering()) ||
2290         PragmaThresholdReached) {
2291       ORE.emit(OptimizationRemarkAnalysisAliasing(PassName, "CantReorderMemOps",
2292                                                   L->getStartLoc(),
2293                                                   L->getHeader())
2294                << "loop not vectorized: cannot prove it is safe to reorder "
2295                   "memory operations");
2296       DEBUG(dbgs() << "LV: Too many memory checks needed.\n");
2297       Failed = true;
2298     }
2299
2300     return Failed;
2301   }
2302
2303 private:
2304   unsigned NumRuntimePointerChecks;
2305   Instruction *UnsafeAlgebraInst;
2306
2307   /// Interface to emit optimization remarks.
2308   OptimizationRemarkEmitter &ORE;
2309 };
2310
2311 static void addAcyclicInnerLoop(Loop &L, SmallVectorImpl<Loop *> &V) {
2312   if (L.empty()) {
2313     if (!hasCyclesInLoopBody(L))
2314       V.push_back(&L);
2315     return;
2316   }
2317   for (Loop *InnerL : L)
2318     addAcyclicInnerLoop(*InnerL, V);
2319 }
2320
2321 /// The LoopVectorize Pass.
2322 struct LoopVectorize : public FunctionPass {
2323   /// Pass identification, replacement for typeid
2324   static char ID;
2325
2326   explicit LoopVectorize(bool NoUnrolling = false, bool AlwaysVectorize = true)
2327       : FunctionPass(ID) {
2328     Impl.DisableUnrolling = NoUnrolling;
2329     Impl.AlwaysVectorize = AlwaysVectorize;
2330     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2331   }
2332
2333   LoopVectorizePass Impl;
2334
2335   bool runOnFunction(Function &F) override {
2336     if (skipFunction(F))
2337       return false;
2338
2339     auto *SE = &getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
2340     auto *LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
2341     auto *TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2342     auto *DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
2343     auto *BFI = &getAnalysis<BlockFrequencyInfoWrapperPass>().getBFI();
2344     auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
2345     auto *TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
2346     auto *AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
2347     auto *AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
2348     auto *LAA = &getAnalysis<LoopAccessLegacyAnalysis>();
2349     auto *DB = &getAnalysis<DemandedBitsWrapperPass>().getDemandedBits();
2350     auto *ORE = &getAnalysis<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>().getORE();
2351
2352     std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> GetLAA =
2353         [&](Loop &L) -> const LoopAccessInfo & { return LAA->getInfo(&L); };
2354
2355     return Impl.runImpl(F, *SE, *LI, *TTI, *DT, *BFI, TLI, *DB, *AA, *AC,
2356                         GetLAA, *ORE);
2357   }
2358
2359   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
2360     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
2361     AU.addRequired<BlockFrequencyInfoWrapperPass>();
2362     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
2363     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
2364     AU.addRequired<ScalarEvolutionWrapperPass>();
2365     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
2366     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
2367     AU.addRequired<LoopAccessLegacyAnalysis>();
2368     AU.addRequired<DemandedBitsWrapperPass>();
2369     AU.addRequired<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>();
2370     AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
2371     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
2372     AU.addPreserved<BasicAAWrapperPass>();
2373     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
2374   }
2375 };
2376
2377 } // end anonymous namespace
2378
2379 //===----------------------------------------------------------------------===//
2380 // Implementation of LoopVectorizationLegality, InnerLoopVectorizer and
2381 // LoopVectorizationCostModel and LoopVectorizationPlanner.
2382 //===----------------------------------------------------------------------===//
2383
2384 Value *InnerLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
2385   // We need to place the broadcast of invariant variables outside the loop.
2386   Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(V);
2387   bool NewInstr = (Instr && Instr->getParent() == LoopVectorBody);
2388   bool Invariant = OrigLoop->isLoopInvariant(V) && !NewInstr;
2389
2390   // Place the code for broadcasting invariant variables in the new preheader.
2391   IRBuilder<>::InsertPointGuard Guard(Builder);
2392   if (Invariant)
2393     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
2394
2395   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
2396   Value *Shuf = Builder.CreateVectorSplat(VF, V, "broadcast");
2397
2398   return Shuf;
2399 }
2400
2401 void InnerLoopVectorizer::createVectorIntOrFpInductionPHI(
2402     const InductionDescriptor &II, Value *Step, Instruction *EntryVal) {
2403   Value *Start = II.getStartValue();
2404
2405   // Construct the initial value of the vector IV in the vector loop preheader
2406   auto CurrIP = Builder.saveIP();
2407   Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
2408   if (isa<TruncInst>(EntryVal)) {
2409     assert(Start->getType()->isIntegerTy() &&
2410            "Truncation requires an integer type");
2411     auto *TruncType = cast<IntegerType>(EntryVal->getType());
2412     Step = Builder.CreateTrunc(Step, TruncType);
2413     Start = Builder.CreateCast(Instruction::Trunc, Start, TruncType);
2414   }
2415   Value *SplatStart = Builder.CreateVectorSplat(VF, Start);
2416   Value *SteppedStart =
2417       getStepVector(SplatStart, 0, Step, II.getInductionOpcode());
2418
2419   // We create vector phi nodes for both integer and floating-point induction
2420   // variables. Here, we determine the kind of arithmetic we will perform.
2421   Instruction::BinaryOps AddOp;
2422   Instruction::BinaryOps MulOp;
2423   if (Step->getType()->isIntegerTy()) {
2424     AddOp = Instruction::Add;
2425     MulOp = Instruction::Mul;
2426   } else {
2427     AddOp = II.getInductionOpcode();
2428     MulOp = Instruction::FMul;
2429   }
2430
2431   // Multiply the vectorization factor by the step using integer or
2432   // floating-point arithmetic as appropriate.
2433   Value *ConstVF = getSignedIntOrFpConstant(Step->getType(), VF);
2434   Value *Mul = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(MulOp, Step, ConstVF));
2435
2436   // Create a vector splat to use in the induction update.
2437   //
2438   // FIXME: If the step is non-constant, we create the vector splat with
2439   //        IRBuilder. IRBuilder can constant-fold the multiply, but it doesn't
2440   //        handle a constant vector splat.
2441   Value *SplatVF = isa<Constant>(Mul)
2442                        ? ConstantVector::getSplat(VF, cast<Constant>(Mul))
2443                        : Builder.CreateVectorSplat(VF, Mul);
2444   Builder.restoreIP(CurrIP);
2445
2446   // We may need to add the step a number of times, depending on the unroll
2447   // factor. The last of those goes into the PHI.
2448   PHINode *VecInd = PHINode::Create(SteppedStart->getType(), 2, "vec.ind",
2449                                     &*LoopVectorBody->getFirstInsertionPt());
2450   Instruction *LastInduction = VecInd;
2451   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2452     VectorLoopValueMap.setVectorValue(EntryVal, Part, LastInduction);
2453     if (isa<TruncInst>(EntryVal))
2454       addMetadata(LastInduction, EntryVal);
2455     LastInduction = cast<Instruction>(addFastMathFlag(
2456         Builder.CreateBinOp(AddOp, LastInduction, SplatVF, "step.add")));
2457   }
2458
2459   // Move the last step to the end of the latch block. This ensures consistent
2460   // placement of all induction updates.
2461   auto *LoopVectorLatch = LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch();
2462   auto *Br = cast<BranchInst>(LoopVectorLatch->getTerminator());
2463   auto *ICmp = cast<Instruction>(Br->getCondition());
2464   LastInduction->moveBefore(ICmp);
2465   LastInduction->setName("vec.ind.next");
2466
2467   VecInd->addIncoming(SteppedStart, LoopVectorPreHeader);
2468   VecInd->addIncoming(LastInduction, LoopVectorLatch);
2469 }
2470
2471 bool InnerLoopVectorizer::shouldScalarizeInstruction(Instruction *I) const {
2472   return Cost->isScalarAfterVectorization(I, VF) ||
2473          Cost->isProfitableToScalarize(I, VF);
2474 }
2475
2476 bool InnerLoopVectorizer::needsScalarInduction(Instruction *IV) const {
2477   if (shouldScalarizeInstruction(IV))
2478     return true;
2479   auto isScalarInst = [&](User *U) -> bool {
2480     auto *I = cast<Instruction>(U);
2481     return (OrigLoop->contains(I) && shouldScalarizeInstruction(I));
2482   };
2483   return any_of(IV->users(), isScalarInst);
2484 }
2485
2486 void InnerLoopVectorizer::widenIntOrFpInduction(PHINode *IV, TruncInst *Trunc) {
2487
2488   assert((IV->getType()->isIntegerTy() || IV != OldInduction) &&
2489          "Primary induction variable must have an integer type");
2490
2491   auto II = Legal->getInductionVars()->find(IV);
2492   assert(II != Legal->getInductionVars()->end() && "IV is not an induction");
2493
2494   auto ID = II->second;
2495   assert(IV->getType() == ID.getStartValue()->getType() && "Types must match");
2496
2497   // The scalar value to broadcast. This will be derived from the canonical
2498   // induction variable.
2499   Value *ScalarIV = nullptr;
2500
2501   // The value from the original loop to which we are mapping the new induction
2502   // variable.
2503   Instruction *EntryVal = Trunc ? cast<Instruction>(Trunc) : IV;
2504
2505   // True if we have vectorized the induction variable.
2506   auto VectorizedIV = false;
2507
2508   // Determine if we want a scalar version of the induction variable. This is
2509   // true if the induction variable itself is not widened, or if it has at
2510   // least one user in the loop that is not widened.
2511   auto NeedsScalarIV = VF > 1 && needsScalarInduction(EntryVal);
2512
2513   // Generate code for the induction step. Note that induction steps are
2514   // required to be loop-invariant
2515   assert(PSE.getSE()->isLoopInvariant(ID.getStep(), OrigLoop) &&
2516          "Induction step should be loop invariant");
2517   auto &DL = OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
2518   Value *Step = nullptr;
2519   if (PSE.getSE()->isSCEVable(IV->getType())) {
2520     SCEVExpander Exp(*PSE.getSE(), DL, "induction");
2521     Step = Exp.expandCodeFor(ID.getStep(), ID.getStep()->getType(),
2522                              LoopVectorPreHeader->getTerminator());
2523   } else {
2524     Step = cast<SCEVUnknown>(ID.getStep())->getValue();
2525   }
2526
2527   // Try to create a new independent vector induction variable. If we can't
2528   // create the phi node, we will splat the scalar induction variable in each
2529   // loop iteration.
2530   if (VF > 1 && !shouldScalarizeInstruction(EntryVal)) {
2531     createVectorIntOrFpInductionPHI(ID, Step, EntryVal);
2532     VectorizedIV = true;
2533   }
2534
2535   // If we haven't yet vectorized the induction variable, or if we will create
2536   // a scalar one, we need to define the scalar induction variable and step
2537   // values. If we were given a truncation type, truncate the canonical
2538   // induction variable and step. Otherwise, derive these values from the
2539   // induction descriptor.
2540   if (!VectorizedIV || NeedsScalarIV) {
2541     ScalarIV = Induction;
2542     if (IV != OldInduction) {
2543       ScalarIV = IV->getType()->isIntegerTy()
2544                      ? Builder.CreateSExtOrTrunc(Induction, IV->getType())
2545                      : Builder.CreateCast(Instruction::SIToFP, Induction,
2546                                           IV->getType());
2547       ScalarIV = ID.transform(Builder, ScalarIV, PSE.getSE(), DL);
2548       ScalarIV->setName("offset.idx");
2549     }
2550     if (Trunc) {
2551       auto *TruncType = cast<IntegerType>(Trunc->getType());
2552       assert(Step->getType()->isIntegerTy() &&
2553              "Truncation requires an integer step");
2554       ScalarIV = Builder.CreateTrunc(ScalarIV, TruncType);
2555       Step = Builder.CreateTrunc(Step, TruncType);
2556     }
2557   }
2558
2559   // If we haven't yet vectorized the induction variable, splat the scalar
2560   // induction variable, and build the necessary step vectors.
2561   if (!VectorizedIV) {
2562     Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ScalarIV);
2563     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2564       Value *EntryPart =
2565           getStepVector(Broadcasted, VF * Part, Step, ID.getInductionOpcode());
2566       VectorLoopValueMap.setVectorValue(EntryVal, Part, EntryPart);
2567       if (Trunc)
2568         addMetadata(EntryPart, Trunc);
2569     }
2570   }
2571
2572   // If an induction variable is only used for counting loop iterations or
2573   // calculating addresses, it doesn't need to be widened. Create scalar steps
2574   // that can be used by instructions we will later scalarize. Note that the
2575   // addition of the scalar steps will not increase the number of instructions
2576   // in the loop in the common case prior to InstCombine. We will be trading
2577   // one vector extract for each scalar step.
2578   if (NeedsScalarIV)
2579     buildScalarSteps(ScalarIV, Step, EntryVal, ID);
2580 }
2581
2582 Value *InnerLoopVectorizer::getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
2583                                           Instruction::BinaryOps BinOp) {
2584   // Create and check the types.
2585   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
2586   int VLen = Val->getType()->getVectorNumElements();
2587
2588   Type *STy = Val->getType()->getScalarType();
2589   assert((STy->isIntegerTy() || STy->isFloatingPointTy()) &&
2590          "Induction Step must be an integer or FP");
2591   assert(Step->getType() == STy && "Step has wrong type");
2592
2593   SmallVector<Constant *, 8> Indices;
2594
2595   if (STy->isIntegerTy()) {
2596     // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
2597     for (int i = 0; i < VLen; ++i)
2598       Indices.push_back(ConstantInt::get(STy, StartIdx + i));
2599
2600     // Add the consecutive indices to the vector value.
2601     Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
2602     assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
2603     Step = Builder.CreateVectorSplat(VLen, Step);
2604     assert(Step->getType() == Val->getType() && "Invalid step vec");
2605     // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
2606     // which can be found from the original scalar operations.
2607     Step = Builder.CreateMul(Cv, Step);
2608     return Builder.CreateAdd(Val, Step, "induction");
2609   }
2610
2611   // Floating point induction.
2612   assert((BinOp == Instruction::FAdd || BinOp == Instruction::FSub) &&
2613          "Binary Opcode should be specified for FP induction");
2614   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
2615   for (int i = 0; i < VLen; ++i)
2616     Indices.push_back(ConstantFP::get(STy, (double)(StartIdx + i)));
2617
2618   // Add the consecutive indices to the vector value.
2619   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
2620
2621   Step = Builder.CreateVectorSplat(VLen, Step);
2622
2623   // Floating point operations had to be 'fast' to enable the induction.
2624   FastMathFlags Flags;
2625   Flags.setUnsafeAlgebra();
2626
2627   Value *MulOp = Builder.CreateFMul(Cv, Step);
2628   if (isa<Instruction>(MulOp))
2629     // Have to check, MulOp may be a constant
2630     cast<Instruction>(MulOp)->setFastMathFlags(Flags);
2631
2632   Value *BOp = Builder.CreateBinOp(BinOp, Val, MulOp, "induction");
2633   if (isa<Instruction>(BOp))
2634     cast<Instruction>(BOp)->setFastMathFlags(Flags);
2635   return BOp;
2636 }
2637
2638 void InnerLoopVectorizer::buildScalarSteps(Value *ScalarIV, Value *Step,
2639                                            Value *EntryVal,
2640                                            const InductionDescriptor &ID) {
2641
2642   // We shouldn't have to build scalar steps if we aren't vectorizing.
2643   assert(VF > 1 && "VF should be greater than one");
2644
2645   // Get the value type and ensure it and the step have the same integer type.
2646   Type *ScalarIVTy = ScalarIV->getType()->getScalarType();
2647   assert(ScalarIVTy == Step->getType() &&
2648          "Val and Step should have the same type");
2649
2650   // We build scalar steps for both integer and floating-point induction
2651   // variables. Here, we determine the kind of arithmetic we will perform.
2652   Instruction::BinaryOps AddOp;
2653   Instruction::BinaryOps MulOp;
2654   if (ScalarIVTy->isIntegerTy()) {
2655     AddOp = Instruction::Add;
2656     MulOp = Instruction::Mul;
2657   } else {
2658     AddOp = ID.getInductionOpcode();
2659     MulOp = Instruction::FMul;
2660   }
2661
2662   // Determine the number of scalars we need to generate for each unroll
2663   // iteration. If EntryVal is uniform, we only need to generate the first
2664   // lane. Otherwise, we generate all VF values.
2665   unsigned Lanes =
2666     Cost->isUniformAfterVectorization(cast<Instruction>(EntryVal), VF) ? 1 : VF;
2667
2668   // Compute the scalar steps and save the results in VectorLoopValueMap.
2669   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2670     for (unsigned Lane = 0; Lane < Lanes; ++Lane) {
2671       auto *StartIdx = getSignedIntOrFpConstant(ScalarIVTy, VF * Part + Lane);
2672       auto *Mul = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(MulOp, StartIdx, Step));
2673       auto *Add = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(AddOp, ScalarIV, Mul));
2674       VectorLoopValueMap.setScalarValue(EntryVal, Part, Lane, Add);
2675     }
2676   }
2677 }
2678
2679 int LoopVectorizationLegality::isConsecutivePtr(Value *Ptr) {
2680
2681   const ValueToValueMap &Strides = getSymbolicStrides() ? *getSymbolicStrides() :
2682     ValueToValueMap();
2683
2684   int Stride = getPtrStride(PSE, Ptr, TheLoop, Strides, true, false);
2685   if (Stride == 1 || Stride == -1)
2686     return Stride;
2687   return 0;
2688 }
2689
2690 bool LoopVectorizationLegality::isUniform(Value *V) {
2691   return LAI->isUniform(V);
2692 }
2693
2694 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateVectorValue(Value *V, unsigned Part) {
2695   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
2696   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
2697   assert(!V->getType()->isVoidTy() && "Type does not produce a value");
2698
2699   // If we have a stride that is replaced by one, do it here.
2700   if (Legal->hasStride(V))
2701     V = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
2702
2703   // If we have a vector mapped to this value, return it.
2704   if (VectorLoopValueMap.hasVectorValue(V, Part))
2705     return VectorLoopValueMap.getVectorValue(V, Part);
2706
2707   // If the value has not been vectorized, check if it has been scalarized
2708   // instead. If it has been scalarized, and we actually need the value in
2709   // vector form, we will construct the vector values on demand.
2710   if (VectorLoopValueMap.hasAnyScalarValue(V)) {
2711
2712     Value *ScalarValue = VectorLoopValueMap.getScalarValue(V, Part, 0);
2713
2714     // If we've scalarized a value, that value should be an instruction.
2715     auto *I = cast<Instruction>(V);
2716
2717     // If we aren't vectorizing, we can just copy the scalar map values over to
2718     // the vector map.
2719     if (VF == 1) {
2720       VectorLoopValueMap.setVectorValue(V, Part, ScalarValue);
2721       return ScalarValue;
2722     }
2723
2724     // Get the last scalar instruction we generated for V and Part. If the value
2725     // is known to be uniform after vectorization, this corresponds to lane zero
2726     // of the Part unroll iteration. Otherwise, the last instruction is the one
2727     // we created for the last vector lane of the Part unroll iteration.
2728     unsigned LastLane = Cost->isUniformAfterVectorization(I, VF) ? 0 : VF - 1;
2729     auto *LastInst =
2730         cast<Instruction>(VectorLoopValueMap.getScalarValue(V, Part, LastLane));
2731
2732     // Set the insert point after the last scalarized instruction. This ensures
2733     // the insertelement sequence will directly follow the scalar definitions.
2734     auto OldIP = Builder.saveIP();
2735     auto NewIP = std::next(BasicBlock::iterator(LastInst));
2736     Builder.SetInsertPoint(&*NewIP);
2737
2738     // However, if we are vectorizing, we need to construct the vector values.
2739     // If the value is known to be uniform after vectorization, we can just
2740     // broadcast the scalar value corresponding to lane zero for each unroll
2741     // iteration. Otherwise, we construct the vector values using insertelement
2742     // instructions. Since the resulting vectors are stored in
2743     // VectorLoopValueMap, we will only generate the insertelements once.
2744     Value *VectorValue = nullptr;
2745     if (Cost->isUniformAfterVectorization(I, VF)) {
2746       VectorValue = getBroadcastInstrs(ScalarValue);
2747     } else {
2748       VectorValue = UndefValue::get(VectorType::get(V->getType(), VF));
2749       for (unsigned Lane = 0; Lane < VF; ++Lane)
2750         VectorValue = Builder.CreateInsertElement(
2751             VectorValue, getOrCreateScalarValue(V, Part, Lane),
2752             Builder.getInt32(Lane));
2753     }
2754     VectorLoopValueMap.setVectorValue(V, Part, VectorValue);
2755     Builder.restoreIP(OldIP);
2756     return VectorValue;
2757   }
2758
2759   // If this scalar is unknown, assume that it is a constant or that it is
2760   // loop invariant. Broadcast V and save the value for future uses.
2761   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
2762   VectorLoopValueMap.setVectorValue(V, Part, B);
2763   return B;
2764 }
2765
2766 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateScalarValue(Value *V, unsigned Part,
2767                                                    unsigned Lane) {
2768
2769   // If the value is not an instruction contained in the loop, it should
2770   // already be scalar.
2771   if (OrigLoop->isLoopInvariant(V))
2772     return V;
2773
2774   assert(Lane > 0 ? !Cost->isUniformAfterVectorization(cast<Instruction>(V), VF)
2775                   : true && "Uniform values only have lane zero");
2776
2777   // If the value from the original loop has not been vectorized, it is
2778   // represented by UF x VF scalar values in the new loop. Return the requested
2779   // scalar value.
2780   if (VectorLoopValueMap.hasScalarValue(V, Part, Lane))
2781     return VectorLoopValueMap.getScalarValue(V, Part, Lane);
2782
2783   // If the value has not been scalarized, get its entry in VectorLoopValueMap
2784   // for the given unroll part. If this entry is not a vector type (i.e., the
2785   // vectorization factor is one), there is no need to generate an
2786   // extractelement instruction.
2787   auto *U = getOrCreateVectorValue(V, Part);
2788   if (!U->getType()->isVectorTy()) {
2789     assert(VF == 1 && "Value not scalarized has non-vector type");
2790     return U;
2791   }
2792
2793   // Otherwise, the value from the original loop has been vectorized and is
2794   // represented by UF vector values. Extract and return the requested scalar
2795   // value from the appropriate vector lane.
2796   return Builder.CreateExtractElement(U, Builder.getInt32(Lane));
2797 }
2798
2799 Value *InnerLoopVectorizer::reverseVector(Value *Vec) {
2800   assert(Vec->getType()->isVectorTy() && "Invalid type");
2801   SmallVector<Constant *, 8> ShuffleMask;
2802   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
2803     ShuffleMask.push_back(Builder.getInt32(VF - i - 1));
2804
2805   return Builder.CreateShuffleVector(Vec, UndefValue::get(Vec->getType()),
2806                                      ConstantVector::get(ShuffleMask),
2807                                      "reverse");
2808 }
2809
2810 // Try to vectorize the interleave group that \p Instr belongs to.
2811 //
2812 // E.g. Translate following interleaved load group (factor = 3):
2813 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2814 //     R = Pic[i];             // Member of index 0
2815 //     G = Pic[i+1];           // Member of index 1
2816 //     B = Pic[i+2];           // Member of index 2
2817 //     ... // do something to R, G, B
2818 //   }
2819 // To:
2820 //   %wide.vec = load <12 x i32>                       ; Read 4 tuples of R,G,B
2821 //   %R.vec = shuffle %wide.vec, undef, <0, 3, 6, 9>   ; R elements
2822 //   %G.vec = shuffle %wide.vec, undef, <1, 4, 7, 10>  ; G elements
2823 //   %B.vec = shuffle %wide.vec, undef, <2, 5, 8, 11>  ; B elements
2824 //
2825 // Or translate following interleaved store group (factor = 3):
2826 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2827 //     ... do something to R, G, B
2828 //     Pic[i]   = R;           // Member of index 0
2829 //     Pic[i+1] = G;           // Member of index 1
2830 //     Pic[i+2] = B;           // Member of index 2
2831 //   }
2832 // To:
2833 //   %R_G.vec = shuffle %R.vec, %G.vec, <0, 1, 2, ..., 7>
2834 //   %B_U.vec = shuffle %B.vec, undef, <0, 1, 2, 3, u, u, u, u>
2835 //   %interleaved.vec = shuffle %R_G.vec, %B_U.vec,
2836 //        <0, 4, 8, 1, 5, 9, 2, 6, 10, 3, 7, 11>    ; Interleave R,G,B elements
2837 //   store <12 x i32> %interleaved.vec              ; Write 4 tuples of R,G,B
2838 void InnerLoopVectorizer::vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr) {
2839   const InterleaveGroup *Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(Instr);
2840   assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
2841
2842   // Skip if current instruction is not the insert position.
2843   if (Instr != Group->getInsertPos())
2844     return;
2845
2846   Value *Ptr = getPointerOperand(Instr);
2847
2848   // Prepare for the vector type of the interleaved load/store.
2849   Type *ScalarTy = getMemInstValueType(Instr);
2850   unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
2851   Type *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, InterleaveFactor * VF);
2852   Type *PtrTy = VecTy->getPointerTo(getMemInstAddressSpace(Instr));
2853
2854   // Prepare for the new pointers.
2855   setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
2856   SmallVector<Value *, 2> NewPtrs;
2857   unsigned Index = Group->getIndex(Instr);
2858
2859   // If the group is reverse, adjust the index to refer to the last vector lane
2860   // instead of the first. We adjust the index from the first vector lane,
2861   // rather than directly getting the pointer for lane VF - 1, because the
2862   // pointer operand of the interleaved access is supposed to be uniform. For
2863   // uniform instructions, we're only required to generate a value for the
2864   // first vector lane in each unroll iteration.
2865   if (Group->isReverse())
2866     Index += (VF - 1) * Group->getFactor();
2867
2868   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2869     Value *NewPtr = getOrCreateScalarValue(Ptr, Part, 0);
2870
2871     // Notice current instruction could be any index. Need to adjust the address
2872     // to the member of index 0.
2873     //
2874     // E.g.  a = A[i+1];     // Member of index 1 (Current instruction)
2875     //       b = A[i];       // Member of index 0
2876     // Current pointer is pointed to A[i+1], adjust it to A[i].
2877     //
2878     // E.g.  A[i+1] = a;     // Member of index 1
2879     //       A[i]   = b;     // Member of index 0
2880     //       A[i+2] = c;     // Member of index 2 (Current instruction)
2881     // Current pointer is pointed to A[i+2], adjust it to A[i].
2882     NewPtr = Builder.CreateGEP(NewPtr, Builder.getInt32(-Index));
2883
2884     // Cast to the vector pointer type.
2885     NewPtrs.push_back(Builder.CreateBitCast(NewPtr, PtrTy));
2886   }
2887
2888   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
2889   Value *UndefVec = UndefValue::get(VecTy);
2890
2891   // Vectorize the interleaved load group.
2892   if (isa<LoadInst>(Instr)) {
2893
2894     // For each unroll part, create a wide load for the group.
2895     SmallVector<Value *, 2> NewLoads;
2896     for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2897       auto *NewLoad = Builder.CreateAlignedLoad(
2898           NewPtrs[Part], Group->getAlignment(), "wide.vec");
2899       addMetadata(NewLoad, Instr);
2900       NewLoads.push_back(NewLoad);
2901     }
2902
2903     // For each member in the group, shuffle out the appropriate data from the
2904     // wide loads.
2905     for (unsigned I = 0; I < InterleaveFactor; ++I) {
2906       Instruction *Member = Group->getMember(I);
2907
2908       // Skip the gaps in the group.
2909       if (!Member)
2910         continue;
2911
2912       Constant *StrideMask = createStrideMask(Builder, I, InterleaveFactor, VF);
2913       for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2914         Value *StridedVec = Builder.CreateShuffleVector(
2915             NewLoads[Part], UndefVec, StrideMask, "strided.vec");
2916
2917         // If this member has different type, cast the result type.
2918         if (Member->getType() != ScalarTy) {
2919           VectorType *OtherVTy = VectorType::get(Member->getType(), VF);
2920           StridedVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StridedVec, OtherVTy);
2921         }
2922
2923         if (Group->isReverse())
2924           StridedVec = reverseVector(StridedVec);
2925
2926         VectorLoopValueMap.setVectorValue(Member, Part, StridedVec);
2927       }
2928     }
2929     return;
2930   }
2931
2932   // The sub vector type for current instruction.
2933   VectorType *SubVT = VectorType::get(ScalarTy, VF);
2934
2935   // Vectorize the interleaved store group.
2936   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2937     // Collect the stored vector from each member.
2938     SmallVector<Value *, 4> StoredVecs;
2939     for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++) {
2940       // Interleaved store group doesn't allow a gap, so each index has a member
2941       Instruction *Member = Group->getMember(i);
2942       assert(Member && "Fail to get a member from an interleaved store group");
2943
2944       Value *StoredVec = getOrCreateVectorValue(
2945           cast<StoreInst>(Member)->getValueOperand(), Part);
2946       if (Group->isReverse())
2947         StoredVec = reverseVector(StoredVec);
2948
2949       // If this member has different type, cast it to an unified type.
2950       if (StoredVec->getType() != SubVT)
2951         StoredVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StoredVec, SubVT);
2952
2953       StoredVecs.push_back(StoredVec);
2954     }
2955
2956     // Concatenate all vectors into a wide vector.
2957     Value *WideVec = concatenateVectors(Builder, StoredVecs);
2958
2959     // Interleave the elements in the wide vector.
2960     Constant *IMask = createInterleaveMask(Builder, VF, InterleaveFactor);
2961     Value *IVec = Builder.CreateShuffleVector(WideVec, UndefVec, IMask,
2962                                               "interleaved.vec");
2963
2964     Instruction *NewStoreInstr =
2965         Builder.CreateAlignedStore(IVec, NewPtrs[Part], Group->getAlignment());
2966     addMetadata(NewStoreInstr, Instr);
2967   }
2968 }
2969
2970 void InnerLoopVectorizer::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
2971   // Attempt to issue a wide load.
2972   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
2973   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
2974
2975   assert((LI || SI) && "Invalid Load/Store instruction");
2976
2977   LoopVectorizationCostModel::InstWidening Decision =
2978       Cost->getWideningDecision(Instr, VF);
2979   assert(Decision != LoopVectorizationCostModel::CM_Unknown &&
2980          "CM decision should be taken at this point");
2981   if (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_Interleave)
2982     return vectorizeInterleaveGroup(Instr);
2983
2984   Type *ScalarDataTy = getMemInstValueType(Instr);
2985   Type *DataTy = VectorType::get(ScalarDataTy, VF);
2986   Value *Ptr = getPointerOperand(Instr);
2987   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(Instr);
2988   // An alignment of 0 means target abi alignment. We need to use the scalar's
2989   // target abi alignment in such a case.
2990   const DataLayout &DL = Instr->getModule()->getDataLayout();
2991   if (!Alignment)
2992     Alignment = DL.getABITypeAlignment(ScalarDataTy);
2993   unsigned AddressSpace = getMemInstAddressSpace(Instr);
2994
2995   // Scalarize the memory instruction if necessary.
2996   if (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_Scalarize)
2997     return scalarizeInstruction(Instr, Legal->isScalarWithPredication(Instr));
2998
2999   // Determine if the pointer operand of the access is either consecutive or
3000   // reverse consecutive.
3001   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
3002   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
3003   bool CreateGatherScatter =
3004       (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_GatherScatter);
3005
3006   // Either Ptr feeds a vector load/store, or a vector GEP should feed a vector
3007   // gather/scatter. Otherwise Decision should have been to Scalarize.
3008   assert((ConsecutiveStride || CreateGatherScatter) &&
3009          "The instruction should be scalarized");
3010
3011   // Handle consecutive loads/stores.
3012   if (ConsecutiveStride)
3013     Ptr = getOrCreateScalarValue(Ptr, 0, 0);
3014
3015   VectorParts Mask = createBlockInMask(Instr->getParent());
3016   // Handle Stores:
3017   if (SI) {
3018     assert(!Legal->isUniform(SI->getPointerOperand()) &&
3019            "We do not allow storing to uniform addresses");
3020     setDebugLocFromInst(Builder, SI);
3021
3022     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3023       Instruction *NewSI = nullptr;
3024       Value *StoredVal = getOrCreateVectorValue(SI->getValueOperand(), Part);
3025       if (CreateGatherScatter) {
3026         Value *MaskPart = Legal->isMaskRequired(SI) ? Mask[Part] : nullptr;
3027         Value *VectorGep = getOrCreateVectorValue(Ptr, Part);
3028         NewSI = Builder.CreateMaskedScatter(StoredVal, VectorGep, Alignment,
3029                                             MaskPart);
3030       } else {
3031         // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
3032         Value *PartPtr =
3033             Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
3034
3035         if (Reverse) {
3036           // If we store to reverse consecutive memory locations, then we need
3037           // to reverse the order of elements in the stored value.
3038           StoredVal = reverseVector(StoredVal);
3039           // We don't want to update the value in the map as it might be used in
3040           // another expression. So don't call resetVectorValue(StoredVal).
3041
3042           // If the address is consecutive but reversed, then the
3043           // wide store needs to start at the last vector element.
3044           PartPtr =
3045               Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
3046           PartPtr =
3047               Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
3048           Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
3049         }
3050
3051         Value *VecPtr =
3052             Builder.CreateBitCast(PartPtr, DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
3053
3054         if (Legal->isMaskRequired(SI))
3055           NewSI = Builder.CreateMaskedStore(StoredVal, VecPtr, Alignment,
3056                                             Mask[Part]);
3057         else
3058           NewSI = Builder.CreateAlignedStore(StoredVal, VecPtr, Alignment);
3059       }
3060       addMetadata(NewSI, SI);
3061     }
3062     return;
3063   }
3064
3065   // Handle loads.
3066   assert(LI && "Must have a load instruction");
3067   setDebugLocFromInst(Builder, LI);
3068   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3069     Value *NewLI;
3070     if (CreateGatherScatter) {
3071       Value *MaskPart = Legal->isMaskRequired(LI) ? Mask[Part] : nullptr;
3072       Value *VectorGep = getOrCreateVectorValue(Ptr, Part);
3073       NewLI = Builder.CreateMaskedGather(VectorGep, Alignment, MaskPart,
3074                                          nullptr, "wide.masked.gather");
3075       addMetadata(NewLI, LI);
3076     } else {
3077       // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
3078       Value *PartPtr =
3079           Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
3080
3081       if (Reverse) {
3082         // If the address is consecutive but reversed, then the
3083         // wide load needs to start at the last vector element.
3084         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
3085         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
3086         Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
3087       }
3088
3089       Value *VecPtr =
3090           Builder.CreateBitCast(PartPtr, DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
3091       if (Legal->isMaskRequired(LI))
3092         NewLI = Builder.CreateMaskedLoad(VecPtr, Alignment, Mask[Part],
3093                                          UndefValue::get(DataTy),
3094                                          "wide.masked.load");
3095       else
3096         NewLI = Builder.CreateAlignedLoad(VecPtr, Alignment, "wide.load");
3097
3098       // Add metadata to the load, but setVectorValue to the reverse shuffle.
3099       addMetadata(NewLI, LI);
3100       if (Reverse)
3101         NewLI = reverseVector(NewLI);
3102     }
3103     VectorLoopValueMap.setVectorValue(Instr, Part, NewLI);
3104   }
3105 }
3106
3107 void InnerLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
3108                                                bool IfPredicateInstr) {
3109   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
3110   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalarizing"
3111                << (IfPredicateInstr ? " and predicating:" : ":") << *Instr
3112                << '\n');
3113   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
3114   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
3115
3116   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
3117
3118   // Does this instruction return a value ?
3119   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
3120
3121   VectorParts Cond;
3122   if (IfPredicateInstr)
3123     Cond = createBlockInMask(Instr->getParent());
3124
3125   // Determine the number of scalars we need to generate for each unroll
3126   // iteration. If the instruction is uniform, we only need to generate the
3127   // first lane. Otherwise, we generate all VF values.
3128   unsigned Lanes = Cost->isUniformAfterVectorization(Instr, VF) ? 1 : VF;
3129
3130   // For each vector unroll 'part':
3131   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3132     // For each scalar that we create:
3133     for (unsigned Lane = 0; Lane < Lanes; ++Lane) {
3134
3135       // Start if-block.
3136       Value *Cmp = nullptr;
3137       if (IfPredicateInstr) {
3138         Cmp = Cond[Part];
3139         if (Cmp->getType()->isVectorTy())
3140           Cmp = Builder.CreateExtractElement(Cmp, Builder.getInt32(Lane));
3141         Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cmp,
3142                                  ConstantInt::get(Cmp->getType(), 1));
3143       }
3144
3145       Instruction *Cloned = Instr->clone();
3146       if (!IsVoidRetTy)
3147         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
3148
3149       // Replace the operands of the cloned instructions with their scalar
3150       // equivalents in the new loop.
3151       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
3152         auto *NewOp = getOrCreateScalarValue(Instr->getOperand(op), Part, Lane);
3153         Cloned->setOperand(op, NewOp);
3154       }
3155       addNewMetadata(Cloned, Instr);
3156
3157       // Place the cloned scalar in the new loop.
3158       Builder.Insert(Cloned);
3159
3160       // Add the cloned scalar to the scalar map entry.
3161       VectorLoopValueMap.setScalarValue(Instr, Part, Lane, Cloned);
3162
3163       // If we just cloned a new assumption, add it the assumption cache.
3164       if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Cloned))
3165         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
3166           AC->registerAssumption(II);
3167
3168       // End if-block.
3169       if (IfPredicateInstr)
3170         PredicatedInstructions.push_back(std::make_pair(Cloned, Cmp));
3171     }
3172   }
3173 }
3174
3175 PHINode *InnerLoopVectorizer::createInductionVariable(Loop *L, Value *Start,
3176                                                       Value *End, Value *Step,
3177                                                       Instruction *DL) {
3178   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3179   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
3180   // As we're just creating this loop, it's possible no latch exists
3181   // yet. If so, use the header as this will be a single block loop.
3182   if (!Latch)
3183     Latch = Header;
3184
3185   IRBuilder<> Builder(&*Header->getFirstInsertionPt());
3186   Instruction *OldInst = getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction);
3187   setDebugLocFromInst(Builder, OldInst);
3188   auto *Induction = Builder.CreatePHI(Start->getType(), 2, "index");
3189
3190   Builder.SetInsertPoint(Latch->getTerminator());
3191   setDebugLocFromInst(Builder, OldInst);
3192
3193   // Create i+1 and fill the PHINode.
3194   Value *Next = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
3195   Induction->addIncoming(Start, L->getLoopPreheader());
3196   Induction->addIncoming(Next, Latch);
3197   // Create the compare.
3198   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(Next, End);
3199   Builder.CreateCondBr(ICmp, L->getExitBlock(), Header);
3200
3201   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
3202   Latch->getTerminator()->eraseFromParent();
3203
3204   return Induction;
3205 }
3206
3207 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateTripCount(Loop *L) {
3208   if (TripCount)
3209     return TripCount;
3210
3211   IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3212   // Find the loop boundaries.
3213   ScalarEvolution *SE = PSE.getSE();
3214   const SCEV *BackedgeTakenCount = PSE.getBackedgeTakenCount();
3215   assert(BackedgeTakenCount != SE->getCouldNotCompute() &&
3216          "Invalid loop count");
3217
3218   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
3219
3220   // The exit count might have the type of i64 while the phi is i32. This can
3221   // happen if we have an induction variable that is sign extended before the
3222   // compare. The only way that we get a backedge taken count is that the
3223   // induction variable was signed and as such will not overflow. In such a case
3224   // truncation is legal.
3225   if (BackedgeTakenCount->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
3226       IdxTy->getPrimitiveSizeInBits())
3227     BackedgeTakenCount = SE->getTruncateOrNoop(BackedgeTakenCount, IdxTy);
3228   BackedgeTakenCount = SE->getNoopOrZeroExtend(BackedgeTakenCount, IdxTy);
3229
3230   // Get the total trip count from the count by adding 1.
3231   const SCEV *ExitCount = SE->getAddExpr(
3232       BackedgeTakenCount, SE->getOne(BackedgeTakenCount->getType()));
3233
3234   const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
3235
3236   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
3237   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
3238   SCEVExpander Exp(*SE, DL, "induction");
3239
3240   // Count holds the overall loop count (N).
3241   TripCount = Exp.expandCodeFor(ExitCount, ExitCount->getType(),
3242                                 L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3243
3244   if (TripCount->getType()->isPointerTy())
3245     TripCount =
3246         CastInst::CreatePointerCast(TripCount, IdxTy, "exitcount.ptrcnt.to.int",
3247                                     L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3248
3249   return TripCount;
3250 }
3251
3252 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateVectorTripCount(Loop *L) {
3253   if (VectorTripCount)
3254     return VectorTripCount;
3255
3256   Value *TC = getOrCreateTripCount(L);
3257   IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3258
3259   // Now we need to generate the expression for the part of the loop that the
3260   // vectorized body will execute. This is equal to N - (N % Step) if scalar
3261   // iterations are not required for correctness, or N - Step, otherwise. Step
3262   // is equal to the vectorization factor (number of SIMD elements) times the
3263   // unroll factor (number of SIMD instructions).
3264   Constant *Step = ConstantInt::get(TC->getType(), VF * UF);
3265   Value *R = Builder.CreateURem(TC, Step, "n.mod.vf");
3266
3267   // If there is a non-reversed interleaved group that may speculatively access
3268   // memory out-of-bounds, we need to ensure that there will be at least one
3269   // iteration of the scalar epilogue loop. Thus, if the step evenly divides
3270   // the trip count, we set the remainder to be equal to the step. If the step
3271   // does not evenly divide the trip count, no adjustment is necessary since
3272   // there will already be scalar iterations. Note that the minimum iterations
3273   // check ensures that N >= Step.
3274   if (VF > 1 && Legal->requiresScalarEpilogue()) {
3275     auto *IsZero = Builder.CreateICmpEQ(R, ConstantInt::get(R->getType(), 0));
3276     R = Builder.CreateSelect(IsZero, Step, R);
3277   }
3278
3279   VectorTripCount = Builder.CreateSub(TC, R, "n.vec");
3280
3281   return VectorTripCount;
3282 }
3283
3284 void InnerLoopVectorizer::emitMinimumIterationCountCheck(Loop *L,
3285                                                          BasicBlock *Bypass) {
3286   Value *Count = getOrCreateTripCount(L);
3287   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3288   IRBuilder<> Builder(BB->getTerminator());
3289
3290   // Generate code to check if the loop's trip count is less than VF * UF, or
3291   // equal to it in case a scalar epilogue is required; this implies that the
3292   // vector trip count is zero. This check also covers the case where adding one
3293   // to the backedge-taken count overflowed leading to an incorrect trip count
3294   // of zero. In this case we will also jump to the scalar loop.
3295   auto P = Legal->requiresScalarEpilogue() ? ICmpInst::ICMP_ULE
3296                                            : ICmpInst::ICMP_ULT;
3297   Value *CheckMinIters = Builder.CreateICmp(
3298       P, Count, ConstantInt::get(Count->getType(), VF * UF), "min.iters.check");
3299
3300   BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
3301   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3302   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3303   // checks may query it before the current function is finished.
3304   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3305   if (L->getParentLoop())
3306     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3307   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3308                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, CheckMinIters));
3309   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3310 }
3311
3312 void InnerLoopVectorizer::emitSCEVChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass) {
3313   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3314
3315   // Generate the code to check that the SCEV assumptions that we made.
3316   // We want the new basic block to start at the first instruction in a
3317   // sequence of instructions that form a check.
3318   SCEVExpander Exp(*PSE.getSE(), Bypass->getModule()->getDataLayout(),
3319                    "scev.check");
3320   Value *SCEVCheck =
3321       Exp.expandCodeForPredicate(&PSE.getUnionPredicate(), BB->getTerminator());
3322
3323   if (auto *C = dyn_cast<ConstantInt>(SCEVCheck))
3324     if (C->isZero())
3325       return;
3326
3327   // Create a new block containing the stride check.
3328   BB->setName("vector.scevcheck");
3329   auto *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
3330   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3331   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3332   // checks may query it before the current function is finished.
3333   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3334   if (L->getParentLoop())
3335     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3336   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3337                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, SCEVCheck));
3338   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3339   AddedSafetyChecks = true;
3340 }
3341
3342 void InnerLoopVectorizer::emitMemRuntimeChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass) {
3343   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3344
3345   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
3346   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
3347   // faster.
3348   Instruction *FirstCheckInst;
3349   Instruction *MemRuntimeCheck;
3350   std::tie(FirstCheckInst, MemRuntimeCheck) =
3351       Legal->getLAI()->addRuntimeChecks(BB->getTerminator());
3352   if (!MemRuntimeCheck)
3353     return;
3354
3355   // Create a new block containing the memory check.
3356   BB->setName("vector.memcheck");
3357   auto *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
3358   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3359   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3360   // checks may query it before the current function is finished.
3361   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3362   if (L->getParentLoop())
3363     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3364   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3365                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, MemRuntimeCheck));
3366   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3367   AddedSafetyChecks = true;
3368
3369   // We currently don't use LoopVersioning for the actual loop cloning but we
3370   // still use it to add the noalias metadata.
3371   LVer = llvm::make_unique<LoopVersioning>(*Legal->getLAI(), OrigLoop, LI, DT,
3372                                            PSE.getSE());
3373   LVer->prepareNoAliasMetadata();
3374 }
3375
3376 void InnerLoopVectorizer::createVectorizedLoopSkeleton() {
3377   /*
3378    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
3379    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
3380    scalar remainder.
3381
3382        [ ] <-- loop iteration number check.
3383     /   |
3384    /    v
3385   |    [ ] <-- vector loop bypass (may consist of multiple blocks).
3386   |  /  |
3387   | /   v
3388   ||   [ ]     <-- vector pre header.
3389   |/    |
3390   |     v
3391   |    [  ] \
3392   |    [  ]_|   <-- vector loop.
3393   |     |
3394   |     v
3395   |   -[ ]   <--- middle-block.
3396   |  /  |
3397   | /   v
3398   -|- >[ ]     <--- new preheader.
3399    |    |
3400    |    v
3401    |   [ ] \
3402    |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
3403     \   |
3404      \  v
3405       >[ ]     <-- exit block.
3406    ...
3407    */
3408
3409   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
3410   BasicBlock *VectorPH = OrigLoop->getLoopPreheader();
3411   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
3412   assert(VectorPH && "Invalid loop structure");
3413   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
3414
3415   // Some loops have a single integer induction variable, while other loops
3416   // don't. One example is c++ iterators that often have multiple pointer
3417   // induction variables. In the code below we also support a case where we
3418   // don't have a single induction variable.
3419   //
3420   // We try to obtain an induction variable from the original loop as hard
3421   // as possible. However if we don't find one that:
3422   //   - is an integer
3423   //   - counts from zero, stepping by one
3424   //   - is the size of the widest induction variable type
3425   // then we create a new one.
3426   OldInduction = Legal->getPrimaryInduction();
3427   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
3428
3429   // Split the single block loop into the two loop structure described above.
3430   BasicBlock *VecBody =
3431       VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.body");
3432   BasicBlock *MiddleBlock =
3433       VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(), "middle.block");
3434   BasicBlock *ScalarPH =
3435       MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(), "scalar.ph");
3436
3437   // Create and register the new vector loop.
3438   Loop *Lp = new Loop();
3439   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
3440
3441   // Insert the new loop into the loop nest and register the new basic blocks
3442   // before calling any utilities such as SCEV that require valid LoopInfo.
3443   if (ParentLoop) {
3444     ParentLoop->addChildLoop(Lp);
3445     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, *LI);
3446     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, *LI);
3447   } else {
3448     LI->addTopLevelLoop(Lp);
3449   }
3450   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, *LI);
3451
3452   // Find the loop boundaries.
3453   Value *Count = getOrCreateTripCount(Lp);
3454
3455   Value *StartIdx = ConstantInt::get(IdxTy, 0);
3456
3457   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
3458   // jump to the scalar loop. This check also covers the case where the
3459   // backedge-taken count is uint##_max: adding one to it will overflow leading
3460   // to an incorrect trip count of zero. In this (rare) case we will also jump
3461   // to the scalar loop.
3462   emitMinimumIterationCountCheck(Lp, ScalarPH);
3463
3464   // Generate the code to check any assumptions that we've made for SCEV
3465   // expressions.
3466   emitSCEVChecks(Lp, ScalarPH);
3467
3468   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
3469   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
3470   // faster.
3471   emitMemRuntimeChecks(Lp, ScalarPH);
3472
3473   // Generate the induction variable.
3474   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
3475   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
3476   Value *CountRoundDown = getOrCreateVectorTripCount(Lp);
3477   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF * UF);
3478   Induction =
3479       createInductionVariable(Lp, StartIdx, CountRoundDown, Step,
3480                               getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
3481
3482   // We are going to resume the execution of the scalar loop.
3483   // Go over all of the induction variables that we found and fix the
3484   // PHIs that are left in the scalar version of the loop.
3485   // The starting values of PHI nodes depend on the counter of the last
3486   // iteration in the vectorized loop.
3487   // If we come from a bypass edge then we need to start from the original
3488   // start value.
3489
3490   // This variable saves the new starting index for the scalar loop. It is used
3491   // to test if there are any tail iterations left once the vector loop has
3492   // completed.
3493   LoopVectorizationLegality::InductionList *List = Legal->getInductionVars();
3494   for (auto &InductionEntry : *List) {
3495     PHINode *OrigPhi = InductionEntry.first;
3496     InductionDescriptor II = InductionEntry.second;
3497
3498     // Create phi nodes to merge from the  backedge-taken check block.
3499     PHINode *BCResumeVal = PHINode::Create(
3500         OrigPhi->getType(), 3, "bc.resume.val", ScalarPH->getTerminator());
3501     Value *&EndValue = IVEndValues[OrigPhi];
3502     if (OrigPhi == OldInduction) {
3503       // We know what the end value is.
3504       EndValue = CountRoundDown;
3505     } else {
3506       IRBuilder<> B(Lp->getLoopPreheader()->getTerminator());
3507       Type *StepType = II.getStep()->getType();
3508       Instruction::CastOps CastOp =
3509         CastInst::getCastOpcode(CountRoundDown, true, StepType, true);
3510       Value *CRD = B.CreateCast(CastOp, CountRoundDown, StepType, "cast.crd");
3511       const DataLayout &DL = OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
3512       EndValue = II.transform(B, CRD, PSE.getSE(), DL);
3513       EndValue->setName("ind.end");
3514     }
3515
3516     // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
3517     // or the value at the end of the vectorized loop.
3518     BCResumeVal->addIncoming(EndValue, MiddleBlock);
3519
3520     // Fix the scalar body counter (PHI node).
3521     unsigned BlockIdx = OrigPhi->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
3522
3523     // The old induction's phi node in the scalar body needs the truncated
3524     // value.
3525     for (BasicBlock *BB : LoopBypassBlocks)
3526       BCResumeVal->addIncoming(II.getStartValue(), BB);
3527     OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, BCResumeVal);
3528   }
3529
3530   // Add a check in the middle block to see if we have completed
3531   // all of the iterations in the first vector loop.
3532   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
3533   Value *CmpN =
3534       CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, Count,
3535                       CountRoundDown, "cmp.n", MiddleBlock->getTerminator());
3536   ReplaceInstWithInst(MiddleBlock->getTerminator(),
3537                       BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN));
3538
3539   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
3540   Builder.SetInsertPoint(&*VecBody->getFirstInsertionPt());
3541
3542   // Save the state.
3543   LoopVectorPreHeader = Lp->getLoopPreheader();
3544   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
3545   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
3546   LoopExitBlock = ExitBlock;
3547   LoopVectorBody = VecBody;
3548   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
3549
3550   // Keep all loop hints from the original loop on the vector loop (we'll
3551   // replace the vectorizer-specific hints below).
3552   if (MDNode *LID = OrigLoop->getLoopID())
3553     Lp->setLoopID(LID);
3554
3555   LoopVectorizeHints Hints(Lp, true, *ORE);
3556   Hints.setAlreadyVectorized();
3557 }
3558
3559 // Fix up external users of the induction variable. At this point, we are
3560 // in LCSSA form, with all external PHIs that use the IV having one input value,
3561 // coming from the remainder loop. We need those PHIs to also have a correct
3562 // value for the IV when arriving directly from the middle block.
3563 void InnerLoopVectorizer::fixupIVUsers(PHINode *OrigPhi,
3564                                        const InductionDescriptor &II,
3565                                        Value *CountRoundDown, Value *EndValue,
3566                                        BasicBlock *MiddleBlock) {
3567   // There are two kinds of external IV usages - those that use the value
3568   // computed in the last iteration (the PHI) and those that use the penultimate
3569   // value (the value that feeds into the phi from the loop latch).
3570   // We allow both, but they, obviously, have different values.
3571
3572   assert(OrigLoop->getExitBlock() && "Expected a single exit block");
3573
3574   DenseMap<Value *, Value *> MissingVals;
3575
3576   // An external user of the last iteration's value should see the value that
3577   // the remainder loop uses to initialize its own IV.
3578   Value *PostInc = OrigPhi->getIncomingValueForBlock(OrigLoop->getLoopLatch());
3579   for (User *U : PostInc->users()) {
3580     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3581     if (!OrigLoop->contains(UI)) {
3582       assert(isa<PHINode>(UI) && "Expected LCSSA form");
3583       MissingVals[UI] = EndValue;
3584     }
3585   }
3586
3587   // An external user of the penultimate value need to see EndValue - Step.
3588   // The simplest way to get this is to recompute it from the constituent SCEVs,
3589   // that is Start + (Step * (CRD - 1)).
3590   for (User *U : OrigPhi->users()) {
3591     auto *UI = cast<Instruction>(U);
3592     if (!OrigLoop->contains(UI)) {
3593       const DataLayout &DL =
3594           OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
3595       assert(isa<PHINode>(UI) && "Expected LCSSA form");
3596
3597       IRBuilder<> B(MiddleBlock->getTerminator());
3598       Value *CountMinusOne = B.CreateSub(
3599           CountRoundDown, ConstantInt::get(CountRoundDown->getType(), 1));
3600       Value *CMO =
3601           !II.getStep()->getType()->isIntegerTy()
3602               ? B.CreateCast(Instruction::SIToFP, CountMinusOne,
3603                              II.getStep()->getType())
3604               : B.CreateSExtOrTrunc(CountMinusOne, II.getStep()->getType());
3605       CMO->setName("cast.cmo");
3606       Value *Escape = II.transform(B, CMO, PSE.getSE(), DL);
3607       Escape->setName("ind.escape");
3608       MissingVals[UI] = Escape;
3609     }
3610   }
3611
3612   for (auto &I : MissingVals) {
3613     PHINode *PHI = cast<PHINode>(I.first);
3614     // One corner case we have to handle is two IVs "chasing" each-other,
3615     // that is %IV2 = phi [...], [ %IV1, %latch ]
3616     // In this case, if IV1 has an external use, we need to avoid adding both
3617     // "last value of IV1" and "penultimate value of IV2". So, verify that we
3618     // don't already have an incoming value for the middle block.
3619     if (PHI->getBasicBlockIndex(MiddleBlock) == -1)
3620       PHI->addIncoming(I.second, MiddleBlock);
3621   }
3622 }
3623
3624 namespace {
3625 struct CSEDenseMapInfo {
3626   static bool canHandle(const Instruction *I) {
3627     return isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
3628            isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I);
3629   }
3630   static inline Instruction *getEmptyKey() {
3631     return DenseMapInfo<Instruction *>::getEmptyKey();
3632   }
3633   static inline Instruction *getTombstoneKey() {
3634     return DenseMapInfo<Instruction *>::getTombstoneKey();
3635   }
3636   static unsigned getHashValue(const Instruction *I) {
3637     assert(canHandle(I) && "Unknown instruction!");
3638     return hash_combine(I->getOpcode(), hash_combine_range(I->value_op_begin(),
3639                                                            I->value_op_end()));
3640   }
3641   static bool isEqual(const Instruction *LHS, const Instruction *RHS) {
3642     if (LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey() ||
3643         LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey())
3644       return LHS == RHS;
3645     return LHS->isIdenticalTo(RHS);
3646   }
3647 };
3648 }
3649
3650 ///\brief Perform cse of induction variable instructions.
3651 static void cse(BasicBlock *BB) {
3652   // Perform simple cse.
3653   SmallDenseMap<Instruction *, Instruction *, 4, CSEDenseMapInfo> CSEMap;
3654   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
3655     Instruction *In = &*I++;
3656
3657     if (!CSEDenseMapInfo::canHandle(In))
3658       continue;
3659
3660     // Check if we can replace this instruction with any of the
3661     // visited instructions.
3662     if (Instruction *V = CSEMap.lookup(In)) {
3663       In->replaceAllUsesWith(V);
3664       In->eraseFromParent();
3665       continue;
3666     }
3667
3668     CSEMap[In] = In;
3669   }
3670 }
3671
3672 /// \brief Estimate the overhead of scalarizing an instruction. This is a
3673 /// convenience wrapper for the type-based getScalarizationOverhead API.
3674 static unsigned getScalarizationOverhead(Instruction *I, unsigned VF,
3675                                          const TargetTransformInfo &TTI) {
3676   if (VF == 1)
3677     return 0;
3678
3679   unsigned Cost = 0;
3680   Type *RetTy = ToVectorTy(I->getType(), VF);
3681   if (!RetTy->isVoidTy() &&
3682       (!isa<LoadInst>(I) ||
3683        !TTI.supportsEfficientVectorElementLoadStore()))
3684     Cost += TTI.getScalarizationOverhead(RetTy, true, false);
3685
3686   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
3687     SmallVector<const Value *, 4> Operands(CI->arg_operands());
3688     Cost += TTI.getOperandsScalarizationOverhead(Operands, VF);
3689   }
3690   else if (!isa<StoreInst>(I) ||
3691            !TTI.supportsEfficientVectorElementLoadStore()) {
3692     SmallVector<const Value *, 4> Operands(I->operand_values());
3693     Cost += TTI.getOperandsScalarizationOverhead(Operands, VF);
3694   }
3695
3696   return Cost;
3697 }
3698
3699 // Estimate cost of a call instruction CI if it were vectorized with factor VF.
3700 // Return the cost of the instruction, including scalarization overhead if it's
3701 // needed. The flag NeedToScalarize shows if the call needs to be scalarized -
3702 // i.e. either vector version isn't available, or is too expensive.
3703 static unsigned getVectorCallCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3704                                   const TargetTransformInfo &TTI,
3705                                   const TargetLibraryInfo *TLI,
3706                                   bool &NeedToScalarize) {
3707   Function *F = CI->getCalledFunction();
3708   StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
3709   Type *ScalarRetTy = CI->getType();
3710   SmallVector<Type *, 4> Tys, ScalarTys;
3711   for (auto &ArgOp : CI->arg_operands())
3712     ScalarTys.push_back(ArgOp->getType());
3713
3714   // Estimate cost of scalarized vector call. The source operands are assumed
3715   // to be vectors, so we need to extract individual elements from there,
3716   // execute VF scalar calls, and then gather the result into the vector return
3717   // value.
3718   unsigned ScalarCallCost = TTI.getCallInstrCost(F, ScalarRetTy, ScalarTys);
3719   if (VF == 1)
3720     return ScalarCallCost;
3721
3722   // Compute corresponding vector type for return value and arguments.
3723   Type *RetTy = ToVectorTy(ScalarRetTy, VF);
3724   for (Type *ScalarTy : ScalarTys)
3725     Tys.push_back(ToVectorTy(ScalarTy, VF));
3726
3727   // Compute costs of unpacking argument values for the scalar calls and
3728   // packing the return values to a vector.
3729   unsigned ScalarizationCost = getScalarizationOverhead(CI, VF, TTI);
3730
3731   unsigned Cost = ScalarCallCost * VF + ScalarizationCost;
3732
3733   // If we can't emit a vector call for this function, then the currently found
3734   // cost is the cost we need to return.
3735   NeedToScalarize = true;
3736   if (!TLI || !TLI->isFunctionVectorizable(FnName, VF) || CI->isNoBuiltin())
3737     return Cost;
3738
3739   // If the corresponding vector cost is cheaper, return its cost.
3740   unsigned VectorCallCost = TTI.getCallInstrCost(nullptr, RetTy, Tys);
3741   if (VectorCallCost < Cost) {
3742     NeedToScalarize = false;
3743     return VectorCallCost;
3744   }
3745   return Cost;
3746 }
3747
3748 // Estimate cost of an intrinsic call instruction CI if it were vectorized with
3749 // factor VF.  Return the cost of the instruction, including scalarization
3750 // overhead if it's needed.
3751 static unsigned getVectorIntrinsicCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3752                                        const TargetTransformInfo &TTI,
3753                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
3754   Intrinsic::ID ID = getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3755   assert(ID && "Expected intrinsic call!");
3756
3757   FastMathFlags FMF;
3758   if (auto *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(CI))
3759     FMF = FPMO->getFastMathFlags();
3760
3761   SmallVector<Value *, 4> Operands(CI->arg_operands());
3762   return TTI.getIntrinsicInstrCost(ID, CI->getType(), Operands, FMF, VF);
3763 }
3764
3765 static Type *smallestIntegerVectorType(Type *T1, Type *T2) {
3766   auto *I1 = cast<IntegerType>(T1->getVectorElementType());
3767   auto *I2 = cast<IntegerType>(T2->getVectorElementType());
3768   return I1->getBitWidth() < I2->getBitWidth() ? T1 : T2;
3769 }
3770 static Type *largestIntegerVectorType(Type *T1, Type *T2) {
3771   auto *I1 = cast<IntegerType>(T1->getVectorElementType());
3772   auto *I2 = cast<IntegerType>(T2->getVectorElementType());
3773   return I1->getBitWidth() > I2->getBitWidth() ? T1 : T2;
3774 }
3775
3776 void InnerLoopVectorizer::truncateToMinimalBitwidths() {
3777   // For every instruction `I` in MinBWs, truncate the operands, create a
3778   // truncated version of `I` and reextend its result. InstCombine runs
3779   // later and will remove any ext/trunc pairs.
3780   //
3781   SmallPtrSet<Value *, 4> Erased;
3782   for (const auto &KV : Cost->getMinimalBitwidths()) {
3783     // If the value wasn't vectorized, we must maintain the original scalar
3784     // type. The absence of the value from VectorLoopValueMap indicates that it
3785     // wasn't vectorized.
3786     if (!VectorLoopValueMap.hasAnyVectorValue(KV.first))
3787       continue;
3788     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3789       Value *I = getOrCreateVectorValue(KV.first, Part);
3790       if (Erased.count(I) || I->use_empty() || !isa<Instruction>(I))
3791         continue;
3792       Type *OriginalTy = I->getType();
3793       Type *ScalarTruncatedTy =
3794           IntegerType::get(OriginalTy->getContext(), KV.second);
3795       Type *TruncatedTy = VectorType::get(ScalarTruncatedTy,
3796                                           OriginalTy->getVectorNumElements());
3797       if (TruncatedTy == OriginalTy)
3798         continue;
3799
3800       IRBuilder<> B(cast<Instruction>(I));
3801       auto ShrinkOperand = [&](Value *V) -> Value * {
3802         if (auto *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
3803           if (ZI->getSrcTy() == TruncatedTy)
3804             return ZI->getOperand(0);
3805         return B.CreateZExtOrTrunc(V, TruncatedTy);
3806       };
3807
3808       // The actual instruction modification depends on the instruction type,
3809       // unfortunately.
3810       Value *NewI = nullptr;
3811       if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
3812         NewI = B.CreateBinOp(BO->getOpcode(), ShrinkOperand(BO->getOperand(0)),
3813                              ShrinkOperand(BO->getOperand(1)));
3814
3815         // Any wrapping introduced by shrinking this operation shouldn't be
3816         // considered undefined behavior. So, we can't unconditionally copy
3817         // arithmetic wrapping flags to NewI.
3818         cast<BinaryOperator>(NewI)->copyIRFlags(I, /*IncludeWrapFlags=*/false);
3819       } else if (auto *CI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
3820         NewI =
3821             B.CreateICmp(CI->getPredicate(), ShrinkOperand(CI->getOperand(0)),
3822                          ShrinkOperand(CI->getOperand(1)));
3823       } else if (auto *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3824         NewI = B.CreateSelect(SI->getCondition(),
3825                               ShrinkOperand(SI->getTrueValue()),
3826                               ShrinkOperand(SI->getFalseValue()));
3827       } else if (auto *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
3828         switch (CI->getOpcode()) {
3829         default:
3830           llvm_unreachable("Unhandled cast!");
3831         case Instruction::Trunc:
3832           NewI = ShrinkOperand(CI->getOperand(0));
3833           break;
3834         case Instruction::SExt:
3835           NewI = B.CreateSExtOrTrunc(
3836               CI->getOperand(0),
3837               smallestIntegerVectorType(OriginalTy, TruncatedTy));
3838           break;
3839         case Instruction::ZExt:
3840           NewI = B.CreateZExtOrTrunc(
3841               CI->getOperand(0),
3842               smallestIntegerVectorType(OriginalTy, TruncatedTy));
3843           break;
3844         }
3845       } else if (auto *SI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I)) {
3846         auto Elements0 = SI->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
3847         auto *O0 = B.CreateZExtOrTrunc(
3848             SI->getOperand(0), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements0));
3849         auto Elements1 = SI->getOperand(1)->getType()->getVectorNumElements();
3850         auto *O1 = B.CreateZExtOrTrunc(
3851             SI->getOperand(1), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements1));
3852
3853         NewI = B.CreateShuffleVector(O0, O1, SI->getMask());
3854       } else if (isa<LoadInst>(I)) {
3855         // Don't do anything with the operands, just extend the result.
3856         continue;
3857       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(I)) {
3858         auto Elements = IE->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
3859         auto *O0 = B.CreateZExtOrTrunc(
3860             IE->getOperand(0), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements));
3861         auto *O1 = B.CreateZExtOrTrunc(IE->getOperand(1), ScalarTruncatedTy);
3862         NewI = B.CreateInsertElement(O0, O1, IE->getOperand(2));
3863       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(I)) {
3864         auto Elements = EE->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
3865         auto *O0 = B.CreateZExtOrTrunc(
3866             EE->getOperand(0), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements));
3867         NewI = B.CreateExtractElement(O0, EE->getOperand(2));
3868       } else {
3869         llvm_unreachable("Unhandled instruction type!");
3870       }
3871
3872       // Lastly, extend the result.
3873       NewI->takeName(cast<Instruction>(I));
3874       Value *Res = B.CreateZExtOrTrunc(NewI, OriginalTy);
3875       I->replaceAllUsesWith(Res);
3876       cast<Instruction>(I)->eraseFromParent();
3877       Erased.insert(I);
3878       VectorLoopValueMap.resetVectorValue(KV.first, Part, Res);
3879     }
3880   }
3881
3882   // We'll have created a bunch of ZExts that are now parentless. Clean up.
3883   for (const auto &KV : Cost->getMinimalBitwidths()) {
3884     // If the value wasn't vectorized, we must maintain the original scalar
3885     // type. The absence of the value from VectorLoopValueMap indicates that it
3886     // wasn't vectorized.
3887     if (!VectorLoopValueMap.hasAnyVectorValue(KV.first))
3888       continue;
3889     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3890       Value *I = getOrCreateVectorValue(KV.first, Part);
3891       ZExtInst *Inst = dyn_cast<ZExtInst>(I);
3892       if (Inst && Inst->use_empty()) {
3893         Value *NewI = Inst->getOperand(0);
3894         Inst->eraseFromParent();
3895         VectorLoopValueMap.resetVectorValue(KV.first, Part, NewI);
3896       }
3897     }
3898   }
3899 }
3900
3901 void InnerLoopVectorizer::fixVectorizedLoop() {
3902   // Insert truncates and extends for any truncated instructions as hints to
3903   // InstCombine.
3904   if (VF > 1)
3905     truncateToMinimalBitwidths();
3906
3907   // At this point every instruction in the original loop is widened to a
3908   // vector form. Now we need to fix the recurrences in the loop. These PHI
3909   // nodes are currently empty because we did not want to introduce cycles.
3910   // This is the second stage of vectorizing recurrences.
3911   fixCrossIterationPHIs();
3912
3913   // Update the dominator tree.
3914   //
3915   // FIXME: After creating the structure of the new loop, the dominator tree is
3916   //        no longer up-to-date, and it remains that way until we update it
3917   //        here. An out-of-date dominator tree is problematic for SCEV,
3918   //        because SCEVExpander uses it to guide code generation. The
3919   //        vectorizer use SCEVExpanders in several places. Instead, we should
3920   //        keep the dominator tree up-to-date as we go.
3921   updateAnalysis();
3922
3923   // Fix-up external users of the induction variables.
3924   for (auto &Entry : *Legal->getInductionVars())
3925     fixupIVUsers(Entry.first, Entry.second,
3926                  getOrCreateVectorTripCount(LI->getLoopFor(LoopVectorBody)),
3927                  IVEndValues[Entry.first], LoopMiddleBlock);
3928
3929   fixLCSSAPHIs();
3930   predicateInstructions();
3931
3932   // Remove redundant induction instructions.
3933   cse(LoopVectorBody);
3934 }
3935
3936 void InnerLoopVectorizer::fixCrossIterationPHIs() {
3937   // In order to support recurrences we need to be able to vectorize Phi nodes.
3938   // Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two stages. This is
3939   // stage #2: We now need to fix the recurrences by adding incoming edges to
3940   // the currently empty PHI nodes. At this point every instruction in the
3941   // original loop is widened to a vector form so we can use them to construct
3942   // the incoming edges.
3943   for (Instruction &I : *OrigLoop->getHeader()) {
3944     PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(&I);
3945     if (!Phi)
3946       break;
3947     // Handle first-order recurrences and reductions that need to be fixed.
3948     if (Legal->isFirstOrderRecurrence(Phi))
3949       fixFirstOrderRecurrence(Phi);
3950     else if (Legal->isReductionVariable(Phi))
3951       fixReduction(Phi);
3952   }
3953 }
3954
3955 void InnerLoopVectorizer::fixFirstOrderRecurrence(PHINode *Phi) {
3956
3957   // This is the second phase of vectorizing first-order recurrences. An
3958   // overview of the transformation is described below. Suppose we have the
3959   // following loop.
3960   //
3961   //   for (int i = 0; i < n; ++i)
3962   //     b[i] = a[i] - a[i - 1];
3963   //
3964   // There is a first-order recurrence on "a". For this loop, the shorthand
3965   // scalar IR looks like:
3966   //
3967   //   scalar.ph:
3968   //     s_init = a[-1]
3969   //     br scalar.body
3970   //
3971   //   scalar.body:
3972   //     i = phi [0, scalar.ph], [i+1, scalar.body]
3973   //     s1 = phi [s_init, scalar.ph], [s2, scalar.body]
3974   //     s2 = a[i]
3975   //     b[i] = s2 - s1
3976   //     br cond, scalar.body, ...
3977   //
3978   // In this example, s1 is a recurrence because it's value depends on the
3979   // previous iteration. In the first phase of vectorization, we created a
3980   // temporary value for s1. We now complete the vectorization and produce the
3981   // shorthand vector IR shown below (for VF = 4, UF = 1).
3982   //
3983   //   vector.ph:
3984   //     v_init = vector(..., ..., ..., a[-1])
3985   //     br vector.body
3986   //
3987   //   vector.body
3988   //     i = phi [0, vector.ph], [i+4, vector.body]
3989   //     v1 = phi [v_init, vector.ph], [v2, vector.body]
3990   //     v2 = a[i, i+1, i+2, i+3];
3991   //     v3 = vector(v1(3), v2(0, 1, 2))
3992   //     b[i, i+1, i+2, i+3] = v2 - v3
3993   //     br cond, vector.body, middle.block
3994   //
3995   //   middle.block:
3996   //     x = v2(3)
3997   //     br scalar.ph
3998   //
3999   //   scalar.ph:
4000   //     s_init = phi [x, middle.block], [a[-1], otherwise]
4001   //     br scalar.body
4002   //
4003   // After execution completes the vector loop, we extract the next value of
4004   // the recurrence (x) to use as the initial value in the scalar loop.
4005
4006   // Get the original loop preheader and single loop latch.
4007   auto *Preheader = OrigLoop->getLoopPreheader();
4008   auto *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
4009
4010   // Get the initial and previous values of the scalar recurrence.
4011   auto *ScalarInit = Phi->getIncomingValueForBlock(Preheader);
4012   auto *Previous = Phi->getIncomingValueForBlock(Latch);
4013
4014   // Create a vector from the initial value.
4015   auto *VectorInit = ScalarInit;
4016   if (VF > 1) {
4017     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
4018     VectorInit = Builder.CreateInsertElement(
4019         UndefValue::get(VectorType::get(VectorInit->getType(), VF)), VectorInit,
4020         Builder.getInt32(VF - 1), "vector.recur.init");
4021   }
4022
4023   // We constructed a temporary phi node in the first phase of vectorization.
4024   // This phi node will eventually be deleted.
4025   Builder.SetInsertPoint(
4026       cast<Instruction>(VectorLoopValueMap.getVectorValue(Phi, 0)));
4027
4028   // Create a phi node for the new recurrence. The current value will either be
4029   // the initial value inserted into a vector or loop-varying vector value.
4030   auto *VecPhi = Builder.CreatePHI(VectorInit->getType(), 2, "vector.recur");
4031   VecPhi->addIncoming(VectorInit, LoopVectorPreHeader);
4032
4033   // Get the vectorized previous value of the last part UF - 1. It appears last
4034   // among all unrolled iterations, due to the order of their construction.
4035   Value *PreviousLastPart = getOrCreateVectorValue(Previous, UF - 1);
4036
4037   // Set the insertion point after the previous value if it is an instruction.
4038   // Note that the previous value may have been constant-folded so it is not
4039   // guaranteed to be an instruction in the vector loop. Also, if the previous
4040   // value is a phi node, we should insert after all the phi nodes to avoid
4041   // breaking basic block verification.
4042   if (LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->isLoopInvariant(PreviousLastPart) ||
4043       isa<PHINode>(PreviousLastPart))
4044     Builder.SetInsertPoint(&*LoopVectorBody->getFirstInsertionPt());
4045   else
4046     Builder.SetInsertPoint(
4047         &*++BasicBlock::iterator(cast<Instruction>(PreviousLastPart)));
4048
4049   // We will construct a vector for the recurrence by combining the values for
4050   // the current and previous iterations. This is the required shuffle mask.
4051   SmallVector<Constant *, 8> ShuffleMask(VF);
4052   ShuffleMask[0] = Builder.getInt32(VF - 1);
4053   for (unsigned I = 1; I < VF; ++I)
4054     ShuffleMask[I] = Builder.getInt32(I + VF - 1);
4055
4056   // The vector from which to take the initial value for the current iteration
4057   // (actual or unrolled). Initially, this is the vector phi node.
4058   Value *Incoming = VecPhi;
4059
4060   // Shuffle the current and previous vector and update the vector parts.
4061   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4062     Value *PreviousPart = getOrCreateVectorValue(Previous, Part);
4063     Value *PhiPart = VectorLoopValueMap.getVectorValue(Phi, Part);
4064     auto *Shuffle =
4065         VF > 1 ? Builder.CreateShuffleVector(Incoming, PreviousPart,
4066                                              ConstantVector::get(ShuffleMask))
4067                : Incoming;
4068     PhiPart->replaceAllUsesWith(Shuffle);
4069     cast<Instruction>(PhiPart)->eraseFromParent();
4070     VectorLoopValueMap.resetVectorValue(Phi, Part, Shuffle);
4071     Incoming = PreviousPart;
4072   }
4073
4074   // Fix the latch value of the new recurrence in the vector loop.
4075   VecPhi->addIncoming(Incoming, LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch());
4076
4077   // Extract the last vector element in the middle block. This will be the
4078   // initial value for the recurrence when jumping to the scalar loop.
4079   auto *ExtractForScalar = Incoming;
4080   if (VF > 1) {
4081     Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getTerminator());
4082     ExtractForScalar = Builder.CreateExtractElement(
4083         ExtractForScalar, Builder.getInt32(VF - 1), "vector.recur.extract");
4084   }
4085   // Extract the second last element in the middle block if the
4086   // Phi is used outside the loop. We need to extract the phi itself
4087   // and not the last element (the phi update in the current iteration). This
4088   // will be the value when jumping to the exit block from the LoopMiddleBlock,
4089   // when the scalar loop is not run at all.
4090   Value *ExtractForPhiUsedOutsideLoop = nullptr;
4091   if (VF > 1)
4092     ExtractForPhiUsedOutsideLoop = Builder.CreateExtractElement(
4093         Incoming, Builder.getInt32(VF - 2), "vector.recur.extract.for.phi");
4094   // When loop is unrolled without vectorizing, initialize
4095   // ExtractForPhiUsedOutsideLoop with the value just prior to unrolled value of
4096   // `Incoming`. This is analogous to the vectorized case above: extracting the
4097   // second last element when VF > 1.
4098   else if (UF > 1)
4099     ExtractForPhiUsedOutsideLoop = getOrCreateVectorValue(Previous, UF - 2);
4100
4101   // Fix the initial value of the original recurrence in the scalar loop.
4102   Builder.SetInsertPoint(&*LoopScalarPreHeader->begin());
4103   auto *Start = Builder.CreatePHI(Phi->getType(), 2, "scalar.recur.init");
4104   for (auto *BB : predecessors(LoopScalarPreHeader)) {
4105     auto *Incoming = BB == LoopMiddleBlock ? ExtractForScalar : ScalarInit;
4106     Start->addIncoming(Incoming, BB);
4107   }
4108
4109   Phi->setIncomingValue(Phi->getBasicBlockIndex(LoopScalarPreHeader), Start);
4110   Phi->setName("scalar.recur");
4111
4112   // Finally, fix users of the recurrence outside the loop. The users will need
4113   // either the last value of the scalar recurrence or the last value of the
4114   // vector recurrence we extracted in the middle block. Since the loop is in
4115   // LCSSA form, we just need to find the phi node for the original scalar
4116   // recurrence in the exit block, and then add an edge for the middle block.
4117   for (auto &I : *LoopExitBlock) {
4118     auto *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(&I);
4119     if (!LCSSAPhi)
4120       break;
4121     if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == Phi) {
4122       LCSSAPhi->addIncoming(ExtractForPhiUsedOutsideLoop, LoopMiddleBlock);
4123       break;
4124     }
4125   }
4126 }
4127
4128 void InnerLoopVectorizer::fixReduction(PHINode *Phi) {
4129   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
4130
4131   // Get it's reduction variable descriptor.
4132   assert(Legal->isReductionVariable(Phi) &&
4133          "Unable to find the reduction variable");
4134   RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[Phi];
4135
4136   RecurrenceDescriptor::RecurrenceKind RK = RdxDesc.getRecurrenceKind();
4137   TrackingVH<Value> ReductionStartValue = RdxDesc.getRecurrenceStartValue();
4138   Instruction *LoopExitInst = RdxDesc.getLoopExitInstr();
4139   RecurrenceDescriptor::MinMaxRecurrenceKind MinMaxKind =
4140     RdxDesc.getMinMaxRecurrenceKind();
4141   setDebugLocFromInst(Builder, ReductionStartValue);
4142
4143   // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
4144   // To do so, we need to generate the 'identity' vector and override
4145   // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
4146   // to do it in the vector-loop preheader.
4147   Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
4148
4149   // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
4150   Type *VecTy = getOrCreateVectorValue(LoopExitInst, 0)->getType();
4151
4152   // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
4153   // one for multiplication, -1 for And.
4154   Value *Identity;
4155   Value *VectorStart;
4156   if (RK == RecurrenceDescriptor::RK_IntegerMinMax ||
4157       RK == RecurrenceDescriptor::RK_FloatMinMax) {
4158     // MinMax reduction have the start value as their identify.
4159     if (VF == 1) {
4160       VectorStart = Identity = ReductionStartValue;
4161     } else {
4162       VectorStart = Identity =
4163         Builder.CreateVectorSplat(VF, ReductionStartValue, "minmax.ident");
4164     }
4165   } else {
4166     // Handle other reduction kinds:
4167     Constant *Iden = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceIdentity(
4168         RK, VecTy->getScalarType());
4169     if (VF == 1) {
4170       Identity = Iden;
4171       // This vector is the Identity vector where the first element is the
4172       // incoming scalar reduction.
4173       VectorStart = ReductionStartValue;
4174     } else {
4175       Identity = ConstantVector::getSplat(VF, Iden);
4176
4177       // This vector is the Identity vector where the first element is the
4178       // incoming scalar reduction.
4179       VectorStart =
4180         Builder.CreateInsertElement(Identity, ReductionStartValue, Zero);
4181     }
4182   }
4183
4184   // Fix the vector-loop phi.
4185
4186   // Reductions do not have to start at zero. They can start with
4187   // any loop invariant values.
4188   BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
4189   Value *LoopVal = Phi->getIncomingValueForBlock(Latch);
4190   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4191     Value *VecRdxPhi = getOrCreateVectorValue(Phi, Part);
4192     Value *Val = getOrCreateVectorValue(LoopVal, Part);
4193     // Make sure to add the reduction stat value only to the
4194     // first unroll part.
4195     Value *StartVal = (Part == 0) ? VectorStart : Identity;
4196     cast<PHINode>(VecRdxPhi)->addIncoming(StartVal, LoopVectorPreHeader);
4197     cast<PHINode>(VecRdxPhi)
4198       ->addIncoming(Val, LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch());
4199   }
4200
4201   // Before each round, move the insertion point right between
4202   // the PHIs and the values we are going to write.
4203   // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
4204   // instructions.
4205   Builder.SetInsertPoint(&*LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
4206
4207   setDebugLocFromInst(Builder, LoopExitInst);
4208
4209   // If the vector reduction can be performed in a smaller type, we truncate
4210   // then extend the loop exit value to enable InstCombine to evaluate the
4211   // entire expression in the smaller type.
4212   if (VF > 1 && Phi->getType() != RdxDesc.getRecurrenceType()) {
4213     Type *RdxVecTy = VectorType::get(RdxDesc.getRecurrenceType(), VF);
4214     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorBody->getTerminator());
4215     VectorParts RdxParts(UF);
4216     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4217       RdxParts[Part] = VectorLoopValueMap.getVectorValue(LoopExitInst, Part);
4218       Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(RdxParts[Part], RdxVecTy);
4219       Value *Extnd = RdxDesc.isSigned() ? Builder.CreateSExt(Trunc, VecTy)
4220                                         : Builder.CreateZExt(Trunc, VecTy);
4221       for (Value::user_iterator UI = RdxParts[Part]->user_begin();
4222            UI != RdxParts[Part]->user_end();)
4223         if (*UI != Trunc) {
4224           (*UI++)->replaceUsesOfWith(RdxParts[Part], Extnd);
4225           RdxParts[Part] = Extnd;
4226         } else {
4227           ++UI;
4228         }
4229     }
4230     Builder.SetInsertPoint(&*LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
4231     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4232       RdxParts[Part] = Builder.CreateTrunc(RdxParts[Part], RdxVecTy);
4233       VectorLoopValueMap.resetVectorValue(LoopExitInst, Part, RdxParts[Part]);
4234     }
4235   }
4236
4237   // Reduce all of the unrolled parts into a single vector.
4238   Value *ReducedPartRdx = VectorLoopValueMap.getVectorValue(LoopExitInst, 0);
4239   unsigned Op = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceBinOp(RK);
4240   setDebugLocFromInst(Builder, ReducedPartRdx);
4241   for (unsigned Part = 1; Part < UF; ++Part) {
4242     Value *RdxPart = VectorLoopValueMap.getVectorValue(LoopExitInst, Part);
4243     if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
4244       // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
4245       ReducedPartRdx = addFastMathFlag(
4246           Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Op, RdxPart,
4247                               ReducedPartRdx, "bin.rdx"));
4248     else
4249       ReducedPartRdx = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(
4250           Builder, MinMaxKind, ReducedPartRdx, RdxPart);
4251   }
4252
4253   if (VF > 1) {
4254     bool NoNaN = Legal->hasFunNoNaNAttr();
4255     ReducedPartRdx =
4256         createTargetReduction(Builder, TTI, RdxDesc, ReducedPartRdx, NoNaN);
4257     // If the reduction can be performed in a smaller type, we need to extend
4258     // the reduction to the wider type before we branch to the original loop.
4259     if (Phi->getType() != RdxDesc.getRecurrenceType())
4260       ReducedPartRdx =
4261         RdxDesc.isSigned()
4262         ? Builder.CreateSExt(ReducedPartRdx, Phi->getType())
4263         : Builder.CreateZExt(ReducedPartRdx, Phi->getType());
4264   }
4265
4266   // Create a phi node that merges control-flow from the backedge-taken check
4267   // block and the middle block.
4268   PHINode *BCBlockPhi = PHINode::Create(Phi->getType(), 2, "bc.merge.rdx",
4269                                         LoopScalarPreHeader->getTerminator());
4270   for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
4271     BCBlockPhi->addIncoming(ReductionStartValue, LoopBypassBlocks[I]);
4272   BCBlockPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
4273
4274   // Now, we need to fix the users of the reduction variable
4275   // inside and outside of the scalar remainder loop.
4276   // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
4277   // PHI nodes in the exit blocks.
4278   for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
4279          LEE = LoopExitBlock->end();
4280        LEI != LEE; ++LEI) {
4281     PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
4282     if (!LCSSAPhi)
4283       break;
4284
4285     // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
4286     // we already fixed them.
4287     assert(LCSSAPhi->getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
4288
4289     // We found a reduction value exit-PHI. Update it with the
4290     // incoming bypass edge.
4291     if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == LoopExitInst)
4292       LCSSAPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
4293   } // end of the LCSSA phi scan.
4294
4295     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
4296     // from the vector body and from the backedge value.
4297   int IncomingEdgeBlockIdx =
4298     Phi->getBasicBlockIndex(OrigLoop->getLoopLatch());
4299   assert(IncomingEdgeBlockIdx >= 0 && "Invalid block index");
4300   // Pick the other block.
4301   int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1);
4302   Phi->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, BCBlockPhi);
4303   Phi->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, LoopExitInst);
4304 }
4305
4306 void InnerLoopVectorizer::fixLCSSAPHIs() {
4307   for (Instruction &LEI : *LoopExitBlock) {
4308     auto *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(&LEI);
4309     if (!LCSSAPhi)
4310       break;
4311     if (LCSSAPhi->getNumIncomingValues() == 1) {
4312       assert(OrigLoop->isLoopInvariant(LCSSAPhi->getIncomingValue(0)) &&
4313              "Incoming value isn't loop invariant");
4314       LCSSAPhi->addIncoming(LCSSAPhi->getIncomingValue(0), LoopMiddleBlock);
4315     }
4316   }
4317 }
4318
4319 void InnerLoopVectorizer::sinkScalarOperands(Instruction *PredInst) {
4320
4321   // The basic block and loop containing the predicated instruction.
4322   auto *PredBB = PredInst->getParent();
4323   auto *VectorLoop = LI->getLoopFor(PredBB);
4324
4325   // Initialize a worklist with the operands of the predicated instruction.
4326   SetVector<Value *> Worklist(PredInst->op_begin(), PredInst->op_end());
4327
4328   // Holds instructions that we need to analyze again. An instruction may be
4329   // reanalyzed if we don't yet know if we can sink it or not.
4330   SmallVector<Instruction *, 8> InstsToReanalyze;
4331
4332   // Returns true if a given use occurs in the predicated block. Phi nodes use
4333   // their operands in their corresponding predecessor blocks.
4334   auto isBlockOfUsePredicated = [&](Use &U) -> bool {
4335     auto *I = cast<Instruction>(U.getUser());
4336     BasicBlock *BB = I->getParent();
4337     if (auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(I))
4338       BB = Phi->getIncomingBlock(
4339           PHINode::getIncomingValueNumForOperand(U.getOperandNo()));
4340     return BB == PredBB;
4341   };
4342
4343   // Iteratively sink the scalarized operands of the predicated instruction
4344   // into the block we created for it. When an instruction is sunk, it's
4345   // operands are then added to the worklist. The algorithm ends after one pass
4346   // through the worklist doesn't sink a single instruction.
4347   bool Changed;
4348   do {
4349
4350     // Add the instructions that need to be reanalyzed to the worklist, and
4351     // reset the changed indicator.
4352     Worklist.insert(InstsToReanalyze.begin(), InstsToReanalyze.end());
4353     InstsToReanalyze.clear();
4354     Changed = false;
4355
4356     while (!Worklist.empty()) {
4357       auto *I = dyn_cast<Instruction>(Worklist.pop_back_val());
4358
4359       // We can't sink an instruction if it is a phi node, is already in the
4360       // predicated block, is not in the loop, or may have side effects.
4361       if (!I || isa<PHINode>(I) || I->getParent() == PredBB ||
4362           !VectorLoop->contains(I) || I->mayHaveSideEffects())
4363         continue;
4364
4365       // It's legal to sink the instruction if all its uses occur in the
4366       // predicated block. Otherwise, there's nothing to do yet, and we may
4367       // need to reanalyze the instruction.
4368       if (!all_of(I->uses(), isBlockOfUsePredicated)) {
4369         InstsToReanalyze.push_back(I);
4370         continue;
4371       }
4372
4373       // Move the instruction to the beginning of the predicated block, and add
4374       // it's operands to the worklist.
4375       I->moveBefore(&*PredBB->getFirstInsertionPt());
4376       Worklist.insert(I->op_begin(), I->op_end());
4377
4378       // The sinking may have enabled other instructions to be sunk, so we will
4379       // need to iterate.
4380       Changed = true;
4381     }
4382   } while (Changed);
4383 }
4384
4385 void InnerLoopVectorizer::predicateInstructions() {
4386
4387   // For each instruction I marked for predication on value C, split I into its
4388   // own basic block to form an if-then construct over C. Since I may be fed by
4389   // an extractelement instruction or other scalar operand, we try to
4390   // iteratively sink its scalar operands into the predicated block. If I feeds
4391   // an insertelement instruction, we try to move this instruction into the
4392   // predicated block as well. For non-void types, a phi node will be created
4393   // for the resulting value (either vector or scalar).
4394   //
4395   // So for some predicated instruction, e.g. the conditional sdiv in:
4396   //
4397   // for.body:
4398   //  ...
4399   //  %add = add nsw i32 %mul, %0
4400   //  %cmp5 = icmp sgt i32 %2, 7
4401   //  br i1 %cmp5, label %if.then, label %if.end
4402   //
4403   // if.then:
4404   //  %div = sdiv i32 %0, %1
4405   //  br label %if.end
4406   //
4407   // if.end:
4408   //  %x.0 = phi i32 [ %div, %if.then ], [ %add, %for.body ]
4409   //
4410   // the sdiv at this point is scalarized and if-converted using a select.
4411   // The inactive elements in the vector are not used, but the predicated
4412   // instruction is still executed for all vector elements, essentially:
4413   //
4414   // vector.body:
4415   //  ...
4416   //  %17 = add nsw <2 x i32> %16, %wide.load
4417   //  %29 = extractelement <2 x i32> %wide.load, i32 0
4418   //  %30 = extractelement <2 x i32> %wide.load51, i32 0
4419   //  %31 = sdiv i32 %29, %30
4420   //  %32 = insertelement <2 x i32> undef, i32 %31, i32 0
4421   //  %35 = extractelement <2 x i32> %wide.load, i32 1
4422   //  %36 = extractelement <2 x i32> %wide.load51, i32 1
4423   //  %37 = sdiv i32 %35, %36
4424   //  %38 = insertelement <2 x i32> %32, i32 %37, i32 1
4425   //  %predphi = select <2 x i1> %26, <2 x i32> %38, <2 x i32> %17
4426   //
4427   // Predication will now re-introduce the original control flow to avoid false
4428   // side-effects by the sdiv instructions on the inactive elements, yielding
4429   // (after cleanup):
4430   //
4431   // vector.body:
4432   //  ...
4433   //  %5 = add nsw <2 x i32> %4, %wide.load
4434   //  %8 = icmp sgt <2 x i32> %wide.load52, <i32 7, i32 7>
4435   //  %9 = extractelement <2 x i1> %8, i32 0
4436   //  br i1 %9, label %pred.sdiv.if, label %pred.sdiv.continue
4437   //
4438   // pred.sdiv.if:
4439   //  %10 = extractelement <2 x i32> %wide.load, i32 0
4440   //  %11 = extractelement <2 x i32> %wide.load51, i32 0
4441   //  %12 = sdiv i32 %10, %11
4442   //  %13 = insertelement <2 x i32> undef, i32 %12, i32 0
4443   //  br label %pred.sdiv.continue
4444   //
4445   // pred.sdiv.continue:
4446   //  %14 = phi <2 x i32> [ undef, %vector.body ], [ %13, %pred.sdiv.if ]
4447   //  %15 = extractelement <2 x i1> %8, i32 1
4448   //  br i1 %15, label %pred.sdiv.if54, label %pred.sdiv.continue55
4449   //
4450   // pred.sdiv.if54:
4451   //  %16 = extractelement <2 x i32> %wide.load, i32 1
4452   //  %17 = extractelement <2 x i32> %wide.load51, i32 1
4453   //  %18 = sdiv i32 %16, %17
4454   //  %19 = insertelement <2 x i32> %14, i32 %18, i32 1
4455   //  br label %pred.sdiv.continue55
4456   //
4457   // pred.sdiv.continue55:
4458   //  %20 = phi <2 x i32> [ %14, %pred.sdiv.continue ], [ %19, %pred.sdiv.if54 ]
4459   //  %predphi = select <2 x i1> %8, <2 x i32> %20, <2 x i32> %5
4460
4461   for (auto KV : PredicatedInstructions) {
4462     BasicBlock::iterator I(KV.first);
4463     BasicBlock *Head = I->getParent();
4464     auto *T = SplitBlockAndInsertIfThen(KV.second, &*I, /*Unreachable=*/false,
4465                                         /*BranchWeights=*/nullptr, DT, LI);
4466     I->moveBefore(T);
4467     sinkScalarOperands(&*I);
4468
4469     BasicBlock *PredicatedBlock = I->getParent();
4470     Twine BBNamePrefix = Twine("pred.") + I->getOpcodeName();
4471     PredicatedBlock->setName(BBNamePrefix + ".if");
4472     PredicatedBlock->getSingleSuccessor()->setName(BBNamePrefix + ".continue");
4473
4474     // If the instruction is non-void create a Phi node at reconvergence point.
4475     if (!I->getType()->isVoidTy()) {
4476       Value *IncomingTrue = nullptr;
4477       Value *IncomingFalse = nullptr;
4478
4479       if (I->hasOneUse() && isa<InsertElementInst>(*I->user_begin())) {
4480         // If the predicated instruction is feeding an insert-element, move it
4481         // into the Then block; Phi node will be created for the vector.
4482         InsertElementInst *IEI = cast<InsertElementInst>(*I->user_begin());
4483         IEI->moveBefore(T);
4484         IncomingTrue = IEI; // the new vector with the inserted element.
4485         IncomingFalse = IEI->getOperand(0); // the unmodified vector
4486       } else {
4487         // Phi node will be created for the scalar predicated instruction.
4488         IncomingTrue = &*I;
4489         IncomingFalse = UndefValue::get(I->getType());
4490       }
4491
4492       BasicBlock *PostDom = I->getParent()->getSingleSuccessor();
4493       assert(PostDom && "Then block has multiple successors");
4494       PHINode *Phi =
4495           PHINode::Create(IncomingTrue->getType(), 2, "", &PostDom->front());
4496       IncomingTrue->replaceAllUsesWith(Phi);
4497       Phi->addIncoming(IncomingFalse, Head);
4498       Phi->addIncoming(IncomingTrue, I->getParent());
4499     }
4500   }
4501
4502   DEBUG(DT->verifyDomTree());
4503 }
4504
4505 InnerLoopVectorizer::VectorParts
4506 InnerLoopVectorizer::createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst) {
4507   assert(is_contained(predecessors(Dst), Src) && "Invalid edge");
4508
4509   // Look for cached value.
4510   std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *> Edge(Src, Dst);
4511   EdgeMaskCacheTy::iterator ECEntryIt = EdgeMaskCache.find(Edge);
4512   if (ECEntryIt != EdgeMaskCache.end())
4513     return ECEntryIt->second;
4514
4515   VectorParts SrcMask = createBlockInMask(Src);
4516
4517   // The terminator has to be a branch inst!
4518   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Src->getTerminator());
4519   assert(BI && "Unexpected terminator found");
4520
4521   if (BI->isConditional()) {
4522
4523     VectorParts EdgeMask(UF);
4524     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4525       auto *EdgeMaskPart = getOrCreateVectorValue(BI->getCondition(), Part);
4526       if (BI->getSuccessor(0) != Dst)
4527         EdgeMaskPart = Builder.CreateNot(EdgeMaskPart);
4528
4529       EdgeMaskPart = Builder.CreateAnd(EdgeMaskPart, SrcMask[Part]);
4530       EdgeMask[Part] = EdgeMaskPart;
4531     }
4532
4533     EdgeMaskCache[Edge] = EdgeMask;
4534     return EdgeMask;
4535   }
4536
4537   EdgeMaskCache[Edge] = SrcMask;
4538   return SrcMask;
4539 }
4540
4541 InnerLoopVectorizer::VectorParts
4542 InnerLoopVectorizer::createBlockInMask(BasicBlock *BB) {
4543   assert(OrigLoop->contains(BB) && "Block is not a part of a loop");
4544
4545   // Look for cached value.
4546   BlockMaskCacheTy::iterator BCEntryIt = BlockMaskCache.find(BB);
4547   if (BCEntryIt != BlockMaskCache.end())
4548     return BCEntryIt->second;
4549
4550   VectorParts BlockMask(UF);
4551
4552   // Loop incoming mask is all-one.
4553   if (OrigLoop->getHeader() == BB) {
4554     Value *C = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 1);
4555     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
4556       BlockMask[Part] = getOrCreateVectorValue(C, Part);
4557     BlockMaskCache[BB] = BlockMask;
4558     return BlockMask;
4559   }
4560
4561   // This is the block mask. We OR all incoming edges, and with zero.
4562   Value *Zero = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 0);
4563   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
4564     BlockMask[Part] = getOrCreateVectorValue(Zero, Part);
4565
4566   // For each pred:
4567   for (pred_iterator It = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); It != E; ++It) {
4568     VectorParts EM = createEdgeMask(*It, BB);
4569     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
4570       BlockMask[Part] = Builder.CreateOr(BlockMask[Part], EM[Part]);
4571   }
4572
4573   BlockMaskCache[BB] = BlockMask;
4574   return BlockMask;
4575 }
4576
4577 void InnerLoopVectorizer::widenPHIInstruction(Instruction *PN, unsigned UF,
4578                                               unsigned VF) {
4579   PHINode *P = cast<PHINode>(PN);
4580   // In order to support recurrences we need to be able to vectorize Phi nodes.
4581   // Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two stages. This is
4582   // stage #1: We create a new vector PHI node with no incoming edges. We'll use
4583   // this value when we vectorize all of the instructions that use the PHI.
4584   if (Legal->isReductionVariable(P) || Legal->isFirstOrderRecurrence(P)) {
4585     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4586       // This is phase one of vectorizing PHIs.
4587       Type *VecTy =
4588           (VF == 1) ? PN->getType() : VectorType::get(PN->getType(), VF);
4589       Value *EntryPart = PHINode::Create(
4590           VecTy, 2, "vec.phi", &*LoopVectorBody->getFirstInsertionPt());
4591       VectorLoopValueMap.setVectorValue(P, Part, EntryPart);
4592     }
4593     return;
4594   }
4595
4596   setDebugLocFromInst(Builder, P);
4597   // Check for PHI nodes that are lowered to vector selects.
4598   if (P->getParent() != OrigLoop->getHeader()) {
4599     // We know that all PHIs in non-header blocks are converted into
4600     // selects, so we don't have to worry about the insertion order and we
4601     // can just use the builder.
4602     // At this point we generate the predication tree. There may be
4603     // duplications since this is a simple recursive scan, but future
4604     // optimizations will clean it up.
4605
4606     unsigned NumIncoming = P->getNumIncomingValues();
4607
4608     // Generate a sequence of selects of the form:
4609     // SELECT(Mask3, In3,
4610     //      SELECT(Mask2, In2,
4611     //                   ( ...)))
4612     VectorParts Entry(UF);
4613     for (unsigned In = 0; In < NumIncoming; In++) {
4614       VectorParts Cond =
4615           createEdgeMask(P->getIncomingBlock(In), P->getParent());
4616
4617       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4618         Value *In0 = getOrCreateVectorValue(P->getIncomingValue(In), Part);
4619         // We might have single edge PHIs (blocks) - use an identity
4620         // 'select' for the first PHI operand.
4621         if (In == 0)
4622           Entry[Part] = Builder.CreateSelect(Cond[Part], In0, In0);
4623         else
4624           // Select between the current value and the previous incoming edge
4625           // based on the incoming mask.
4626           Entry[Part] = Builder.CreateSelect(Cond[Part], In0, Entry[Part],
4627                                              "predphi");
4628       }
4629     }
4630     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
4631       VectorLoopValueMap.setVectorValue(P, Part, Entry[Part]);
4632     return;
4633   }
4634
4635   // This PHINode must be an induction variable.
4636   // Make sure that we know about it.
4637   assert(Legal->getInductionVars()->count(P) && "Not an induction variable");
4638
4639   InductionDescriptor II = Legal->getInductionVars()->lookup(P);
4640   const DataLayout &DL = OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
4641
4642   // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
4643   // which can be found from the original scalar operations.
4644   switch (II.getKind()) {
4645   case InductionDescriptor::IK_NoInduction:
4646     llvm_unreachable("Unknown induction");
4647   case InductionDescriptor::IK_IntInduction:
4648   case InductionDescriptor::IK_FpInduction:
4649     return widenIntOrFpInduction(P);
4650   case InductionDescriptor::IK_PtrInduction: {
4651     // Handle the pointer induction variable case.
4652     assert(P->getType()->isPointerTy() && "Unexpected type.");
4653     // This is the normalized GEP that starts counting at zero.
4654     Value *PtrInd = Induction;
4655     PtrInd = Builder.CreateSExtOrTrunc(PtrInd, II.getStep()->getType());
4656     // Determine the number of scalars we need to generate for each unroll
4657     // iteration. If the instruction is uniform, we only need to generate the
4658     // first lane. Otherwise, we generate all VF values.
4659     unsigned Lanes = Cost->isUniformAfterVectorization(P, VF) ? 1 : VF;
4660     // These are the scalar results. Notice that we don't generate vector GEPs
4661     // because scalar GEPs result in better code.
4662     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4663       for (unsigned Lane = 0; Lane < Lanes; ++Lane) {
4664         Constant *Idx = ConstantInt::get(PtrInd->getType(), Lane + Part * VF);
4665         Value *GlobalIdx = Builder.CreateAdd(PtrInd, Idx);
4666         Value *SclrGep = II.transform(Builder, GlobalIdx, PSE.getSE(), DL);
4667         SclrGep->setName("next.gep");
4668         VectorLoopValueMap.setScalarValue(P, Part, Lane, SclrGep);
4669       }
4670     }
4671     return;
4672   }
4673   }
4674 }
4675
4676 /// A helper function for checking whether an integer division-related
4677 /// instruction may divide by zero (in which case it must be predicated if
4678 /// executed conditionally in the scalar code).
4679 /// TODO: It may be worthwhile to generalize and check isKnownNonZero().
4680 /// Non-zero divisors that are non compile-time constants will not be
4681 /// converted into multiplication, so we will still end up scalarizing
4682 /// the division, but can do so w/o predication.
4683 static bool mayDivideByZero(Instruction &I) {
4684   assert((I.getOpcode() == Instruction::UDiv ||
4685           I.getOpcode() == Instruction::SDiv ||
4686           I.getOpcode() == Instruction::URem ||
4687           I.getOpcode() == Instruction::SRem) &&
4688          "Unexpected instruction");
4689   Value *Divisor = I.getOperand(1);
4690   auto *CInt = dyn_cast<ConstantInt>(Divisor);
4691   return !CInt || CInt->isZero();
4692 }
4693
4694 void InnerLoopVectorizer::vectorizeInstruction(Instruction &I) {
4695   // Scalarize instructions that should remain scalar after vectorization.
4696   if (VF > 1 &&
4697       !(isa<BranchInst>(&I) || isa<PHINode>(&I) || isa<DbgInfoIntrinsic>(&I)) &&
4698       shouldScalarizeInstruction(&I)) {
4699     scalarizeInstruction(&I, Legal->isScalarWithPredication(&I));
4700     return;
4701   }
4702
4703   switch (I.getOpcode()) {
4704   case Instruction::Br:
4705     // Nothing to do for PHIs and BR, since we already took care of the
4706     // loop control flow instructions.
4707     break;
4708   case Instruction::PHI: {
4709     // Vectorize PHINodes.
4710     widenPHIInstruction(&I, UF, VF);
4711     break;
4712   } // End of PHI.
4713   case Instruction::GetElementPtr: {
4714     // Construct a vector GEP by widening the operands of the scalar GEP as
4715     // necessary. We mark the vector GEP 'inbounds' if appropriate. A GEP
4716     // results in a vector of pointers when at least one operand of the GEP
4717     // is vector-typed. Thus, to keep the representation compact, we only use
4718     // vector-typed operands for loop-varying values.
4719     auto *GEP = cast<GetElementPtrInst>(&I);
4720
4721     if (VF > 1 && OrigLoop->hasLoopInvariantOperands(GEP)) {
4722       // If we are vectorizing, but the GEP has only loop-invariant operands,
4723       // the GEP we build (by only using vector-typed operands for
4724       // loop-varying values) would be a scalar pointer. Thus, to ensure we
4725       // produce a vector of pointers, we need to either arbitrarily pick an
4726       // operand to broadcast, or broadcast a clone of the original GEP.
4727       // Here, we broadcast a clone of the original.
4728       //
4729       // TODO: If at some point we decide to scalarize instructions having
4730       //       loop-invariant operands, this special case will no longer be
4731       //       required. We would add the scalarization decision to
4732       //       collectLoopScalars() and teach getVectorValue() to broadcast
4733       //       the lane-zero scalar value.
4734       auto *Clone = Builder.Insert(GEP->clone());
4735       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4736         Value *EntryPart = Builder.CreateVectorSplat(VF, Clone);
4737         VectorLoopValueMap.setVectorValue(&I, Part, EntryPart);
4738         addMetadata(EntryPart, GEP);
4739       }
4740     } else {
4741       // If the GEP has at least one loop-varying operand, we are sure to
4742       // produce a vector of pointers. But if we are only unrolling, we want
4743       // to produce a scalar GEP for each unroll part. Thus, the GEP we
4744       // produce with the code below will be scalar (if VF == 1) or vector
4745       // (otherwise). Note that for the unroll-only case, we still maintain
4746       // values in the vector mapping with initVector, as we do for other
4747       // instructions.
4748       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4749
4750         // The pointer operand of the new GEP. If it's loop-invariant, we
4751         // won't broadcast it.
4752         auto *Ptr =
4753             OrigLoop->isLoopInvariant(GEP->getPointerOperand())
4754                 ? GEP->getPointerOperand()
4755                 : getOrCreateVectorValue(GEP->getPointerOperand(), Part);
4756
4757         // Collect all the indices for the new GEP. If any index is
4758         // loop-invariant, we won't broadcast it.
4759         SmallVector<Value *, 4> Indices;
4760         for (auto &U : make_range(GEP->idx_begin(), GEP->idx_end())) {
4761           if (OrigLoop->isLoopInvariant(U.get()))
4762             Indices.push_back(U.get());
4763           else
4764             Indices.push_back(getOrCreateVectorValue(U.get(), Part));
4765         }
4766
4767         // Create the new GEP. Note that this GEP may be a scalar if VF == 1,
4768         // but it should be a vector, otherwise.
4769         auto *NewGEP = GEP->isInBounds()
4770                            ? Builder.CreateInBoundsGEP(Ptr, Indices)
4771                            : Builder.CreateGEP(Ptr, Indices);
4772         assert((VF == 1 || NewGEP->getType()->isVectorTy()) &&
4773                "NewGEP is not a pointer vector");
4774         VectorLoopValueMap.setVectorValue(&I, Part, NewGEP);
4775         addMetadata(NewGEP, GEP);
4776       }
4777     }
4778
4779     break;
4780   }
4781   case Instruction::UDiv:
4782   case Instruction::SDiv:
4783   case Instruction::SRem:
4784   case Instruction::URem:
4785     // Scalarize with predication if this instruction may divide by zero and
4786     // block execution is conditional, otherwise fallthrough.
4787     if (Legal->isScalarWithPredication(&I)) {
4788       scalarizeInstruction(&I, true);
4789       break;
4790     }
4791     LLVM_FALLTHROUGH;
4792   case Instruction::Add:
4793   case Instruction::FAdd:
4794   case Instruction::Sub:
4795   case Instruction::FSub:
4796   case Instruction::Mul:
4797   case Instruction::FMul:
4798   case Instruction::FDiv:
4799   case Instruction::FRem:
4800   case Instruction::Shl:
4801   case Instruction::LShr:
4802   case Instruction::AShr:
4803   case Instruction::And:
4804   case Instruction::Or:
4805   case Instruction::Xor: {
4806     // Just widen binops.
4807     auto *BinOp = cast<BinaryOperator>(&I);
4808     setDebugLocFromInst(Builder, BinOp);
4809
4810     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4811       Value *A = getOrCreateVectorValue(BinOp->getOperand(0), Part);
4812       Value *B = getOrCreateVectorValue(BinOp->getOperand(1), Part);
4813       Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), A, B);
4814
4815       if (BinaryOperator *VecOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
4816         VecOp->copyIRFlags(BinOp);
4817
4818       // Use this vector value for all users of the original instruction.
4819       VectorLoopValueMap.setVectorValue(&I, Part, V);
4820       addMetadata(V, BinOp);
4821     }
4822
4823     break;
4824   }
4825   case Instruction::Select: {
4826     // Widen selects.
4827     // If the selector is loop invariant we can create a select
4828     // instruction with a scalar condition. Otherwise, use vector-select.
4829     auto *SE = PSE.getSE();
4830     bool InvariantCond =
4831         SE->isLoopInvariant(PSE.getSCEV(I.getOperand(0)), OrigLoop);
4832     setDebugLocFromInst(Builder, &I);
4833
4834     // The condition can be loop invariant  but still defined inside the
4835     // loop. This means that we can't just use the original 'cond' value.
4836     // We have to take the 'vectorized' value and pick the first lane.
4837     // Instcombine will make this a no-op.
4838
4839     auto *ScalarCond = getOrCreateScalarValue(I.getOperand(0), 0, 0);
4840
4841     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4842       Value *Cond = getOrCreateVectorValue(I.getOperand(0), Part);
4843       Value *Op0 = getOrCreateVectorValue(I.getOperand(1), Part);
4844       Value *Op1 = getOrCreateVectorValue(I.getOperand(2), Part);
4845       Value *Sel =
4846           Builder.CreateSelect(InvariantCond ? ScalarCond : Cond, Op0, Op1);
4847       VectorLoopValueMap.setVectorValue(&I, Part, Sel);
4848       addMetadata(Sel, &I);
4849     }
4850
4851     break;
4852   }
4853
4854   case Instruction::ICmp:
4855   case Instruction::FCmp: {
4856     // Widen compares. Generate vector compares.
4857     bool FCmp = (I.getOpcode() == Instruction::FCmp);
4858     auto *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(&I);
4859     setDebugLocFromInst(Builder, Cmp);
4860     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4861       Value *A = getOrCreateVectorValue(Cmp->getOperand(0), Part);
4862       Value *B = getOrCreateVectorValue(Cmp->getOperand(1), Part);
4863       Value *C = nullptr;
4864       if (FCmp) {
4865         C = Builder.CreateFCmp(Cmp->getPredicate(), A, B);
4866         cast<FCmpInst>(C)->copyFastMathFlags(Cmp);
4867       } else {
4868         C = Builder.CreateICmp(Cmp->getPredicate(), A, B);
4869       }
4870       VectorLoopValueMap.setVectorValue(&I, Part, C);
4871       addMetadata(C, &I);
4872     }
4873
4874     break;
4875   }
4876
4877   case Instruction::Store:
4878   case Instruction::Load:
4879     vectorizeMemoryInstruction(&I);
4880     break;
4881   case Instruction::ZExt:
4882   case Instruction::SExt:
4883   case Instruction::FPToUI:
4884   case Instruction::FPToSI:
4885   case Instruction::FPExt:
4886   case Instruction::PtrToInt:
4887   case Instruction::IntToPtr:
4888   case Instruction::SIToFP:
4889   case Instruction::UIToFP:
4890   case Instruction::Trunc:
4891   case Instruction::FPTrunc:
4892   case Instruction::BitCast: {
4893     auto *CI = dyn_cast<CastInst>(&I);
4894     setDebugLocFromInst(Builder, CI);
4895
4896     // Optimize the special case where the source is a constant integer
4897     // induction variable. Notice that we can only optimize the 'trunc' case
4898     // because (a) FP conversions lose precision, (b) sext/zext may wrap, and
4899     // (c) other casts depend on pointer size.
4900     if (Cost->isOptimizableIVTruncate(CI, VF)) {
4901       widenIntOrFpInduction(cast<PHINode>(CI->getOperand(0)),
4902                             cast<TruncInst>(CI));
4903       break;
4904     }
4905
4906     /// Vectorize casts.
4907     Type *DestTy =
4908         (VF == 1) ? CI->getType() : VectorType::get(CI->getType(), VF);
4909
4910     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4911       Value *A = getOrCreateVectorValue(CI->getOperand(0), Part);
4912       Value *Cast = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), A, DestTy);
4913       VectorLoopValueMap.setVectorValue(&I, Part, Cast);
4914       addMetadata(Cast, &I);
4915     }
4916     break;
4917   }
4918
4919   case Instruction::Call: {
4920     // Ignore dbg intrinsics.
4921     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4922       break;
4923     setDebugLocFromInst(Builder, &I);
4924
4925     Module *M = I.getParent()->getParent()->getParent();
4926     auto *CI = cast<CallInst>(&I);
4927
4928     StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
4929     Function *F = CI->getCalledFunction();
4930     Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
4931     SmallVector<Type *, 4> Tys;
4932     for (Value *ArgOperand : CI->arg_operands())
4933       Tys.push_back(ToVectorTy(ArgOperand->getType(), VF));
4934
4935     Intrinsic::ID ID = getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
4936     if (ID && (ID == Intrinsic::assume || ID == Intrinsic::lifetime_end ||
4937                ID == Intrinsic::lifetime_start)) {
4938       scalarizeInstruction(&I);
4939       break;
4940     }
4941     // The flag shows whether we use Intrinsic or a usual Call for vectorized
4942     // version of the instruction.
4943     // Is it beneficial to perform intrinsic call compared to lib call?
4944     bool NeedToScalarize;
4945     unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, *TTI, TLI, NeedToScalarize);
4946     bool UseVectorIntrinsic =
4947         ID && getVectorIntrinsicCost(CI, VF, *TTI, TLI) <= CallCost;
4948     if (!UseVectorIntrinsic && NeedToScalarize) {
4949       scalarizeInstruction(&I);
4950       break;
4951     }
4952
4953     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4954       SmallVector<Value *, 4> Args;
4955       for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i) {
4956         Value *Arg = CI->getArgOperand(i);
4957         // Some intrinsics have a scalar argument - don't replace it with a
4958         // vector.
4959         if (!UseVectorIntrinsic || !hasVectorInstrinsicScalarOpd(ID, i))
4960           Arg = getOrCreateVectorValue(CI->getArgOperand(i), Part);
4961         Args.push_back(Arg);
4962       }
4963
4964       Function *VectorF;
4965       if (UseVectorIntrinsic) {
4966         // Use vector version of the intrinsic.
4967         Type *TysForDecl[] = {CI->getType()};
4968         if (VF > 1)
4969           TysForDecl[0] = VectorType::get(CI->getType()->getScalarType(), VF);
4970         VectorF = Intrinsic::getDeclaration(M, ID, TysForDecl);
4971       } else {
4972         // Use vector version of the library call.
4973         StringRef VFnName = TLI->getVectorizedFunction(FnName, VF);
4974         assert(!VFnName.empty() && "Vector function name is empty.");
4975         VectorF = M->getFunction(VFnName);
4976         if (!VectorF) {
4977           // Generate a declaration
4978           FunctionType *FTy = FunctionType::get(RetTy, Tys, false);
4979           VectorF =
4980               Function::Create(FTy, Function::ExternalLinkage, VFnName, M);
4981           VectorF->copyAttributesFrom(F);
4982         }
4983       }
4984       assert(VectorF && "Can't create vector function.");
4985
4986       SmallVector<OperandBundleDef, 1> OpBundles;
4987       CI->getOperandBundlesAsDefs(OpBundles);
4988       CallInst *V = Builder.CreateCall(VectorF, Args, OpBundles);
4989
4990       if (isa<FPMathOperator>(V))
4991         V->copyFastMathFlags(CI);
4992
4993       VectorLoopValueMap.setVectorValue(&I, Part, V);
4994       addMetadata(V, &I);
4995     }
4996
4997     break;
4998   }
4999
5000   default:
5001     // All other instructions are unsupported. Scalarize them.
5002     scalarizeInstruction(&I);
5003     break;
5004   } // end of switch.
5005 }
5006
5007 void InnerLoopVectorizer::updateAnalysis() {
5008   // Forget the original basic block.
5009   PSE.getSE()->forgetLoop(OrigLoop);
5010
5011   // Update the dominator tree information.
5012   assert(DT->properlyDominates(LoopBypassBlocks.front(), LoopExitBlock) &&
5013          "Entry does not dominate exit.");
5014
5015   DT->addNewBlock(LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getHeader(),
5016                   LoopVectorPreHeader);
5017   DT->addNewBlock(LoopMiddleBlock,
5018                   LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch());
5019   DT->addNewBlock(LoopScalarPreHeader, LoopBypassBlocks[0]);
5020   DT->changeImmediateDominator(LoopScalarBody, LoopScalarPreHeader);
5021   DT->changeImmediateDominator(LoopExitBlock, LoopBypassBlocks[0]);
5022
5023   DEBUG(DT->verifyDomTree());
5024 }
5025
5026 /// \brief Check whether it is safe to if-convert this phi node.
5027 ///
5028 /// Phi nodes with constant expressions that can trap are not safe to if
5029 /// convert.
5030 static bool canIfConvertPHINodes(BasicBlock *BB) {
5031   for (Instruction &I : *BB) {
5032     auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(&I);
5033     if (!Phi)
5034       return true;
5035     for (Value *V : Phi->incoming_values())
5036       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V))
5037         if (C->canTrap())
5038           return false;
5039   }
5040   return true;
5041 }
5042
5043 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeWithIfConvert() {
5044   if (!EnableIfConversion) {
5045     ORE->emit(createMissedAnalysis("IfConversionDisabled")
5046               << "if-conversion is disabled");
5047     return false;
5048   }
5049
5050   assert(TheLoop->getNumBlocks() > 1 && "Single block loops are vectorizable");
5051
5052   // A list of pointers that we can safely read and write to.
5053   SmallPtrSet<Value *, 8> SafePointes;
5054
5055   // Collect safe addresses.
5056   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
5057     if (blockNeedsPredication(BB))
5058       continue;
5059
5060     for (Instruction &I : *BB)
5061       if (auto *Ptr = getPointerOperand(&I))
5062         SafePointes.insert(Ptr);
5063   }
5064
5065   // Collect the blocks that need predication.
5066   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
5067   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
5068     // We don't support switch statements inside loops.
5069     if (!isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
5070       ORE->emit(createMissedAnalysis("LoopContainsSwitch", BB->getTerminator())
5071                 << "loop contains a switch statement");
5072       return false;
5073     }
5074
5075     // We must be able to predicate all blocks that need to be predicated.
5076     if (blockNeedsPredication(BB)) {
5077       if (!blockCanBePredicated(BB, SafePointes)) {
5078         ORE->emit(createMissedAnalysis("NoCFGForSelect", BB->getTerminator())
5079                   << "control flow cannot be substituted for a select");
5080         return false;
5081       }
5082     } else if (BB != Header && !canIfConvertPHINodes(BB)) {
5083       ORE->emit(createMissedAnalysis("NoCFGForSelect", BB->getTerminator())
5084                 << "control flow cannot be substituted for a select");
5085       return false;
5086     }
5087   }
5088
5089   // We can if-convert this loop.
5090   return true;
5091 }
5092
5093 bool LoopVectorizationLegality::canVectorize() {
5094   // Store the result and return it at the end instead of exiting early, in case
5095   // allowExtraAnalysis is used to report multiple reasons for not vectorizing.
5096   bool Result = true;
5097   // We must have a loop in canonical form. Loops with indirectbr in them cannot
5098   // be canonicalized.
5099   if (!TheLoop->getLoopPreheader()) {
5100     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5101               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5102     if (ORE->allowExtraAnalysis())
5103       Result = false;
5104     else
5105       return false;
5106   }
5107
5108   // FIXME: The code is currently dead, since the loop gets sent to
5109   // LoopVectorizationLegality is already an innermost loop.
5110   //
5111   // We can only vectorize innermost loops.
5112   if (!TheLoop->empty()) {
5113     ORE->emit(createMissedAnalysis("NotInnermostLoop")
5114               << "loop is not the innermost loop");
5115     if (ORE->allowExtraAnalysis())
5116       Result = false;
5117     else
5118       return false;
5119   }
5120
5121   // We must have a single backedge.
5122   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1) {
5123     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5124               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5125     if (ORE->allowExtraAnalysis())
5126       Result = false;
5127     else
5128       return false;
5129   }
5130
5131   // We must have a single exiting block.
5132   if (!TheLoop->getExitingBlock()) {
5133     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5134               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5135     if (ORE->allowExtraAnalysis())
5136       Result = false;
5137     else
5138       return false;
5139   }
5140
5141   // We only handle bottom-tested loops, i.e. loop in which the condition is
5142   // checked at the end of each iteration. With that we can assume that all
5143   // instructions in the loop are executed the same number of times.
5144   if (TheLoop->getExitingBlock() != TheLoop->getLoopLatch()) {
5145     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5146               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5147     if (ORE->allowExtraAnalysis())
5148       Result = false;
5149     else
5150       return false;
5151   }
5152
5153   // We need to have a loop header.
5154   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop: " << TheLoop->getHeader()->getName()
5155                << '\n');
5156
5157   // Check if we can if-convert non-single-bb loops.
5158   unsigned NumBlocks = TheLoop->getNumBlocks();
5159   if (NumBlocks != 1 && !canVectorizeWithIfConvert()) {
5160     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't if-convert the loop.\n");
5161     if (ORE->allowExtraAnalysis())
5162       Result = false;
5163     else
5164       return false;
5165   }
5166
5167   // Check if we can vectorize the instructions and CFG in this loop.
5168   if (!canVectorizeInstrs()) {
5169     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize the instructions or CFG\n");
5170     if (ORE->allowExtraAnalysis())
5171       Result = false;
5172     else
5173       return false;
5174   }
5175
5176   // Go over each instruction and look at memory deps.
5177   if (!canVectorizeMemory()) {
5178     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize due to memory conflicts\n");
5179     if (ORE->allowExtraAnalysis())
5180       Result = false;
5181     else
5182       return false;
5183   }
5184
5185   DEBUG(dbgs() << "LV: We can vectorize this loop"
5186                << (LAI->getRuntimePointerChecking()->Need
5187                        ? " (with a runtime bound check)"
5188                        : "")
5189                << "!\n");
5190
5191   bool UseInterleaved = TTI->enableInterleavedAccessVectorization();
5192
5193   // If an override option has been passed in for interleaved accesses, use it.
5194   if (EnableInterleavedMemAccesses.getNumOccurrences() > 0)
5195     UseInterleaved = EnableInterleavedMemAccesses;
5196
5197   // Analyze interleaved memory accesses.
5198   if (UseInterleaved)
5199     InterleaveInfo.analyzeInterleaving(*getSymbolicStrides());
5200
5201   unsigned SCEVThreshold = VectorizeSCEVCheckThreshold;
5202   if (Hints->getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled)
5203     SCEVThreshold = PragmaVectorizeSCEVCheckThreshold;
5204
5205   if (PSE.getUnionPredicate().getComplexity() > SCEVThreshold) {
5206     ORE->emit(createMissedAnalysis("TooManySCEVRunTimeChecks")
5207               << "Too many SCEV assumptions need to be made and checked "
5208               << "at runtime");
5209     DEBUG(dbgs() << "LV: Too many SCEV checks needed.\n");
5210     if (ORE->allowExtraAnalysis())
5211       Result = false;
5212     else
5213       return false;
5214   }
5215
5216   // Okay! We've done all the tests. If any have failed, return false. Otherwise
5217   // we can vectorize, and at this point we don't have any other mem analysis
5218   // which may limit our maximum vectorization factor, so just return true with
5219   // no restrictions.
5220   return Result;
5221 }
5222
5223 static Type *convertPointerToIntegerType(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
5224   if (Ty->isPointerTy())
5225     return DL.getIntPtrType(Ty);
5226
5227   // It is possible that char's or short's overflow when we ask for the loop's
5228   // trip count, work around this by changing the type size.
5229   if (Ty->getScalarSizeInBits() < 32)
5230     return Type::getInt32Ty(Ty->getContext());
5231
5232   return Ty;
5233 }
5234
5235 static Type *getWiderType(const DataLayout &DL, Type *Ty0, Type *Ty1) {
5236   Ty0 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty0);
5237   Ty1 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty1);
5238   if (Ty0->getScalarSizeInBits() > Ty1->getScalarSizeInBits())
5239     return Ty0;
5240   return Ty1;
5241 }
5242
5243 /// \brief Check that the instruction has outside loop users and is not an
5244 /// identified reduction variable.
5245 static bool hasOutsideLoopUser(const Loop *TheLoop, Instruction *Inst,
5246                                SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit) {
5247   // Reduction and Induction instructions are allowed to have exit users. All
5248   // other instructions must not have external users.
5249   if (!AllowedExit.count(Inst))
5250     // Check that all of the users of the loop are inside the BB.
5251     for (User *U : Inst->users()) {
5252       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
5253       // This user may be a reduction exit value.
5254       if (!TheLoop->contains(UI)) {
5255         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an outside user for : " << *UI << '\n');
5256         return true;
5257       }
5258     }
5259   return false;
5260 }
5261
5262 void LoopVectorizationLegality::addInductionPhi(
5263     PHINode *Phi, const InductionDescriptor &ID,
5264     SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit) {
5265   Inductions[Phi] = ID;
5266   Type *PhiTy = Phi->getType();
5267   const DataLayout &DL = Phi->getModule()->getDataLayout();
5268
5269   // Get the widest type.
5270   if (!PhiTy->isFloatingPointTy()) {
5271     if (!WidestIndTy)
5272       WidestIndTy = convertPointerToIntegerType(DL, PhiTy);
5273     else
5274       WidestIndTy = getWiderType(DL, PhiTy, WidestIndTy);
5275   }
5276
5277   // Int inductions are special because we only allow one IV.
5278   if (ID.getKind() == InductionDescriptor::IK_IntInduction &&
5279       ID.getConstIntStepValue() &&
5280       ID.getConstIntStepValue()->isOne() &&
5281       isa<Constant>(ID.getStartValue()) &&
5282       cast<Constant>(ID.getStartValue())->isNullValue()) {
5283
5284     // Use the phi node with the widest type as induction. Use the last
5285     // one if there are multiple (no good reason for doing this other
5286     // than it is expedient). We've checked that it begins at zero and
5287     // steps by one, so this is a canonical induction variable.
5288     if (!PrimaryInduction || PhiTy == WidestIndTy)
5289       PrimaryInduction = Phi;
5290   }
5291
5292   // Both the PHI node itself, and the "post-increment" value feeding
5293   // back into the PHI node may have external users.
5294   // We can allow those uses, except if the SCEVs we have for them rely
5295   // on predicates that only hold within the loop, since allowing the exit
5296   // currently means re-using this SCEV outside the loop.
5297   if (PSE.getUnionPredicate().isAlwaysTrue()) {
5298     AllowedExit.insert(Phi);
5299     AllowedExit.insert(Phi->getIncomingValueForBlock(TheLoop->getLoopLatch()));
5300   }
5301
5302   DEBUG(dbgs() << "LV: Found an induction variable.\n");
5303   return;
5304 }
5305
5306 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeInstrs() {
5307   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
5308
5309   // Look for the attribute signaling the absence of NaNs.
5310   Function &F = *Header->getParent();
5311   HasFunNoNaNAttr =
5312       F.getFnAttribute("no-nans-fp-math").getValueAsString() == "true";
5313
5314   // For each block in the loop.
5315   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
5316     // Scan the instructions in the block and look for hazards.
5317     for (Instruction &I : *BB) {
5318       if (auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
5319         Type *PhiTy = Phi->getType();
5320         // Check that this PHI type is allowed.
5321         if (!PhiTy->isIntegerTy() && !PhiTy->isFloatingPointTy() &&
5322             !PhiTy->isPointerTy()) {
5323           ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood", Phi)
5324                     << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5325           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an non-int non-pointer PHI.\n");
5326           return false;
5327         }
5328
5329         // If this PHINode is not in the header block, then we know that we
5330         // can convert it to select during if-conversion. No need to check if
5331         // the PHIs in this block are induction or reduction variables.
5332         if (BB != Header) {
5333           // Check that this instruction has no outside users or is an
5334           // identified reduction value with an outside user.
5335           if (!hasOutsideLoopUser(TheLoop, Phi, AllowedExit))
5336             continue;
5337           ORE->emit(createMissedAnalysis("NeitherInductionNorReduction", Phi)
5338                     << "value could not be identified as "
5339                        "an induction or reduction variable");
5340           return false;
5341         }
5342
5343         // We only allow if-converted PHIs with exactly two incoming values.
5344         if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
5345           ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood", Phi)
5346                     << "control flow not understood by vectorizer");
5347           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an invalid PHI.\n");
5348           return false;
5349         }
5350
5351         RecurrenceDescriptor RedDes;
5352         if (RecurrenceDescriptor::isReductionPHI(Phi, TheLoop, RedDes)) {
5353           if (RedDes.hasUnsafeAlgebra())
5354             Requirements->addUnsafeAlgebraInst(RedDes.getUnsafeAlgebraInst());
5355           AllowedExit.insert(RedDes.getLoopExitInstr());
5356           Reductions[Phi] = RedDes;
5357           continue;
5358         }
5359
5360         InductionDescriptor ID;
5361         if (InductionDescriptor::isInductionPHI(Phi, TheLoop, PSE, ID)) {
5362           addInductionPhi(Phi, ID, AllowedExit);
5363           if (ID.hasUnsafeAlgebra() && !HasFunNoNaNAttr)
5364             Requirements->addUnsafeAlgebraInst(ID.getUnsafeAlgebraInst());
5365           continue;
5366         }
5367
5368         if (RecurrenceDescriptor::isFirstOrderRecurrence(Phi, TheLoop,
5369                                                          SinkAfter, DT)) {
5370           FirstOrderRecurrences.insert(Phi);
5371           continue;
5372         }
5373
5374         // As a last resort, coerce the PHI to a AddRec expression
5375         // and re-try classifying it a an induction PHI.
5376         if (InductionDescriptor::isInductionPHI(Phi, TheLoop, PSE, ID, true)) {
5377           addInductionPhi(Phi, ID, AllowedExit);
5378           continue;
5379         }
5380
5381         ORE->emit(createMissedAnalysis("NonReductionValueUsedOutsideLoop", Phi)
5382                   << "value that could not be identified as "
5383                      "reduction is used outside the loop");
5384         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified PHI." << *Phi << "\n");
5385         return false;
5386       } // end of PHI handling
5387
5388       // We handle calls that:
5389       //   * Are debug info intrinsics.
5390       //   * Have a mapping to an IR intrinsic.
5391       //   * Have a vector version available.
5392       auto *CI = dyn_cast<CallInst>(&I);
5393       if (CI && !getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI) &&
5394           !isa<DbgInfoIntrinsic>(CI) &&
5395           !(CI->getCalledFunction() && TLI &&
5396             TLI->isFunctionVectorizable(CI->getCalledFunction()->getName()))) {
5397         ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeCall", CI)
5398                   << "call instruction cannot be vectorized");
5399         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-intrinsic, non-libfunc callsite.\n");
5400         return false;
5401       }
5402
5403       // Intrinsics such as powi,cttz and ctlz are legal to vectorize if the
5404       // second argument is the same (i.e. loop invariant)
5405       if (CI && hasVectorInstrinsicScalarOpd(
5406                     getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI), 1)) {
5407         auto *SE = PSE.getSE();
5408         if (!SE->isLoopInvariant(PSE.getSCEV(CI->getOperand(1)), TheLoop)) {
5409           ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeIntrinsic", CI)
5410                     << "intrinsic instruction cannot be vectorized");
5411           DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable intrinsic " << *CI << "\n");
5412           return false;
5413         }
5414       }
5415
5416       // Check that the instruction return type is vectorizable.
5417       // Also, we can't vectorize extractelement instructions.
5418       if ((!VectorType::isValidElementType(I.getType()) &&
5419            !I.getType()->isVoidTy()) ||
5420           isa<ExtractElementInst>(I)) {
5421         ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeInstructionReturnType", &I)
5422                   << "instruction return type cannot be vectorized");
5423         DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable type.\n");
5424         return false;
5425       }
5426
5427       // Check that the stored type is vectorizable.
5428       if (auto *ST = dyn_cast<StoreInst>(&I)) {
5429         Type *T = ST->getValueOperand()->getType();
5430         if (!VectorType::isValidElementType(T)) {
5431           ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeStore", ST)
5432                     << "store instruction cannot be vectorized");
5433           return false;
5434         }
5435
5436         // FP instructions can allow unsafe algebra, thus vectorizable by
5437         // non-IEEE-754 compliant SIMD units.
5438         // This applies to floating-point math operations and calls, not memory
5439         // operations, shuffles, or casts, as they don't change precision or
5440         // semantics.
5441       } else if (I.getType()->isFloatingPointTy() && (CI || I.isBinaryOp()) &&
5442                  !I.hasUnsafeAlgebra()) {
5443         DEBUG(dbgs() << "LV: Found FP op with unsafe algebra.\n");
5444         Hints->setPotentiallyUnsafe();
5445       }
5446
5447       // Reduction instructions are allowed to have exit users.
5448       // All other instructions must not have external users.
5449       if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, &I, AllowedExit)) {
5450         ORE->emit(createMissedAnalysis("ValueUsedOutsideLoop", &I)
5451                   << "value cannot be used outside the loop");
5452         return false;
5453       }
5454
5455     } // next instr.
5456   }
5457
5458   if (!PrimaryInduction) {
5459     DEBUG(dbgs() << "LV: Did not find one integer induction var.\n");
5460     if (Inductions.empty()) {
5461       ORE->emit(createMissedAnalysis("NoInductionVariable")
5462                 << "loop induction variable could not be identified");
5463       return false;
5464     }
5465   }
5466
5467   // Now we know the widest induction type, check if our found induction
5468   // is the same size. If it's not, unset it here and InnerLoopVectorizer
5469   // will create another.
5470   if (PrimaryInduction && WidestIndTy != PrimaryInduction->getType())
5471     PrimaryInduction = nullptr;
5472
5473   return true;
5474 }
5475
5476 void LoopVectorizationCostModel::collectLoopScalars(unsigned VF) {
5477
5478   // We should not collect Scalars more than once per VF. Right now, this
5479   // function is called from collectUniformsAndScalars(), which already does
5480   // this check. Collecting Scalars for VF=1 does not make any sense.
5481   assert(VF >= 2 && !Scalars.count(VF) &&
5482          "This function should not be visited twice for the same VF");
5483
5484   SmallSetVector<Instruction *, 8> Worklist;
5485
5486   // These sets are used to seed the analysis with pointers used by memory
5487   // accesses that will remain scalar.
5488   SmallSetVector<Instruction *, 8> ScalarPtrs;
5489   SmallPtrSet<Instruction *, 8> PossibleNonScalarPtrs;
5490
5491   // A helper that returns true if the use of Ptr by MemAccess will be scalar.
5492   // The pointer operands of loads and stores will be scalar as long as the
5493   // memory access is not a gather or scatter operation. The value operand of a
5494   // store will remain scalar if the store is scalarized.
5495   auto isScalarUse = [&](Instruction *MemAccess, Value *Ptr) {
5496     InstWidening WideningDecision = getWideningDecision(MemAccess, VF);
5497     assert(WideningDecision != CM_Unknown &&
5498            "Widening decision should be ready at this moment");
5499     if (auto *Store = dyn_cast<StoreInst>(MemAccess))
5500       if (Ptr == Store->getValueOperand())
5501         return WideningDecision == CM_Scalarize;
5502     assert(Ptr == getPointerOperand(MemAccess) &&
5503            "Ptr is neither a value or pointer operand");
5504     return WideningDecision != CM_GatherScatter;
5505   };
5506
5507   // A helper that returns true if the given value is a bitcast or
5508   // getelementptr instruction contained in the loop.
5509   auto isLoopVaryingBitCastOrGEP = [&](Value *V) {
5510     return ((isa<BitCastInst>(V) && V->getType()->isPointerTy()) ||
5511             isa<GetElementPtrInst>(V)) &&
5512            !TheLoop->isLoopInvariant(V);
5513   };
5514
5515   // A helper that evaluates a memory access's use of a pointer. If the use
5516   // will be a scalar use, and the pointer is only used by memory accesses, we
5517   // place the pointer in ScalarPtrs. Otherwise, the pointer is placed in
5518   // PossibleNonScalarPtrs.
5519   auto evaluatePtrUse = [&](Instruction *MemAccess, Value *Ptr) {
5520
5521     // We only care about bitcast and getelementptr instructions contained in
5522     // the loop.
5523     if (!isLoopVaryingBitCastOrGEP(Ptr))
5524       return;
5525
5526     // If the pointer has already been identified as scalar (e.g., if it was
5527     // also identified as uniform), there's nothing to do.
5528     auto *I = cast<Instruction>(Ptr);
5529     if (Worklist.count(I))
5530       return;
5531
5532     // If the use of the pointer will be a scalar use, and all users of the
5533     // pointer are memory accesses, place the pointer in ScalarPtrs. Otherwise,
5534     // place the pointer in PossibleNonScalarPtrs.
5535     if (isScalarUse(MemAccess, Ptr) && all_of(I->users(), [&](User *U) {
5536           return isa<LoadInst>(U) || isa<StoreInst>(U);
5537         }))
5538       ScalarPtrs.insert(I);
5539     else
5540       PossibleNonScalarPtrs.insert(I);
5541   };
5542
5543   // We seed the scalars analysis with three classes of instructions: (1)
5544   // instructions marked uniform-after-vectorization, (2) bitcast and
5545   // getelementptr instructions used by memory accesses requiring a scalar use,
5546   // and (3) pointer induction variables and their update instructions (we
5547   // currently only scalarize these).
5548   //
5549   // (1) Add to the worklist all instructions that have been identified as
5550   // uniform-after-vectorization.
5551   Worklist.insert(Uniforms[VF].begin(), Uniforms[VF].end());
5552
5553   // (2) Add to the worklist all bitcast and getelementptr instructions used by
5554   // memory accesses requiring a scalar use. The pointer operands of loads and
5555   // stores will be scalar as long as the memory accesses is not a gather or
5556   // scatter operation. The value operand of a store will remain scalar if the
5557   // store is scalarized.
5558   for (auto *BB : TheLoop->blocks())
5559     for (auto &I : *BB) {
5560       if (auto *Load = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
5561         evaluatePtrUse(Load, Load->getPointerOperand());
5562       } else if (auto *Store = dyn_cast<StoreInst>(&I)) {
5563         evaluatePtrUse(Store, Store->getPointerOperand());
5564         evaluatePtrUse(Store, Store->getValueOperand());
5565       }
5566     }
5567   for (auto *I : ScalarPtrs)
5568     if (!PossibleNonScalarPtrs.count(I)) {
5569       DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *I << "\n");
5570       Worklist.insert(I);
5571     }
5572
5573   // (3) Add to the worklist all pointer induction variables and their update
5574   // instructions.
5575   //
5576   // TODO: Once we are able to vectorize pointer induction variables we should
5577   //       no longer insert them into the worklist here.
5578   auto *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
5579   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
5580     auto *Ind = Induction.first;
5581     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
5582     if (Induction.second.getKind() != InductionDescriptor::IK_PtrInduction)
5583       continue;
5584     Worklist.insert(Ind);
5585     Worklist.insert(IndUpdate);
5586     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *Ind << "\n");
5587     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *IndUpdate << "\n");
5588   }
5589
5590   // Insert the forced scalars.
5591   // FIXME: Currently widenPHIInstruction() often creates a dead vector
5592   // induction variable when the PHI user is scalarized.
5593   if (ForcedScalars.count(VF))
5594     for (auto *I : ForcedScalars.find(VF)->second)
5595       Worklist.insert(I);
5596
5597   // Expand the worklist by looking through any bitcasts and getelementptr
5598   // instructions we've already identified as scalar. This is similar to the
5599   // expansion step in collectLoopUniforms(); however, here we're only
5600   // expanding to include additional bitcasts and getelementptr instructions.
5601   unsigned Idx = 0;
5602   while (Idx != Worklist.size()) {
5603     Instruction *Dst = Worklist[Idx++];
5604     if (!isLoopVaryingBitCastOrGEP(Dst->getOperand(0)))
5605       continue;
5606     auto *Src = cast<Instruction>(Dst->getOperand(0));
5607     if (all_of(Src->users(), [&](User *U) -> bool {
5608           auto *J = cast<Instruction>(U);
5609           return !TheLoop->contains(J) || Worklist.count(J) ||
5610                  ((isa<LoadInst>(J) || isa<StoreInst>(J)) &&
5611                   isScalarUse(J, Src));
5612         })) {
5613       Worklist.insert(Src);
5614       DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *Src << "\n");
5615     }
5616   }
5617
5618   // An induction variable will remain scalar if all users of the induction
5619   // variable and induction variable update remain scalar.
5620   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
5621     auto *Ind = Induction.first;
5622     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
5623
5624     // We already considered pointer induction variables, so there's no reason
5625     // to look at their users again.
5626     //
5627     // TODO: Once we are able to vectorize pointer induction variables we
5628     //       should no longer skip over them here.
5629     if (Induction.second.getKind() == InductionDescriptor::IK_PtrInduction)
5630       continue;
5631
5632     // Determine if all users of the induction variable are scalar after
5633     // vectorization.
5634     auto ScalarInd = all_of(Ind->users(), [&](User *U) -> bool {
5635       auto *I = cast<Instruction>(U);
5636       return I == IndUpdate || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I);
5637     });
5638     if (!ScalarInd)
5639       continue;
5640
5641     // Determine if all users of the induction variable update instruction are
5642     // scalar after vectorization.
5643     auto ScalarIndUpdate = all_of(IndUpdate->users(), [&](User *U) -> bool {
5644       auto *I = cast<Instruction>(U);
5645       return I == Ind || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I);
5646     });
5647     if (!ScalarIndUpdate)
5648       continue;
5649
5650     // The induction variable and its update instruction will remain scalar.
5651     Worklist.insert(Ind);
5652     Worklist.insert(IndUpdate);
5653     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *Ind << "\n");
5654     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *IndUpdate << "\n");
5655   }
5656
5657   Scalars[VF].insert(Worklist.begin(), Worklist.end());
5658 }
5659
5660 bool LoopVectorizationLegality::isScalarWithPredication(Instruction *I) {
5661   if (!blockNeedsPredication(I->getParent()))
5662     return false;
5663   switch(I->getOpcode()) {
5664   default:
5665     break;
5666   case Instruction::Store:
5667     return !isMaskRequired(I);
5668   case Instruction::UDiv:
5669   case Instruction::SDiv:
5670   case Instruction::SRem:
5671   case Instruction::URem:
5672     return mayDivideByZero(*I);
5673   }
5674   return false;
5675 }
5676
5677 bool LoopVectorizationLegality::memoryInstructionCanBeWidened(Instruction *I,
5678                                                               unsigned VF) {
5679   // Get and ensure we have a valid memory instruction.
5680   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
5681   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
5682   assert((LI || SI) && "Invalid memory instruction");
5683
5684   auto *Ptr = getPointerOperand(I);
5685
5686   // In order to be widened, the pointer should be consecutive, first of all.
5687   if (!isConsecutivePtr(Ptr))
5688     return false;
5689
5690   // If the instruction is a store located in a predicated block, it will be
5691   // scalarized.
5692   if (isScalarWithPredication(I))
5693     return false;
5694
5695   // If the instruction's allocated size doesn't equal it's type size, it
5696   // requires padding and will be scalarized.
5697   auto &DL = I->getModule()->getDataLayout();
5698   auto *ScalarTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
5699   if (hasIrregularType(ScalarTy, DL, VF))
5700     return false;
5701
5702   return true;
5703 }
5704
5705 void LoopVectorizationCostModel::collectLoopUniforms(unsigned VF) {
5706
5707   // We should not collect Uniforms more than once per VF. Right now,
5708   // this function is called from collectUniformsAndScalars(), which
5709   // already does this check. Collecting Uniforms for VF=1 does not make any
5710   // sense.
5711
5712   assert(VF >= 2 && !Uniforms.count(VF) &&
5713          "This function should not be visited twice for the same VF");
5714
5715   // Visit the list of Uniforms. If we'll not find any uniform value, we'll
5716   // not analyze again.  Uniforms.count(VF) will return 1.
5717   Uniforms[VF].clear();
5718
5719   // We now know that the loop is vectorizable!
5720   // Collect instructions inside the loop that will remain uniform after
5721   // vectorization.
5722
5723   // Global values, params and instructions outside of current loop are out of
5724   // scope.
5725   auto isOutOfScope = [&](Value *V) -> bool {
5726     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5727     return (!I || !TheLoop->contains(I));
5728   };
5729
5730   SetVector<Instruction *> Worklist;
5731   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
5732
5733   // Start with the conditional branch. If the branch condition is an
5734   // instruction contained in the loop that is only used by the branch, it is
5735   // uniform.
5736   auto *Cmp = dyn_cast<Instruction>(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
5737   if (Cmp && TheLoop->contains(Cmp) && Cmp->hasOneUse()) {
5738     Worklist.insert(Cmp);
5739     DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *Cmp << "\n");
5740   }
5741
5742   // Holds consecutive and consecutive-like pointers. Consecutive-like pointers
5743   // are pointers that are treated like consecutive pointers during
5744   // vectorization. The pointer operands of interleaved accesses are an
5745   // example.
5746   SmallSetVector<Instruction *, 8> ConsecutiveLikePtrs;
5747
5748   // Holds pointer operands of instructions that are possibly non-uniform.
5749   SmallPtrSet<Instruction *, 8> PossibleNonUniformPtrs;
5750
5751   auto isUniformDecision = [&](Instruction *I, unsigned VF) {
5752     InstWidening WideningDecision = getWideningDecision(I, VF);
5753     assert(WideningDecision != CM_Unknown &&
5754            "Widening decision should be ready at this moment");
5755
5756     return (WideningDecision == CM_Widen ||
5757             WideningDecision == CM_Interleave);
5758   };
5759   // Iterate over the instructions in the loop, and collect all
5760   // consecutive-like pointer operands in ConsecutiveLikePtrs. If it's possible
5761   // that a consecutive-like pointer operand will be scalarized, we collect it
5762   // in PossibleNonUniformPtrs instead. We use two sets here because a single
5763   // getelementptr instruction can be used by both vectorized and scalarized
5764   // memory instructions. For example, if a loop loads and stores from the same
5765   // location, but the store is conditional, the store will be scalarized, and
5766   // the getelementptr won't remain uniform.
5767   for (auto *BB : TheLoop->blocks())
5768     for (auto &I : *BB) {
5769
5770       // If there's no pointer operand, there's nothing to do.
5771       auto *Ptr = dyn_cast_or_null<Instruction>(getPointerOperand(&I));
5772       if (!Ptr)
5773         continue;
5774
5775       // True if all users of Ptr are memory accesses that have Ptr as their
5776       // pointer operand.
5777       auto UsersAreMemAccesses = all_of(Ptr->users(), [&](User *U) -> bool {
5778         return getPointerOperand(U) == Ptr;
5779       });
5780
5781       // Ensure the memory instruction will not be scalarized or used by
5782       // gather/scatter, making its pointer operand non-uniform. If the pointer
5783       // operand is used by any instruction other than a memory access, we
5784       // conservatively assume the pointer operand may be non-uniform.
5785       if (!UsersAreMemAccesses || !isUniformDecision(&I, VF))
5786         PossibleNonUniformPtrs.insert(Ptr);
5787
5788       // If the memory instruction will be vectorized and its pointer operand
5789       // is consecutive-like, or interleaving - the pointer operand should
5790       // remain uniform.
5791       else
5792         ConsecutiveLikePtrs.insert(Ptr);
5793     }
5794
5795   // Add to the Worklist all consecutive and consecutive-like pointers that
5796   // aren't also identified as possibly non-uniform.
5797   for (auto *V : ConsecutiveLikePtrs)
5798     if (!PossibleNonUniformPtrs.count(V)) {
5799       DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *V << "\n");
5800       Worklist.insert(V);
5801     }
5802
5803   // Expand Worklist in topological order: whenever a new instruction
5804   // is added , its users should be either already inside Worklist, or
5805   // out of scope. It ensures a uniform instruction will only be used
5806   // by uniform instructions or out of scope instructions.
5807   unsigned idx = 0;
5808   while (idx != Worklist.size()) {
5809     Instruction *I = Worklist[idx++];
5810
5811     for (auto OV : I->operand_values()) {
5812       if (isOutOfScope(OV))
5813         continue;
5814       auto *OI = cast<Instruction>(OV);
5815       if (all_of(OI->users(), [&](User *U) -> bool {
5816             auto *J = cast<Instruction>(U);
5817             return !TheLoop->contains(J) || Worklist.count(J) ||
5818                    (OI == getPointerOperand(J) && isUniformDecision(J, VF));
5819           })) {
5820         Worklist.insert(OI);
5821         DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *OI << "\n");
5822       }
5823     }
5824   }
5825
5826   // Returns true if Ptr is the pointer operand of a memory access instruction
5827   // I, and I is known to not require scalarization.
5828   auto isVectorizedMemAccessUse = [&](Instruction *I, Value *Ptr) -> bool {
5829     return getPointerOperand(I) == Ptr && isUniformDecision(I, VF);
5830   };
5831
5832   // For an instruction to be added into Worklist above, all its users inside
5833   // the loop should also be in Worklist. However, this condition cannot be
5834   // true for phi nodes that form a cyclic dependence. We must process phi
5835   // nodes separately. An induction variable will remain uniform if all users
5836   // of the induction variable and induction variable update remain uniform.
5837   // The code below handles both pointer and non-pointer induction variables.
5838   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
5839     auto *Ind = Induction.first;
5840     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
5841
5842     // Determine if all users of the induction variable are uniform after
5843     // vectorization.
5844     auto UniformInd = all_of(Ind->users(), [&](User *U) -> bool {
5845       auto *I = cast<Instruction>(U);
5846       return I == IndUpdate || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I) ||
5847              isVectorizedMemAccessUse(I, Ind);
5848     });
5849     if (!UniformInd)
5850       continue;
5851
5852     // Determine if all users of the induction variable update instruction are
5853     // uniform after vectorization.
5854     auto UniformIndUpdate = all_of(IndUpdate->users(), [&](User *U) -> bool {
5855       auto *I = cast<Instruction>(U);
5856       return I == Ind || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I) ||
5857              isVectorizedMemAccessUse(I, IndUpdate);
5858     });
5859     if (!UniformIndUpdate)
5860       continue;
5861
5862     // The induction variable and its update instruction will remain uniform.
5863     Worklist.insert(Ind);
5864     Worklist.insert(IndUpdate);
5865     DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *Ind << "\n");
5866     DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *IndUpdate << "\n");
5867   }
5868
5869   Uniforms[VF].insert(Worklist.begin(), Worklist.end());
5870 }
5871
5872 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeMemory() {
5873   LAI = &(*GetLAA)(*TheLoop);
5874   InterleaveInfo.setLAI(LAI);
5875   const OptimizationRemarkAnalysis *LAR = LAI->getReport();
5876   if (LAR) {
5877     OptimizationRemarkAnalysis VR(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
5878                                   "loop not vectorized: ", *LAR);
5879     ORE->emit(VR);
5880   }
5881   if (!LAI->canVectorizeMemory())
5882     return false;
5883
5884   if (LAI->hasStoreToLoopInvariantAddress()) {
5885     ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeStoreToLoopInvariantAddress")
5886               << "write to a loop invariant address could not be vectorized");
5887     DEBUG(dbgs() << "LV: We don't allow storing to uniform addresses\n");
5888     return false;
5889   }
5890
5891   Requirements->addRuntimePointerChecks(LAI->getNumRuntimePointerChecks());
5892   PSE.addPredicate(LAI->getPSE().getUnionPredicate());
5893
5894   return true;
5895 }
5896
5897 bool LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(const Value *V) {
5898   Value *In0 = const_cast<Value *>(V);
5899   PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(In0);
5900   if (!PN)
5901     return false;
5902
5903   return Inductions.count(PN);
5904 }
5905
5906 bool LoopVectorizationLegality::isFirstOrderRecurrence(const PHINode *Phi) {
5907   return FirstOrderRecurrences.count(Phi);
5908 }
5909
5910 bool LoopVectorizationLegality::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB) {
5911   return LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
5912 }
5913
5914 bool LoopVectorizationLegality::blockCanBePredicated(
5915     BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs) {
5916   const bool IsAnnotatedParallel = TheLoop->isAnnotatedParallel();
5917
5918   for (Instruction &I : *BB) {
5919     // Check that we don't have a constant expression that can trap as operand.
5920     for (Value *Operand : I.operands()) {
5921       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(Operand))
5922         if (C->canTrap())
5923           return false;
5924     }
5925     // We might be able to hoist the load.
5926     if (I.mayReadFromMemory()) {
5927       auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I);
5928       if (!LI)
5929         return false;
5930       if (!SafePtrs.count(LI->getPointerOperand())) {
5931         if (isLegalMaskedLoad(LI->getType(), LI->getPointerOperand()) ||
5932             isLegalMaskedGather(LI->getType())) {
5933           MaskedOp.insert(LI);
5934           continue;
5935         }
5936         // !llvm.mem.parallel_loop_access implies if-conversion safety.
5937         if (IsAnnotatedParallel)
5938           continue;
5939         return false;
5940       }
5941     }
5942
5943     if (I.mayWriteToMemory()) {
5944       auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I);
5945       // We only support predication of stores in basic blocks with one
5946       // predecessor.
5947       if (!SI)
5948         return false;
5949
5950       // Build a masked store if it is legal for the target.
5951       if (isLegalMaskedStore(SI->getValueOperand()->getType(),
5952                              SI->getPointerOperand()) ||
5953           isLegalMaskedScatter(SI->getValueOperand()->getType())) {
5954         MaskedOp.insert(SI);
5955         continue;
5956       }
5957
5958       bool isSafePtr = (SafePtrs.count(SI->getPointerOperand()) != 0);
5959       bool isSinglePredecessor = SI->getParent()->getSinglePredecessor();
5960
5961       if (++NumPredStores > NumberOfStoresToPredicate || !isSafePtr ||
5962           !isSinglePredecessor)
5963         return false;
5964     }
5965     if (I.mayThrow())
5966       return false;
5967   }
5968
5969   return true;
5970 }
5971
5972 void InterleavedAccessInfo::collectConstStrideAccesses(
5973     MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &AccessStrideInfo,
5974     const ValueToValueMap &Strides) {
5975
5976   auto &DL = TheLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
5977
5978   // Since it's desired that the load/store instructions be maintained in
5979   // "program order" for the interleaved access analysis, we have to visit the
5980   // blocks in the loop in reverse postorder (i.e., in a topological order).
5981   // Such an ordering will ensure that any load/store that may be executed
5982   // before a second load/store will precede the second load/store in
5983   // AccessStrideInfo.
5984   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
5985   DFS.perform(LI);
5986   for (BasicBlock *BB : make_range(DFS.beginRPO(), DFS.endRPO()))
5987     for (auto &I : *BB) {
5988       auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I);
5989       auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I);
5990       if (!LI && !SI)
5991         continue;
5992
5993       Value *Ptr = getPointerOperand(&I);
5994       // We don't check wrapping here because we don't know yet if Ptr will be
5995       // part of a full group or a group with gaps. Checking wrapping for all
5996       // pointers (even those that end up in groups with no gaps) will be overly
5997       // conservative. For full groups, wrapping should be ok since if we would
5998       // wrap around the address space we would do a memory access at nullptr
5999       // even without the transformation. The wrapping checks are therefore
6000       // deferred until after we've formed the interleaved groups.
6001       int64_t Stride = getPtrStride(PSE, Ptr, TheLoop, Strides,
6002                                     /*Assume=*/true, /*ShouldCheckWrap=*/false);
6003
6004       const SCEV *Scev = replaceSymbolicStrideSCEV(PSE, Strides, Ptr);
6005       PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(Ptr->getType());
6006       uint64_t Size = DL.getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
6007
6008       // An alignment of 0 means target ABI alignment.
6009       unsigned Align = getMemInstAlignment(&I);
6010       if (!Align)
6011         Align = DL.getABITypeAlignment(PtrTy->getElementType());
6012
6013       AccessStrideInfo[&I] = StrideDescriptor(Stride, Scev, Size, Align);
6014     }
6015 }
6016
6017 // Analyze interleaved accesses and collect them into interleaved load and
6018 // store groups.
6019 //
6020 // When generating code for an interleaved load group, we effectively hoist all
6021 // loads in the group to the location of the first load in program order. When
6022 // generating code for an interleaved store group, we sink all stores to the
6023 // location of the last store. This code motion can change the order of load
6024 // and store instructions and may break dependences.
6025 //
6026 // The code generation strategy mentioned above ensures that we won't violate
6027 // any write-after-read (WAR) dependences.
6028 //
6029 // E.g., for the WAR dependence:  a = A[i];      // (1)
6030 //                                A[i] = b;      // (2)
6031 //
6032 // The store group of (2) is always inserted at or below (2), and the load
6033 // group of (1) is always inserted at or above (1). Thus, the instructions will
6034 // never be reordered. All other dependences are checked to ensure the
6035 // correctness of the instruction reordering.
6036 //
6037 // The algorithm visits all memory accesses in the loop in bottom-up program
6038 // order. Program order is established by traversing the blocks in the loop in
6039 // reverse postorder when collecting the accesses.
6040 //
6041 // We visit the memory accesses in bottom-up order because it can simplify the
6042 // construction of store groups in the presence of write-after-write (WAW)
6043 // dependences.
6044 //
6045 // E.g., for the WAW dependence:  A[i] = a;      // (1)
6046 //                                A[i] = b;      // (2)
6047 //                                A[i + 1] = c;  // (3)
6048 //
6049 // We will first create a store group with (3) and (2). (1) can't be added to
6050 // this group because it and (2) are dependent. However, (1) can be grouped
6051 // with other accesses that may precede it in program order. Note that a
6052 // bottom-up order does not imply that WAW dependences should not be checked.
6053 void InterleavedAccessInfo::analyzeInterleaving(
6054     const ValueToValueMap &Strides) {
6055   DEBUG(dbgs() << "LV: Analyzing interleaved accesses...\n");
6056
6057   // Holds all accesses with a constant stride.
6058   MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> AccessStrideInfo;
6059   collectConstStrideAccesses(AccessStrideInfo, Strides);
6060
6061   if (AccessStrideInfo.empty())
6062     return;
6063
6064   // Collect the dependences in the loop.
6065   collectDependences();
6066
6067   // Holds all interleaved store groups temporarily.
6068   SmallSetVector<InterleaveGroup *, 4> StoreGroups;
6069   // Holds all interleaved load groups temporarily.
6070   SmallSetVector<InterleaveGroup *, 4> LoadGroups;
6071
6072   // Search in bottom-up program order for pairs of accesses (A and B) that can
6073   // form interleaved load or store groups. In the algorithm below, access A
6074   // precedes access B in program order. We initialize a group for B in the
6075   // outer loop of the algorithm, and then in the inner loop, we attempt to
6076   // insert each A into B's group if:
6077   //
6078   //  1. A and B have the same stride,
6079   //  2. A and B have the same memory object size, and
6080   //  3. A belongs in B's group according to its distance from B.
6081   //
6082   // Special care is taken to ensure group formation will not break any
6083   // dependences.
6084   for (auto BI = AccessStrideInfo.rbegin(), E = AccessStrideInfo.rend();
6085        BI != E; ++BI) {
6086     Instruction *B = BI->first;
6087     StrideDescriptor DesB = BI->second;
6088
6089     // Initialize a group for B if it has an allowable stride. Even if we don't
6090     // create a group for B, we continue with the bottom-up algorithm to ensure
6091     // we don't break any of B's dependences.
6092     InterleaveGroup *Group = nullptr;
6093     if (isStrided(DesB.Stride)) {
6094       Group = getInterleaveGroup(B);
6095       if (!Group) {
6096         DEBUG(dbgs() << "LV: Creating an interleave group with:" << *B << '\n');
6097         Group = createInterleaveGroup(B, DesB.Stride, DesB.Align);
6098       }
6099       if (B->mayWriteToMemory())
6100         StoreGroups.insert(Group);
6101       else
6102         LoadGroups.insert(Group);
6103     }
6104
6105     for (auto AI = std::next(BI); AI != E; ++AI) {
6106       Instruction *A = AI->first;
6107       StrideDescriptor DesA = AI->second;
6108
6109       // Our code motion strategy implies that we can't have dependences
6110       // between accesses in an interleaved group and other accesses located
6111       // between the first and last member of the group. Note that this also
6112       // means that a group can't have more than one member at a given offset.
6113       // The accesses in a group can have dependences with other accesses, but
6114       // we must ensure we don't extend the boundaries of the group such that
6115       // we encompass those dependent accesses.
6116       //
6117       // For example, assume we have the sequence of accesses shown below in a
6118       // stride-2 loop:
6119       //
6120       //  (1, 2) is a group | A[i]   = a;  // (1)
6121       //                    | A[i-1] = b;  // (2) |
6122       //                      A[i-3] = c;  // (3)
6123       //                      A[i]   = d;  // (4) | (2, 4) is not a group
6124       //
6125       // Because accesses (2) and (3) are dependent, we can group (2) with (1)
6126       // but not with (4). If we did, the dependent access (3) would be within
6127       // the boundaries of the (2, 4) group.
6128       if (!canReorderMemAccessesForInterleavedGroups(&*AI, &*BI)) {
6129
6130         // If a dependence exists and A is already in a group, we know that A
6131         // must be a store since A precedes B and WAR dependences are allowed.
6132         // Thus, A would be sunk below B. We release A's group to prevent this
6133         // illegal code motion. A will then be free to form another group with
6134         // instructions that precede it.
6135         if (isInterleaved(A)) {
6136           InterleaveGroup *StoreGroup = getInterleaveGroup(A);
6137           StoreGroups.remove(StoreGroup);
6138           releaseGroup(StoreGroup);
6139         }
6140
6141         // If a dependence exists and A is not already in a group (or it was
6142         // and we just released it), B might be hoisted above A (if B is a
6143         // load) or another store might be sunk below A (if B is a store). In
6144         // either case, we can't add additional instructions to B's group. B
6145         // will only form a group with instructions that it precedes.
6146         break;
6147       }
6148
6149       // At this point, we've checked for illegal code motion. If either A or B
6150       // isn't strided, there's nothing left to do.
6151       if (!isStrided(DesA.Stride) || !isStrided(DesB.Stride))
6152         continue;
6153
6154       // Ignore A if it's already in a group or isn't the same kind of memory
6155       // operation as B.
6156       if (isInterleaved(A) || A->mayReadFromMemory() != B->mayReadFromMemory())
6157         continue;
6158
6159       // Check rules 1 and 2. Ignore A if its stride or size is different from
6160       // that of B.
6161       if (DesA.Stride != DesB.Stride || DesA.Size != DesB.Size)
6162         continue;
6163
6164       // Ignore A if the memory object of A and B don't belong to the same
6165       // address space
6166       if (getMemInstAddressSpace(A) != getMemInstAddressSpace(B))
6167         continue;
6168
6169       // Calculate the distance from A to B.
6170       const SCEVConstant *DistToB = dyn_cast<SCEVConstant>(
6171           PSE.getSE()->getMinusSCEV(DesA.Scev, DesB.Scev));
6172       if (!DistToB)
6173         continue;
6174       int64_t DistanceToB = DistToB->getAPInt().getSExtValue();
6175
6176       // Check rule 3. Ignore A if its distance to B is not a multiple of the
6177       // size.
6178       if (DistanceToB % static_cast<int64_t>(DesB.Size))
6179         continue;
6180
6181       // Ignore A if either A or B is in a predicated block. Although we
6182       // currently prevent group formation for predicated accesses, we may be
6183       // able to relax this limitation in the future once we handle more
6184       // complicated blocks.
6185       if (isPredicated(A->getParent()) || isPredicated(B->getParent()))
6186         continue;
6187
6188       // The index of A is the index of B plus A's distance to B in multiples
6189       // of the size.
6190       int IndexA =
6191           Group->getIndex(B) + DistanceToB / static_cast<int64_t>(DesB.Size);
6192
6193       // Try to insert A into B's group.
6194       if (Group->insertMember(A, IndexA, DesA.Align)) {
6195         DEBUG(dbgs() << "LV: Inserted:" << *A << '\n'
6196                      << "    into the interleave group with" << *B << '\n');
6197         InterleaveGroupMap[A] = Group;
6198
6199         // Set the first load in program order as the insert position.
6200         if (A->mayReadFromMemory())
6201           Group->setInsertPos(A);
6202       }
6203     } // Iteration over A accesses.
6204   } // Iteration over B accesses.
6205
6206   // Remove interleaved store groups with gaps.
6207   for (InterleaveGroup *Group : StoreGroups)
6208     if (Group->getNumMembers() != Group->getFactor())
6209       releaseGroup(Group);
6210
6211   // Remove interleaved groups with gaps (currently only loads) whose memory
6212   // accesses may wrap around. We have to revisit the getPtrStride analysis,
6213   // this time with ShouldCheckWrap=true, since collectConstStrideAccesses does
6214   // not check wrapping (see documentation there).
6215   // FORNOW we use Assume=false;
6216   // TODO: Change to Assume=true but making sure we don't exceed the threshold
6217   // of runtime SCEV assumptions checks (thereby potentially failing to
6218   // vectorize altogether).
6219   // Additional optional optimizations:
6220   // TODO: If we are peeling the loop and we know that the first pointer doesn't
6221   // wrap then we can deduce that all pointers in the group don't wrap.
6222   // This means that we can forcefully peel the loop in order to only have to
6223   // check the first pointer for no-wrap. When we'll change to use Assume=true
6224   // we'll only need at most one runtime check per interleaved group.
6225   //
6226   for (InterleaveGroup *Group : LoadGroups) {
6227
6228     // Case 1: A full group. Can Skip the checks; For full groups, if the wide
6229     // load would wrap around the address space we would do a memory access at
6230     // nullptr even without the transformation.
6231     if (Group->getNumMembers() == Group->getFactor())
6232       continue;
6233
6234     // Case 2: If first and last members of the group don't wrap this implies
6235     // that all the pointers in the group don't wrap.
6236     // So we check only group member 0 (which is always guaranteed to exist),
6237     // and group member Factor - 1; If the latter doesn't exist we rely on
6238     // peeling (if it is a non-reveresed accsess -- see Case 3).
6239     Value *FirstMemberPtr = getPointerOperand(Group->getMember(0));
6240     if (!getPtrStride(PSE, FirstMemberPtr, TheLoop, Strides, /*Assume=*/false,
6241                       /*ShouldCheckWrap=*/true)) {
6242       DEBUG(dbgs() << "LV: Invalidate candidate interleaved group due to "
6243                       "first group member potentially pointer-wrapping.\n");
6244       releaseGroup(Group);
6245       continue;
6246     }
6247     Instruction *LastMember = Group->getMember(Group->getFactor() - 1);
6248     if (LastMember) {
6249       Value *LastMemberPtr = getPointerOperand(LastMember);
6250       if (!getPtrStride(PSE, LastMemberPtr, TheLoop, Strides, /*Assume=*/false,
6251                         /*ShouldCheckWrap=*/true)) {
6252         DEBUG(dbgs() << "LV: Invalidate candidate interleaved group due to "
6253                         "last group member potentially pointer-wrapping.\n");
6254         releaseGroup(Group);
6255       }
6256     } else {
6257       // Case 3: A non-reversed interleaved load group with gaps: We need
6258       // to execute at least one scalar epilogue iteration. This will ensure
6259       // we don't speculatively access memory out-of-bounds. We only need
6260       // to look for a member at index factor - 1, since every group must have
6261       // a member at index zero.
6262       if (Group->isReverse()) {
6263         releaseGroup(Group);
6264         continue;
6265       }
6266       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaved group requires epilogue iteration.\n");
6267       RequiresScalarEpilogue = true;
6268     }
6269   }
6270 }
6271
6272 Optional<unsigned> LoopVectorizationCostModel::computeMaxVF(bool OptForSize) {
6273   if (!EnableCondStoresVectorization && Legal->getNumPredStores()) {
6274     ORE->emit(createMissedAnalysis("ConditionalStore")
6275               << "store that is conditionally executed prevents vectorization");
6276     DEBUG(dbgs() << "LV: No vectorization. There are conditional stores.\n");
6277     return None;
6278   }
6279
6280   if (!OptForSize) // Remaining checks deal with scalar loop when OptForSize.
6281     return computeFeasibleMaxVF(OptForSize);
6282
6283   if (Legal->getRuntimePointerChecking()->Need) {
6284     ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVersionLoopWithOptForSize")
6285               << "runtime pointer checks needed. Enable vectorization of this "
6286                  "loop with '#pragma clang loop vectorize(enable)' when "
6287                  "compiling with -Os/-Oz");
6288     DEBUG(dbgs()
6289           << "LV: Aborting. Runtime ptr check is required with -Os/-Oz.\n");
6290     return None;
6291   }
6292
6293   // If we optimize the program for size, avoid creating the tail loop.
6294   unsigned TC = PSE.getSE()->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
6295   DEBUG(dbgs() << "LV: Found trip count: " << TC << '\n');
6296
6297   // If we don't know the precise trip count, don't try to vectorize.
6298   if (TC < 2) {
6299     ORE->emit(
6300         createMissedAnalysis("UnknownLoopCountComplexCFG")
6301         << "unable to calculate the loop count due to complex control flow");
6302     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required with -Os/-Oz.\n");
6303     return None;
6304   }
6305
6306   unsigned MaxVF = computeFeasibleMaxVF(OptForSize);
6307
6308   if (TC % MaxVF != 0) {
6309     // If the trip count that we found modulo the vectorization factor is not
6310     // zero then we require a tail.
6311     // FIXME: look for a smaller MaxVF that does divide TC rather than give up.
6312     // FIXME: return None if loop requiresScalarEpilog(<MaxVF>), or look for a
6313     //        smaller MaxVF that does not require a scalar epilog.
6314
6315     ORE->emit(createMissedAnalysis("NoTailLoopWithOptForSize")
6316               << "cannot optimize for size and vectorize at the "
6317                  "same time. Enable vectorization of this loop "
6318                  "with '#pragma clang loop vectorize(enable)' "
6319                  "when compiling with -Os/-Oz");
6320     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required with -Os/-Oz.\n");
6321     return None;
6322   }
6323
6324   return MaxVF;
6325 }
6326
6327 unsigned LoopVectorizationCostModel::computeFeasibleMaxVF(bool OptForSize) {
6328   MinBWs = computeMinimumValueSizes(TheLoop->getBlocks(), *DB, &TTI);
6329   unsigned SmallestType, WidestType;
6330   std::tie(SmallestType, WidestType) = getSmallestAndWidestTypes();
6331   unsigned WidestRegister = TTI.getRegisterBitWidth(true);
6332   unsigned MaxSafeDepDist = -1U;
6333
6334   // Get the maximum safe dependence distance in bits computed by LAA. If the
6335   // loop contains any interleaved accesses, we divide the dependence distance
6336   // by the maximum interleave factor of all interleaved groups. Note that
6337   // although the division ensures correctness, this is a fairly conservative
6338   // computation because the maximum distance computed by LAA may not involve
6339   // any of the interleaved accesses.
6340   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
6341     MaxSafeDepDist =
6342         Legal->getMaxSafeDepDistBytes() * 8 / Legal->getMaxInterleaveFactor();
6343
6344   WidestRegister =
6345       ((WidestRegister < MaxSafeDepDist) ? WidestRegister : MaxSafeDepDist);
6346   unsigned MaxVectorSize = WidestRegister / WidestType;
6347
6348   DEBUG(dbgs() << "LV: The Smallest and Widest types: " << SmallestType << " / "
6349                << WidestType << " bits.\n");
6350   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest register is: " << WidestRegister
6351                << " bits.\n");
6352
6353   if (MaxVectorSize == 0) {
6354     DEBUG(dbgs() << "LV: The target has no vector registers.\n");
6355     MaxVectorSize = 1;
6356   }
6357
6358   assert(MaxVectorSize <= 64 && "Did not expect to pack so many elements"
6359                                 " into one vector!");
6360
6361   unsigned MaxVF = MaxVectorSize;
6362   if (MaximizeBandwidth && !OptForSize) {
6363     // Collect all viable vectorization factors.
6364     SmallVector<unsigned, 8> VFs;
6365     unsigned NewMaxVectorSize = WidestRegister / SmallestType;
6366     for (unsigned VS = MaxVectorSize; VS <= NewMaxVectorSize; VS *= 2)
6367       VFs.push_back(VS);
6368
6369     // For each VF calculate its register usage.
6370     auto RUs = calculateRegisterUsage(VFs);
6371
6372     // Select the largest VF which doesn't require more registers than existing
6373     // ones.
6374     unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(true);
6375     for (int i = RUs.size() - 1; i >= 0; --i) {
6376       if (RUs[i].MaxLocalUsers <= TargetNumRegisters) {
6377         MaxVF = VFs[i];
6378         break;
6379       }
6380     }
6381   }
6382   return MaxVF;
6383 }
6384
6385 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
6386 LoopVectorizationCostModel::selectVectorizationFactor(unsigned MaxVF) {
6387   float Cost = expectedCost(1).first;
6388 #ifndef NDEBUG
6389   const float ScalarCost = Cost;
6390 #endif /* NDEBUG */
6391   unsigned Width = 1;
6392   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalar loop costs: " << (int)ScalarCost << ".\n");
6393
6394   bool ForceVectorization = Hints->getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled;
6395   // Ignore scalar width, because the user explicitly wants vectorization.
6396   if (ForceVectorization && MaxVF > 1) {
6397     Width = 2;
6398     Cost = expectedCost(Width).first / (float)Width;
6399   }
6400
6401   for (unsigned i = 2; i <= MaxVF; i *= 2) {
6402     // Notice that the vector loop needs to be executed less times, so
6403     // we need to divide the cost of the vector loops by the width of
6404     // the vector elements.
6405     VectorizationCostTy C = expectedCost(i);
6406     float VectorCost = C.first / (float)i;
6407     DEBUG(dbgs() << "LV: Vector loop of width " << i
6408                  << " costs: " << (int)VectorCost << ".\n");
6409     if (!C.second && !ForceVectorization) {
6410       DEBUG(
6411           dbgs() << "LV: Not considering vector loop of width " << i
6412                  << " because it will not generate any vector instructions.\n");
6413       continue;
6414     }
6415     if (VectorCost < Cost) {
6416       Cost = VectorCost;
6417       Width = i;
6418     }
6419   }
6420
6421   DEBUG(if (ForceVectorization && Width > 1 && Cost >= ScalarCost) dbgs()
6422         << "LV: Vectorization seems to be not beneficial, "
6423         << "but was forced by a user.\n");
6424   DEBUG(dbgs() << "LV: Selecting VF: " << Width << ".\n");
6425   VectorizationFactor Factor = {Width, (unsigned)(Width * Cost)};
6426   return Factor;
6427 }
6428
6429 std::pair<unsigned, unsigned>
6430 LoopVectorizationCostModel::getSmallestAndWidestTypes() {
6431   unsigned MinWidth = -1U;
6432   unsigned MaxWidth = 8;
6433   const DataLayout &DL = TheFunction->getParent()->getDataLayout();
6434
6435   // For each block.
6436   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
6437     // For each instruction in the loop.
6438     for (Instruction &I : *BB) {
6439       Type *T = I.getType();
6440
6441       // Skip ignored values.
6442       if (ValuesToIgnore.count(&I))
6443         continue;
6444
6445       // Only examine Loads, Stores and PHINodes.
6446       if (!isa<LoadInst>(I) && !isa<StoreInst>(I) && !isa<PHINode>(I))
6447         continue;
6448
6449       // Examine PHI nodes that are reduction variables. Update the type to
6450       // account for the recurrence type.
6451       if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
6452         if (!Legal->isReductionVariable(PN))
6453           continue;
6454         RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[PN];
6455         T = RdxDesc.getRecurrenceType();
6456       }
6457
6458       // Examine the stored values.
6459       if (auto *ST = dyn_cast<StoreInst>(&I))
6460         T = ST->getValueOperand()->getType();
6461
6462       // Ignore loaded pointer types and stored pointer types that are not
6463       // vectorizable.
6464       //
6465       // FIXME: The check here attempts to predict whether a load or store will
6466       //        be vectorized. We only know this for certain after a VF has
6467       //        been selected. Here, we assume that if an access can be
6468       //        vectorized, it will be. We should also look at extending this
6469       //        optimization to non-pointer types.
6470       //
6471       if (T->isPointerTy() && !isConsecutiveLoadOrStore(&I) &&
6472           !Legal->isAccessInterleaved(&I) && !Legal->isLegalGatherOrScatter(&I))
6473         continue;
6474
6475       MinWidth = std::min(MinWidth,
6476                           (unsigned)DL.getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
6477       MaxWidth = std::max(MaxWidth,
6478                           (unsigned)DL.getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
6479     }
6480   }
6481
6482   return {MinWidth, MaxWidth};
6483 }
6484
6485 unsigned LoopVectorizationCostModel::selectInterleaveCount(bool OptForSize,
6486                                                            unsigned VF,
6487                                                            unsigned LoopCost) {
6488
6489   // -- The interleave heuristics --
6490   // We interleave the loop in order to expose ILP and reduce the loop overhead.
6491   // There are many micro-architectural considerations that we can't predict
6492   // at this level. For example, frontend pressure (on decode or fetch) due to
6493   // code size, or the number and capabilities of the execution ports.
6494   //
6495   // We use the following heuristics to select the interleave count:
6496   // 1. If the code has reductions, then we interleave to break the cross
6497   // iteration dependency.
6498   // 2. If the loop is really small, then we interleave to reduce the loop
6499   // overhead.
6500   // 3. We don't interleave if we think that we will spill registers to memory
6501   // due to the increased register pressure.
6502
6503   // When we optimize for size, we don't interleave.
6504   if (OptForSize)
6505     return 1;
6506
6507   // We used the distance for the interleave count.
6508   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
6509     return 1;
6510
6511   // Do not interleave loops with a relatively small trip count.
6512   unsigned TC = PSE.getSE()->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
6513   if (TC > 1 && TC < TinyTripCountInterleaveThreshold)
6514     return 1;
6515
6516   unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(VF > 1);
6517   DEBUG(dbgs() << "LV: The target has " << TargetNumRegisters
6518                << " registers\n");
6519
6520   if (VF == 1) {
6521     if (ForceTargetNumScalarRegs.getNumOccurrences() > 0)
6522       TargetNumRegisters = ForceTargetNumScalarRegs;
6523   } else {
6524     if (ForceTargetNumVectorRegs.getNumOccurrences() > 0)
6525       TargetNumRegisters = ForceTargetNumVectorRegs;
6526   }
6527
6528   RegisterUsage R = calculateRegisterUsage({VF})[0];
6529   // We divide by these constants so assume that we have at least one
6530   // instruction that uses at least one register.
6531   R.MaxLocalUsers = std::max(R.MaxLocalUsers, 1U);
6532   R.NumInstructions = std::max(R.NumInstructions, 1U);
6533
6534   // We calculate the interleave count using the following formula.
6535   // Subtract the number of loop invariants from the number of available
6536   // registers. These registers are used by all of the interleaved instances.
6537   // Next, divide the remaining registers by the number of registers that is
6538   // required by the loop, in order to estimate how many parallel instances
6539   // fit without causing spills. All of this is rounded down if necessary to be
6540   // a power of two. We want power of two interleave count to simplify any
6541   // addressing operations or alignment considerations.
6542   unsigned IC = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs) /
6543                               R.MaxLocalUsers);
6544
6545   // Don't count the induction variable as interleaved.
6546   if (EnableIndVarRegisterHeur)
6547     IC = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs - 1) /
6548                        std::max(1U, (R.MaxLocalUsers - 1)));
6549
6550   // Clamp the interleave ranges to reasonable counts.
6551   unsigned MaxInterleaveCount = TTI.getMaxInterleaveFactor(VF);
6552
6553   // Check if the user has overridden the max.
6554   if (VF == 1) {
6555     if (ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
6556       MaxInterleaveCount = ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor;
6557   } else {
6558     if (ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
6559       MaxInterleaveCount = ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor;
6560   }
6561
6562   // If we did not calculate the cost for VF (because the user selected the VF)
6563   // then we calculate the cost of VF here.
6564   if (LoopCost == 0)
6565     LoopCost = expectedCost(VF).first;
6566
6567   // Clamp the calculated IC to be between the 1 and the max interleave count
6568   // that the target allows.
6569   if (IC > MaxInterleaveCount)
6570     IC = MaxInterleaveCount;
6571   else if (IC < 1)
6572     IC = 1;
6573
6574   // Interleave if we vectorized this loop and there is a reduction that could
6575   // benefit from interleaving.
6576   if (VF > 1 && Legal->getReductionVars()->size()) {
6577     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving because of reductions.\n");
6578     return IC;
6579   }
6580
6581   // Note that if we've already vectorized the loop we will have done the
6582   // runtime check and so interleaving won't require further checks.
6583   bool InterleavingRequiresRuntimePointerCheck =
6584       (VF == 1 && Legal->getRuntimePointerChecking()->Need);
6585
6586   // We want to interleave small loops in order to reduce the loop overhead and
6587   // potentially expose ILP opportunities.
6588   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop cost is " << LoopCost << '\n');
6589   if (!InterleavingRequiresRuntimePointerCheck && LoopCost < SmallLoopCost) {
6590     // We assume that the cost overhead is 1 and we use the cost model
6591     // to estimate the cost of the loop and interleave until the cost of the
6592     // loop overhead is about 5% of the cost of the loop.
6593     unsigned SmallIC =
6594         std::min(IC, (unsigned)PowerOf2Floor(SmallLoopCost / LoopCost));
6595
6596     // Interleave until store/load ports (estimated by max interleave count) are
6597     // saturated.
6598     unsigned NumStores = Legal->getNumStores();
6599     unsigned NumLoads = Legal->getNumLoads();
6600     unsigned StoresIC = IC / (NumStores ? NumStores : 1);
6601     unsigned LoadsIC = IC / (NumLoads ? NumLoads : 1);
6602
6603     // If we have a scalar reduction (vector reductions are already dealt with
6604     // by this point), we can increase the critical path length if the loop
6605     // we're interleaving is inside another loop. Limit, by default to 2, so the
6606     // critical path only gets increased by one reduction operation.
6607     if (Legal->getReductionVars()->size() && TheLoop->getLoopDepth() > 1) {
6608       unsigned F = static_cast<unsigned>(MaxNestedScalarReductionIC);
6609       SmallIC = std::min(SmallIC, F);
6610       StoresIC = std::min(StoresIC, F);
6611       LoadsIC = std::min(LoadsIC, F);
6612     }
6613
6614     if (EnableLoadStoreRuntimeInterleave &&
6615         std::max(StoresIC, LoadsIC) > SmallIC) {
6616       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to saturate store or load ports.\n");
6617       return std::max(StoresIC, LoadsIC);
6618     }
6619
6620     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to reduce branch cost.\n");
6621     return SmallIC;
6622   }
6623
6624   // Interleave if this is a large loop (small loops are already dealt with by
6625   // this point) that could benefit from interleaving.
6626   bool HasReductions = (Legal->getReductionVars()->size() > 0);
6627   if (TTI.enableAggressiveInterleaving(HasReductions)) {
6628     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to expose ILP.\n");
6629     return IC;
6630   }
6631
6632   DEBUG(dbgs() << "LV: Not Interleaving.\n");
6633   return 1;
6634 }
6635
6636 SmallVector<LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage, 8>
6637 LoopVectorizationCostModel::calculateRegisterUsage(ArrayRef<unsigned> VFs) {
6638   // This function calculates the register usage by measuring the highest number
6639   // of values that are alive at a single location. Obviously, this is a very
6640   // rough estimation. We scan the loop in a topological order in order and
6641   // assign a number to each instruction. We use RPO to ensure that defs are
6642   // met before their users. We assume that each instruction that has in-loop
6643   // users starts an interval. We record every time that an in-loop value is
6644   // used, so we have a list of the first and last occurrences of each
6645   // instruction. Next, we transpose this data structure into a multi map that
6646   // holds the list of intervals that *end* at a specific location. This multi
6647   // map allows us to perform a linear search. We scan the instructions linearly
6648   // and record each time that a new interval starts, by placing it in a set.
6649   // If we find this value in the multi-map then we remove it from the set.
6650   // The max register usage is the maximum size of the set.
6651   // We also search for instructions that are defined outside the loop, but are
6652   // used inside the loop. We need this number separately from the max-interval
6653   // usage number because when we unroll, loop-invariant values do not take
6654   // more register.
6655   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
6656   DFS.perform(LI);
6657
6658   RegisterUsage RU;
6659   RU.NumInstructions = 0;
6660
6661   // Each 'key' in the map opens a new interval. The values
6662   // of the map are the index of the 'last seen' usage of the
6663   // instruction that is the key.
6664   typedef DenseMap<Instruction *, unsigned> IntervalMap;
6665   // Maps instruction to its index.
6666   DenseMap<unsigned, Instruction *> IdxToInstr;
6667   // Marks the end of each interval.
6668   IntervalMap EndPoint;
6669   // Saves the list of instruction indices that are used in the loop.
6670   SmallSet<Instruction *, 8> Ends;
6671   // Saves the list of values that are used in the loop but are
6672   // defined outside the loop, such as arguments and constants.
6673   SmallPtrSet<Value *, 8> LoopInvariants;
6674
6675   unsigned Index = 0;
6676   for (BasicBlock *BB : make_range(DFS.beginRPO(), DFS.endRPO())) {
6677     RU.NumInstructions += BB->size();
6678     for (Instruction &I : *BB) {
6679       IdxToInstr[Index++] = &I;
6680
6681       // Save the end location of each USE.
6682       for (Value *U : I.operands()) {
6683         auto *Instr = dyn_cast<Instruction>(U);
6684
6685         // Ignore non-instruction values such as arguments, constants, etc.
6686         if (!Instr)
6687           continue;
6688
6689         // If this instruction is outside the loop then record it and continue.
6690         if (!TheLoop->contains(Instr)) {
6691           LoopInvariants.insert(Instr);
6692           continue;
6693         }
6694
6695         // Overwrite previous end points.
6696         EndPoint[Instr] = Index;
6697         Ends.insert(Instr);
6698       }
6699     }
6700   }
6701
6702   // Saves the list of intervals that end with the index in 'key'.
6703   typedef SmallVector<Instruction *, 2> InstrList;
6704   DenseMap<unsigned, InstrList> TransposeEnds;
6705
6706   // Transpose the EndPoints to a list of values that end at each index.
6707   for (auto &Interval : EndPoint)
6708     TransposeEnds[Interval.second].push_back(Interval.first);
6709
6710   SmallSet<Instruction *, 8> OpenIntervals;
6711
6712   // Get the size of the widest register.
6713   unsigned MaxSafeDepDist = -1U;
6714   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
6715     MaxSafeDepDist = Legal->getMaxSafeDepDistBytes() * 8;
6716   unsigned WidestRegister =
6717       std::min(TTI.getRegisterBitWidth(true), MaxSafeDepDist);
6718   const DataLayout &DL = TheFunction->getParent()->getDataLayout();
6719
6720   SmallVector<RegisterUsage, 8> RUs(VFs.size());
6721   SmallVector<unsigned, 8> MaxUsages(VFs.size(), 0);
6722
6723   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Calculating max register usage:\n");
6724
6725   // A lambda that gets the register usage for the given type and VF.
6726   auto GetRegUsage = [&DL, WidestRegister](Type *Ty, unsigned VF) {
6727     if (Ty->isTokenTy())
6728       return 0U;
6729     unsigned TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
6730     return std::max<unsigned>(1, VF * TypeSize / WidestRegister);
6731   };
6732
6733   for (unsigned int i = 0; i < Index; ++i) {
6734     Instruction *I = IdxToInstr[i];
6735
6736     // Remove all of the instructions that end at this location.
6737     InstrList &List = TransposeEnds[i];
6738     for (Instruction *ToRemove : List)
6739       OpenIntervals.erase(ToRemove);
6740
6741     // Ignore instructions that are never used within the loop.
6742     if (!Ends.count(I))
6743       continue;
6744
6745     // Skip ignored values.
6746     if (ValuesToIgnore.count(I))
6747       continue;
6748
6749     // For each VF find the maximum usage of registers.
6750     for (unsigned j = 0, e = VFs.size(); j < e; ++j) {
6751       if (VFs[j] == 1) {
6752         MaxUsages[j] = std::max(MaxUsages[j], OpenIntervals.size());
6753         continue;
6754       }
6755       collectUniformsAndScalars(VFs[j]);
6756       // Count the number of live intervals.
6757       unsigned RegUsage = 0;
6758       for (auto Inst : OpenIntervals) {
6759         // Skip ignored values for VF > 1.
6760         if (VecValuesToIgnore.count(Inst) ||
6761             isScalarAfterVectorization(Inst, VFs[j]))
6762           continue;
6763         RegUsage += GetRegUsage(Inst->getType(), VFs[j]);
6764       }
6765       MaxUsages[j] = std::max(MaxUsages[j], RegUsage);
6766     }
6767
6768     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): At #" << i << " Interval # "
6769                  << OpenIntervals.size() << '\n');
6770
6771     // Add the current instruction to the list of open intervals.
6772     OpenIntervals.insert(I);
6773   }
6774
6775   for (unsigned i = 0, e = VFs.size(); i < e; ++i) {
6776     unsigned Invariant = 0;
6777     if (VFs[i] == 1)
6778       Invariant = LoopInvariants.size();
6779     else {
6780       for (auto Inst : LoopInvariants)
6781         Invariant += GetRegUsage(Inst->getType(), VFs[i]);
6782     }
6783
6784     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): VF = " << VFs[i] << '\n');
6785     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found max usage: " << MaxUsages[i] << '\n');
6786     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found invariant usage: " << Invariant << '\n');
6787     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): LoopSize: " << RU.NumInstructions << '\n');
6788
6789     RU.LoopInvariantRegs = Invariant;
6790     RU.MaxLocalUsers = MaxUsages[i];
6791     RUs[i] = RU;
6792   }
6793
6794   return RUs;
6795 }
6796
6797 void LoopVectorizationCostModel::collectInstsToScalarize(unsigned VF) {
6798
6799   // If we aren't vectorizing the loop, or if we've already collected the
6800   // instructions to scalarize, there's nothing to do. Collection may already
6801   // have occurred if we have a user-selected VF and are now computing the
6802   // expected cost for interleaving.
6803   if (VF < 2 || InstsToScalarize.count(VF))
6804     return;
6805
6806   // Initialize a mapping for VF in InstsToScalalarize. If we find that it's
6807   // not profitable to scalarize any instructions, the presence of VF in the
6808   // map will indicate that we've analyzed it already.
6809   ScalarCostsTy &ScalarCostsVF = InstsToScalarize[VF];
6810
6811   // Find all the instructions that are scalar with predication in the loop and
6812   // determine if it would be better to not if-convert the blocks they are in.
6813   // If so, we also record the instructions to scalarize.
6814   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
6815     if (!Legal->blockNeedsPredication(BB))
6816       continue;
6817     for (Instruction &I : *BB)
6818       if (Legal->isScalarWithPredication(&I)) {
6819         ScalarCostsTy ScalarCosts;
6820         if (computePredInstDiscount(&I, ScalarCosts, VF) >= 0)
6821           ScalarCostsVF.insert(ScalarCosts.begin(), ScalarCosts.end());
6822
6823         // Remember that BB will remain after vectorization.
6824         PredicatedBBsAfterVectorization.insert(BB);
6825       }
6826   }
6827 }
6828
6829 int LoopVectorizationCostModel::computePredInstDiscount(
6830     Instruction *PredInst, DenseMap<Instruction *, unsigned> &ScalarCosts,
6831     unsigned VF) {
6832
6833   assert(!isUniformAfterVectorization(PredInst, VF) &&
6834          "Instruction marked uniform-after-vectorization will be predicated");
6835
6836   // Initialize the discount to zero, meaning that the scalar version and the
6837   // vector version cost the same.
6838   int Discount = 0;
6839
6840   // Holds instructions to analyze. The instructions we visit are mapped in
6841   // ScalarCosts. Those instructions are the ones that would be scalarized if
6842   // we find that the scalar version costs less.
6843   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
6844
6845   // Returns true if the given instruction can be scalarized.
6846   auto canBeScalarized = [&](Instruction *I) -> bool {
6847
6848     // We only attempt to scalarize instructions forming a single-use chain
6849     // from the original predicated block that would otherwise be vectorized.
6850     // Although not strictly necessary, we give up on instructions we know will
6851     // already be scalar to avoid traversing chains that are unlikely to be
6852     // beneficial.
6853     if (!I->hasOneUse() || PredInst->getParent() != I->getParent() ||
6854         isScalarAfterVectorization(I, VF))
6855       return false;
6856
6857     // If the instruction is scalar with predication, it will be analyzed
6858     // separately. We ignore it within the context of PredInst.
6859     if (Legal->isScalarWithPredication(I))
6860       return false;
6861
6862     // If any of the instruction's operands are uniform after vectorization,
6863     // the instruction cannot be scalarized. This prevents, for example, a
6864     // masked load from being scalarized.
6865     //
6866     // We assume we will only emit a value for lane zero of an instruction
6867     // marked uniform after vectorization, rather than VF identical values.
6868     // Thus, if we scalarize an instruction that uses a uniform, we would
6869     // create uses of values corresponding to the lanes we aren't emitting code
6870     // for. This behavior can be changed by allowing getScalarValue to clone
6871     // the lane zero values for uniforms rather than asserting.
6872     for (Use &U : I->operands())
6873       if (auto *J = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
6874         if (isUniformAfterVectorization(J, VF))
6875           return false;
6876
6877     // Otherwise, we can scalarize the instruction.
6878     return true;
6879   };
6880
6881   // Returns true if an operand that cannot be scalarized must be extracted
6882   // from a vector. We will account for this scalarization overhead below. Note
6883   // that the non-void predicated instructions are placed in their own blocks,
6884   // and their return values are inserted into vectors. Thus, an extract would
6885   // still be required.
6886   auto needsExtract = [&](Instruction *I) -> bool {
6887     return TheLoop->contains(I) && !isScalarAfterVectorization(I, VF);
6888   };
6889
6890   // Compute the expected cost discount from scalarizing the entire expression
6891   // feeding the predicated instruction. We currently only consider expressions
6892   // that are single-use instruction chains.
6893   Worklist.push_back(PredInst);
6894   while (!Worklist.empty()) {
6895     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
6896
6897     // If we've already analyzed the instruction, there's nothing to do.
6898     if (ScalarCosts.count(I))
6899       continue;
6900
6901     // Compute the cost of the vector instruction. Note that this cost already
6902     // includes the scalarization overhead of the predicated instruction.
6903     unsigned VectorCost = getInstructionCost(I, VF).first;
6904
6905     // Compute the cost of the scalarized instruction. This cost is the cost of
6906     // the instruction as if it wasn't if-converted and instead remained in the
6907     // predicated block. We will scale this cost by block probability after
6908     // computing the scalarization overhead.
6909     unsigned ScalarCost = VF * getInstructionCost(I, 1).first;
6910
6911     // Compute the scalarization overhead of needed insertelement instructions
6912     // and phi nodes.
6913     if (Legal->isScalarWithPredication(I) && !I->getType()->isVoidTy()) {
6914       ScalarCost += TTI.getScalarizationOverhead(ToVectorTy(I->getType(), VF),
6915                                                  true, false);
6916       ScalarCost += VF * TTI.getCFInstrCost(Instruction::PHI);
6917     }
6918
6919     // Compute the scalarization overhead of needed extractelement
6920     // instructions. For each of the instruction's operands, if the operand can
6921     // be scalarized, add it to the worklist; otherwise, account for the
6922     // overhead.
6923     for (Use &U : I->operands())
6924       if (auto *J = dyn_cast<Instruction>(U.get())) {
6925         assert(VectorType::isValidElementType(J->getType()) &&
6926                "Instruction has non-scalar type");
6927         if (canBeScalarized(J))
6928           Worklist.push_back(J);
6929         else if (needsExtract(J))
6930           ScalarCost += TTI.getScalarizationOverhead(
6931                               ToVectorTy(J->getType(),VF), false, true);
6932       }
6933
6934     // Scale the total scalar cost by block probability.
6935     ScalarCost /= getReciprocalPredBlockProb();
6936
6937     // Compute the discount. A non-negative discount means the vector version
6938     // of the instruction costs more, and scalarizing would be beneficial.
6939     Discount += VectorCost - ScalarCost;
6940     ScalarCosts[I] = ScalarCost;
6941   }
6942
6943   return Discount;
6944 }
6945
6946 LoopVectorizationCostModel::VectorizationCostTy
6947 LoopVectorizationCostModel::expectedCost(unsigned VF) {
6948   VectorizationCostTy Cost;
6949
6950   // Collect Uniform and Scalar instructions after vectorization with VF.
6951   collectUniformsAndScalars(VF);
6952
6953   // Collect the instructions (and their associated costs) that will be more
6954   // profitable to scalarize.
6955   collectInstsToScalarize(VF);
6956
6957   // For each block.
6958   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
6959     VectorizationCostTy BlockCost;
6960
6961     // For each instruction in the old loop.
6962     for (Instruction &I : *BB) {
6963       // Skip dbg intrinsics.
6964       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
6965         continue;
6966
6967       // Skip ignored values.
6968       if (ValuesToIgnore.count(&I))
6969         continue;
6970
6971       VectorizationCostTy C = getInstructionCost(&I, VF);
6972
6973       // Check if we should override the cost.
6974       if (ForceTargetInstructionCost.getNumOccurrences() > 0)
6975         C.first = ForceTargetInstructionCost;
6976
6977       BlockCost.first += C.first;
6978       BlockCost.second |= C.second;
6979       DEBUG(dbgs() << "LV: Found an estimated cost of " << C.first << " for VF "
6980                    << VF << " For instruction: " << I << '\n');
6981     }
6982
6983     // If we are vectorizing a predicated block, it will have been
6984     // if-converted. This means that the block's instructions (aside from
6985     // stores and instructions that may divide by zero) will now be
6986     // unconditionally executed. For the scalar case, we may not always execute
6987     // the predicated block. Thus, scale the block's cost by the probability of
6988     // executing it.
6989     if (VF == 1 && Legal->blockNeedsPredication(BB))
6990       BlockCost.first /= getReciprocalPredBlockProb();
6991
6992     Cost.first += BlockCost.first;
6993     Cost.second |= BlockCost.second;
6994   }
6995
6996   return Cost;
6997 }
6998
6999 /// \brief Gets Address Access SCEV after verifying that the access pattern
7000 /// is loop invariant except the induction variable dependence.
7001 ///
7002 /// This SCEV can be sent to the Target in order to estimate the address
7003 /// calculation cost.
7004 static const SCEV *getAddressAccessSCEV(
7005               Value *Ptr,
7006               LoopVectorizationLegality *Legal,
7007               ScalarEvolution *SE,
7008               const Loop *TheLoop) {
7009   auto *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
7010   if (!Gep)
7011     return nullptr;
7012
7013   // We are looking for a gep with all loop invariant indices except for one
7014   // which should be an induction variable.
7015   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
7016   for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i) {
7017     Value *Opd = Gep->getOperand(i);
7018     if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Opd), TheLoop) &&
7019         !Legal->isInductionVariable(Opd))
7020       return nullptr;
7021   }
7022
7023   // Now we know we have a GEP ptr, %inv, %ind, %inv. return the Ptr SCEV.
7024   return SE->getSCEV(Ptr);
7025 }
7026
7027 static bool isStrideMul(Instruction *I, LoopVectorizationLegality *Legal) {
7028   return Legal->hasStride(I->getOperand(0)) ||
7029          Legal->hasStride(I->getOperand(1));
7030 }
7031
7032 unsigned LoopVectorizationCostModel::getMemInstScalarizationCost(Instruction *I,
7033                                                                  unsigned VF) {
7034   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7035   auto SE = PSE.getSE();
7036
7037   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7038   unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7039   Value *Ptr = getPointerOperand(I);
7040   Type *PtrTy = ToVectorTy(Ptr->getType(), VF);
7041
7042   // Figure out whether the access is strided and get the stride value
7043   // if it's known in compile time
7044   const SCEV *PtrSCEV = getAddressAccessSCEV(Ptr, Legal, SE, TheLoop);
7045
7046   // Get the cost of the scalar memory instruction and address computation.
7047   unsigned Cost = VF * TTI.getAddressComputationCost(PtrTy, SE, PtrSCEV);
7048
7049   Cost += VF *
7050           TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy->getScalarType(), Alignment,
7051                               AS, I);
7052
7053   // Get the overhead of the extractelement and insertelement instructions
7054   // we might create due to scalarization.
7055   Cost += getScalarizationOverhead(I, VF, TTI);
7056
7057   // If we have a predicated store, it may not be executed for each vector
7058   // lane. Scale the cost by the probability of executing the predicated
7059   // block.
7060   if (Legal->isScalarWithPredication(I))
7061     Cost /= getReciprocalPredBlockProb();
7062
7063   return Cost;
7064 }
7065
7066 unsigned LoopVectorizationCostModel::getConsecutiveMemOpCost(Instruction *I,
7067                                                              unsigned VF) {
7068   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7069   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7070   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7071   Value *Ptr = getPointerOperand(I);
7072   unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7073   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
7074
7075   assert((ConsecutiveStride == 1 || ConsecutiveStride == -1) &&
7076          "Stride should be 1 or -1 for consecutive memory access");
7077   unsigned Cost = 0;
7078   if (Legal->isMaskRequired(I))
7079     Cost += TTI.getMaskedMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
7080   else
7081     Cost += TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS, I);
7082
7083   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
7084   if (Reverse)
7085     Cost += TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse, VectorTy, 0);
7086   return Cost;
7087 }
7088
7089 unsigned LoopVectorizationCostModel::getUniformMemOpCost(Instruction *I,
7090                                                          unsigned VF) {
7091   LoadInst *LI = cast<LoadInst>(I);
7092   Type *ValTy = LI->getType();
7093   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7094   unsigned Alignment = LI->getAlignment();
7095   unsigned AS = LI->getPointerAddressSpace();
7096
7097   return TTI.getAddressComputationCost(ValTy) +
7098          TTI.getMemoryOpCost(Instruction::Load, ValTy, Alignment, AS) +
7099          TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Broadcast, VectorTy);
7100 }
7101
7102 unsigned LoopVectorizationCostModel::getGatherScatterCost(Instruction *I,
7103                                                           unsigned VF) {
7104   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7105   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7106   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7107   Value *Ptr = getPointerOperand(I);
7108
7109   return TTI.getAddressComputationCost(VectorTy) +
7110          TTI.getGatherScatterOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Ptr,
7111                                     Legal->isMaskRequired(I), Alignment);
7112 }
7113
7114 unsigned LoopVectorizationCostModel::getInterleaveGroupCost(Instruction *I,
7115                                                             unsigned VF) {
7116   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7117   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7118   unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7119
7120   auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(I);
7121   assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
7122
7123   unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
7124   Type *WideVecTy = VectorType::get(ValTy, VF * InterleaveFactor);
7125
7126   // Holds the indices of existing members in an interleaved load group.
7127   // An interleaved store group doesn't need this as it doesn't allow gaps.
7128   SmallVector<unsigned, 4> Indices;
7129   if (isa<LoadInst>(I)) {
7130     for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++)
7131       if (Group->getMember(i))
7132         Indices.push_back(i);
7133   }
7134
7135   // Calculate the cost of the whole interleaved group.
7136   unsigned Cost = TTI.getInterleavedMemoryOpCost(I->getOpcode(), WideVecTy,
7137                                                  Group->getFactor(), Indices,
7138                                                  Group->getAlignment(), AS);
7139
7140   if (Group->isReverse())
7141     Cost += Group->getNumMembers() *
7142             TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse, VectorTy, 0);
7143   return Cost;
7144 }
7145
7146 unsigned LoopVectorizationCostModel::getMemoryInstructionCost(Instruction *I,
7147                                                               unsigned VF) {
7148
7149   // Calculate scalar cost only. Vectorization cost should be ready at this
7150   // moment.
7151   if (VF == 1) {
7152     Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7153     unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7154     unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7155
7156     return TTI.getAddressComputationCost(ValTy) +
7157            TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy, Alignment, AS, I);
7158   }
7159   return getWideningCost(I, VF);
7160 }
7161
7162 LoopVectorizationCostModel::VectorizationCostTy
7163 LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF) {
7164   // If we know that this instruction will remain uniform, check the cost of
7165   // the scalar version.
7166   if (isUniformAfterVectorization(I, VF))
7167     VF = 1;
7168
7169   if (VF > 1 && isProfitableToScalarize(I, VF))
7170     return VectorizationCostTy(InstsToScalarize[VF][I], false);
7171
7172   // Forced scalars do not have any scalarization overhead.
7173   if (VF > 1 && ForcedScalars.count(VF) &&
7174       ForcedScalars.find(VF)->second.count(I))
7175     return VectorizationCostTy((getInstructionCost(I, 1).first * VF), false);
7176
7177   Type *VectorTy;
7178   unsigned C = getInstructionCost(I, VF, VectorTy);
7179
7180   bool TypeNotScalarized =
7181       VF > 1 && VectorTy->isVectorTy() && TTI.getNumberOfParts(VectorTy) < VF;
7182   return VectorizationCostTy(C, TypeNotScalarized);
7183 }
7184
7185 void LoopVectorizationCostModel::setCostBasedWideningDecision(unsigned VF) {
7186   if (VF == 1)
7187     return;
7188   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
7189     // For each instruction in the old loop.
7190     for (Instruction &I : *BB) {
7191       Value *Ptr = getPointerOperand(&I);
7192       if (!Ptr)
7193         continue;
7194
7195       if (isa<LoadInst>(&I) && Legal->isUniform(Ptr)) {
7196         // Scalar load + broadcast
7197         unsigned Cost = getUniformMemOpCost(&I, VF);
7198         setWideningDecision(&I, VF, CM_Scalarize, Cost);
7199         continue;
7200       }
7201
7202       // We assume that widening is the best solution when possible.
7203       if (Legal->memoryInstructionCanBeWidened(&I, VF)) {
7204         unsigned Cost = getConsecutiveMemOpCost(&I, VF);
7205         setWideningDecision(&I, VF, CM_Widen, Cost);
7206         continue;
7207       }
7208
7209       // Choose between Interleaving, Gather/Scatter or Scalarization.
7210       unsigned InterleaveCost = UINT_MAX;
7211       unsigned NumAccesses = 1;
7212       if (Legal->isAccessInterleaved(&I)) {
7213         auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(&I);
7214         assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
7215
7216         // Make one decision for the whole group.
7217         if (getWideningDecision(&I, VF) != CM_Unknown)
7218           continue;
7219
7220         NumAccesses = Group->getNumMembers();
7221         InterleaveCost = getInterleaveGroupCost(&I, VF);
7222       }
7223
7224       unsigned GatherScatterCost =
7225           Legal->isLegalGatherOrScatter(&I)
7226               ? getGatherScatterCost(&I, VF) * NumAccesses
7227               : UINT_MAX;
7228
7229       unsigned ScalarizationCost =
7230           getMemInstScalarizationCost(&I, VF) * NumAccesses;
7231
7232       // Choose better solution for the current VF,
7233       // write down this decision and use it during vectorization.
7234       unsigned Cost;
7235       InstWidening Decision;
7236       if (InterleaveCost <= GatherScatterCost &&
7237           InterleaveCost < ScalarizationCost) {
7238         Decision = CM_Interleave;
7239         Cost = InterleaveCost;
7240       } else if (GatherScatterCost < ScalarizationCost) {
7241         Decision = CM_GatherScatter;
7242         Cost = GatherScatterCost;
7243       } else {
7244         Decision = CM_Scalarize;
7245         Cost = ScalarizationCost;
7246       }
7247       // If the instructions belongs to an interleave group, the whole group
7248       // receives the same decision. The whole group receives the cost, but
7249       // the cost will actually be assigned to one instruction.
7250       if (auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(&I))
7251         setWideningDecision(Group, VF, Decision, Cost);
7252       else
7253         setWideningDecision(&I, VF, Decision, Cost);
7254     }
7255   }
7256
7257   // Make sure that any load of address and any other address computation
7258   // remains scalar unless there is gather/scatter support. This avoids
7259   // inevitable extracts into address registers, and also has the benefit of
7260   // activating LSR more, since that pass can't optimize vectorized
7261   // addresses.
7262   if (TTI.prefersVectorizedAddressing())
7263     return;
7264
7265   // Start with all scalar pointer uses.
7266   SmallPtrSet<Instruction *, 8> AddrDefs;
7267   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks())
7268     for (Instruction &I : *BB) {
7269       Instruction *PtrDef =
7270         dyn_cast_or_null<Instruction>(getPointerOperand(&I));
7271       if (PtrDef && TheLoop->contains(PtrDef) &&
7272           getWideningDecision(&I, VF) != CM_GatherScatter)
7273         AddrDefs.insert(PtrDef);
7274     }
7275
7276   // Add all instructions used to generate the addresses.
7277   SmallVector<Instruction *, 4> Worklist;
7278   for (auto *I : AddrDefs)
7279     Worklist.push_back(I);
7280   while (!Worklist.empty()) {
7281     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
7282     for (auto &Op : I->operands())
7283       if (auto *InstOp = dyn_cast<Instruction>(Op))
7284         if ((InstOp->getParent() == I->getParent()) && !isa<PHINode>(InstOp) &&
7285             AddrDefs.insert(InstOp).second == true)
7286           Worklist.push_back(InstOp);
7287   }
7288
7289   for (auto *I : AddrDefs) {
7290     if (isa<LoadInst>(I)) {
7291       // Setting the desired widening decision should ideally be handled in
7292       // by cost functions, but since this involves the task of finding out
7293       // if the loaded register is involved in an address computation, it is
7294       // instead changed here when we know this is the case.
7295       if (getWideningDecision(I, VF) == CM_Widen)
7296         // Scalarize a widened load of address.
7297         setWideningDecision(I, VF, CM_Scalarize,
7298                             (VF * getMemoryInstructionCost(I, 1)));
7299       else if (auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(I)) {
7300         // Scalarize an interleave group of address loads.
7301         for (unsigned I = 0; I < Group->getFactor(); ++I) {
7302           if (Instruction *Member = Group->getMember(I))
7303             setWideningDecision(Member, VF, CM_Scalarize,
7304                                 (VF * getMemoryInstructionCost(Member, 1)));
7305         }
7306       }
7307     } else
7308       // Make sure I gets scalarized and a cost estimate without
7309       // scalarization overhead.
7310       ForcedScalars[VF].insert(I);
7311   }
7312 }
7313
7314 unsigned LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I,
7315                                                         unsigned VF,
7316                                                         Type *&VectorTy) {
7317   Type *RetTy = I->getType();
7318   if (canTruncateToMinimalBitwidth(I, VF))
7319     RetTy = IntegerType::get(RetTy->getContext(), MinBWs[I]);
7320   VectorTy = isScalarAfterVectorization(I, VF) ? RetTy : ToVectorTy(RetTy, VF);
7321   auto SE = PSE.getSE();
7322
7323   // TODO: We need to estimate the cost of intrinsic calls.
7324   switch (I->getOpcode()) {
7325   case Instruction::GetElementPtr:
7326     // We mark this instruction as zero-cost because the cost of GEPs in
7327     // vectorized code depends on whether the corresponding memory instruction
7328     // is scalarized or not. Therefore, we handle GEPs with the memory
7329     // instruction cost.
7330     return 0;
7331   case Instruction::Br: {
7332     // In cases of scalarized and predicated instructions, there will be VF
7333     // predicated blocks in the vectorized loop. Each branch around these
7334     // blocks requires also an extract of its vector compare i1 element.
7335     bool ScalarPredicatedBB = false;
7336     BranchInst *BI = cast<BranchInst>(I);
7337     if (VF > 1 && BI->isConditional() &&
7338         (PredicatedBBsAfterVectorization.count(BI->getSuccessor(0)) ||
7339          PredicatedBBsAfterVectorization.count(BI->getSuccessor(1))))
7340       ScalarPredicatedBB = true;
7341
7342     if (ScalarPredicatedBB) {
7343       // Return cost for branches around scalarized and predicated blocks.
7344       Type *Vec_i1Ty =
7345           VectorType::get(IntegerType::getInt1Ty(RetTy->getContext()), VF);
7346       return (TTI.getScalarizationOverhead(Vec_i1Ty, false, true) +
7347               (TTI.getCFInstrCost(Instruction::Br) * VF));
7348     } else if (I->getParent() == TheLoop->getLoopLatch() || VF == 1)
7349       // The back-edge branch will remain, as will all scalar branches.
7350       return TTI.getCFInstrCost(Instruction::Br);
7351     else
7352       // This branch will be eliminated by if-conversion.
7353       return 0;
7354     // Note: We currently assume zero cost for an unconditional branch inside
7355     // a predicated block since it will become a fall-through, although we
7356     // may decide in the future to call TTI for all branches.
7357   }
7358   case Instruction::PHI: {
7359     auto *Phi = cast<PHINode>(I);
7360
7361     // First-order recurrences are replaced by vector shuffles inside the loop.
7362     if (VF > 1 && Legal->isFirstOrderRecurrence(Phi))
7363       return TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_ExtractSubvector,
7364                                 VectorTy, VF - 1, VectorTy);
7365
7366     // Phi nodes in non-header blocks (not inductions, reductions, etc.) are
7367     // converted into select instructions. We require N - 1 selects per phi
7368     // node, where N is the number of incoming values.
7369     if (VF > 1 && Phi->getParent() != TheLoop->getHeader())
7370       return (Phi->getNumIncomingValues() - 1) *
7371              TTI.getCmpSelInstrCost(
7372                  Instruction::Select, ToVectorTy(Phi->getType(), VF),
7373                  ToVectorTy(Type::getInt1Ty(Phi->getContext()), VF));
7374
7375     return TTI.getCFInstrCost(Instruction::PHI);
7376   }
7377   case Instruction::UDiv:
7378   case Instruction::SDiv:
7379   case Instruction::URem:
7380   case Instruction::SRem:
7381     // If we have a predicated instruction, it may not be executed for each
7382     // vector lane. Get the scalarization cost and scale this amount by the
7383     // probability of executing the predicated block. If the instruction is not
7384     // predicated, we fall through to the next case.
7385     if (VF > 1 && Legal->isScalarWithPredication(I)) {
7386       unsigned Cost = 0;
7387
7388       // These instructions have a non-void type, so account for the phi nodes
7389       // that we will create. This cost is likely to be zero. The phi node
7390       // cost, if any, should be scaled by the block probability because it
7391       // models a copy at the end of each predicated block.
7392       Cost += VF * TTI.getCFInstrCost(Instruction::PHI);
7393
7394       // The cost of the non-predicated instruction.
7395       Cost += VF * TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), RetTy);
7396
7397       // The cost of insertelement and extractelement instructions needed for
7398       // scalarization.
7399       Cost += getScalarizationOverhead(I, VF, TTI);
7400
7401       // Scale the cost by the probability of executing the predicated blocks.
7402       // This assumes the predicated block for each vector lane is equally
7403       // likely.
7404       return Cost / getReciprocalPredBlockProb();
7405     }
7406     LLVM_FALLTHROUGH;
7407   case Instruction::Add:
7408   case Instruction::FAdd:
7409   case Instruction::Sub:
7410   case Instruction::FSub:
7411   case Instruction::Mul:
7412   case Instruction::FMul:
7413   case Instruction::FDiv:
7414   case Instruction::FRem:
7415   case Instruction::Shl:
7416   case Instruction::LShr:
7417   case Instruction::AShr:
7418   case Instruction::And:
7419   case Instruction::Or:
7420   case Instruction::Xor: {
7421     // Since we will replace the stride by 1 the multiplication should go away.
7422     if (I->getOpcode() == Instruction::Mul && isStrideMul(I, Legal))
7423       return 0;
7424     // Certain instructions can be cheaper to vectorize if they have a constant
7425     // second vector operand. One example of this are shifts on x86.
7426     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
7427         TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
7428     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
7429         TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
7430     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op1VP =
7431         TargetTransformInfo::OP_None;
7432     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op2VP =
7433         TargetTransformInfo::OP_None;
7434     Value *Op2 = I->getOperand(1);
7435
7436     // Check for a splat or for a non uniform vector of constants.
7437     if (isa<ConstantInt>(Op2)) {
7438       ConstantInt *CInt = cast<ConstantInt>(Op2);
7439       if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
7440         Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
7441       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
7442     } else if (isa<ConstantVector>(Op2) || isa<ConstantDataVector>(Op2)) {
7443       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_NonUniformConstantValue;
7444       Constant *SplatValue = cast<Constant>(Op2)->getSplatValue();
7445       if (SplatValue) {
7446         ConstantInt *CInt = dyn_cast<ConstantInt>(SplatValue);
7447         if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
7448           Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
7449         Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
7450       }
7451     } else if (Legal->isUniform(Op2)) {
7452       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformValue;
7453     }
7454     SmallVector<const Value *, 4> Operands(I->operand_values());
7455     unsigned N = isScalarAfterVectorization(I, VF) ? VF : 1;
7456     return N * TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, Op1VK,
7457                                           Op2VK, Op1VP, Op2VP, Operands);
7458   }
7459   case Instruction::Select: {
7460     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
7461     const SCEV *CondSCEV = SE->getSCEV(SI->getCondition());
7462     bool ScalarCond = (SE->isLoopInvariant(CondSCEV, TheLoop));
7463     Type *CondTy = SI->getCondition()->getType();
7464     if (!ScalarCond)
7465       CondTy = VectorType::get(CondTy, VF);
7466
7467     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, CondTy, I);
7468   }
7469   case Instruction::ICmp:
7470   case Instruction::FCmp: {
7471     Type *ValTy = I->getOperand(0)->getType();
7472     Instruction *Op0AsInstruction = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
7473     if (canTruncateToMinimalBitwidth(Op0AsInstruction, VF))
7474       ValTy = IntegerType::get(ValTy->getContext(), MinBWs[Op0AsInstruction]);
7475     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7476     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, nullptr, I);
7477   }
7478   case Instruction::Store:
7479   case Instruction::Load: {
7480     unsigned Width = VF;
7481     if (Width > 1) {
7482       InstWidening Decision = getWideningDecision(I, Width);
7483       assert(Decision != CM_Unknown &&
7484              "CM decision should be taken at this point");
7485       if (Decision == CM_Scalarize)
7486         Width = 1;
7487     }
7488     VectorTy = ToVectorTy(getMemInstValueType(I), Width);
7489     return getMemoryInstructionCost(I, VF);
7490   }
7491   case Instruction::ZExt:
7492   case Instruction::SExt:
7493   case Instruction::FPToUI:
7494   case Instruction::FPToSI:
7495   case Instruction::FPExt:
7496   case Instruction::PtrToInt:
7497   case Instruction::IntToPtr:
7498   case Instruction::SIToFP:
7499   case Instruction::UIToFP:
7500   case Instruction::Trunc:
7501   case Instruction::FPTrunc:
7502   case Instruction::BitCast: {
7503     // We optimize the truncation of induction variables having constant
7504     // integer steps. The cost of these truncations is the same as the scalar
7505     // operation.
7506     if (isOptimizableIVTruncate(I, VF)) {
7507       auto *Trunc = cast<TruncInst>(I);
7508       return TTI.getCastInstrCost(Instruction::Trunc, Trunc->getDestTy(),
7509                                   Trunc->getSrcTy(), Trunc);
7510     }
7511
7512     Type *SrcScalarTy = I->getOperand(0)->getType();
7513     Type *SrcVecTy =
7514         VectorTy->isVectorTy() ? ToVectorTy(SrcScalarTy, VF) : SrcScalarTy;
7515     if (canTruncateToMinimalBitwidth(I, VF)) {
7516       // This cast is going to be shrunk. This may remove the cast or it might
7517       // turn it into slightly different cast. For example, if MinBW == 16,
7518       // "zext i8 %1 to i32" becomes "zext i8 %1 to i16".
7519       //
7520       // Calculate the modified src and dest types.
7521       Type *MinVecTy = VectorTy;
7522       if (I->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
7523         SrcVecTy = smallestIntegerVectorType(SrcVecTy, MinVecTy);
7524         VectorTy =
7525             largestIntegerVectorType(ToVectorTy(I->getType(), VF), MinVecTy);
7526       } else if (I->getOpcode() == Instruction::ZExt ||
7527                  I->getOpcode() == Instruction::SExt) {
7528         SrcVecTy = largestIntegerVectorType(SrcVecTy, MinVecTy);
7529         VectorTy =
7530             smallestIntegerVectorType(ToVectorTy(I->getType(), VF), MinVecTy);
7531       }
7532     }
7533
7534     unsigned N = isScalarAfterVectorization(I, VF) ? VF : 1;
7535     return N * TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, SrcVecTy, I);
7536   }
7537   case Instruction::Call: {
7538     bool NeedToScalarize;
7539     CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
7540     unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, TTI, TLI, NeedToScalarize);
7541     if (getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI))
7542       return std::min(CallCost, getVectorIntrinsicCost(CI, VF, TTI, TLI));
7543     return CallCost;
7544   }
7545   default:
7546     // The cost of executing VF copies of the scalar instruction. This opcode
7547     // is unknown. Assume that it is the same as 'mul'.
7548     return VF * TTI.getArithmeticInstrCost(Instruction::Mul, VectorTy) +
7549            getScalarizationOverhead(I, VF, TTI);
7550   } // end of switch.
7551 }
7552
7553 char LoopVectorize::ID = 0;
7554 static const char lv_name[] = "Loop Vectorization";
7555 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
7556 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
7557 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BasicAAWrapperPass)
7558 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
7559 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
7560 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
7561 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BlockFrequencyInfoWrapperPass)
7562 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
7563 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolutionWrapperPass)
7564 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
7565 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopAccessLegacyAnalysis)
7566 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DemandedBitsWrapperPass)
7567 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(OptimizationRemarkEmitterWrapperPass)
7568 INITIALIZE_PASS_END(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
7569
7570 namespace llvm {
7571 Pass *createLoopVectorizePass(bool NoUnrolling, bool AlwaysVectorize) {
7572   return new LoopVectorize(NoUnrolling, AlwaysVectorize);
7573 }
7574 }
7575
7576 bool LoopVectorizationCostModel::isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *Inst) {
7577
7578   // Check if the pointer operand of a load or store instruction is
7579   // consecutive.
7580   if (auto *Ptr = getPointerOperand(Inst))
7581     return Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
7582   return false;
7583 }
7584
7585 void LoopVectorizationCostModel::collectValuesToIgnore() {
7586   // Ignore ephemeral values.
7587   CodeMetrics::collectEphemeralValues(TheLoop, AC, ValuesToIgnore);
7588
7589   // Ignore type-promoting instructions we identified during reduction
7590   // detection.
7591   for (auto &Reduction : *Legal->getReductionVars()) {
7592     RecurrenceDescriptor &RedDes = Reduction.second;
7593     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Casts = RedDes.getCastInsts();
7594     VecValuesToIgnore.insert(Casts.begin(), Casts.end());
7595   }
7596 }
7597
7598 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
7599 LoopVectorizationPlanner::plan(bool OptForSize, unsigned UserVF) {
7600
7601   // Width 1 means no vectorize, cost 0 means uncomputed cost.
7602   const LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor NoVectorization = {1U,
7603                                                                            0U};
7604   Optional<unsigned> MaybeMaxVF = CM.computeMaxVF(OptForSize);
7605   if (!MaybeMaxVF.hasValue()) // Cases considered too costly to vectorize.
7606     return NoVectorization;
7607
7608   if (UserVF) {
7609     DEBUG(dbgs() << "LV: Using user VF " << UserVF << ".\n");
7610     assert(isPowerOf2_32(UserVF) && "VF needs to be a power of two");
7611     // Collect the instructions (and their associated costs) that will be more
7612     // profitable to scalarize.
7613     CM.selectUserVectorizationFactor(UserVF);
7614     return {UserVF, 0};
7615   }
7616
7617   unsigned MaxVF = MaybeMaxVF.getValue();
7618   assert(MaxVF != 0 && "MaxVF is zero.");
7619   if (MaxVF == 1)
7620     return NoVectorization;
7621
7622   // Select the optimal vectorization factor.
7623   return CM.selectVectorizationFactor(MaxVF);
7624 }
7625
7626 void LoopVectorizationPlanner::executePlan(InnerLoopVectorizer &ILV) {
7627   // Perform the actual loop transformation.
7628
7629   // 1. Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
7630   ILV.createVectorizedLoopSkeleton();
7631
7632   //===------------------------------------------------===//
7633   //
7634   // Notice: any optimization or new instruction that go
7635   // into the code below should also be implemented in
7636   // the cost-model.
7637   //
7638   //===------------------------------------------------===//
7639
7640   // 2. Copy and widen instructions from the old loop into the new loop.
7641
7642   // Move instructions to handle first-order recurrences.
7643   DenseMap<Instruction *, Instruction *> SinkAfter = Legal->getSinkAfter();
7644   for (auto &Entry : SinkAfter) {
7645     Entry.first->removeFromParent();
7646     Entry.first->insertAfter(Entry.second);
7647     DEBUG(dbgs() << "Sinking" << *Entry.first << " after" << *Entry.second
7648                  << " to vectorize a 1st order recurrence.\n");
7649   }
7650
7651   // Collect instructions from the original loop that will become trivially dead
7652   // in the vectorized loop. We don't need to vectorize these instructions. For
7653   // example, original induction update instructions can become dead because we
7654   // separately emit induction "steps" when generating code for the new loop.
7655   // Similarly, we create a new latch condition when setting up the structure
7656   // of the new loop, so the old one can become dead.
7657   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DeadInstructions;
7658   collectTriviallyDeadInstructions(DeadInstructions);
7659
7660   // Scan the loop in a topological order to ensure that defs are vectorized
7661   // before users.
7662   LoopBlocksDFS DFS(OrigLoop);
7663   DFS.perform(LI);
7664
7665   // Vectorize all instructions in the original loop that will not become
7666   // trivially dead when vectorized.
7667   for (BasicBlock *BB : make_range(DFS.beginRPO(), DFS.endRPO()))
7668     for (Instruction &I : *BB)
7669       if (!DeadInstructions.count(&I))
7670         ILV.vectorizeInstruction(I);
7671
7672   // 3. Fix the vectorized code: take care of header phi's, live-outs,
7673   //    predication, updating analyses.
7674   ILV.fixVectorizedLoop();
7675 }
7676
7677 void LoopVectorizationPlanner::collectTriviallyDeadInstructions(
7678     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DeadInstructions) {
7679   BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
7680
7681   // We create new control-flow for the vectorized loop, so the original
7682   // condition will be dead after vectorization if it's only used by the
7683   // branch.
7684   auto *Cmp = dyn_cast<Instruction>(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
7685   if (Cmp && Cmp->hasOneUse())
7686     DeadInstructions.insert(Cmp);
7687
7688   // We create new "steps" for induction variable updates to which the original
7689   // induction variables map. An original update instruction will be dead if
7690   // all its users except the induction variable are dead.
7691   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
7692     PHINode *Ind = Induction.first;
7693     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
7694     if (all_of(IndUpdate->users(), [&](User *U) -> bool {
7695           return U == Ind || DeadInstructions.count(cast<Instruction>(U));
7696         }))
7697       DeadInstructions.insert(IndUpdate);
7698   }
7699 }
7700
7701 void InnerLoopUnroller::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
7702   auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
7703   bool IfPredicateInstr = (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()));
7704
7705   return scalarizeInstruction(Instr, IfPredicateInstr);
7706 }
7707
7708 Value *InnerLoopUnroller::reverseVector(Value *Vec) { return Vec; }
7709
7710 Value *InnerLoopUnroller::getBroadcastInstrs(Value *V) { return V; }
7711
7712 Value *InnerLoopUnroller::getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
7713                                         Instruction::BinaryOps BinOp) {
7714   // When unrolling and the VF is 1, we only need to add a simple scalar.
7715   Type *Ty = Val->getType();
7716   assert(!Ty->isVectorTy() && "Val must be a scalar");
7717
7718   if (Ty->isFloatingPointTy()) {
7719     Constant *C = ConstantFP::get(Ty, (double)StartIdx);
7720
7721     // Floating point operations had to be 'fast' to enable the unrolling.
7722     Value *MulOp = addFastMathFlag(Builder.CreateFMul(C, Step));
7723     return addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(BinOp, Val, MulOp));
7724   }
7725   Constant *C = ConstantInt::get(Ty, StartIdx);
7726   return Builder.CreateAdd(Val, Builder.CreateMul(C, Step), "induction");
7727 }
7728
7729 static void AddRuntimeUnrollDisableMetaData(Loop *L) {
7730   SmallVector<Metadata *, 4> MDs;
7731   // Reserve first location for self reference to the LoopID metadata node.
7732   MDs.push_back(nullptr);
7733   bool IsUnrollMetadata = false;
7734   MDNode *LoopID = L->getLoopID();
7735   if (LoopID) {
7736     // First find existing loop unrolling disable metadata.
7737     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
7738       auto *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
7739       if (MD) {
7740         const auto *S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
7741         IsUnrollMetadata =
7742             S && S->getString().startswith("llvm.loop.unroll.disable");
7743       }
7744       MDs.push_back(LoopID->getOperand(i));
7745     }
7746   }
7747
7748   if (!IsUnrollMetadata) {
7749     // Add runtime unroll disable metadata.
7750     LLVMContext &Context = L->getHeader()->getContext();
7751     SmallVector<Metadata *, 1> DisableOperands;
7752     DisableOperands.push_back(
7753         MDString::get(Context, "llvm.loop.unroll.runtime.disable"));
7754     MDNode *DisableNode = MDNode::get(Context, DisableOperands);
7755     MDs.push_back(DisableNode);
7756     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
7757     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
7758     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
7759     L->setLoopID(NewLoopID);
7760   }
7761 }
7762
7763 bool LoopVectorizePass::processLoop(Loop *L) {
7764   assert(L->empty() && "Only process inner loops.");
7765
7766 #ifndef NDEBUG
7767   const std::string DebugLocStr = getDebugLocString(L);
7768 #endif /* NDEBUG */
7769
7770   DEBUG(dbgs() << "\nLV: Checking a loop in \""
7771                << L->getHeader()->getParent()->getName() << "\" from "
7772                << DebugLocStr << "\n");
7773
7774   LoopVectorizeHints Hints(L, DisableUnrolling, *ORE);
7775
7776   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints:"
7777                << " force="
7778                << (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled
7779                        ? "disabled"
7780                        : (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled
7781                               ? "enabled"
7782                               : "?"))
7783                << " width=" << Hints.getWidth()
7784                << " unroll=" << Hints.getInterleave() << "\n");
7785
7786   // Function containing loop
7787   Function *F = L->getHeader()->getParent();
7788
7789   // Looking at the diagnostic output is the only way to determine if a loop
7790   // was vectorized (other than looking at the IR or machine code), so it
7791   // is important to generate an optimization remark for each loop. Most of
7792   // these messages are generated as OptimizationRemarkAnalysis. Remarks
7793   // generated as OptimizationRemark and OptimizationRemarkMissed are
7794   // less verbose reporting vectorized loops and unvectorized loops that may
7795   // benefit from vectorization, respectively.
7796
7797   if (!Hints.allowVectorization(F, L, AlwaysVectorize)) {
7798     DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints prevent vectorization.\n");
7799     return false;
7800   }
7801
7802   PredicatedScalarEvolution PSE(*SE, *L);
7803
7804   // Check if it is legal to vectorize the loop.
7805   LoopVectorizationRequirements Requirements(*ORE);
7806   LoopVectorizationLegality LVL(L, PSE, DT, TLI, AA, F, TTI, GetLAA, LI, ORE,
7807                                 &Requirements, &Hints);
7808   if (!LVL.canVectorize()) {
7809     DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Cannot prove legality.\n");
7810     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
7811     return false;
7812   }
7813
7814   // Check the function attributes to find out if this function should be
7815   // optimized for size.
7816   bool OptForSize =
7817       Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled && F->optForSize();
7818
7819   // Check the loop for a trip count threshold: vectorize loops with a tiny trip
7820   // count by optimizing for size, to minimize overheads.
7821   unsigned ExpectedTC = SE->getSmallConstantMaxTripCount(L);
7822   bool HasExpectedTC = (ExpectedTC > 0);
7823
7824   if (!HasExpectedTC && LoopVectorizeWithBlockFrequency) {
7825     auto EstimatedTC = getLoopEstimatedTripCount(L);
7826     if (EstimatedTC) {
7827       ExpectedTC = *EstimatedTC;
7828       HasExpectedTC = true;
7829     }
7830   }
7831
7832   if (HasExpectedTC && ExpectedTC < TinyTripCountVectorThreshold) {
7833     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop with a very small trip count. "
7834                  << "This loop is worth vectorizing only if no scalar "
7835                  << "iteration overheads are incurred.");
7836     if (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled)
7837       DEBUG(dbgs() << " But vectorizing was explicitly forced.\n");
7838     else {
7839       DEBUG(dbgs() << "\n");
7840       // Loops with a very small trip count are considered for vectorization
7841       // under OptForSize, thereby making sure the cost of their loop body is
7842       // dominant, free of runtime guards and scalar iteration overheads.
7843       OptForSize = true;
7844     }
7845   }
7846
7847   // Check the function attributes to see if implicit floats are allowed.
7848   // FIXME: This check doesn't seem possibly correct -- what if the loop is
7849   // an integer loop and the vector instructions selected are purely integer
7850   // vector instructions?
7851   if (F->hasFnAttribute(Attribute::NoImplicitFloat)) {
7852     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize when the NoImplicitFloat"
7853                     "attribute is used.\n");
7854     ORE->emit(createMissedAnalysis(Hints.vectorizeAnalysisPassName(),
7855                                    "NoImplicitFloat", L)
7856               << "loop not vectorized due to NoImplicitFloat attribute");
7857     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
7858     return false;
7859   }
7860
7861   // Check if the target supports potentially unsafe FP vectorization.
7862   // FIXME: Add a check for the type of safety issue (denormal, signaling)
7863   // for the target we're vectorizing for, to make sure none of the
7864   // additional fp-math flags can help.
7865   if (Hints.isPotentiallyUnsafe() &&
7866       TTI->isFPVectorizationPotentiallyUnsafe()) {
7867     DEBUG(dbgs() << "LV: Potentially unsafe FP op prevents vectorization.\n");
7868     ORE->emit(
7869         createMissedAnalysis(Hints.vectorizeAnalysisPassName(), "UnsafeFP", L)
7870         << "loop not vectorized due to unsafe FP support.");
7871     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
7872     return false;
7873   }
7874
7875   // Use the cost model.
7876   LoopVectorizationCostModel CM(L, PSE, LI, &LVL, *TTI, TLI, DB, AC, ORE, F,
7877                                 &Hints);
7878   CM.collectValuesToIgnore();
7879
7880   // Use the planner for vectorization.
7881   LoopVectorizationPlanner LVP(L, LI, &LVL, CM);
7882
7883   // Get user vectorization factor.
7884   unsigned UserVF = Hints.getWidth();
7885
7886   // Plan how to best vectorize, return the best VF and its cost.
7887   LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor VF =
7888       LVP.plan(OptForSize, UserVF);
7889
7890   // Select the interleave count.
7891   unsigned IC = CM.selectInterleaveCount(OptForSize, VF.Width, VF.Cost);
7892
7893   // Get user interleave count.
7894   unsigned UserIC = Hints.getInterleave();
7895
7896   // Identify the diagnostic messages that should be produced.
7897   std::pair<StringRef, std::string> VecDiagMsg, IntDiagMsg;
7898   bool VectorizeLoop = true, InterleaveLoop = true;
7899   if (Requirements.doesNotMeet(F, L, Hints)) {
7900     DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: loop did not meet vectorization "
7901                     "requirements.\n");
7902     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
7903     return false;
7904   }
7905
7906   if (VF.Width == 1) {
7907     DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial.\n");
7908     VecDiagMsg = std::make_pair(
7909         "VectorizationNotBeneficial",
7910         "the cost-model indicates that vectorization is not beneficial");
7911     VectorizeLoop = false;
7912   }
7913
7914   if (IC == 1 && UserIC <= 1) {
7915     // Tell the user interleaving is not beneficial.
7916     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving is not beneficial.\n");
7917     IntDiagMsg = std::make_pair(
7918         "InterleavingNotBeneficial",
7919         "the cost-model indicates that interleaving is not beneficial");
7920     InterleaveLoop = false;
7921     if (UserIC == 1) {
7922       IntDiagMsg.first = "InterleavingNotBeneficialAndDisabled";
7923       IntDiagMsg.second +=
7924           " and is explicitly disabled or interleave count is set to 1";
7925     }
7926   } else if (IC > 1 && UserIC == 1) {
7927     // Tell the user interleaving is beneficial, but it explicitly disabled.
7928     DEBUG(dbgs()
7929           << "LV: Interleaving is beneficial but is explicitly disabled.");
7930     IntDiagMsg = std::make_pair(
7931         "InterleavingBeneficialButDisabled",
7932         "the cost-model indicates that interleaving is beneficial "
7933         "but is explicitly disabled or interleave count is set to 1");
7934     InterleaveLoop = false;
7935   }
7936
7937   // Override IC if user provided an interleave count.
7938   IC = UserIC > 0 ? UserIC : IC;
7939
7940   // Emit diagnostic messages, if any.
7941   const char *VAPassName = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
7942   if (!VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
7943     // Do not vectorize or interleaving the loop.
7944     ORE->emit(OptimizationRemarkMissed(VAPassName, VecDiagMsg.first,
7945                                          L->getStartLoc(), L->getHeader())
7946               << VecDiagMsg.second);
7947     ORE->emit(OptimizationRemarkMissed(LV_NAME, IntDiagMsg.first,
7948                                          L->getStartLoc(), L->getHeader())
7949               << IntDiagMsg.second);
7950     return false;
7951   } else if (!VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
7952     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
7953     ORE->emit(OptimizationRemarkAnalysis(VAPassName, VecDiagMsg.first,
7954                                          L->getStartLoc(), L->getHeader())
7955               << VecDiagMsg.second);
7956   } else if (VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
7957     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
7958                  << DebugLocStr << '\n');
7959     ORE->emit(OptimizationRemarkAnalysis(LV_NAME, IntDiagMsg.first,
7960                                          L->getStartLoc(), L->getHeader())
7961               << IntDiagMsg.second);
7962   } else if (VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
7963     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
7964                  << DebugLocStr << '\n');
7965     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
7966   }
7967
7968   using namespace ore;
7969   if (!VectorizeLoop) {
7970     assert(IC > 1 && "interleave count should not be 1 or 0");
7971     // If we decided that it is not legal to vectorize the loop, then
7972     // interleave it.
7973     InnerLoopUnroller Unroller(L, PSE, LI, DT, TLI, TTI, AC, ORE, IC, &LVL,
7974                                &CM);
7975     LVP.executePlan(Unroller);
7976
7977     ORE->emit(OptimizationRemark(LV_NAME, "Interleaved", L->getStartLoc(),
7978                                  L->getHeader())
7979               << "interleaved loop (interleaved count: "
7980               << NV("InterleaveCount", IC) << ")");
7981   } else {
7982     // If we decided that it is *legal* to vectorize the loop, then do it.
7983     InnerLoopVectorizer LB(L, PSE, LI, DT, TLI, TTI, AC, ORE, VF.Width, IC,
7984                            &LVL, &CM);
7985     LVP.executePlan(LB);
7986     ++LoopsVectorized;
7987
7988     // Add metadata to disable runtime unrolling a scalar loop when there are
7989     // no runtime checks about strides and memory. A scalar loop that is
7990     // rarely used is not worth unrolling.
7991     if (!LB.areSafetyChecksAdded())
7992       AddRuntimeUnrollDisableMetaData(L);
7993
7994     // Report the vectorization decision.
7995     ORE->emit(OptimizationRemark(LV_NAME, "Vectorized", L->getStartLoc(),
7996                                  L->getHeader())
7997               << "vectorized loop (vectorization width: "
7998               << NV("VectorizationFactor", VF.Width)
7999               << ", interleaved count: " << NV("InterleaveCount", IC) << ")");
8000   }
8001
8002   // Mark the loop as already vectorized to avoid vectorizing again.
8003   Hints.setAlreadyVectorized();
8004
8005   DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
8006   return true;
8007 }
8008
8009 bool LoopVectorizePass::runImpl(
8010     Function &F, ScalarEvolution &SE_, LoopInfo &LI_, TargetTransformInfo &TTI_,
8011     DominatorTree &DT_, BlockFrequencyInfo &BFI_, TargetLibraryInfo *TLI_,
8012     DemandedBits &DB_, AliasAnalysis &AA_, AssumptionCache &AC_,
8013     std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> &GetLAA_,
8014     OptimizationRemarkEmitter &ORE_) {
8015
8016   SE = &SE_;
8017   LI = &LI_;
8018   TTI = &TTI_;
8019   DT = &DT_;
8020   BFI = &BFI_;
8021   TLI = TLI_;
8022   AA = &AA_;
8023   AC = &AC_;
8024   GetLAA = &GetLAA_;
8025   DB = &DB_;
8026   ORE = &ORE_;
8027
8028   // Don't attempt if
8029   // 1. the target claims to have no vector registers, and
8030   // 2. interleaving won't help ILP.
8031   //
8032   // The second condition is necessary because, even if the target has no
8033   // vector registers, loop vectorization may still enable scalar
8034   // interleaving.
8035   if (!TTI->getNumberOfRegisters(true) && TTI->getMaxInterleaveFactor(1) < 2)
8036     return false;
8037
8038   bool Changed = false;
8039
8040   // The vectorizer requires loops to be in simplified form.
8041   // Since simplification may add new inner loops, it has to run before the
8042   // legality and profitability checks. This means running the loop vectorizer
8043   // will simplify all loops, regardless of whether anything end up being
8044   // vectorized.
8045   for (auto &L : *LI)
8046     Changed |= simplifyLoop(L, DT, LI, SE, AC, false /* PreserveLCSSA */);
8047
8048   // Build up a worklist of inner-loops to vectorize. This is necessary as
8049   // the act of vectorizing or partially unrolling a loop creates new loops
8050   // and can invalidate iterators across the loops.
8051   SmallVector<Loop *, 8> Worklist;
8052
8053   for (Loop *L : *LI)
8054     addAcyclicInnerLoop(*L, Worklist);
8055
8056   LoopsAnalyzed += Worklist.size();
8057
8058   // Now walk the identified inner loops.
8059   while (!Worklist.empty()) {
8060     Loop *L = Worklist.pop_back_val();
8061
8062     // For the inner loops we actually process, form LCSSA to simplify the
8063     // transform.
8064     Changed |= formLCSSARecursively(*L, *DT, LI, SE);
8065
8066     Changed |= processLoop(L);
8067   }
8068
8069   // Process each loop nest in the function.
8070   return Changed;
8071
8072 }
8073
8074
8075 PreservedAnalyses LoopVectorizePass::run(Function &F,
8076                                          FunctionAnalysisManager &AM) {
8077     auto &SE = AM.getResult<ScalarEvolutionAnalysis>(F);
8078     auto &LI = AM.getResult<LoopAnalysis>(F);
8079     auto &TTI = AM.getResult<TargetIRAnalysis>(F);
8080     auto &DT = AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
8081     auto &BFI = AM.getResult<BlockFrequencyAnalysis>(F);
8082     auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
8083     auto &AA = AM.getResult<AAManager>(F);
8084     auto &AC = AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
8085     auto &DB = AM.getResult<DemandedBitsAnalysis>(F);
8086     auto &ORE = AM.getResult<OptimizationRemarkEmitterAnalysis>(F);
8087
8088     auto &LAM = AM.getResult<LoopAnalysisManagerFunctionProxy>(F).getManager();
8089     std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> GetLAA =
8090         [&](Loop &L) -> const LoopAccessInfo & {
8091       LoopStandardAnalysisResults AR = {AA, AC, DT, LI, SE, TLI, TTI};
8092       return LAM.getResult<LoopAccessAnalysis>(L, AR);
8093     };
8094     bool Changed =
8095         runImpl(F, SE, LI, TTI, DT, BFI, &TLI, DB, AA, AC, GetLAA, ORE);
8096     if (!Changed)
8097       return PreservedAnalyses::all();
8098     PreservedAnalyses PA;
8099     PA.preserve<LoopAnalysis>();
8100     PA.preserve<DominatorTreeAnalysis>();
8101     PA.preserve<BasicAA>();
8102     PA.preserve<GlobalsAA>();
8103     return PA;
8104 }