]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Vectorize/LoopVectorize.cpp
Merge llvm trunk r321414 to contrib/llvm.
[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 "VPlan.h"
51 #include "VPlanBuilder.h"
52 #include "llvm/ADT/APInt.h"
53 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
54 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
55 #include "llvm/ADT/DenseMapInfo.h"
56 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
57 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
58 #include "llvm/ADT/None.h"
59 #include "llvm/ADT/Optional.h"
60 #include "llvm/ADT/SCCIterator.h"
61 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
62 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
63 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
64 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
65 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
66 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
67 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
68 #include "llvm/ADT/Twine.h"
69 #include "llvm/ADT/iterator_range.h"
70 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
71 #include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.h"
72 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfo.h"
73 #include "llvm/Analysis/CodeMetrics.h"
74 #include "llvm/Analysis/DemandedBits.h"
75 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
76 #include "llvm/Analysis/LoopAccessAnalysis.h"
77 #include "llvm/Analysis/LoopAnalysisManager.h"
78 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
79 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
80 #include "llvm/Analysis/OptimizationRemarkEmitter.h"
81 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
82 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
83 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
84 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
85 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
86 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
87 #include "llvm/IR/Attributes.h"
88 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
89 #include "llvm/IR/CFG.h"
90 #include "llvm/IR/Constant.h"
91 #include "llvm/IR/Constants.h"
92 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
93 #include "llvm/IR/DebugInfoMetadata.h"
94 #include "llvm/IR/DebugLoc.h"
95 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
96 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
97 #include "llvm/IR/Dominators.h"
98 #include "llvm/IR/Function.h"
99 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
100 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
101 #include "llvm/IR/Instruction.h"
102 #include "llvm/IR/Instructions.h"
103 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
104 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
105 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
106 #include "llvm/IR/Metadata.h"
107 #include "llvm/IR/Module.h"
108 #include "llvm/IR/Operator.h"
109 #include "llvm/IR/Type.h"
110 #include "llvm/IR/Use.h"
111 #include "llvm/IR/User.h"
112 #include "llvm/IR/Value.h"
113 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
114 #include "llvm/IR/Verifier.h"
115 #include "llvm/Pass.h"
116 #include "llvm/Support/Casting.h"
117 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
118 #include "llvm/Support/Compiler.h"
119 #include "llvm/Support/Debug.h"
120 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
121 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
122 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
123 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
124 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopSimplify.h"
125 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
126 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopVersioning.h"
127 #include <algorithm>
128 #include <cassert>
129 #include <cstdint>
130 #include <cstdlib>
131 #include <functional>
132 #include <iterator>
133 #include <limits>
134 #include <memory>
135 #include <string>
136 #include <tuple>
137 #include <utility>
138 #include <vector>
139
140 using namespace llvm;
141
142 #define LV_NAME "loop-vectorize"
143 #define DEBUG_TYPE LV_NAME
144
145 STATISTIC(LoopsVectorized, "Number of loops vectorized");
146 STATISTIC(LoopsAnalyzed, "Number of loops analyzed for vectorization");
147
148 static cl::opt<bool>
149     EnableIfConversion("enable-if-conversion", cl::init(true), cl::Hidden,
150                        cl::desc("Enable if-conversion during vectorization."));
151
152 /// Loops with a known constant trip count below this number are vectorized only
153 /// if no scalar iteration overheads are incurred.
154 static cl::opt<unsigned> TinyTripCountVectorThreshold(
155     "vectorizer-min-trip-count", cl::init(16), cl::Hidden,
156     cl::desc("Loops with a constant trip count that is smaller than this "
157              "value are vectorized only if no scalar iteration overheads "
158              "are incurred."));
159
160 static cl::opt<bool> MaximizeBandwidth(
161     "vectorizer-maximize-bandwidth", cl::init(false), cl::Hidden,
162     cl::desc("Maximize bandwidth when selecting vectorization factor which "
163              "will be determined by the smallest type in loop."));
164
165 static cl::opt<bool> EnableInterleavedMemAccesses(
166     "enable-interleaved-mem-accesses", cl::init(false), cl::Hidden,
167     cl::desc("Enable vectorization on interleaved memory accesses in a loop"));
168
169 /// Maximum factor for an interleaved memory access.
170 static cl::opt<unsigned> MaxInterleaveGroupFactor(
171     "max-interleave-group-factor", cl::Hidden,
172     cl::desc("Maximum factor for an interleaved access group (default = 8)"),
173     cl::init(8));
174
175 /// We don't interleave loops with a known constant trip count below this
176 /// number.
177 static const unsigned TinyTripCountInterleaveThreshold = 128;
178
179 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumScalarRegs(
180     "force-target-num-scalar-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
181     cl::desc("A flag that overrides the target's number of scalar registers."));
182
183 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumVectorRegs(
184     "force-target-num-vector-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
185     cl::desc("A flag that overrides the target's number of vector registers."));
186
187 /// Maximum vectorization interleave count.
188 static const unsigned MaxInterleaveFactor = 16;
189
190 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor(
191     "force-target-max-scalar-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
192     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
193              "scalar loops."));
194
195 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor(
196     "force-target-max-vector-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
197     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
198              "vectorized loops."));
199
200 static cl::opt<unsigned> ForceTargetInstructionCost(
201     "force-target-instruction-cost", cl::init(0), cl::Hidden,
202     cl::desc("A flag that overrides the target's expected cost for "
203              "an instruction to a single constant value. Mostly "
204              "useful for getting consistent testing."));
205
206 static cl::opt<unsigned> SmallLoopCost(
207     "small-loop-cost", cl::init(20), cl::Hidden,
208     cl::desc(
209         "The cost of a loop that is considered 'small' by the interleaver."));
210
211 static cl::opt<bool> LoopVectorizeWithBlockFrequency(
212     "loop-vectorize-with-block-frequency", cl::init(false), cl::Hidden,
213     cl::desc("Enable the use of the block frequency analysis to access PGO "
214              "heuristics minimizing code growth in cold regions and being more "
215              "aggressive in hot regions."));
216
217 // Runtime interleave loops for load/store throughput.
218 static cl::opt<bool> EnableLoadStoreRuntimeInterleave(
219     "enable-loadstore-runtime-interleave", cl::init(true), cl::Hidden,
220     cl::desc(
221         "Enable runtime interleaving until load/store ports are saturated"));
222
223 /// The number of stores in a loop that are allowed to need predication.
224 static cl::opt<unsigned> NumberOfStoresToPredicate(
225     "vectorize-num-stores-pred", cl::init(1), cl::Hidden,
226     cl::desc("Max number of stores to be predicated behind an if."));
227
228 static cl::opt<bool> EnableIndVarRegisterHeur(
229     "enable-ind-var-reg-heur", cl::init(true), cl::Hidden,
230     cl::desc("Count the induction variable only once when interleaving"));
231
232 static cl::opt<bool> EnableCondStoresVectorization(
233     "enable-cond-stores-vec", cl::init(true), cl::Hidden,
234     cl::desc("Enable if predication of stores during vectorization."));
235
236 static cl::opt<unsigned> MaxNestedScalarReductionIC(
237     "max-nested-scalar-reduction-interleave", cl::init(2), cl::Hidden,
238     cl::desc("The maximum interleave count to use when interleaving a scalar "
239              "reduction in a nested loop."));
240
241 static cl::opt<unsigned> PragmaVectorizeMemoryCheckThreshold(
242     "pragma-vectorize-memory-check-threshold", cl::init(128), cl::Hidden,
243     cl::desc("The maximum allowed number of runtime memory checks with a "
244              "vectorize(enable) pragma."));
245
246 static cl::opt<unsigned> VectorizeSCEVCheckThreshold(
247     "vectorize-scev-check-threshold", cl::init(16), cl::Hidden,
248     cl::desc("The maximum number of SCEV checks allowed."));
249
250 static cl::opt<unsigned> PragmaVectorizeSCEVCheckThreshold(
251     "pragma-vectorize-scev-check-threshold", cl::init(128), cl::Hidden,
252     cl::desc("The maximum number of SCEV checks allowed with a "
253              "vectorize(enable) pragma"));
254
255 /// Create an analysis remark that explains why vectorization failed
256 ///
257 /// \p PassName is the name of the pass (e.g. can be AlwaysPrint).  \p
258 /// RemarkName is the identifier for the remark.  If \p I is passed it is an
259 /// instruction that prevents vectorization.  Otherwise \p TheLoop is used for
260 /// the location of the remark.  \return the remark object that can be
261 /// streamed to.
262 static OptimizationRemarkAnalysis
263 createMissedAnalysis(const char *PassName, StringRef RemarkName, Loop *TheLoop,
264                      Instruction *I = nullptr) {
265   Value *CodeRegion = TheLoop->getHeader();
266   DebugLoc DL = TheLoop->getStartLoc();
267
268   if (I) {
269     CodeRegion = I->getParent();
270     // If there is no debug location attached to the instruction, revert back to
271     // using the loop's.
272     if (I->getDebugLoc())
273       DL = I->getDebugLoc();
274   }
275
276   OptimizationRemarkAnalysis R(PassName, RemarkName, DL, CodeRegion);
277   R << "loop not vectorized: ";
278   return R;
279 }
280
281 namespace {
282
283 class LoopVectorizationLegality;
284 class LoopVectorizationCostModel;
285 class LoopVectorizationRequirements;
286
287 } // end anonymous namespace
288
289 /// Returns true if the given loop body has a cycle, excluding the loop
290 /// itself.
291 static bool hasCyclesInLoopBody(const Loop &L) {
292   if (!L.empty())
293     return true;
294
295   for (const auto &SCC :
296        make_range(scc_iterator<Loop, LoopBodyTraits>::begin(L),
297                   scc_iterator<Loop, LoopBodyTraits>::end(L))) {
298     if (SCC.size() > 1) {
299       DEBUG(dbgs() << "LVL: Detected a cycle in the loop body:\n");
300       DEBUG(L.dump());
301       return true;
302     }
303   }
304   return false;
305 }
306
307 /// A helper function for converting Scalar types to vector types.
308 /// If the incoming type is void, we return void. If the VF is 1, we return
309 /// the scalar type.
310 static Type *ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF) {
311   if (Scalar->isVoidTy() || VF == 1)
312     return Scalar;
313   return VectorType::get(Scalar, VF);
314 }
315
316 // FIXME: The following helper functions have multiple implementations
317 // in the project. They can be effectively organized in a common Load/Store
318 // utilities unit.
319
320 /// A helper function that returns the pointer operand of a load or store
321 /// instruction.
322 static Value *getPointerOperand(Value *I) {
323   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
324     return LI->getPointerOperand();
325   if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
326     return SI->getPointerOperand();
327   return nullptr;
328 }
329
330 /// A helper function that returns the type of loaded or stored value.
331 static Type *getMemInstValueType(Value *I) {
332   assert((isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I)) &&
333          "Expected Load or Store instruction");
334   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
335     return LI->getType();
336   return cast<StoreInst>(I)->getValueOperand()->getType();
337 }
338
339 /// A helper function that returns the alignment of load or store instruction.
340 static unsigned getMemInstAlignment(Value *I) {
341   assert((isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I)) &&
342          "Expected Load or Store instruction");
343   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
344     return LI->getAlignment();
345   return cast<StoreInst>(I)->getAlignment();
346 }
347
348 /// A helper function that returns the address space of the pointer operand of
349 /// load or store instruction.
350 static unsigned getMemInstAddressSpace(Value *I) {
351   assert((isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I)) &&
352          "Expected Load or Store instruction");
353   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
354     return LI->getPointerAddressSpace();
355   return cast<StoreInst>(I)->getPointerAddressSpace();
356 }
357
358 /// A helper function that returns true if the given type is irregular. The
359 /// type is irregular if its allocated size doesn't equal the store size of an
360 /// element of the corresponding vector type at the given vectorization factor.
361 static bool hasIrregularType(Type *Ty, const DataLayout &DL, unsigned VF) {
362   // Determine if an array of VF elements of type Ty is "bitcast compatible"
363   // with a <VF x Ty> vector.
364   if (VF > 1) {
365     auto *VectorTy = VectorType::get(Ty, VF);
366     return VF * DL.getTypeAllocSize(Ty) != DL.getTypeStoreSize(VectorTy);
367   }
368
369   // If the vectorization factor is one, we just check if an array of type Ty
370   // requires padding between elements.
371   return DL.getTypeAllocSizeInBits(Ty) != DL.getTypeSizeInBits(Ty);
372 }
373
374 /// A helper function that returns the reciprocal of the block probability of
375 /// predicated blocks. If we return X, we are assuming the predicated block
376 /// will execute once for for every X iterations of the loop header.
377 ///
378 /// TODO: We should use actual block probability here, if available. Currently,
379 ///       we always assume predicated blocks have a 50% chance of executing.
380 static unsigned getReciprocalPredBlockProb() { return 2; }
381
382 /// A helper function that adds a 'fast' flag to floating-point operations.
383 static Value *addFastMathFlag(Value *V) {
384   if (isa<FPMathOperator>(V)) {
385     FastMathFlags Flags;
386     Flags.setFast();
387     cast<Instruction>(V)->setFastMathFlags(Flags);
388   }
389   return V;
390 }
391
392 /// A helper function that returns an integer or floating-point constant with
393 /// value C.
394 static Constant *getSignedIntOrFpConstant(Type *Ty, int64_t C) {
395   return Ty->isIntegerTy() ? ConstantInt::getSigned(Ty, C)
396                            : ConstantFP::get(Ty, C);
397 }
398
399 namespace llvm {
400
401 /// InnerLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
402 /// block to a specified vectorization factor (VF).
403 /// This class performs the widening of scalars into vectors, or multiple
404 /// scalars. This class also implements the following features:
405 /// * It inserts an epilogue loop for handling loops that don't have iteration
406 ///   counts that are known to be a multiple of the vectorization factor.
407 /// * It handles the code generation for reduction variables.
408 /// * Scalarization (implementation using scalars) of un-vectorizable
409 ///   instructions.
410 /// InnerLoopVectorizer does not perform any vectorization-legality
411 /// checks, and relies on the caller to check for the different legality
412 /// aspects. The InnerLoopVectorizer relies on the
413 /// LoopVectorizationLegality class to provide information about the induction
414 /// and reduction variables that were found to a given vectorization factor.
415 class InnerLoopVectorizer {
416 public:
417   InnerLoopVectorizer(Loop *OrigLoop, PredicatedScalarEvolution &PSE,
418                       LoopInfo *LI, DominatorTree *DT,
419                       const TargetLibraryInfo *TLI,
420                       const TargetTransformInfo *TTI, AssumptionCache *AC,
421                       OptimizationRemarkEmitter *ORE, unsigned VecWidth,
422                       unsigned UnrollFactor, LoopVectorizationLegality *LVL,
423                       LoopVectorizationCostModel *CM)
424       : OrigLoop(OrigLoop), PSE(PSE), LI(LI), DT(DT), TLI(TLI), TTI(TTI),
425         AC(AC), ORE(ORE), VF(VecWidth), UF(UnrollFactor),
426         Builder(PSE.getSE()->getContext()),
427         VectorLoopValueMap(UnrollFactor, VecWidth), Legal(LVL), Cost(CM) {}
428   virtual ~InnerLoopVectorizer() = default;
429
430   /// Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
431   /// Return the pre-header block of the new loop.
432   BasicBlock *createVectorizedLoopSkeleton();
433
434   /// Widen a single instruction within the innermost loop.
435   void widenInstruction(Instruction &I);
436
437   /// Fix the vectorized code, taking care of header phi's, live-outs, and more.
438   void fixVectorizedLoop();
439
440   // Return true if any runtime check is added.
441   bool areSafetyChecksAdded() { return AddedSafetyChecks; }
442
443   /// A type for vectorized values in the new loop. Each value from the
444   /// original loop, when vectorized, is represented by UF vector values in the
445   /// new unrolled loop, where UF is the unroll factor.
446   using VectorParts = SmallVector<Value *, 2>;
447
448   /// Vectorize a single PHINode in a block. This method handles the induction
449   /// variable canonicalization. It supports both VF = 1 for unrolled loops and
450   /// arbitrary length vectors.
451   void widenPHIInstruction(Instruction *PN, unsigned UF, unsigned VF);
452
453   /// A helper function to scalarize a single Instruction in the innermost loop.
454   /// Generates a sequence of scalar instances for each lane between \p MinLane
455   /// and \p MaxLane, times each part between \p MinPart and \p MaxPart,
456   /// inclusive..
457   void scalarizeInstruction(Instruction *Instr, const VPIteration &Instance,
458                             bool IfPredicateInstr);
459
460   /// Widen an integer or floating-point induction variable \p IV. If \p Trunc
461   /// is provided, the integer induction variable will first be truncated to
462   /// the corresponding type.
463   void widenIntOrFpInduction(PHINode *IV, TruncInst *Trunc = nullptr);
464
465   /// getOrCreateVectorValue and getOrCreateScalarValue coordinate to generate a
466   /// vector or scalar value on-demand if one is not yet available. When
467   /// vectorizing a loop, we visit the definition of an instruction before its
468   /// uses. When visiting the definition, we either vectorize or scalarize the
469   /// instruction, creating an entry for it in the corresponding map. (In some
470   /// cases, such as induction variables, we will create both vector and scalar
471   /// entries.) Then, as we encounter uses of the definition, we derive values
472   /// for each scalar or vector use unless such a value is already available.
473   /// For example, if we scalarize a definition and one of its uses is vector,
474   /// we build the required vector on-demand with an insertelement sequence
475   /// when visiting the use. Otherwise, if the use is scalar, we can use the
476   /// existing scalar definition.
477   ///
478   /// Return a value in the new loop corresponding to \p V from the original
479   /// loop at unroll index \p Part. If the value has already been vectorized,
480   /// the corresponding vector entry in VectorLoopValueMap is returned. If,
481   /// however, the value has a scalar entry in VectorLoopValueMap, we construct
482   /// a new vector value on-demand by inserting the scalar values into a vector
483   /// with an insertelement sequence. If the value has been neither vectorized
484   /// nor scalarized, it must be loop invariant, so we simply broadcast the
485   /// value into a vector.
486   Value *getOrCreateVectorValue(Value *V, unsigned Part);
487
488   /// Return a value in the new loop corresponding to \p V from the original
489   /// loop at unroll and vector indices \p Instance. If the value has been
490   /// vectorized but not scalarized, the necessary extractelement instruction
491   /// will be generated.
492   Value *getOrCreateScalarValue(Value *V, const VPIteration &Instance);
493
494   /// Construct the vector value of a scalarized value \p V one lane at a time.
495   void packScalarIntoVectorValue(Value *V, const VPIteration &Instance);
496
497   /// Try to vectorize the interleaved access group that \p Instr belongs to.
498   void vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr);
499
500   /// Vectorize Load and Store instructions, optionally masking the vector
501   /// operations if \p BlockInMask is non-null.
502   void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr,
503                                   VectorParts *BlockInMask = nullptr);
504
505   /// \brief Set the debug location in the builder using the debug location in
506   /// the instruction.
507   void setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr);
508
509 protected:
510   friend class LoopVectorizationPlanner;
511
512   /// A small list of PHINodes.
513   using PhiVector = SmallVector<PHINode *, 4>;
514
515   /// A type for scalarized values in the new loop. Each value from the
516   /// original loop, when scalarized, is represented by UF x VF scalar values
517   /// in the new unrolled loop, where UF is the unroll factor and VF is the
518   /// vectorization factor.
519   using ScalarParts = SmallVector<SmallVector<Value *, 4>, 2>;
520
521   /// Set up the values of the IVs correctly when exiting the vector loop.
522   void fixupIVUsers(PHINode *OrigPhi, const InductionDescriptor &II,
523                     Value *CountRoundDown, Value *EndValue,
524                     BasicBlock *MiddleBlock);
525
526   /// Create a new induction variable inside L.
527   PHINode *createInductionVariable(Loop *L, Value *Start, Value *End,
528                                    Value *Step, Instruction *DL);
529
530   /// Handle all cross-iteration phis in the header.
531   void fixCrossIterationPHIs();
532
533   /// Fix a first-order recurrence. This is the second phase of vectorizing
534   /// this phi node.
535   void fixFirstOrderRecurrence(PHINode *Phi);
536
537   /// Fix a reduction cross-iteration phi. This is the second phase of
538   /// vectorizing this phi node.
539   void fixReduction(PHINode *Phi);
540
541   /// \brief The Loop exit block may have single value PHI nodes with some
542   /// incoming value. While vectorizing we only handled real values
543   /// that were defined inside the loop and we should have one value for
544   /// each predecessor of its parent basic block. See PR14725.
545   void fixLCSSAPHIs();
546
547   /// Iteratively sink the scalarized operands of a predicated instruction into
548   /// the block that was created for it.
549   void sinkScalarOperands(Instruction *PredInst);
550
551   /// Shrinks vector element sizes to the smallest bitwidth they can be legally
552   /// represented as.
553   void truncateToMinimalBitwidths();
554
555   /// Insert the new loop to the loop hierarchy and pass manager
556   /// and update the analysis passes.
557   void updateAnalysis();
558
559   /// Create a broadcast instruction. This method generates a broadcast
560   /// instruction (shuffle) for loop invariant values and for the induction
561   /// value. If this is the induction variable then we extend it to N, N+1, ...
562   /// this is needed because each iteration in the loop corresponds to a SIMD
563   /// element.
564   virtual Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
565
566   /// This function adds (StartIdx, StartIdx + Step, StartIdx + 2*Step, ...)
567   /// to each vector element of Val. The sequence starts at StartIndex.
568   /// \p Opcode is relevant for FP induction variable.
569   virtual Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
570                                Instruction::BinaryOps Opcode =
571                                Instruction::BinaryOpsEnd);
572
573   /// Compute scalar induction steps. \p ScalarIV is the scalar induction
574   /// variable on which to base the steps, \p Step is the size of the step, and
575   /// \p EntryVal is the value from the original loop that maps to the steps.
576   /// Note that \p EntryVal doesn't have to be an induction variable (e.g., it
577   /// can be a truncate instruction).
578   void buildScalarSteps(Value *ScalarIV, Value *Step, Value *EntryVal,
579                         const InductionDescriptor &ID);
580
581   /// Create a vector induction phi node based on an existing scalar one. \p
582   /// EntryVal is the value from the original loop that maps to the vector phi
583   /// node, and \p Step is the loop-invariant step. If \p EntryVal is a
584   /// truncate instruction, instead of widening the original IV, we widen a
585   /// version of the IV truncated to \p EntryVal's type.
586   void createVectorIntOrFpInductionPHI(const InductionDescriptor &II,
587                                        Value *Step, Instruction *EntryVal);
588
589   /// Returns true if an instruction \p I should be scalarized instead of
590   /// vectorized for the chosen vectorization factor.
591   bool shouldScalarizeInstruction(Instruction *I) const;
592
593   /// Returns true if we should generate a scalar version of \p IV.
594   bool needsScalarInduction(Instruction *IV) const;
595
596   /// If there is a cast involved in the induction variable \p ID, which should 
597   /// be ignored in the vectorized loop body, this function records the 
598   /// VectorLoopValue of the respective Phi also as the VectorLoopValue of the 
599   /// cast. We had already proved that the casted Phi is equal to the uncasted 
600   /// Phi in the vectorized loop (under a runtime guard), and therefore 
601   /// there is no need to vectorize the cast - the same value can be used in the 
602   /// vector loop for both the Phi and the cast. 
603   /// If \p VectorLoopValue is a scalarized value, \p Lane is also specified,
604   /// Otherwise, \p VectorLoopValue is a widened/vectorized value.
605   void recordVectorLoopValueForInductionCast (const InductionDescriptor &ID,
606                                               Value *VectorLoopValue, 
607                                               unsigned Part, 
608                                               unsigned Lane = UINT_MAX);
609
610   /// Generate a shuffle sequence that will reverse the vector Vec.
611   virtual Value *reverseVector(Value *Vec);
612
613   /// Returns (and creates if needed) the original loop trip count.
614   Value *getOrCreateTripCount(Loop *NewLoop);
615
616   /// Returns (and creates if needed) the trip count of the widened loop.
617   Value *getOrCreateVectorTripCount(Loop *NewLoop);
618
619   /// Returns a bitcasted value to the requested vector type.
620   /// Also handles bitcasts of vector<float> <-> vector<pointer> types.
621   Value *createBitOrPointerCast(Value *V, VectorType *DstVTy,
622                                 const DataLayout &DL);
623
624   /// Emit a bypass check to see if the vector trip count is zero, including if
625   /// it overflows.
626   void emitMinimumIterationCountCheck(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
627
628   /// Emit a bypass check to see if all of the SCEV assumptions we've
629   /// had to make are correct.
630   void emitSCEVChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
631
632   /// Emit bypass checks to check any memory assumptions we may have made.
633   void emitMemRuntimeChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
634
635   /// Add additional metadata to \p To that was not present on \p Orig.
636   ///
637   /// Currently this is used to add the noalias annotations based on the
638   /// inserted memchecks.  Use this for instructions that are *cloned* into the
639   /// vector loop.
640   void addNewMetadata(Instruction *To, const Instruction *Orig);
641
642   /// Add metadata from one instruction to another.
643   ///
644   /// This includes both the original MDs from \p From and additional ones (\see
645   /// addNewMetadata).  Use this for *newly created* instructions in the vector
646   /// loop.
647   void addMetadata(Instruction *To, Instruction *From);
648
649   /// \brief Similar to the previous function but it adds the metadata to a
650   /// vector of instructions.
651   void addMetadata(ArrayRef<Value *> To, Instruction *From);
652
653   /// The original loop.
654   Loop *OrigLoop;
655
656   /// A wrapper around ScalarEvolution used to add runtime SCEV checks. Applies
657   /// dynamic knowledge to simplify SCEV expressions and converts them to a
658   /// more usable form.
659   PredicatedScalarEvolution &PSE;
660
661   /// Loop Info.
662   LoopInfo *LI;
663
664   /// Dominator Tree.
665   DominatorTree *DT;
666
667   /// Alias Analysis.
668   AliasAnalysis *AA;
669
670   /// Target Library Info.
671   const TargetLibraryInfo *TLI;
672
673   /// Target Transform Info.
674   const TargetTransformInfo *TTI;
675
676   /// Assumption Cache.
677   AssumptionCache *AC;
678
679   /// Interface to emit optimization remarks.
680   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
681
682   /// \brief LoopVersioning.  It's only set up (non-null) if memchecks were
683   /// used.
684   ///
685   /// This is currently only used to add no-alias metadata based on the
686   /// memchecks.  The actually versioning is performed manually.
687   std::unique_ptr<LoopVersioning> LVer;
688
689   /// The vectorization SIMD factor to use. Each vector will have this many
690   /// vector elements.
691   unsigned VF;
692
693   /// The vectorization unroll factor to use. Each scalar is vectorized to this
694   /// many different vector instructions.
695   unsigned UF;
696
697   /// The builder that we use
698   IRBuilder<> Builder;
699
700   // --- Vectorization state ---
701
702   /// The vector-loop preheader.
703   BasicBlock *LoopVectorPreHeader;
704
705   /// The scalar-loop preheader.
706   BasicBlock *LoopScalarPreHeader;
707
708   /// Middle Block between the vector and the scalar.
709   BasicBlock *LoopMiddleBlock;
710
711   /// The ExitBlock of the scalar loop.
712   BasicBlock *LoopExitBlock;
713
714   /// The vector loop body.
715   BasicBlock *LoopVectorBody;
716
717   /// The scalar loop body.
718   BasicBlock *LoopScalarBody;
719
720   /// A list of all bypass blocks. The first block is the entry of the loop.
721   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopBypassBlocks;
722
723   /// The new Induction variable which was added to the new block.
724   PHINode *Induction = nullptr;
725
726   /// The induction variable of the old basic block.
727   PHINode *OldInduction = nullptr;
728
729   /// Maps values from the original loop to their corresponding values in the
730   /// vectorized loop. A key value can map to either vector values, scalar
731   /// values or both kinds of values, depending on whether the key was
732   /// vectorized and scalarized.
733   VectorizerValueMap VectorLoopValueMap;
734
735   /// Store instructions that were predicated.
736   SmallVector<Instruction *, 4> PredicatedInstructions;
737
738   /// Trip count of the original loop.
739   Value *TripCount = nullptr;
740
741   /// Trip count of the widened loop (TripCount - TripCount % (VF*UF))
742   Value *VectorTripCount = nullptr;
743
744   /// The legality analysis.
745   LoopVectorizationLegality *Legal;
746
747   /// The profitablity analysis.
748   LoopVectorizationCostModel *Cost;
749
750   // Record whether runtime checks are added.
751   bool AddedSafetyChecks = false;
752
753   // Holds the end values for each induction variable. We save the end values
754   // so we can later fix-up the external users of the induction variables.
755   DenseMap<PHINode *, Value *> IVEndValues;
756 };
757
758 class InnerLoopUnroller : public InnerLoopVectorizer {
759 public:
760   InnerLoopUnroller(Loop *OrigLoop, PredicatedScalarEvolution &PSE,
761                     LoopInfo *LI, DominatorTree *DT,
762                     const TargetLibraryInfo *TLI,
763                     const TargetTransformInfo *TTI, AssumptionCache *AC,
764                     OptimizationRemarkEmitter *ORE, unsigned UnrollFactor,
765                     LoopVectorizationLegality *LVL,
766                     LoopVectorizationCostModel *CM)
767       : InnerLoopVectorizer(OrigLoop, PSE, LI, DT, TLI, TTI, AC, ORE, 1,
768                             UnrollFactor, LVL, CM) {}
769
770 private:
771   Value *getBroadcastInstrs(Value *V) override;
772   Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
773                        Instruction::BinaryOps Opcode =
774                        Instruction::BinaryOpsEnd) override;
775   Value *reverseVector(Value *Vec) override;
776 };
777
778 } // end namespace llvm
779
780 /// \brief Look for a meaningful debug location on the instruction or it's
781 /// operands.
782 static Instruction *getDebugLocFromInstOrOperands(Instruction *I) {
783   if (!I)
784     return I;
785
786   DebugLoc Empty;
787   if (I->getDebugLoc() != Empty)
788     return I;
789
790   for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end(); OI != OE; ++OI) {
791     if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OI))
792       if (OpInst->getDebugLoc() != Empty)
793         return OpInst;
794   }
795
796   return I;
797 }
798
799 void InnerLoopVectorizer::setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr) {
800   if (const Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(Ptr)) {
801     const DILocation *DIL = Inst->getDebugLoc();
802     if (DIL && Inst->getFunction()->isDebugInfoForProfiling() &&
803         !isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
804       B.SetCurrentDebugLocation(DIL->cloneWithDuplicationFactor(UF * VF));
805     else
806       B.SetCurrentDebugLocation(DIL);
807   } else
808     B.SetCurrentDebugLocation(DebugLoc());
809 }
810
811 #ifndef NDEBUG
812 /// \return string containing a file name and a line # for the given loop.
813 static std::string getDebugLocString(const Loop *L) {
814   std::string Result;
815   if (L) {
816     raw_string_ostream OS(Result);
817     if (const DebugLoc LoopDbgLoc = L->getStartLoc())
818       LoopDbgLoc.print(OS);
819     else
820       // Just print the module name.
821       OS << L->getHeader()->getParent()->getParent()->getModuleIdentifier();
822     OS.flush();
823   }
824   return Result;
825 }
826 #endif
827
828 void InnerLoopVectorizer::addNewMetadata(Instruction *To,
829                                          const Instruction *Orig) {
830   // If the loop was versioned with memchecks, add the corresponding no-alias
831   // metadata.
832   if (LVer && (isa<LoadInst>(Orig) || isa<StoreInst>(Orig)))
833     LVer->annotateInstWithNoAlias(To, Orig);
834 }
835
836 void InnerLoopVectorizer::addMetadata(Instruction *To,
837                                       Instruction *From) {
838   propagateMetadata(To, From);
839   addNewMetadata(To, From);
840 }
841
842 void InnerLoopVectorizer::addMetadata(ArrayRef<Value *> To,
843                                       Instruction *From) {
844   for (Value *V : To) {
845     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
846       addMetadata(I, From);
847   }
848 }
849
850 namespace llvm {
851
852 /// \brief The group of interleaved loads/stores sharing the same stride and
853 /// close to each other.
854 ///
855 /// Each member in this group has an index starting from 0, and the largest
856 /// index should be less than interleaved factor, which is equal to the absolute
857 /// value of the access's stride.
858 ///
859 /// E.g. An interleaved load group of factor 4:
860 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
861 ///          a = A[i];                           // Member of index 0
862 ///          b = A[i+1];                         // Member of index 1
863 ///          d = A[i+3];                         // Member of index 3
864 ///          ...
865 ///        }
866 ///
867 ///      An interleaved store group of factor 4:
868 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
869 ///          ...
870 ///          A[i]   = a;                         // Member of index 0
871 ///          A[i+1] = b;                         // Member of index 1
872 ///          A[i+2] = c;                         // Member of index 2
873 ///          A[i+3] = d;                         // Member of index 3
874 ///        }
875 ///
876 /// Note: the interleaved load group could have gaps (missing members), but
877 /// the interleaved store group doesn't allow gaps.
878 class InterleaveGroup {
879 public:
880   InterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride, unsigned Align)
881       : Align(Align), InsertPos(Instr) {
882     assert(Align && "The alignment should be non-zero");
883
884     Factor = std::abs(Stride);
885     assert(Factor > 1 && "Invalid interleave factor");
886
887     Reverse = Stride < 0;
888     Members[0] = Instr;
889   }
890
891   bool isReverse() const { return Reverse; }
892   unsigned getFactor() const { return Factor; }
893   unsigned getAlignment() const { return Align; }
894   unsigned getNumMembers() const { return Members.size(); }
895
896   /// \brief Try to insert a new member \p Instr with index \p Index and
897   /// alignment \p NewAlign. The index is related to the leader and it could be
898   /// negative if it is the new leader.
899   ///
900   /// \returns false if the instruction doesn't belong to the group.
901   bool insertMember(Instruction *Instr, int Index, unsigned NewAlign) {
902     assert(NewAlign && "The new member's alignment should be non-zero");
903
904     int Key = Index + SmallestKey;
905
906     // Skip if there is already a member with the same index.
907     if (Members.count(Key))
908       return false;
909
910     if (Key > LargestKey) {
911       // The largest index is always less than the interleave factor.
912       if (Index >= static_cast<int>(Factor))
913         return false;
914
915       LargestKey = Key;
916     } else if (Key < SmallestKey) {
917       // The largest index is always less than the interleave factor.
918       if (LargestKey - Key >= static_cast<int>(Factor))
919         return false;
920
921       SmallestKey = Key;
922     }
923
924     // It's always safe to select the minimum alignment.
925     Align = std::min(Align, NewAlign);
926     Members[Key] = Instr;
927     return true;
928   }
929
930   /// \brief Get the member with the given index \p Index
931   ///
932   /// \returns nullptr if contains no such member.
933   Instruction *getMember(unsigned Index) const {
934     int Key = SmallestKey + Index;
935     if (!Members.count(Key))
936       return nullptr;
937
938     return Members.find(Key)->second;
939   }
940
941   /// \brief Get the index for the given member. Unlike the key in the member
942   /// map, the index starts from 0.
943   unsigned getIndex(Instruction *Instr) const {
944     for (auto I : Members)
945       if (I.second == Instr)
946         return I.first - SmallestKey;
947
948     llvm_unreachable("InterleaveGroup contains no such member");
949   }
950
951   Instruction *getInsertPos() const { return InsertPos; }
952   void setInsertPos(Instruction *Inst) { InsertPos = Inst; }
953
954   /// Add metadata (e.g. alias info) from the instructions in this group to \p
955   /// NewInst.
956   ///
957   /// FIXME: this function currently does not add noalias metadata a'la
958   /// addNewMedata.  To do that we need to compute the intersection of the
959   /// noalias info from all members.
960   void addMetadata(Instruction *NewInst) const {
961     SmallVector<Value *, 4> VL;
962     std::transform(Members.begin(), Members.end(), std::back_inserter(VL),
963                    [](std::pair<int, Instruction *> p) { return p.second; });
964     propagateMetadata(NewInst, VL);
965   }
966
967 private:
968   unsigned Factor; // Interleave Factor.
969   bool Reverse;
970   unsigned Align;
971   DenseMap<int, Instruction *> Members;
972   int SmallestKey = 0;
973   int LargestKey = 0;
974
975   // To avoid breaking dependences, vectorized instructions of an interleave
976   // group should be inserted at either the first load or the last store in
977   // program order.
978   //
979   // E.g. %even = load i32             // Insert Position
980   //      %add = add i32 %even         // Use of %even
981   //      %odd = load i32
982   //
983   //      store i32 %even
984   //      %odd = add i32               // Def of %odd
985   //      store i32 %odd               // Insert Position
986   Instruction *InsertPos;
987 };
988 } // end namespace llvm
989
990 namespace {
991
992 /// \brief Drive the analysis of interleaved memory accesses in the loop.
993 ///
994 /// Use this class to analyze interleaved accesses only when we can vectorize
995 /// a loop. Otherwise it's meaningless to do analysis as the vectorization
996 /// on interleaved accesses is unsafe.
997 ///
998 /// The analysis collects interleave groups and records the relationships
999 /// between the member and the group in a map.
1000 class InterleavedAccessInfo {
1001 public:
1002   InterleavedAccessInfo(PredicatedScalarEvolution &PSE, Loop *L,
1003                         DominatorTree *DT, LoopInfo *LI)
1004       : PSE(PSE), TheLoop(L), DT(DT), LI(LI) {}
1005
1006   ~InterleavedAccessInfo() {
1007     SmallSet<InterleaveGroup *, 4> DelSet;
1008     // Avoid releasing a pointer twice.
1009     for (auto &I : InterleaveGroupMap)
1010       DelSet.insert(I.second);
1011     for (auto *Ptr : DelSet)
1012       delete Ptr;
1013   }
1014
1015   /// \brief Analyze the interleaved accesses and collect them in interleave
1016   /// groups. Substitute symbolic strides using \p Strides.
1017   void analyzeInterleaving(const ValueToValueMap &Strides);
1018
1019   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleave group.
1020   bool isInterleaved(Instruction *Instr) const {
1021     return InterleaveGroupMap.count(Instr);
1022   }
1023
1024   /// \brief Get the interleave group that \p Instr belongs to.
1025   ///
1026   /// \returns nullptr if doesn't have such group.
1027   InterleaveGroup *getInterleaveGroup(Instruction *Instr) const {
1028     if (InterleaveGroupMap.count(Instr))
1029       return InterleaveGroupMap.find(Instr)->second;
1030     return nullptr;
1031   }
1032
1033   /// \brief Returns true if an interleaved group that may access memory
1034   /// out-of-bounds requires a scalar epilogue iteration for correctness.
1035   bool requiresScalarEpilogue() const { return RequiresScalarEpilogue; }
1036
1037   /// \brief Initialize the LoopAccessInfo used for dependence checking.
1038   void setLAI(const LoopAccessInfo *Info) { LAI = Info; }
1039
1040 private:
1041   /// A wrapper around ScalarEvolution, used to add runtime SCEV checks.
1042   /// Simplifies SCEV expressions in the context of existing SCEV assumptions.
1043   /// The interleaved access analysis can also add new predicates (for example
1044   /// by versioning strides of pointers).
1045   PredicatedScalarEvolution &PSE;
1046
1047   Loop *TheLoop;
1048   DominatorTree *DT;
1049   LoopInfo *LI;
1050   const LoopAccessInfo *LAI = nullptr;
1051
1052   /// True if the loop may contain non-reversed interleaved groups with
1053   /// out-of-bounds accesses. We ensure we don't speculatively access memory
1054   /// out-of-bounds by executing at least one scalar epilogue iteration.
1055   bool RequiresScalarEpilogue = false;
1056
1057   /// Holds the relationships between the members and the interleave group.
1058   DenseMap<Instruction *, InterleaveGroup *> InterleaveGroupMap;
1059
1060   /// Holds dependences among the memory accesses in the loop. It maps a source
1061   /// access to a set of dependent sink accesses.
1062   DenseMap<Instruction *, SmallPtrSet<Instruction *, 2>> Dependences;
1063
1064   /// \brief The descriptor for a strided memory access.
1065   struct StrideDescriptor {
1066     StrideDescriptor() = default;
1067     StrideDescriptor(int64_t Stride, const SCEV *Scev, uint64_t Size,
1068                      unsigned Align)
1069         : Stride(Stride), Scev(Scev), Size(Size), Align(Align) {}
1070
1071     // The access's stride. It is negative for a reverse access.
1072     int64_t Stride = 0;
1073
1074     // The scalar expression of this access.
1075     const SCEV *Scev = nullptr;
1076
1077     // The size of the memory object.
1078     uint64_t Size = 0;
1079
1080     // The alignment of this access.
1081     unsigned Align = 0;
1082   };
1083
1084   /// \brief A type for holding instructions and their stride descriptors.
1085   using StrideEntry = std::pair<Instruction *, StrideDescriptor>;
1086
1087   /// \brief Create a new interleave group with the given instruction \p Instr,
1088   /// stride \p Stride and alignment \p Align.
1089   ///
1090   /// \returns the newly created interleave group.
1091   InterleaveGroup *createInterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride,
1092                                          unsigned Align) {
1093     assert(!InterleaveGroupMap.count(Instr) &&
1094            "Already in an interleaved access group");
1095     InterleaveGroupMap[Instr] = new InterleaveGroup(Instr, Stride, Align);
1096     return InterleaveGroupMap[Instr];
1097   }
1098
1099   /// \brief Release the group and remove all the relationships.
1100   void releaseGroup(InterleaveGroup *Group) {
1101     for (unsigned i = 0; i < Group->getFactor(); i++)
1102       if (Instruction *Member = Group->getMember(i))
1103         InterleaveGroupMap.erase(Member);
1104
1105     delete Group;
1106   }
1107
1108   /// \brief Collect all the accesses with a constant stride in program order.
1109   void collectConstStrideAccesses(
1110       MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &AccessStrideInfo,
1111       const ValueToValueMap &Strides);
1112
1113   /// \brief Returns true if \p Stride is allowed in an interleaved group.
1114   static bool isStrided(int Stride) {
1115     unsigned Factor = std::abs(Stride);
1116     return Factor >= 2 && Factor <= MaxInterleaveGroupFactor;
1117   }
1118
1119   /// \brief Returns true if \p BB is a predicated block.
1120   bool isPredicated(BasicBlock *BB) const {
1121     return LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
1122   }
1123
1124   /// \brief Returns true if LoopAccessInfo can be used for dependence queries.
1125   bool areDependencesValid() const {
1126     return LAI && LAI->getDepChecker().getDependences();
1127   }
1128
1129   /// \brief Returns true if memory accesses \p A and \p B can be reordered, if
1130   /// necessary, when constructing interleaved groups.
1131   ///
1132   /// \p A must precede \p B in program order. We return false if reordering is
1133   /// not necessary or is prevented because \p A and \p B may be dependent.
1134   bool canReorderMemAccessesForInterleavedGroups(StrideEntry *A,
1135                                                  StrideEntry *B) const {
1136     // Code motion for interleaved accesses can potentially hoist strided loads
1137     // and sink strided stores. The code below checks the legality of the
1138     // following two conditions:
1139     //
1140     // 1. Potentially moving a strided load (B) before any store (A) that
1141     //    precedes B, or
1142     //
1143     // 2. Potentially moving a strided store (A) after any load or store (B)
1144     //    that A precedes.
1145     //
1146     // It's legal to reorder A and B if we know there isn't a dependence from A
1147     // to B. Note that this determination is conservative since some
1148     // dependences could potentially be reordered safely.
1149
1150     // A is potentially the source of a dependence.
1151     auto *Src = A->first;
1152     auto SrcDes = A->second;
1153
1154     // B is potentially the sink of a dependence.
1155     auto *Sink = B->first;
1156     auto SinkDes = B->second;
1157
1158     // Code motion for interleaved accesses can't violate WAR dependences.
1159     // Thus, reordering is legal if the source isn't a write.
1160     if (!Src->mayWriteToMemory())
1161       return true;
1162
1163     // At least one of the accesses must be strided.
1164     if (!isStrided(SrcDes.Stride) && !isStrided(SinkDes.Stride))
1165       return true;
1166
1167     // If dependence information is not available from LoopAccessInfo,
1168     // conservatively assume the instructions can't be reordered.
1169     if (!areDependencesValid())
1170       return false;
1171
1172     // If we know there is a dependence from source to sink, assume the
1173     // instructions can't be reordered. Otherwise, reordering is legal.
1174     return !Dependences.count(Src) || !Dependences.lookup(Src).count(Sink);
1175   }
1176
1177   /// \brief Collect the dependences from LoopAccessInfo.
1178   ///
1179   /// We process the dependences once during the interleaved access analysis to
1180   /// enable constant-time dependence queries.
1181   void collectDependences() {
1182     if (!areDependencesValid())
1183       return;
1184     auto *Deps = LAI->getDepChecker().getDependences();
1185     for (auto Dep : *Deps)
1186       Dependences[Dep.getSource(*LAI)].insert(Dep.getDestination(*LAI));
1187   }
1188 };
1189
1190 /// Utility class for getting and setting loop vectorizer hints in the form
1191 /// of loop metadata.
1192 /// This class keeps a number of loop annotations locally (as member variables)
1193 /// and can, upon request, write them back as metadata on the loop. It will
1194 /// initially scan the loop for existing metadata, and will update the local
1195 /// values based on information in the loop.
1196 /// We cannot write all values to metadata, as the mere presence of some info,
1197 /// for example 'force', means a decision has been made. So, we need to be
1198 /// careful NOT to add them if the user hasn't specifically asked so.
1199 class LoopVectorizeHints {
1200   enum HintKind { HK_WIDTH, HK_UNROLL, HK_FORCE, HK_ISVECTORIZED };
1201
1202   /// Hint - associates name and validation with the hint value.
1203   struct Hint {
1204     const char *Name;
1205     unsigned Value; // This may have to change for non-numeric values.
1206     HintKind Kind;
1207
1208     Hint(const char *Name, unsigned Value, HintKind Kind)
1209         : Name(Name), Value(Value), Kind(Kind) {}
1210
1211     bool validate(unsigned Val) {
1212       switch (Kind) {
1213       case HK_WIDTH:
1214         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= VectorizerParams::MaxVectorWidth;
1215       case HK_UNROLL:
1216         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= MaxInterleaveFactor;
1217       case HK_FORCE:
1218         return (Val <= 1);
1219       case HK_ISVECTORIZED:
1220         return (Val==0 || Val==1);
1221       }
1222       return false;
1223     }
1224   };
1225
1226   /// Vectorization width.
1227   Hint Width;
1228
1229   /// Vectorization interleave factor.
1230   Hint Interleave;
1231
1232   /// Vectorization forced
1233   Hint Force;
1234
1235   /// Already Vectorized
1236   Hint IsVectorized;
1237
1238   /// Return the loop metadata prefix.
1239   static StringRef Prefix() { return "llvm.loop."; }
1240
1241   /// True if there is any unsafe math in the loop.
1242   bool PotentiallyUnsafe = false;
1243
1244 public:
1245   enum ForceKind {
1246     FK_Undefined = -1, ///< Not selected.
1247     FK_Disabled = 0,   ///< Forcing disabled.
1248     FK_Enabled = 1,    ///< Forcing enabled.
1249   };
1250
1251   LoopVectorizeHints(const Loop *L, bool DisableInterleaving,
1252                      OptimizationRemarkEmitter &ORE)
1253       : Width("vectorize.width", VectorizerParams::VectorizationFactor,
1254               HK_WIDTH),
1255         Interleave("interleave.count", DisableInterleaving, HK_UNROLL),
1256         Force("vectorize.enable", FK_Undefined, HK_FORCE),
1257         IsVectorized("isvectorized", 0, HK_ISVECTORIZED), TheLoop(L), ORE(ORE) {
1258     // Populate values with existing loop metadata.
1259     getHintsFromMetadata();
1260
1261     // force-vector-interleave overrides DisableInterleaving.
1262     if (VectorizerParams::isInterleaveForced())
1263       Interleave.Value = VectorizerParams::VectorizationInterleave;
1264
1265     if (IsVectorized.Value != 1)
1266       // If the vectorization width and interleaving count are both 1 then
1267       // consider the loop to have been already vectorized because there's
1268       // nothing more that we can do.
1269       IsVectorized.Value = Width.Value == 1 && Interleave.Value == 1;
1270     DEBUG(if (DisableInterleaving && Interleave.Value == 1) dbgs()
1271           << "LV: Interleaving disabled by the pass manager\n");
1272   }
1273
1274   /// Mark the loop L as already vectorized by setting the width to 1.
1275   void setAlreadyVectorized() {
1276     IsVectorized.Value = 1;
1277     Hint Hints[] = {IsVectorized};
1278     writeHintsToMetadata(Hints);
1279   }
1280
1281   bool allowVectorization(Function *F, Loop *L, bool AlwaysVectorize) const {
1282     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled) {
1283       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: #pragma vectorize disable.\n");
1284       emitRemarkWithHints();
1285       return false;
1286     }
1287
1288     if (!AlwaysVectorize && getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1289       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: No #pragma vectorize enable.\n");
1290       emitRemarkWithHints();
1291       return false;
1292     }
1293
1294     if (getIsVectorized() == 1) {
1295       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Disabled/already vectorized.\n");
1296       // FIXME: Add interleave.disable metadata. This will allow
1297       // vectorize.disable to be used without disabling the pass and errors
1298       // to differentiate between disabled vectorization and a width of 1.
1299       ORE.emit([&]() {
1300         return OptimizationRemarkAnalysis(vectorizeAnalysisPassName(),
1301                                           "AllDisabled", L->getStartLoc(),
1302                                           L->getHeader())
1303                << "loop not vectorized: vectorization and interleaving are "
1304                   "explicitly disabled, or the loop has already been "
1305                   "vectorized";
1306       });
1307       return false;
1308     }
1309
1310     return true;
1311   }
1312
1313   /// Dumps all the hint information.
1314   void emitRemarkWithHints() const {
1315     using namespace ore;
1316
1317     ORE.emit([&]() {
1318       if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Disabled)
1319         return OptimizationRemarkMissed(LV_NAME, "MissedExplicitlyDisabled",
1320                                         TheLoop->getStartLoc(),
1321                                         TheLoop->getHeader())
1322                << "loop not vectorized: vectorization is explicitly disabled";
1323       else {
1324         OptimizationRemarkMissed R(LV_NAME, "MissedDetails",
1325                                    TheLoop->getStartLoc(),
1326                                    TheLoop->getHeader());
1327         R << "loop not vectorized";
1328         if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1329           R << " (Force=" << NV("Force", true);
1330           if (Width.Value != 0)
1331             R << ", Vector Width=" << NV("VectorWidth", Width.Value);
1332           if (Interleave.Value != 0)
1333             R << ", Interleave Count="
1334               << NV("InterleaveCount", Interleave.Value);
1335           R << ")";
1336         }
1337         return R;
1338       }
1339     });
1340   }
1341
1342   unsigned getWidth() const { return Width.Value; }
1343   unsigned getInterleave() const { return Interleave.Value; }
1344   unsigned getIsVectorized() const { return IsVectorized.Value; }
1345   enum ForceKind getForce() const { return (ForceKind)Force.Value; }
1346
1347   /// \brief If hints are provided that force vectorization, use the AlwaysPrint
1348   /// pass name to force the frontend to print the diagnostic.
1349   const char *vectorizeAnalysisPassName() const {
1350     if (getWidth() == 1)
1351       return LV_NAME;
1352     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled)
1353       return LV_NAME;
1354     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Undefined && getWidth() == 0)
1355       return LV_NAME;
1356     return OptimizationRemarkAnalysis::AlwaysPrint;
1357   }
1358
1359   bool allowReordering() const {
1360     // When enabling loop hints are provided we allow the vectorizer to change
1361     // the order of operations that is given by the scalar loop. This is not
1362     // enabled by default because can be unsafe or inefficient. For example,
1363     // reordering floating-point operations will change the way round-off
1364     // error accumulates in the loop.
1365     return getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled || getWidth() > 1;
1366   }
1367
1368   bool isPotentiallyUnsafe() const {
1369     // Avoid FP vectorization if the target is unsure about proper support.
1370     // This may be related to the SIMD unit in the target not handling
1371     // IEEE 754 FP ops properly, or bad single-to-double promotions.
1372     // Otherwise, a sequence of vectorized loops, even without reduction,
1373     // could lead to different end results on the destination vectors.
1374     return getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled && PotentiallyUnsafe;
1375   }
1376
1377   void setPotentiallyUnsafe() { PotentiallyUnsafe = true; }
1378
1379 private:
1380   /// Find hints specified in the loop metadata and update local values.
1381   void getHintsFromMetadata() {
1382     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1383     if (!LoopID)
1384       return;
1385
1386     // First operand should refer to the loop id itself.
1387     assert(LoopID->getNumOperands() > 0 && "requires at least one operand");
1388     assert(LoopID->getOperand(0) == LoopID && "invalid loop id");
1389
1390     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1391       const MDString *S = nullptr;
1392       SmallVector<Metadata *, 4> Args;
1393
1394       // The expected hint is either a MDString or a MDNode with the first
1395       // operand a MDString.
1396       if (const MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i))) {
1397         if (!MD || MD->getNumOperands() == 0)
1398           continue;
1399         S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
1400         for (unsigned i = 1, ie = MD->getNumOperands(); i < ie; ++i)
1401           Args.push_back(MD->getOperand(i));
1402       } else {
1403         S = dyn_cast<MDString>(LoopID->getOperand(i));
1404         assert(Args.size() == 0 && "too many arguments for MDString");
1405       }
1406
1407       if (!S)
1408         continue;
1409
1410       // Check if the hint starts with the loop metadata prefix.
1411       StringRef Name = S->getString();
1412       if (Args.size() == 1)
1413         setHint(Name, Args[0]);
1414     }
1415   }
1416
1417   /// Checks string hint with one operand and set value if valid.
1418   void setHint(StringRef Name, Metadata *Arg) {
1419     if (!Name.startswith(Prefix()))
1420       return;
1421     Name = Name.substr(Prefix().size(), StringRef::npos);
1422
1423     const ConstantInt *C = mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(Arg);
1424     if (!C)
1425       return;
1426     unsigned Val = C->getZExtValue();
1427
1428     Hint *Hints[] = {&Width, &Interleave, &Force, &IsVectorized};
1429     for (auto H : Hints) {
1430       if (Name == H->Name) {
1431         if (H->validate(Val))
1432           H->Value = Val;
1433         else
1434           DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid hint '" << Name << "'\n");
1435         break;
1436       }
1437     }
1438   }
1439
1440   /// Create a new hint from name / value pair.
1441   MDNode *createHintMetadata(StringRef Name, unsigned V) const {
1442     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1443     Metadata *MDs[] = {MDString::get(Context, Name),
1444                        ConstantAsMetadata::get(
1445                            ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), V))};
1446     return MDNode::get(Context, MDs);
1447   }
1448
1449   /// Matches metadata with hint name.
1450   bool matchesHintMetadataName(MDNode *Node, ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1451     MDString *Name = dyn_cast<MDString>(Node->getOperand(0));
1452     if (!Name)
1453       return false;
1454
1455     for (auto H : HintTypes)
1456       if (Name->getString().endswith(H.Name))
1457         return true;
1458     return false;
1459   }
1460
1461   /// Sets current hints into loop metadata, keeping other values intact.
1462   void writeHintsToMetadata(ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1463     if (HintTypes.empty())
1464       return;
1465
1466     // Reserve the first element to LoopID (see below).
1467     SmallVector<Metadata *, 4> MDs(1);
1468     // If the loop already has metadata, then ignore the existing operands.
1469     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1470     if (LoopID) {
1471       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1472         MDNode *Node = cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
1473         // If node in update list, ignore old value.
1474         if (!matchesHintMetadataName(Node, HintTypes))
1475           MDs.push_back(Node);
1476       }
1477     }
1478
1479     // Now, add the missing hints.
1480     for (auto H : HintTypes)
1481       MDs.push_back(createHintMetadata(Twine(Prefix(), H.Name).str(), H.Value));
1482
1483     // Replace current metadata node with new one.
1484     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1485     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
1486     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
1487     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
1488
1489     TheLoop->setLoopID(NewLoopID);
1490   }
1491
1492   /// The loop these hints belong to.
1493   const Loop *TheLoop;
1494
1495   /// Interface to emit optimization remarks.
1496   OptimizationRemarkEmitter &ORE;
1497 };
1498
1499 } // end anonymous namespace
1500
1501 static void emitMissedWarning(Function *F, Loop *L,
1502                               const LoopVectorizeHints &LH,
1503                               OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
1504   LH.emitRemarkWithHints();
1505
1506   if (LH.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1507     if (LH.getWidth() != 1)
1508       ORE->emit(DiagnosticInfoOptimizationFailure(
1509                     DEBUG_TYPE, "FailedRequestedVectorization",
1510                     L->getStartLoc(), L->getHeader())
1511                 << "loop not vectorized: "
1512                 << "failed explicitly specified loop vectorization");
1513     else if (LH.getInterleave() != 1)
1514       ORE->emit(DiagnosticInfoOptimizationFailure(
1515                     DEBUG_TYPE, "FailedRequestedInterleaving", L->getStartLoc(),
1516                     L->getHeader())
1517                 << "loop not interleaved: "
1518                 << "failed explicitly specified loop interleaving");
1519   }
1520 }
1521
1522 namespace {
1523
1524 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
1525 /// to what vectorization factor.
1526 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
1527 /// legality. This class has two main kinds of checks:
1528 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
1529 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
1530 ///   correctness of the program.
1531 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeInstrs and canVectorizeMemory
1532 /// checks for a number of different conditions, such as the availability of a
1533 /// single induction variable, that all types are supported and vectorize-able,
1534 /// etc. This code reflects the capabilities of InnerLoopVectorizer.
1535 /// This class is also used by InnerLoopVectorizer for identifying
1536 /// induction variable and the different reduction variables.
1537 class LoopVectorizationLegality {
1538 public:
1539   LoopVectorizationLegality(
1540       Loop *L, PredicatedScalarEvolution &PSE, DominatorTree *DT,
1541       TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA, Function *F,
1542       const TargetTransformInfo *TTI,
1543       std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> *GetLAA, LoopInfo *LI,
1544       OptimizationRemarkEmitter *ORE, LoopVectorizationRequirements *R,
1545       LoopVectorizeHints *H)
1546       : TheLoop(L), PSE(PSE), TLI(TLI), TTI(TTI), DT(DT), GetLAA(GetLAA),
1547         ORE(ORE), InterleaveInfo(PSE, L, DT, LI), Requirements(R), Hints(H) {}
1548
1549   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
1550   /// of the reductions that were found in the loop.
1551   using ReductionList = DenseMap<PHINode *, RecurrenceDescriptor>;
1552
1553   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
1554   /// induction descriptor.
1555   using InductionList = MapVector<PHINode *, InductionDescriptor>;
1556
1557   /// RecurrenceSet contains the phi nodes that are recurrences other than
1558   /// inductions and reductions.
1559   using RecurrenceSet = SmallPtrSet<const PHINode *, 8>;
1560
1561   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
1562   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
1563   /// loop, only that it is legal to do so.
1564   bool canVectorize();
1565
1566   /// Returns the primary induction variable.
1567   PHINode *getPrimaryInduction() { return PrimaryInduction; }
1568
1569   /// Returns the reduction variables found in the loop.
1570   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
1571
1572   /// Returns the induction variables found in the loop.
1573   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
1574
1575   /// Return the first-order recurrences found in the loop.
1576   RecurrenceSet *getFirstOrderRecurrences() { return &FirstOrderRecurrences; }
1577
1578   /// Return the set of instructions to sink to handle first-order recurrences.
1579   DenseMap<Instruction *, Instruction *> &getSinkAfter() { return SinkAfter; }
1580
1581   /// Returns the widest induction type.
1582   Type *getWidestInductionType() { return WidestIndTy; }
1583
1584   /// Returns True if V is a Phi node of an induction variable in this loop.
1585   bool isInductionPhi(const Value *V);
1586
1587   /// Returns True if V is a cast that is part of an induction def-use chain,
1588   /// and had been proven to be redundant under a runtime guard (in other
1589   /// words, the cast has the same SCEV expression as the induction phi).
1590   bool isCastedInductionVariable(const Value *V);
1591
1592   /// Returns True if V can be considered as an induction variable in this 
1593   /// loop. V can be the induction phi, or some redundant cast in the def-use
1594   /// chain of the inducion phi.
1595   bool isInductionVariable(const Value *V);
1596
1597   /// Returns True if PN is a reduction variable in this loop.
1598   bool isReductionVariable(PHINode *PN) { return Reductions.count(PN); }
1599
1600   /// Returns True if Phi is a first-order recurrence in this loop.
1601   bool isFirstOrderRecurrence(const PHINode *Phi);
1602
1603   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
1604   /// to be vectorized.
1605   bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB);
1606
1607   /// Check if this pointer is consecutive when vectorizing. This happens
1608   /// when the last index of the GEP is the induction variable, or that the
1609   /// pointer itself is an induction variable.
1610   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
1611   /// Returns:
1612   /// 0 - Stride is unknown or non-consecutive.
1613   /// 1 - Address is consecutive.
1614   /// -1 - Address is consecutive, and decreasing.
1615   /// NOTE: This method must only be used before modifying the original scalar
1616   /// loop. Do not use after invoking 'createVectorizedLoopSkeleton' (PR34965).
1617   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
1618
1619   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
1620   bool isUniform(Value *V);
1621
1622   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
1623   const RuntimePointerChecking *getRuntimePointerChecking() const {
1624     return LAI->getRuntimePointerChecking();
1625   }
1626
1627   const LoopAccessInfo *getLAI() const { return LAI; }
1628
1629   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleaved access group.
1630   bool isAccessInterleaved(Instruction *Instr) {
1631     return InterleaveInfo.isInterleaved(Instr);
1632   }
1633
1634   /// \brief Get the interleaved access group that \p Instr belongs to.
1635   const InterleaveGroup *getInterleavedAccessGroup(Instruction *Instr) {
1636     return InterleaveInfo.getInterleaveGroup(Instr);
1637   }
1638
1639   /// \brief Returns true if an interleaved group requires a scalar iteration
1640   /// to handle accesses with gaps.
1641   bool requiresScalarEpilogue() const {
1642     return InterleaveInfo.requiresScalarEpilogue();
1643   }
1644
1645   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return LAI->getMaxSafeDepDistBytes(); }
1646
1647   uint64_t getMaxSafeRegisterWidth() const {
1648           return LAI->getDepChecker().getMaxSafeRegisterWidth();
1649   }
1650
1651   bool hasStride(Value *V) { return LAI->hasStride(V); }
1652
1653   /// Returns true if the target machine supports masked store operation
1654   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1655   bool isLegalMaskedStore(Type *DataType, Value *Ptr) {
1656     return isConsecutivePtr(Ptr) && TTI->isLegalMaskedStore(DataType);
1657   }
1658
1659   /// Returns true if the target machine supports masked load operation
1660   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1661   bool isLegalMaskedLoad(Type *DataType, Value *Ptr) {
1662     return isConsecutivePtr(Ptr) && TTI->isLegalMaskedLoad(DataType);
1663   }
1664
1665   /// Returns true if the target machine supports masked scatter operation
1666   /// for the given \p DataType.
1667   bool isLegalMaskedScatter(Type *DataType) {
1668     return TTI->isLegalMaskedScatter(DataType);
1669   }
1670
1671   /// Returns true if the target machine supports masked gather operation
1672   /// for the given \p DataType.
1673   bool isLegalMaskedGather(Type *DataType) {
1674     return TTI->isLegalMaskedGather(DataType);
1675   }
1676
1677   /// Returns true if the target machine can represent \p V as a masked gather
1678   /// or scatter operation.
1679   bool isLegalGatherOrScatter(Value *V) {
1680     auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(V);
1681     auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(V);
1682     if (!LI && !SI)
1683       return false;
1684     auto *Ptr = getPointerOperand(V);
1685     auto *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType();
1686     return (LI && isLegalMaskedGather(Ty)) || (SI && isLegalMaskedScatter(Ty));
1687   }
1688
1689   /// Returns true if vector representation of the instruction \p I
1690   /// requires mask.
1691   bool isMaskRequired(const Instruction *I) { return (MaskedOp.count(I) != 0); }
1692
1693   unsigned getNumStores() const { return LAI->getNumStores(); }
1694   unsigned getNumLoads() const { return LAI->getNumLoads(); }
1695   unsigned getNumPredStores() const { return NumPredStores; }
1696
1697   /// Returns true if \p I is an instruction that will be scalarized with
1698   /// predication. Such instructions include conditional stores and
1699   /// instructions that may divide by zero.
1700   bool isScalarWithPredication(Instruction *I);
1701
1702   /// Returns true if \p I is a memory instruction with consecutive memory
1703   /// access that can be widened.
1704   bool memoryInstructionCanBeWidened(Instruction *I, unsigned VF = 1);
1705
1706   // Returns true if the NoNaN attribute is set on the function.
1707   bool hasFunNoNaNAttr() const { return HasFunNoNaNAttr; }
1708
1709 private:
1710   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
1711   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
1712   /// and we only need to check individual instructions.
1713   bool canVectorizeInstrs();
1714
1715   /// When we vectorize loops we may change the order in which
1716   /// we read and write from memory. This method checks if it is
1717   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
1718   /// Returns true if the loop is vectorizable
1719   bool canVectorizeMemory();
1720
1721   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
1722   /// transformation.
1723   bool canVectorizeWithIfConvert();
1724
1725   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
1726   /// executed. \p SafePtrs is a list of addresses that are known to be legal
1727   /// and we know that we can read from them without segfault.
1728   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs);
1729
1730   /// Updates the vectorization state by adding \p Phi to the inductions list.
1731   /// This can set \p Phi as the main induction of the loop if \p Phi is a
1732   /// better choice for the main induction than the existing one.
1733   void addInductionPhi(PHINode *Phi, const InductionDescriptor &ID,
1734                        SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit);
1735
1736   /// Create an analysis remark that explains why vectorization failed
1737   ///
1738   /// \p RemarkName is the identifier for the remark.  If \p I is passed it is
1739   /// an instruction that prevents vectorization.  Otherwise the loop is used
1740   /// for the location of the remark.  \return the remark object that can be
1741   /// streamed to.
1742   OptimizationRemarkAnalysis
1743   createMissedAnalysis(StringRef RemarkName, Instruction *I = nullptr) const {
1744     return ::createMissedAnalysis(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
1745                                   RemarkName, TheLoop, I);
1746   }
1747
1748   /// \brief If an access has a symbolic strides, this maps the pointer value to
1749   /// the stride symbol.
1750   const ValueToValueMap *getSymbolicStrides() {
1751     // FIXME: Currently, the set of symbolic strides is sometimes queried before
1752     // it's collected.  This happens from canVectorizeWithIfConvert, when the
1753     // pointer is checked to reference consecutive elements suitable for a
1754     // masked access.
1755     return LAI ? &LAI->getSymbolicStrides() : nullptr;
1756   }
1757
1758   unsigned NumPredStores = 0;
1759
1760   /// The loop that we evaluate.
1761   Loop *TheLoop;
1762
1763   /// A wrapper around ScalarEvolution used to add runtime SCEV checks.
1764   /// Applies dynamic knowledge to simplify SCEV expressions in the context
1765   /// of existing SCEV assumptions. The analysis will also add a minimal set
1766   /// of new predicates if this is required to enable vectorization and
1767   /// unrolling.
1768   PredicatedScalarEvolution &PSE;
1769
1770   /// Target Library Info.
1771   TargetLibraryInfo *TLI;
1772
1773   /// Target Transform Info
1774   const TargetTransformInfo *TTI;
1775
1776   /// Dominator Tree.
1777   DominatorTree *DT;
1778
1779   // LoopAccess analysis.
1780   std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> *GetLAA;
1781
1782   // And the loop-accesses info corresponding to this loop.  This pointer is
1783   // null until canVectorizeMemory sets it up.
1784   const LoopAccessInfo *LAI = nullptr;
1785
1786   /// Interface to emit optimization remarks.
1787   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
1788
1789   /// The interleave access information contains groups of interleaved accesses
1790   /// with the same stride and close to each other.
1791   InterleavedAccessInfo InterleaveInfo;
1792
1793   //  ---  vectorization state --- //
1794
1795   /// Holds the primary induction variable. This is the counter of the
1796   /// loop.
1797   PHINode *PrimaryInduction = nullptr;
1798
1799   /// Holds the reduction variables.
1800   ReductionList Reductions;
1801
1802   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
1803   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
1804   /// variables can be pointers.
1805   InductionList Inductions;
1806
1807   /// Holds all the casts that participate in the update chain of the induction 
1808   /// variables, and that have been proven to be redundant (possibly under a 
1809   /// runtime guard). These casts can be ignored when creating the vectorized 
1810   /// loop body.
1811   SmallPtrSet<Instruction *, 4> InductionCastsToIgnore;
1812
1813   /// Holds the phi nodes that are first-order recurrences.
1814   RecurrenceSet FirstOrderRecurrences;
1815
1816   /// Holds instructions that need to sink past other instructions to handle
1817   /// first-order recurrences.
1818   DenseMap<Instruction *, Instruction *> SinkAfter;
1819
1820   /// Holds the widest induction type encountered.
1821   Type *WidestIndTy = nullptr;
1822
1823   /// Allowed outside users. This holds the induction and reduction
1824   /// vars which can be accessed from outside the loop.
1825   SmallPtrSet<Value *, 4> AllowedExit;
1826
1827   /// Can we assume the absence of NaNs.
1828   bool HasFunNoNaNAttr = false;
1829
1830   /// Vectorization requirements that will go through late-evaluation.
1831   LoopVectorizationRequirements *Requirements;
1832
1833   /// Used to emit an analysis of any legality issues.
1834   LoopVectorizeHints *Hints;
1835
1836   /// While vectorizing these instructions we have to generate a
1837   /// call to the appropriate masked intrinsic
1838   SmallPtrSet<const Instruction *, 8> MaskedOp;
1839 };
1840
1841 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
1842 /// vectorization.
1843 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because of
1844 /// a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict the
1845 /// expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set. We use the
1846 /// TargetTransformInfo to query the different backends for the cost of
1847 /// different operations.
1848 class LoopVectorizationCostModel {
1849 public:
1850   LoopVectorizationCostModel(Loop *L, PredicatedScalarEvolution &PSE,
1851                              LoopInfo *LI, LoopVectorizationLegality *Legal,
1852                              const TargetTransformInfo &TTI,
1853                              const TargetLibraryInfo *TLI, DemandedBits *DB,
1854                              AssumptionCache *AC,
1855                              OptimizationRemarkEmitter *ORE, const Function *F,
1856                              const LoopVectorizeHints *Hints)
1857       : TheLoop(L), PSE(PSE), LI(LI), Legal(Legal), TTI(TTI), TLI(TLI), DB(DB),
1858         AC(AC), ORE(ORE), TheFunction(F), Hints(Hints) {}
1859
1860   /// \return An upper bound for the vectorization factor, or None if
1861   /// vectorization should be avoided up front.
1862   Optional<unsigned> computeMaxVF(bool OptForSize);
1863
1864   /// Information about vectorization costs
1865   struct VectorizationFactor {
1866     // Vector width with best cost
1867     unsigned Width;
1868
1869     // Cost of the loop with that width
1870     unsigned Cost;
1871   };
1872
1873   /// \return The most profitable vectorization factor and the cost of that VF.
1874   /// This method checks every power of two up to MaxVF. If UserVF is not ZERO
1875   /// then this vectorization factor will be selected if vectorization is
1876   /// possible.
1877   VectorizationFactor selectVectorizationFactor(unsigned MaxVF);
1878
1879   /// Setup cost-based decisions for user vectorization factor.
1880   void selectUserVectorizationFactor(unsigned UserVF) {
1881     collectUniformsAndScalars(UserVF);
1882     collectInstsToScalarize(UserVF);
1883   }
1884
1885   /// \return The size (in bits) of the smallest and widest types in the code
1886   /// that needs to be vectorized. We ignore values that remain scalar such as
1887   /// 64 bit loop indices.
1888   std::pair<unsigned, unsigned> getSmallestAndWidestTypes();
1889
1890   /// \return The desired interleave count.
1891   /// If interleave count has been specified by metadata it will be returned.
1892   /// Otherwise, the interleave count is computed and returned. VF and LoopCost
1893   /// are the selected vectorization factor and the cost of the selected VF.
1894   unsigned selectInterleaveCount(bool OptForSize, unsigned VF,
1895                                  unsigned LoopCost);
1896
1897   /// Memory access instruction may be vectorized in more than one way.
1898   /// Form of instruction after vectorization depends on cost.
1899   /// This function takes cost-based decisions for Load/Store instructions
1900   /// and collects them in a map. This decisions map is used for building
1901   /// the lists of loop-uniform and loop-scalar instructions.
1902   /// The calculated cost is saved with widening decision in order to
1903   /// avoid redundant calculations.
1904   void setCostBasedWideningDecision(unsigned VF);
1905
1906   /// \brief A struct that represents some properties of the register usage
1907   /// of a loop.
1908   struct RegisterUsage {
1909     /// Holds the number of loop invariant values that are used in the loop.
1910     unsigned LoopInvariantRegs;
1911
1912     /// Holds the maximum number of concurrent live intervals in the loop.
1913     unsigned MaxLocalUsers;
1914
1915     /// Holds the number of instructions in the loop.
1916     unsigned NumInstructions;
1917   };
1918
1919   /// \return Returns information about the register usages of the loop for the
1920   /// given vectorization factors.
1921   SmallVector<RegisterUsage, 8> calculateRegisterUsage(ArrayRef<unsigned> VFs);
1922
1923   /// Collect values we want to ignore in the cost model.
1924   void collectValuesToIgnore();
1925
1926   /// \returns The smallest bitwidth each instruction can be represented with.
1927   /// The vector equivalents of these instructions should be truncated to this
1928   /// type.
1929   const MapVector<Instruction *, uint64_t> &getMinimalBitwidths() const {
1930     return MinBWs;
1931   }
1932
1933   /// \returns True if it is more profitable to scalarize instruction \p I for
1934   /// vectorization factor \p VF.
1935   bool isProfitableToScalarize(Instruction *I, unsigned VF) const {
1936     assert(VF > 1 && "Profitable to scalarize relevant only for VF > 1.");
1937     auto Scalars = InstsToScalarize.find(VF);
1938     assert(Scalars != InstsToScalarize.end() &&
1939            "VF not yet analyzed for scalarization profitability");
1940     return Scalars->second.count(I);
1941   }
1942
1943   /// Returns true if \p I is known to be uniform after vectorization.
1944   bool isUniformAfterVectorization(Instruction *I, unsigned VF) const {
1945     if (VF == 1)
1946       return true;
1947     assert(Uniforms.count(VF) && "VF not yet analyzed for uniformity");
1948     auto UniformsPerVF = Uniforms.find(VF);
1949     return UniformsPerVF->second.count(I);
1950   }
1951
1952   /// Returns true if \p I is known to be scalar after vectorization.
1953   bool isScalarAfterVectorization(Instruction *I, unsigned VF) const {
1954     if (VF == 1)
1955       return true;
1956     assert(Scalars.count(VF) && "Scalar values are not calculated for VF");
1957     auto ScalarsPerVF = Scalars.find(VF);
1958     return ScalarsPerVF->second.count(I);
1959   }
1960
1961   /// \returns True if instruction \p I can be truncated to a smaller bitwidth
1962   /// for vectorization factor \p VF.
1963   bool canTruncateToMinimalBitwidth(Instruction *I, unsigned VF) const {
1964     return VF > 1 && MinBWs.count(I) && !isProfitableToScalarize(I, VF) &&
1965            !isScalarAfterVectorization(I, VF);
1966   }
1967
1968   /// Decision that was taken during cost calculation for memory instruction.
1969   enum InstWidening {
1970     CM_Unknown,
1971     CM_Widen,         // For consecutive accesses with stride +1.
1972     CM_Widen_Reverse, // For consecutive accesses with stride -1.
1973     CM_Interleave,
1974     CM_GatherScatter,
1975     CM_Scalarize
1976   };
1977
1978   /// Save vectorization decision \p W and \p Cost taken by the cost model for
1979   /// instruction \p I and vector width \p VF.
1980   void setWideningDecision(Instruction *I, unsigned VF, InstWidening W,
1981                            unsigned Cost) {
1982     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
1983     WideningDecisions[std::make_pair(I, VF)] = std::make_pair(W, Cost);
1984   }
1985
1986   /// Save vectorization decision \p W and \p Cost taken by the cost model for
1987   /// interleaving group \p Grp and vector width \p VF.
1988   void setWideningDecision(const InterleaveGroup *Grp, unsigned VF,
1989                            InstWidening W, unsigned Cost) {
1990     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
1991     /// Broadcast this decicion to all instructions inside the group.
1992     /// But the cost will be assigned to one instruction only.
1993     for (unsigned i = 0; i < Grp->getFactor(); ++i) {
1994       if (auto *I = Grp->getMember(i)) {
1995         if (Grp->getInsertPos() == I)
1996           WideningDecisions[std::make_pair(I, VF)] = std::make_pair(W, Cost);
1997         else
1998           WideningDecisions[std::make_pair(I, VF)] = std::make_pair(W, 0);
1999       }
2000     }
2001   }
2002
2003   /// Return the cost model decision for the given instruction \p I and vector
2004   /// width \p VF. Return CM_Unknown if this instruction did not pass
2005   /// through the cost modeling.
2006   InstWidening getWideningDecision(Instruction *I, unsigned VF) {
2007     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
2008     std::pair<Instruction *, unsigned> InstOnVF = std::make_pair(I, VF);
2009     auto Itr = WideningDecisions.find(InstOnVF);
2010     if (Itr == WideningDecisions.end())
2011       return CM_Unknown;
2012     return Itr->second.first;
2013   }
2014
2015   /// Return the vectorization cost for the given instruction \p I and vector
2016   /// width \p VF.
2017   unsigned getWideningCost(Instruction *I, unsigned VF) {
2018     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
2019     std::pair<Instruction *, unsigned> InstOnVF = std::make_pair(I, VF);
2020     assert(WideningDecisions.count(InstOnVF) && "The cost is not calculated");
2021     return WideningDecisions[InstOnVF].second;
2022   }
2023
2024   /// Return True if instruction \p I is an optimizable truncate whose operand
2025   /// is an induction variable. Such a truncate will be removed by adding a new
2026   /// induction variable with the destination type.
2027   bool isOptimizableIVTruncate(Instruction *I, unsigned VF) {
2028     // If the instruction is not a truncate, return false.
2029     auto *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(I);
2030     if (!Trunc)
2031       return false;
2032
2033     // Get the source and destination types of the truncate.
2034     Type *SrcTy = ToVectorTy(cast<CastInst>(I)->getSrcTy(), VF);
2035     Type *DestTy = ToVectorTy(cast<CastInst>(I)->getDestTy(), VF);
2036
2037     // If the truncate is free for the given types, return false. Replacing a
2038     // free truncate with an induction variable would add an induction variable
2039     // update instruction to each iteration of the loop. We exclude from this
2040     // check the primary induction variable since it will need an update
2041     // instruction regardless.
2042     Value *Op = Trunc->getOperand(0);
2043     if (Op != Legal->getPrimaryInduction() && TTI.isTruncateFree(SrcTy, DestTy))
2044       return false;
2045
2046     // If the truncated value is not an induction variable, return false.
2047     return Legal->isInductionPhi(Op);
2048   }
2049
2050   /// Collects the instructions to scalarize for each predicated instruction in
2051   /// the loop.
2052   void collectInstsToScalarize(unsigned VF);
2053
2054   /// Collect Uniform and Scalar values for the given \p VF.
2055   /// The sets depend on CM decision for Load/Store instructions
2056   /// that may be vectorized as interleave, gather-scatter or scalarized.
2057   void collectUniformsAndScalars(unsigned VF) {
2058     // Do the analysis once.
2059     if (VF == 1 || Uniforms.count(VF))
2060       return;
2061     setCostBasedWideningDecision(VF);
2062     collectLoopUniforms(VF);
2063     collectLoopScalars(VF);
2064   }
2065
2066 private:
2067   /// \return An upper bound for the vectorization factor, larger than zero.
2068   /// One is returned if vectorization should best be avoided due to cost.
2069   unsigned computeFeasibleMaxVF(bool OptForSize, unsigned ConstTripCount);
2070
2071   /// The vectorization cost is a combination of the cost itself and a boolean
2072   /// indicating whether any of the contributing operations will actually
2073   /// operate on
2074   /// vector values after type legalization in the backend. If this latter value
2075   /// is
2076   /// false, then all operations will be scalarized (i.e. no vectorization has
2077   /// actually taken place).
2078   using VectorizationCostTy = std::pair<unsigned, bool>;
2079
2080   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
2081   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
2082   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
2083   /// the factor width.
2084   VectorizationCostTy expectedCost(unsigned VF);
2085
2086   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
2087   /// width. Vector width of one means scalar.
2088   VectorizationCostTy getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
2089
2090   /// The cost-computation logic from getInstructionCost which provides
2091   /// the vector type as an output parameter.
2092   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF, Type *&VectorTy);
2093
2094   /// Calculate vectorization cost of memory instruction \p I.
2095   unsigned getMemoryInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
2096
2097   /// The cost computation for scalarized memory instruction.
2098   unsigned getMemInstScalarizationCost(Instruction *I, unsigned VF);
2099
2100   /// The cost computation for interleaving group of memory instructions.
2101   unsigned getInterleaveGroupCost(Instruction *I, unsigned VF);
2102
2103   /// The cost computation for Gather/Scatter instruction.
2104   unsigned getGatherScatterCost(Instruction *I, unsigned VF);
2105
2106   /// The cost computation for widening instruction \p I with consecutive
2107   /// memory access.
2108   unsigned getConsecutiveMemOpCost(Instruction *I, unsigned VF);
2109
2110   /// The cost calculation for Load instruction \p I with uniform pointer -
2111   /// scalar load + broadcast.
2112   unsigned getUniformMemOpCost(Instruction *I, unsigned VF);
2113
2114   /// Returns whether the instruction is a load or store and will be a emitted
2115   /// as a vector operation.
2116   bool isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *I);
2117
2118   /// Create an analysis remark that explains why vectorization failed
2119   ///
2120   /// \p RemarkName is the identifier for the remark.  \return the remark object
2121   /// that can be streamed to.
2122   OptimizationRemarkAnalysis createMissedAnalysis(StringRef RemarkName) {
2123     return ::createMissedAnalysis(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
2124                                   RemarkName, TheLoop);
2125   }
2126
2127   /// Map of scalar integer values to the smallest bitwidth they can be legally
2128   /// represented as. The vector equivalents of these values should be truncated
2129   /// to this type.
2130   MapVector<Instruction *, uint64_t> MinBWs;
2131
2132   /// A type representing the costs for instructions if they were to be
2133   /// scalarized rather than vectorized. The entries are Instruction-Cost
2134   /// pairs.
2135   using ScalarCostsTy = DenseMap<Instruction *, unsigned>;
2136
2137   /// A set containing all BasicBlocks that are known to present after
2138   /// vectorization as a predicated block.
2139   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> PredicatedBBsAfterVectorization;
2140
2141   /// A map holding scalar costs for different vectorization factors. The
2142   /// presence of a cost for an instruction in the mapping indicates that the
2143   /// instruction will be scalarized when vectorizing with the associated
2144   /// vectorization factor. The entries are VF-ScalarCostTy pairs.
2145   DenseMap<unsigned, ScalarCostsTy> InstsToScalarize;
2146
2147   /// Holds the instructions known to be uniform after vectorization.
2148   /// The data is collected per VF.
2149   DenseMap<unsigned, SmallPtrSet<Instruction *, 4>> Uniforms;
2150
2151   /// Holds the instructions known to be scalar after vectorization.
2152   /// The data is collected per VF.
2153   DenseMap<unsigned, SmallPtrSet<Instruction *, 4>> Scalars;
2154
2155   /// Holds the instructions (address computations) that are forced to be
2156   /// scalarized.
2157   DenseMap<unsigned, SmallPtrSet<Instruction *, 4>> ForcedScalars;
2158
2159   /// Returns the expected difference in cost from scalarizing the expression
2160   /// feeding a predicated instruction \p PredInst. The instructions to
2161   /// scalarize and their scalar costs are collected in \p ScalarCosts. A
2162   /// non-negative return value implies the expression will be scalarized.
2163   /// Currently, only single-use chains are considered for scalarization.
2164   int computePredInstDiscount(Instruction *PredInst, ScalarCostsTy &ScalarCosts,
2165                               unsigned VF);
2166
2167   /// Collect the instructions that are uniform after vectorization. An
2168   /// instruction is uniform if we represent it with a single scalar value in
2169   /// the vectorized loop corresponding to each vector iteration. Examples of
2170   /// uniform instructions include pointer operands of consecutive or
2171   /// interleaved memory accesses. Note that although uniformity implies an
2172   /// instruction will be scalar, the reverse is not true. In general, a
2173   /// scalarized instruction will be represented by VF scalar values in the
2174   /// vectorized loop, each corresponding to an iteration of the original
2175   /// scalar loop.
2176   void collectLoopUniforms(unsigned VF);
2177
2178   /// Collect the instructions that are scalar after vectorization. An
2179   /// instruction is scalar if it is known to be uniform or will be scalarized
2180   /// during vectorization. Non-uniform scalarized instructions will be
2181   /// represented by VF values in the vectorized loop, each corresponding to an
2182   /// iteration of the original scalar loop.
2183   void collectLoopScalars(unsigned VF);
2184
2185   /// Keeps cost model vectorization decision and cost for instructions.
2186   /// Right now it is used for memory instructions only.
2187   using DecisionList = DenseMap<std::pair<Instruction *, unsigned>,
2188                                 std::pair<InstWidening, unsigned>>;
2189
2190   DecisionList WideningDecisions;
2191
2192 public:
2193   /// The loop that we evaluate.
2194   Loop *TheLoop;
2195
2196   /// Predicated scalar evolution analysis.
2197   PredicatedScalarEvolution &PSE;
2198
2199   /// Loop Info analysis.
2200   LoopInfo *LI;
2201
2202   /// Vectorization legality.
2203   LoopVectorizationLegality *Legal;
2204
2205   /// Vector target information.
2206   const TargetTransformInfo &TTI;
2207
2208   /// Target Library Info.
2209   const TargetLibraryInfo *TLI;
2210
2211   /// Demanded bits analysis.
2212   DemandedBits *DB;
2213
2214   /// Assumption cache.
2215   AssumptionCache *AC;
2216
2217   /// Interface to emit optimization remarks.
2218   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
2219
2220   const Function *TheFunction;
2221
2222   /// Loop Vectorize Hint.
2223   const LoopVectorizeHints *Hints;
2224
2225   /// Values to ignore in the cost model.
2226   SmallPtrSet<const Value *, 16> ValuesToIgnore;
2227
2228   /// Values to ignore in the cost model when VF > 1.
2229   SmallPtrSet<const Value *, 16> VecValuesToIgnore;
2230 };
2231
2232 } // end anonymous namespace
2233
2234 namespace llvm {
2235
2236 /// InnerLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
2237 /// LoopVectorizationPlanner - drives the vectorization process after having
2238 /// passed Legality checks.
2239 /// The planner builds and optimizes the Vectorization Plans which record the
2240 /// decisions how to vectorize the given loop. In particular, represent the
2241 /// control-flow of the vectorized version, the replication of instructions that
2242 /// are to be scalarized, and interleave access groups.
2243 class LoopVectorizationPlanner {
2244   /// The loop that we evaluate.
2245   Loop *OrigLoop;
2246
2247   /// Loop Info analysis.
2248   LoopInfo *LI;
2249
2250   /// Target Library Info.
2251   const TargetLibraryInfo *TLI;
2252
2253   /// Target Transform Info.
2254   const TargetTransformInfo *TTI;
2255
2256   /// The legality analysis.
2257   LoopVectorizationLegality *Legal;
2258
2259   /// The profitablity analysis.
2260   LoopVectorizationCostModel &CM;
2261
2262   using VPlanPtr = std::unique_ptr<VPlan>;
2263
2264   SmallVector<VPlanPtr, 4> VPlans;
2265
2266   /// This class is used to enable the VPlan to invoke a method of ILV. This is
2267   /// needed until the method is refactored out of ILV and becomes reusable.
2268   struct VPCallbackILV : public VPCallback {
2269     InnerLoopVectorizer &ILV;
2270
2271     VPCallbackILV(InnerLoopVectorizer &ILV) : ILV(ILV) {}
2272
2273     Value *getOrCreateVectorValues(Value *V, unsigned Part) override {
2274       return ILV.getOrCreateVectorValue(V, Part);
2275     }
2276   };
2277
2278   /// A builder used to construct the current plan.
2279   VPBuilder Builder;
2280
2281   /// When we if-convert we need to create edge masks. We have to cache values
2282   /// so that we don't end up with exponential recursion/IR. Note that
2283   /// if-conversion currently takes place during VPlan-construction, so these
2284   /// caches are only used at that stage.
2285   using EdgeMaskCacheTy =
2286       DenseMap<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>, VPValue *>;
2287   using BlockMaskCacheTy = DenseMap<BasicBlock *, VPValue *>;
2288   EdgeMaskCacheTy EdgeMaskCache;
2289   BlockMaskCacheTy BlockMaskCache;
2290
2291   unsigned BestVF = 0;
2292   unsigned BestUF = 0;
2293
2294 public:
2295   LoopVectorizationPlanner(Loop *L, LoopInfo *LI, const TargetLibraryInfo *TLI,
2296                            const TargetTransformInfo *TTI,
2297                            LoopVectorizationLegality *Legal,
2298                            LoopVectorizationCostModel &CM)
2299       : OrigLoop(L), LI(LI), TLI(TLI), TTI(TTI), Legal(Legal), CM(CM) {}
2300
2301   /// Plan how to best vectorize, return the best VF and its cost.
2302   LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor plan(bool OptForSize,
2303                                                        unsigned UserVF);
2304
2305   /// Finalize the best decision and dispose of all other VPlans.
2306   void setBestPlan(unsigned VF, unsigned UF);
2307
2308   /// Generate the IR code for the body of the vectorized loop according to the
2309   /// best selected VPlan.
2310   void executePlan(InnerLoopVectorizer &LB, DominatorTree *DT);
2311
2312   void printPlans(raw_ostream &O) {
2313     for (const auto &Plan : VPlans)
2314       O << *Plan;
2315   }
2316
2317 protected:
2318   /// Collect the instructions from the original loop that would be trivially
2319   /// dead in the vectorized loop if generated.
2320   void collectTriviallyDeadInstructions(
2321       SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DeadInstructions);
2322
2323   /// A range of powers-of-2 vectorization factors with fixed start and
2324   /// adjustable end. The range includes start and excludes end, e.g.,:
2325   /// [1, 9) = {1, 2, 4, 8}
2326   struct VFRange {
2327     // A power of 2.
2328     const unsigned Start;
2329
2330     // Need not be a power of 2. If End <= Start range is empty.
2331     unsigned End;
2332   };
2333
2334   /// Test a \p Predicate on a \p Range of VF's. Return the value of applying
2335   /// \p Predicate on Range.Start, possibly decreasing Range.End such that the
2336   /// returned value holds for the entire \p Range.
2337   bool getDecisionAndClampRange(const std::function<bool(unsigned)> &Predicate,
2338                                 VFRange &Range);
2339
2340   /// Build VPlans for power-of-2 VF's between \p MinVF and \p MaxVF inclusive,
2341   /// according to the information gathered by Legal when it checked if it is
2342   /// legal to vectorize the loop.
2343   void buildVPlans(unsigned MinVF, unsigned MaxVF);
2344
2345 private:
2346   /// A helper function that computes the predicate of the block BB, assuming
2347   /// that the header block of the loop is set to True. It returns the *entry*
2348   /// mask for the block BB.
2349   VPValue *createBlockInMask(BasicBlock *BB, VPlanPtr &Plan);
2350
2351   /// A helper function that computes the predicate of the edge between SRC
2352   /// and DST.
2353   VPValue *createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst, VPlanPtr &Plan);
2354
2355   /// Check if \I belongs to an Interleave Group within the given VF \p Range,
2356   /// \return true in the first returned value if so and false otherwise.
2357   /// Build a new VPInterleaveGroup Recipe if \I is the primary member of an IG
2358   /// for \p Range.Start, and provide it as the second returned value.
2359   /// Note that if \I is an adjunct member of an IG for \p Range.Start, the
2360   /// \return value is <true, nullptr>, as it is handled by another recipe.
2361   /// \p Range.End may be decreased to ensure same decision from \p Range.Start
2362   /// to \p Range.End.
2363   VPInterleaveRecipe *tryToInterleaveMemory(Instruction *I, VFRange &Range);
2364
2365   // Check if \I is a memory instruction to be widened for \p Range.Start and
2366   // potentially masked. Such instructions are handled by a recipe that takes an
2367   // additional VPInstruction for the mask.
2368   VPWidenMemoryInstructionRecipe *tryToWidenMemory(Instruction *I,
2369                                                    VFRange &Range,
2370                                                    VPlanPtr &Plan);
2371
2372   /// Check if an induction recipe should be constructed for \I within the given
2373   /// VF \p Range. If so build and return it. If not, return null. \p Range.End
2374   /// may be decreased to ensure same decision from \p Range.Start to
2375   /// \p Range.End.
2376   VPWidenIntOrFpInductionRecipe *tryToOptimizeInduction(Instruction *I,
2377                                                         VFRange &Range);
2378
2379   /// Handle non-loop phi nodes. Currently all such phi nodes are turned into
2380   /// a sequence of select instructions as the vectorizer currently performs
2381   /// full if-conversion.
2382   VPBlendRecipe *tryToBlend(Instruction *I, VPlanPtr &Plan);
2383
2384   /// Check if \p I can be widened within the given VF \p Range. If \p I can be
2385   /// widened for \p Range.Start, check if the last recipe of \p VPBB can be
2386   /// extended to include \p I or else build a new VPWidenRecipe for it and
2387   /// append it to \p VPBB. Return true if \p I can be widened for Range.Start,
2388   /// false otherwise. Range.End may be decreased to ensure same decision from
2389   /// \p Range.Start to \p Range.End.
2390   bool tryToWiden(Instruction *I, VPBasicBlock *VPBB, VFRange &Range);
2391
2392   /// Build a VPReplicationRecipe for \p I and enclose it within a Region if it
2393   /// is predicated. \return \p VPBB augmented with this new recipe if \p I is
2394   /// not predicated, otherwise \return a new VPBasicBlock that succeeds the new
2395   /// Region. Update the packing decision of predicated instructions if they
2396   /// feed \p I. Range.End may be decreased to ensure same recipe behavior from
2397   /// \p Range.Start to \p Range.End.
2398   VPBasicBlock *handleReplication(
2399       Instruction *I, VFRange &Range, VPBasicBlock *VPBB,
2400       DenseMap<Instruction *, VPReplicateRecipe *> &PredInst2Recipe,
2401       VPlanPtr &Plan);
2402
2403   /// Create a replicating region for instruction \p I that requires
2404   /// predication. \p PredRecipe is a VPReplicateRecipe holding \p I.
2405   VPRegionBlock *createReplicateRegion(Instruction *I, VPRecipeBase *PredRecipe,
2406                                        VPlanPtr &Plan);
2407
2408   /// Build a VPlan according to the information gathered by Legal. \return a
2409   /// VPlan for vectorization factors \p Range.Start and up to \p Range.End
2410   /// exclusive, possibly decreasing \p Range.End.
2411   VPlanPtr buildVPlan(VFRange &Range,
2412                                     const SmallPtrSetImpl<Value *> &NeedDef);
2413 };
2414
2415 } // end namespace llvm
2416
2417 namespace {
2418
2419 /// \brief This holds vectorization requirements that must be verified late in
2420 /// the process. The requirements are set by legalize and costmodel. Once
2421 /// vectorization has been determined to be possible and profitable the
2422 /// requirements can be verified by looking for metadata or compiler options.
2423 /// For example, some loops require FP commutativity which is only allowed if
2424 /// vectorization is explicitly specified or if the fast-math compiler option
2425 /// has been provided.
2426 /// Late evaluation of these requirements allows helpful diagnostics to be
2427 /// composed that tells the user what need to be done to vectorize the loop. For
2428 /// example, by specifying #pragma clang loop vectorize or -ffast-math. Late
2429 /// evaluation should be used only when diagnostics can generated that can be
2430 /// followed by a non-expert user.
2431 class LoopVectorizationRequirements {
2432 public:
2433   LoopVectorizationRequirements(OptimizationRemarkEmitter &ORE) : ORE(ORE) {}
2434
2435   void addUnsafeAlgebraInst(Instruction *I) {
2436     // First unsafe algebra instruction.
2437     if (!UnsafeAlgebraInst)
2438       UnsafeAlgebraInst = I;
2439   }
2440
2441   void addRuntimePointerChecks(unsigned Num) { NumRuntimePointerChecks = Num; }
2442
2443   bool doesNotMeet(Function *F, Loop *L, const LoopVectorizeHints &Hints) {
2444     const char *PassName = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
2445     bool Failed = false;
2446     if (UnsafeAlgebraInst && !Hints.allowReordering()) {
2447       ORE.emit([&]() {
2448         return OptimizationRemarkAnalysisFPCommute(
2449                    PassName, "CantReorderFPOps",
2450                    UnsafeAlgebraInst->getDebugLoc(),
2451                    UnsafeAlgebraInst->getParent())
2452                << "loop not vectorized: cannot prove it is safe to reorder "
2453                   "floating-point operations";
2454       });
2455       Failed = true;
2456     }
2457
2458     // Test if runtime memcheck thresholds are exceeded.
2459     bool PragmaThresholdReached =
2460         NumRuntimePointerChecks > PragmaVectorizeMemoryCheckThreshold;
2461     bool ThresholdReached =
2462         NumRuntimePointerChecks > VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold;
2463     if ((ThresholdReached && !Hints.allowReordering()) ||
2464         PragmaThresholdReached) {
2465       ORE.emit([&]() {
2466         return OptimizationRemarkAnalysisAliasing(PassName, "CantReorderMemOps",
2467                                                   L->getStartLoc(),
2468                                                   L->getHeader())
2469                << "loop not vectorized: cannot prove it is safe to reorder "
2470                   "memory operations";
2471       });
2472       DEBUG(dbgs() << "LV: Too many memory checks needed.\n");
2473       Failed = true;
2474     }
2475
2476     return Failed;
2477   }
2478
2479 private:
2480   unsigned NumRuntimePointerChecks = 0;
2481   Instruction *UnsafeAlgebraInst = nullptr;
2482
2483   /// Interface to emit optimization remarks.
2484   OptimizationRemarkEmitter &ORE;
2485 };
2486
2487 } // end anonymous namespace
2488
2489 static void addAcyclicInnerLoop(Loop &L, SmallVectorImpl<Loop *> &V) {
2490   if (L.empty()) {
2491     if (!hasCyclesInLoopBody(L))
2492       V.push_back(&L);
2493     return;
2494   }
2495   for (Loop *InnerL : L)
2496     addAcyclicInnerLoop(*InnerL, V);
2497 }
2498
2499 namespace {
2500
2501 /// The LoopVectorize Pass.
2502 struct LoopVectorize : public FunctionPass {
2503   /// Pass identification, replacement for typeid
2504   static char ID;
2505
2506   LoopVectorizePass Impl;
2507
2508   explicit LoopVectorize(bool NoUnrolling = false, bool AlwaysVectorize = true)
2509       : FunctionPass(ID) {
2510     Impl.DisableUnrolling = NoUnrolling;
2511     Impl.AlwaysVectorize = AlwaysVectorize;
2512     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2513   }
2514
2515   bool runOnFunction(Function &F) override {
2516     if (skipFunction(F))
2517       return false;
2518
2519     auto *SE = &getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
2520     auto *LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
2521     auto *TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2522     auto *DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
2523     auto *BFI = &getAnalysis<BlockFrequencyInfoWrapperPass>().getBFI();
2524     auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
2525     auto *TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
2526     auto *AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
2527     auto *AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
2528     auto *LAA = &getAnalysis<LoopAccessLegacyAnalysis>();
2529     auto *DB = &getAnalysis<DemandedBitsWrapperPass>().getDemandedBits();
2530     auto *ORE = &getAnalysis<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>().getORE();
2531
2532     std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> GetLAA =
2533         [&](Loop &L) -> const LoopAccessInfo & { return LAA->getInfo(&L); };
2534
2535     return Impl.runImpl(F, *SE, *LI, *TTI, *DT, *BFI, TLI, *DB, *AA, *AC,
2536                         GetLAA, *ORE);
2537   }
2538
2539   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
2540     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
2541     AU.addRequired<BlockFrequencyInfoWrapperPass>();
2542     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
2543     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
2544     AU.addRequired<ScalarEvolutionWrapperPass>();
2545     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
2546     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
2547     AU.addRequired<LoopAccessLegacyAnalysis>();
2548     AU.addRequired<DemandedBitsWrapperPass>();
2549     AU.addRequired<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>();
2550     AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
2551     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
2552     AU.addPreserved<BasicAAWrapperPass>();
2553     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
2554   }
2555 };
2556
2557 } // end anonymous namespace
2558
2559 //===----------------------------------------------------------------------===//
2560 // Implementation of LoopVectorizationLegality, InnerLoopVectorizer and
2561 // LoopVectorizationCostModel and LoopVectorizationPlanner.
2562 //===----------------------------------------------------------------------===//
2563
2564 Value *InnerLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
2565   // We need to place the broadcast of invariant variables outside the loop.
2566   Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(V);
2567   bool NewInstr = (Instr && Instr->getParent() == LoopVectorBody);
2568   bool Invariant = OrigLoop->isLoopInvariant(V) && !NewInstr;
2569
2570   // Place the code for broadcasting invariant variables in the new preheader.
2571   IRBuilder<>::InsertPointGuard Guard(Builder);
2572   if (Invariant)
2573     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
2574
2575   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
2576   Value *Shuf = Builder.CreateVectorSplat(VF, V, "broadcast");
2577
2578   return Shuf;
2579 }
2580
2581 void InnerLoopVectorizer::createVectorIntOrFpInductionPHI(
2582     const InductionDescriptor &II, Value *Step, Instruction *EntryVal) {
2583   Value *Start = II.getStartValue();
2584
2585   // Construct the initial value of the vector IV in the vector loop preheader
2586   auto CurrIP = Builder.saveIP();
2587   Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
2588   if (isa<TruncInst>(EntryVal)) {
2589     assert(Start->getType()->isIntegerTy() &&
2590            "Truncation requires an integer type");
2591     auto *TruncType = cast<IntegerType>(EntryVal->getType());
2592     Step = Builder.CreateTrunc(Step, TruncType);
2593     Start = Builder.CreateCast(Instruction::Trunc, Start, TruncType);
2594   }
2595   Value *SplatStart = Builder.CreateVectorSplat(VF, Start);
2596   Value *SteppedStart =
2597       getStepVector(SplatStart, 0, Step, II.getInductionOpcode());
2598
2599   // We create vector phi nodes for both integer and floating-point induction
2600   // variables. Here, we determine the kind of arithmetic we will perform.
2601   Instruction::BinaryOps AddOp;
2602   Instruction::BinaryOps MulOp;
2603   if (Step->getType()->isIntegerTy()) {
2604     AddOp = Instruction::Add;
2605     MulOp = Instruction::Mul;
2606   } else {
2607     AddOp = II.getInductionOpcode();
2608     MulOp = Instruction::FMul;
2609   }
2610
2611   // Multiply the vectorization factor by the step using integer or
2612   // floating-point arithmetic as appropriate.
2613   Value *ConstVF = getSignedIntOrFpConstant(Step->getType(), VF);
2614   Value *Mul = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(MulOp, Step, ConstVF));
2615
2616   // Create a vector splat to use in the induction update.
2617   //
2618   // FIXME: If the step is non-constant, we create the vector splat with
2619   //        IRBuilder. IRBuilder can constant-fold the multiply, but it doesn't
2620   //        handle a constant vector splat.
2621   Value *SplatVF = isa<Constant>(Mul)
2622                        ? ConstantVector::getSplat(VF, cast<Constant>(Mul))
2623                        : Builder.CreateVectorSplat(VF, Mul);
2624   Builder.restoreIP(CurrIP);
2625
2626   // We may need to add the step a number of times, depending on the unroll
2627   // factor. The last of those goes into the PHI.
2628   PHINode *VecInd = PHINode::Create(SteppedStart->getType(), 2, "vec.ind",
2629                                     &*LoopVectorBody->getFirstInsertionPt());
2630   Instruction *LastInduction = VecInd;
2631   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2632     VectorLoopValueMap.setVectorValue(EntryVal, Part, LastInduction);
2633     recordVectorLoopValueForInductionCast(II, LastInduction, Part);
2634     if (isa<TruncInst>(EntryVal))
2635       addMetadata(LastInduction, EntryVal);
2636     LastInduction = cast<Instruction>(addFastMathFlag(
2637         Builder.CreateBinOp(AddOp, LastInduction, SplatVF, "step.add")));
2638   }
2639
2640   // Move the last step to the end of the latch block. This ensures consistent
2641   // placement of all induction updates.
2642   auto *LoopVectorLatch = LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch();
2643   auto *Br = cast<BranchInst>(LoopVectorLatch->getTerminator());
2644   auto *ICmp = cast<Instruction>(Br->getCondition());
2645   LastInduction->moveBefore(ICmp);
2646   LastInduction->setName("vec.ind.next");
2647
2648   VecInd->addIncoming(SteppedStart, LoopVectorPreHeader);
2649   VecInd->addIncoming(LastInduction, LoopVectorLatch);
2650 }
2651
2652 bool InnerLoopVectorizer::shouldScalarizeInstruction(Instruction *I) const {
2653   return Cost->isScalarAfterVectorization(I, VF) ||
2654          Cost->isProfitableToScalarize(I, VF);
2655 }
2656
2657 bool InnerLoopVectorizer::needsScalarInduction(Instruction *IV) const {
2658   if (shouldScalarizeInstruction(IV))
2659     return true;
2660   auto isScalarInst = [&](User *U) -> bool {
2661     auto *I = cast<Instruction>(U);
2662     return (OrigLoop->contains(I) && shouldScalarizeInstruction(I));
2663   };
2664   return llvm::any_of(IV->users(), isScalarInst);
2665 }
2666
2667 void InnerLoopVectorizer::recordVectorLoopValueForInductionCast(
2668     const InductionDescriptor &ID, Value *VectorLoopVal, unsigned Part,
2669     unsigned Lane) {
2670   const SmallVectorImpl<Instruction *> &Casts = ID.getCastInsts();
2671   if (Casts.empty())
2672     return;
2673   // Only the first Cast instruction in the Casts vector is of interest.
2674   // The rest of the Casts (if exist) have no uses outside the
2675   // induction update chain itself.
2676   Instruction *CastInst = *Casts.begin();
2677   if (Lane < UINT_MAX)
2678     VectorLoopValueMap.setScalarValue(CastInst, {Part, Lane}, VectorLoopVal);
2679   else
2680     VectorLoopValueMap.setVectorValue(CastInst, Part, VectorLoopVal);
2681 }
2682
2683 void InnerLoopVectorizer::widenIntOrFpInduction(PHINode *IV, TruncInst *Trunc) {
2684   assert((IV->getType()->isIntegerTy() || IV != OldInduction) &&
2685          "Primary induction variable must have an integer type");
2686
2687   auto II = Legal->getInductionVars()->find(IV);
2688   assert(II != Legal->getInductionVars()->end() && "IV is not an induction");
2689
2690   auto ID = II->second;
2691   assert(IV->getType() == ID.getStartValue()->getType() && "Types must match");
2692
2693   // The scalar value to broadcast. This will be derived from the canonical
2694   // induction variable.
2695   Value *ScalarIV = nullptr;
2696
2697   // The value from the original loop to which we are mapping the new induction
2698   // variable.
2699   Instruction *EntryVal = Trunc ? cast<Instruction>(Trunc) : IV;
2700
2701   // True if we have vectorized the induction variable.
2702   auto VectorizedIV = false;
2703
2704   // Determine if we want a scalar version of the induction variable. This is
2705   // true if the induction variable itself is not widened, or if it has at
2706   // least one user in the loop that is not widened.
2707   auto NeedsScalarIV = VF > 1 && needsScalarInduction(EntryVal);
2708
2709   // Generate code for the induction step. Note that induction steps are
2710   // required to be loop-invariant
2711   assert(PSE.getSE()->isLoopInvariant(ID.getStep(), OrigLoop) &&
2712          "Induction step should be loop invariant");
2713   auto &DL = OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
2714   Value *Step = nullptr;
2715   if (PSE.getSE()->isSCEVable(IV->getType())) {
2716     SCEVExpander Exp(*PSE.getSE(), DL, "induction");
2717     Step = Exp.expandCodeFor(ID.getStep(), ID.getStep()->getType(),
2718                              LoopVectorPreHeader->getTerminator());
2719   } else {
2720     Step = cast<SCEVUnknown>(ID.getStep())->getValue();
2721   }
2722
2723   // Try to create a new independent vector induction variable. If we can't
2724   // create the phi node, we will splat the scalar induction variable in each
2725   // loop iteration.
2726   if (VF > 1 && !shouldScalarizeInstruction(EntryVal)) {
2727     createVectorIntOrFpInductionPHI(ID, Step, EntryVal);
2728     VectorizedIV = true;
2729   }
2730
2731   // If we haven't yet vectorized the induction variable, or if we will create
2732   // a scalar one, we need to define the scalar induction variable and step
2733   // values. If we were given a truncation type, truncate the canonical
2734   // induction variable and step. Otherwise, derive these values from the
2735   // induction descriptor.
2736   if (!VectorizedIV || NeedsScalarIV) {
2737     ScalarIV = Induction;
2738     if (IV != OldInduction) {
2739       ScalarIV = IV->getType()->isIntegerTy()
2740                      ? Builder.CreateSExtOrTrunc(Induction, IV->getType())
2741                      : Builder.CreateCast(Instruction::SIToFP, Induction,
2742                                           IV->getType());
2743       ScalarIV = ID.transform(Builder, ScalarIV, PSE.getSE(), DL);
2744       ScalarIV->setName("offset.idx");
2745     }
2746     if (Trunc) {
2747       auto *TruncType = cast<IntegerType>(Trunc->getType());
2748       assert(Step->getType()->isIntegerTy() &&
2749              "Truncation requires an integer step");
2750       ScalarIV = Builder.CreateTrunc(ScalarIV, TruncType);
2751       Step = Builder.CreateTrunc(Step, TruncType);
2752     }
2753   }
2754
2755   // If we haven't yet vectorized the induction variable, splat the scalar
2756   // induction variable, and build the necessary step vectors.
2757   if (!VectorizedIV) {
2758     Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ScalarIV);
2759     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2760       Value *EntryPart =
2761           getStepVector(Broadcasted, VF * Part, Step, ID.getInductionOpcode());
2762       VectorLoopValueMap.setVectorValue(EntryVal, Part, EntryPart);
2763       recordVectorLoopValueForInductionCast(ID, EntryPart, Part);
2764       if (Trunc)
2765         addMetadata(EntryPart, Trunc);
2766     }
2767   }
2768
2769   // If an induction variable is only used for counting loop iterations or
2770   // calculating addresses, it doesn't need to be widened. Create scalar steps
2771   // that can be used by instructions we will later scalarize. Note that the
2772   // addition of the scalar steps will not increase the number of instructions
2773   // in the loop in the common case prior to InstCombine. We will be trading
2774   // one vector extract for each scalar step.
2775   if (NeedsScalarIV)
2776     buildScalarSteps(ScalarIV, Step, EntryVal, ID);
2777 }
2778
2779 Value *InnerLoopVectorizer::getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
2780                                           Instruction::BinaryOps BinOp) {
2781   // Create and check the types.
2782   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
2783   int VLen = Val->getType()->getVectorNumElements();
2784
2785   Type *STy = Val->getType()->getScalarType();
2786   assert((STy->isIntegerTy() || STy->isFloatingPointTy()) &&
2787          "Induction Step must be an integer or FP");
2788   assert(Step->getType() == STy && "Step has wrong type");
2789
2790   SmallVector<Constant *, 8> Indices;
2791
2792   if (STy->isIntegerTy()) {
2793     // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
2794     for (int i = 0; i < VLen; ++i)
2795       Indices.push_back(ConstantInt::get(STy, StartIdx + i));
2796
2797     // Add the consecutive indices to the vector value.
2798     Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
2799     assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
2800     Step = Builder.CreateVectorSplat(VLen, Step);
2801     assert(Step->getType() == Val->getType() && "Invalid step vec");
2802     // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
2803     // which can be found from the original scalar operations.
2804     Step = Builder.CreateMul(Cv, Step);
2805     return Builder.CreateAdd(Val, Step, "induction");
2806   }
2807
2808   // Floating point induction.
2809   assert((BinOp == Instruction::FAdd || BinOp == Instruction::FSub) &&
2810          "Binary Opcode should be specified for FP induction");
2811   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
2812   for (int i = 0; i < VLen; ++i)
2813     Indices.push_back(ConstantFP::get(STy, (double)(StartIdx + i)));
2814
2815   // Add the consecutive indices to the vector value.
2816   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
2817
2818   Step = Builder.CreateVectorSplat(VLen, Step);
2819
2820   // Floating point operations had to be 'fast' to enable the induction.
2821   FastMathFlags Flags;
2822   Flags.setFast();
2823
2824   Value *MulOp = Builder.CreateFMul(Cv, Step);
2825   if (isa<Instruction>(MulOp))
2826     // Have to check, MulOp may be a constant
2827     cast<Instruction>(MulOp)->setFastMathFlags(Flags);
2828
2829   Value *BOp = Builder.CreateBinOp(BinOp, Val, MulOp, "induction");
2830   if (isa<Instruction>(BOp))
2831     cast<Instruction>(BOp)->setFastMathFlags(Flags);
2832   return BOp;
2833 }
2834
2835 void InnerLoopVectorizer::buildScalarSteps(Value *ScalarIV, Value *Step,
2836                                            Value *EntryVal,
2837                                            const InductionDescriptor &ID) {
2838   // We shouldn't have to build scalar steps if we aren't vectorizing.
2839   assert(VF > 1 && "VF should be greater than one");
2840
2841   // Get the value type and ensure it and the step have the same integer type.
2842   Type *ScalarIVTy = ScalarIV->getType()->getScalarType();
2843   assert(ScalarIVTy == Step->getType() &&
2844          "Val and Step should have the same type");
2845
2846   // We build scalar steps for both integer and floating-point induction
2847   // variables. Here, we determine the kind of arithmetic we will perform.
2848   Instruction::BinaryOps AddOp;
2849   Instruction::BinaryOps MulOp;
2850   if (ScalarIVTy->isIntegerTy()) {
2851     AddOp = Instruction::Add;
2852     MulOp = Instruction::Mul;
2853   } else {
2854     AddOp = ID.getInductionOpcode();
2855     MulOp = Instruction::FMul;
2856   }
2857
2858   // Determine the number of scalars we need to generate for each unroll
2859   // iteration. If EntryVal is uniform, we only need to generate the first
2860   // lane. Otherwise, we generate all VF values.
2861   unsigned Lanes =
2862       Cost->isUniformAfterVectorization(cast<Instruction>(EntryVal), VF) ? 1
2863                                                                          : VF;
2864   // Compute the scalar steps and save the results in VectorLoopValueMap.
2865   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2866     for (unsigned Lane = 0; Lane < Lanes; ++Lane) {
2867       auto *StartIdx = getSignedIntOrFpConstant(ScalarIVTy, VF * Part + Lane);
2868       auto *Mul = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(MulOp, StartIdx, Step));
2869       auto *Add = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(AddOp, ScalarIV, Mul));
2870       VectorLoopValueMap.setScalarValue(EntryVal, {Part, Lane}, Add);
2871       recordVectorLoopValueForInductionCast(ID, Add, Part, Lane);
2872     }
2873   }
2874 }
2875
2876 int LoopVectorizationLegality::isConsecutivePtr(Value *Ptr) {
2877   const ValueToValueMap &Strides = getSymbolicStrides() ? *getSymbolicStrides() :
2878     ValueToValueMap();
2879
2880   int Stride = getPtrStride(PSE, Ptr, TheLoop, Strides, true, false);
2881   if (Stride == 1 || Stride == -1)
2882     return Stride;
2883   return 0;
2884 }
2885
2886 bool LoopVectorizationLegality::isUniform(Value *V) {
2887   return LAI->isUniform(V);
2888 }
2889
2890 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateVectorValue(Value *V, unsigned Part) {
2891   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
2892   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
2893   assert(!V->getType()->isVoidTy() && "Type does not produce a value");
2894
2895   // If we have a stride that is replaced by one, do it here.
2896   if (Legal->hasStride(V))
2897     V = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
2898
2899   // If we have a vector mapped to this value, return it.
2900   if (VectorLoopValueMap.hasVectorValue(V, Part))
2901     return VectorLoopValueMap.getVectorValue(V, Part);
2902
2903   // If the value has not been vectorized, check if it has been scalarized
2904   // instead. If it has been scalarized, and we actually need the value in
2905   // vector form, we will construct the vector values on demand.
2906   if (VectorLoopValueMap.hasAnyScalarValue(V)) {
2907     Value *ScalarValue = VectorLoopValueMap.getScalarValue(V, {Part, 0});
2908
2909     // If we've scalarized a value, that value should be an instruction.
2910     auto *I = cast<Instruction>(V);
2911
2912     // If we aren't vectorizing, we can just copy the scalar map values over to
2913     // the vector map.
2914     if (VF == 1) {
2915       VectorLoopValueMap.setVectorValue(V, Part, ScalarValue);
2916       return ScalarValue;
2917     }
2918
2919     // Get the last scalar instruction we generated for V and Part. If the value
2920     // is known to be uniform after vectorization, this corresponds to lane zero
2921     // of the Part unroll iteration. Otherwise, the last instruction is the one
2922     // we created for the last vector lane of the Part unroll iteration.
2923     unsigned LastLane = Cost->isUniformAfterVectorization(I, VF) ? 0 : VF - 1;
2924     auto *LastInst = cast<Instruction>(
2925         VectorLoopValueMap.getScalarValue(V, {Part, LastLane}));
2926
2927     // Set the insert point after the last scalarized instruction. This ensures
2928     // the insertelement sequence will directly follow the scalar definitions.
2929     auto OldIP = Builder.saveIP();
2930     auto NewIP = std::next(BasicBlock::iterator(LastInst));
2931     Builder.SetInsertPoint(&*NewIP);
2932
2933     // However, if we are vectorizing, we need to construct the vector values.
2934     // If the value is known to be uniform after vectorization, we can just
2935     // broadcast the scalar value corresponding to lane zero for each unroll
2936     // iteration. Otherwise, we construct the vector values using insertelement
2937     // instructions. Since the resulting vectors are stored in
2938     // VectorLoopValueMap, we will only generate the insertelements once.
2939     Value *VectorValue = nullptr;
2940     if (Cost->isUniformAfterVectorization(I, VF)) {
2941       VectorValue = getBroadcastInstrs(ScalarValue);
2942       VectorLoopValueMap.setVectorValue(V, Part, VectorValue);
2943     } else {
2944       // Initialize packing with insertelements to start from undef.
2945       Value *Undef = UndefValue::get(VectorType::get(V->getType(), VF));
2946       VectorLoopValueMap.setVectorValue(V, Part, Undef);
2947       for (unsigned Lane = 0; Lane < VF; ++Lane)
2948         packScalarIntoVectorValue(V, {Part, Lane});
2949       VectorValue = VectorLoopValueMap.getVectorValue(V, Part);
2950     }
2951     Builder.restoreIP(OldIP);
2952     return VectorValue;
2953   }
2954
2955   // If this scalar is unknown, assume that it is a constant or that it is
2956   // loop invariant. Broadcast V and save the value for future uses.
2957   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
2958   VectorLoopValueMap.setVectorValue(V, Part, B);
2959   return B;
2960 }
2961
2962 Value *
2963 InnerLoopVectorizer::getOrCreateScalarValue(Value *V,
2964                                             const VPIteration &Instance) {
2965   // If the value is not an instruction contained in the loop, it should
2966   // already be scalar.
2967   if (OrigLoop->isLoopInvariant(V))
2968     return V;
2969
2970   assert(Instance.Lane > 0
2971              ? !Cost->isUniformAfterVectorization(cast<Instruction>(V), VF)
2972              : true && "Uniform values only have lane zero");
2973
2974   // If the value from the original loop has not been vectorized, it is
2975   // represented by UF x VF scalar values in the new loop. Return the requested
2976   // scalar value.
2977   if (VectorLoopValueMap.hasScalarValue(V, Instance))
2978     return VectorLoopValueMap.getScalarValue(V, Instance);
2979
2980   // If the value has not been scalarized, get its entry in VectorLoopValueMap
2981   // for the given unroll part. If this entry is not a vector type (i.e., the
2982   // vectorization factor is one), there is no need to generate an
2983   // extractelement instruction.
2984   auto *U = getOrCreateVectorValue(V, Instance.Part);
2985   if (!U->getType()->isVectorTy()) {
2986     assert(VF == 1 && "Value not scalarized has non-vector type");
2987     return U;
2988   }
2989
2990   // Otherwise, the value from the original loop has been vectorized and is
2991   // represented by UF vector values. Extract and return the requested scalar
2992   // value from the appropriate vector lane.
2993   return Builder.CreateExtractElement(U, Builder.getInt32(Instance.Lane));
2994 }
2995
2996 void InnerLoopVectorizer::packScalarIntoVectorValue(
2997     Value *V, const VPIteration &Instance) {
2998   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
2999   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't pack a vector");
3000   assert(!V->getType()->isVoidTy() && "Type does not produce a value");
3001
3002   Value *ScalarInst = VectorLoopValueMap.getScalarValue(V, Instance);
3003   Value *VectorValue = VectorLoopValueMap.getVectorValue(V, Instance.Part);
3004   VectorValue = Builder.CreateInsertElement(VectorValue, ScalarInst,
3005                                             Builder.getInt32(Instance.Lane));
3006   VectorLoopValueMap.resetVectorValue(V, Instance.Part, VectorValue);
3007 }
3008
3009 Value *InnerLoopVectorizer::reverseVector(Value *Vec) {
3010   assert(Vec->getType()->isVectorTy() && "Invalid type");
3011   SmallVector<Constant *, 8> ShuffleMask;
3012   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
3013     ShuffleMask.push_back(Builder.getInt32(VF - i - 1));
3014
3015   return Builder.CreateShuffleVector(Vec, UndefValue::get(Vec->getType()),
3016                                      ConstantVector::get(ShuffleMask),
3017                                      "reverse");
3018 }
3019
3020 // Try to vectorize the interleave group that \p Instr belongs to.
3021 //
3022 // E.g. Translate following interleaved load group (factor = 3):
3023 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
3024 //     R = Pic[i];             // Member of index 0
3025 //     G = Pic[i+1];           // Member of index 1
3026 //     B = Pic[i+2];           // Member of index 2
3027 //     ... // do something to R, G, B
3028 //   }
3029 // To:
3030 //   %wide.vec = load <12 x i32>                       ; Read 4 tuples of R,G,B
3031 //   %R.vec = shuffle %wide.vec, undef, <0, 3, 6, 9>   ; R elements
3032 //   %G.vec = shuffle %wide.vec, undef, <1, 4, 7, 10>  ; G elements
3033 //   %B.vec = shuffle %wide.vec, undef, <2, 5, 8, 11>  ; B elements
3034 //
3035 // Or translate following interleaved store group (factor = 3):
3036 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
3037 //     ... do something to R, G, B
3038 //     Pic[i]   = R;           // Member of index 0
3039 //     Pic[i+1] = G;           // Member of index 1
3040 //     Pic[i+2] = B;           // Member of index 2
3041 //   }
3042 // To:
3043 //   %R_G.vec = shuffle %R.vec, %G.vec, <0, 1, 2, ..., 7>
3044 //   %B_U.vec = shuffle %B.vec, undef, <0, 1, 2, 3, u, u, u, u>
3045 //   %interleaved.vec = shuffle %R_G.vec, %B_U.vec,
3046 //        <0, 4, 8, 1, 5, 9, 2, 6, 10, 3, 7, 11>    ; Interleave R,G,B elements
3047 //   store <12 x i32> %interleaved.vec              ; Write 4 tuples of R,G,B
3048 void InnerLoopVectorizer::vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr) {
3049   const InterleaveGroup *Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(Instr);
3050   assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
3051
3052   // Skip if current instruction is not the insert position.
3053   if (Instr != Group->getInsertPos())
3054     return;
3055
3056   const DataLayout &DL = Instr->getModule()->getDataLayout();
3057   Value *Ptr = getPointerOperand(Instr);
3058
3059   // Prepare for the vector type of the interleaved load/store.
3060   Type *ScalarTy = getMemInstValueType(Instr);
3061   unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
3062   Type *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, InterleaveFactor * VF);
3063   Type *PtrTy = VecTy->getPointerTo(getMemInstAddressSpace(Instr));
3064
3065   // Prepare for the new pointers.
3066   setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
3067   SmallVector<Value *, 2> NewPtrs;
3068   unsigned Index = Group->getIndex(Instr);
3069
3070   // If the group is reverse, adjust the index to refer to the last vector lane
3071   // instead of the first. We adjust the index from the first vector lane,
3072   // rather than directly getting the pointer for lane VF - 1, because the
3073   // pointer operand of the interleaved access is supposed to be uniform. For
3074   // uniform instructions, we're only required to generate a value for the
3075   // first vector lane in each unroll iteration.
3076   if (Group->isReverse())
3077     Index += (VF - 1) * Group->getFactor();
3078
3079   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
3080     Value *NewPtr = getOrCreateScalarValue(Ptr, {Part, 0});
3081
3082     // Notice current instruction could be any index. Need to adjust the address
3083     // to the member of index 0.
3084     //
3085     // E.g.  a = A[i+1];     // Member of index 1 (Current instruction)
3086     //       b = A[i];       // Member of index 0
3087     // Current pointer is pointed to A[i+1], adjust it to A[i].
3088     //
3089     // E.g.  A[i+1] = a;     // Member of index 1
3090     //       A[i]   = b;     // Member of index 0
3091     //       A[i+2] = c;     // Member of index 2 (Current instruction)
3092     // Current pointer is pointed to A[i+2], adjust it to A[i].
3093     NewPtr = Builder.CreateGEP(NewPtr, Builder.getInt32(-Index));
3094
3095     // Cast to the vector pointer type.
3096     NewPtrs.push_back(Builder.CreateBitCast(NewPtr, PtrTy));
3097   }
3098
3099   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
3100   Value *UndefVec = UndefValue::get(VecTy);
3101
3102   // Vectorize the interleaved load group.
3103   if (isa<LoadInst>(Instr)) {
3104     // For each unroll part, create a wide load for the group.
3105     SmallVector<Value *, 2> NewLoads;
3106     for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
3107       auto *NewLoad = Builder.CreateAlignedLoad(
3108           NewPtrs[Part], Group->getAlignment(), "wide.vec");
3109       Group->addMetadata(NewLoad);
3110       NewLoads.push_back(NewLoad);
3111     }
3112
3113     // For each member in the group, shuffle out the appropriate data from the
3114     // wide loads.
3115     for (unsigned I = 0; I < InterleaveFactor; ++I) {
3116       Instruction *Member = Group->getMember(I);
3117
3118       // Skip the gaps in the group.
3119       if (!Member)
3120         continue;
3121
3122       Constant *StrideMask = createStrideMask(Builder, I, InterleaveFactor, VF);
3123       for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
3124         Value *StridedVec = Builder.CreateShuffleVector(
3125             NewLoads[Part], UndefVec, StrideMask, "strided.vec");
3126
3127         // If this member has different type, cast the result type.
3128         if (Member->getType() != ScalarTy) {
3129           VectorType *OtherVTy = VectorType::get(Member->getType(), VF);
3130           StridedVec = createBitOrPointerCast(StridedVec, OtherVTy, DL);
3131         }
3132
3133         if (Group->isReverse())
3134           StridedVec = reverseVector(StridedVec);
3135
3136         VectorLoopValueMap.setVectorValue(Member, Part, StridedVec);
3137       }
3138     }
3139     return;
3140   }
3141
3142   // The sub vector type for current instruction.
3143   VectorType *SubVT = VectorType::get(ScalarTy, VF);
3144
3145   // Vectorize the interleaved store group.
3146   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
3147     // Collect the stored vector from each member.
3148     SmallVector<Value *, 4> StoredVecs;
3149     for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++) {
3150       // Interleaved store group doesn't allow a gap, so each index has a member
3151       Instruction *Member = Group->getMember(i);
3152       assert(Member && "Fail to get a member from an interleaved store group");
3153
3154       Value *StoredVec = getOrCreateVectorValue(
3155           cast<StoreInst>(Member)->getValueOperand(), Part);
3156       if (Group->isReverse())
3157         StoredVec = reverseVector(StoredVec);
3158
3159       // If this member has different type, cast it to a unified type.
3160
3161       if (StoredVec->getType() != SubVT)
3162         StoredVec = createBitOrPointerCast(StoredVec, SubVT, DL);
3163
3164       StoredVecs.push_back(StoredVec);
3165     }
3166
3167     // Concatenate all vectors into a wide vector.
3168     Value *WideVec = concatenateVectors(Builder, StoredVecs);
3169
3170     // Interleave the elements in the wide vector.
3171     Constant *IMask = createInterleaveMask(Builder, VF, InterleaveFactor);
3172     Value *IVec = Builder.CreateShuffleVector(WideVec, UndefVec, IMask,
3173                                               "interleaved.vec");
3174
3175     Instruction *NewStoreInstr =
3176         Builder.CreateAlignedStore(IVec, NewPtrs[Part], Group->getAlignment());
3177
3178     Group->addMetadata(NewStoreInstr);
3179   }
3180 }
3181
3182 void InnerLoopVectorizer::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr,
3183                                                      VectorParts *BlockInMask) {
3184   // Attempt to issue a wide load.
3185   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
3186   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
3187
3188   assert((LI || SI) && "Invalid Load/Store instruction");
3189
3190   LoopVectorizationCostModel::InstWidening Decision =
3191       Cost->getWideningDecision(Instr, VF);
3192   assert(Decision != LoopVectorizationCostModel::CM_Unknown &&
3193          "CM decision should be taken at this point");
3194   if (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_Interleave)
3195     return vectorizeInterleaveGroup(Instr);
3196
3197   Type *ScalarDataTy = getMemInstValueType(Instr);
3198   Type *DataTy = VectorType::get(ScalarDataTy, VF);
3199   Value *Ptr = getPointerOperand(Instr);
3200   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(Instr);
3201   // An alignment of 0 means target abi alignment. We need to use the scalar's
3202   // target abi alignment in such a case.
3203   const DataLayout &DL = Instr->getModule()->getDataLayout();
3204   if (!Alignment)
3205     Alignment = DL.getABITypeAlignment(ScalarDataTy);
3206   unsigned AddressSpace = getMemInstAddressSpace(Instr);
3207
3208   // Determine if the pointer operand of the access is either consecutive or
3209   // reverse consecutive.
3210   bool Reverse = (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_Widen_Reverse);
3211   bool ConsecutiveStride =
3212       Reverse || (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_Widen);
3213   bool CreateGatherScatter =
3214       (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_GatherScatter);
3215
3216   // Either Ptr feeds a vector load/store, or a vector GEP should feed a vector
3217   // gather/scatter. Otherwise Decision should have been to Scalarize.
3218   assert((ConsecutiveStride || CreateGatherScatter) &&
3219          "The instruction should be scalarized");
3220
3221   // Handle consecutive loads/stores.
3222   if (ConsecutiveStride)
3223     Ptr = getOrCreateScalarValue(Ptr, {0, 0});
3224
3225   VectorParts Mask;
3226   bool isMaskRequired = BlockInMask;
3227   if (isMaskRequired)
3228     Mask = *BlockInMask;
3229
3230   // Handle Stores:
3231   if (SI) {
3232     assert(!Legal->isUniform(SI->getPointerOperand()) &&
3233            "We do not allow storing to uniform addresses");
3234     setDebugLocFromInst(Builder, SI);
3235
3236     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3237       Instruction *NewSI = nullptr;
3238       Value *StoredVal = getOrCreateVectorValue(SI->getValueOperand(), Part);
3239       if (CreateGatherScatter) {
3240         Value *MaskPart = isMaskRequired ? Mask[Part] : nullptr;
3241         Value *VectorGep = getOrCreateVectorValue(Ptr, Part);
3242         NewSI = Builder.CreateMaskedScatter(StoredVal, VectorGep, Alignment,
3243                                             MaskPart);
3244       } else {
3245         // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
3246         Value *PartPtr =
3247             Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
3248
3249         if (Reverse) {
3250           // If we store to reverse consecutive memory locations, then we need
3251           // to reverse the order of elements in the stored value.
3252           StoredVal = reverseVector(StoredVal);
3253           // We don't want to update the value in the map as it might be used in
3254           // another expression. So don't call resetVectorValue(StoredVal).
3255
3256           // If the address is consecutive but reversed, then the
3257           // wide store needs to start at the last vector element.
3258           PartPtr =
3259               Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
3260           PartPtr =
3261               Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
3262           if (isMaskRequired) // Reverse of a null all-one mask is a null mask.
3263             Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
3264         }
3265
3266         Value *VecPtr =
3267             Builder.CreateBitCast(PartPtr, DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
3268
3269         if (isMaskRequired)
3270           NewSI = Builder.CreateMaskedStore(StoredVal, VecPtr, Alignment,
3271                                             Mask[Part]);
3272         else
3273           NewSI = Builder.CreateAlignedStore(StoredVal, VecPtr, Alignment);
3274       }
3275       addMetadata(NewSI, SI);
3276     }
3277     return;
3278   }
3279
3280   // Handle loads.
3281   assert(LI && "Must have a load instruction");
3282   setDebugLocFromInst(Builder, LI);
3283   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3284     Value *NewLI;
3285     if (CreateGatherScatter) {
3286       Value *MaskPart = isMaskRequired ? Mask[Part] : nullptr;
3287       Value *VectorGep = getOrCreateVectorValue(Ptr, Part);
3288       NewLI = Builder.CreateMaskedGather(VectorGep, Alignment, MaskPart,
3289                                          nullptr, "wide.masked.gather");
3290       addMetadata(NewLI, LI);
3291     } else {
3292       // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
3293       Value *PartPtr =
3294           Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
3295
3296       if (Reverse) {
3297         // If the address is consecutive but reversed, then the
3298         // wide load needs to start at the last vector element.
3299         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
3300         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
3301         if (isMaskRequired) // Reverse of a null all-one mask is a null mask.
3302           Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
3303       }
3304
3305       Value *VecPtr =
3306           Builder.CreateBitCast(PartPtr, DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
3307       if (isMaskRequired)
3308         NewLI = Builder.CreateMaskedLoad(VecPtr, Alignment, Mask[Part],
3309                                          UndefValue::get(DataTy),
3310                                          "wide.masked.load");
3311       else
3312         NewLI = Builder.CreateAlignedLoad(VecPtr, Alignment, "wide.load");
3313
3314       // Add metadata to the load, but setVectorValue to the reverse shuffle.
3315       addMetadata(NewLI, LI);
3316       if (Reverse)
3317         NewLI = reverseVector(NewLI);
3318     }
3319     VectorLoopValueMap.setVectorValue(Instr, Part, NewLI);
3320   }
3321 }
3322
3323 void InnerLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
3324                                                const VPIteration &Instance,
3325                                                bool IfPredicateInstr) {
3326   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
3327
3328   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
3329
3330   // Does this instruction return a value ?
3331   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
3332
3333   Instruction *Cloned = Instr->clone();
3334   if (!IsVoidRetTy)
3335     Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
3336
3337   // Replace the operands of the cloned instructions with their scalar
3338   // equivalents in the new loop.
3339   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
3340     auto *NewOp = getOrCreateScalarValue(Instr->getOperand(op), Instance);
3341     Cloned->setOperand(op, NewOp);
3342   }
3343   addNewMetadata(Cloned, Instr);
3344
3345   // Place the cloned scalar in the new loop.
3346   Builder.Insert(Cloned);
3347
3348   // Add the cloned scalar to the scalar map entry.
3349   VectorLoopValueMap.setScalarValue(Instr, Instance, Cloned);
3350
3351   // If we just cloned a new assumption, add it the assumption cache.
3352   if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Cloned))
3353     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
3354       AC->registerAssumption(II);
3355
3356   // End if-block.
3357   if (IfPredicateInstr)
3358     PredicatedInstructions.push_back(Cloned);
3359 }
3360
3361 PHINode *InnerLoopVectorizer::createInductionVariable(Loop *L, Value *Start,
3362                                                       Value *End, Value *Step,
3363                                                       Instruction *DL) {
3364   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3365   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
3366   // As we're just creating this loop, it's possible no latch exists
3367   // yet. If so, use the header as this will be a single block loop.
3368   if (!Latch)
3369     Latch = Header;
3370
3371   IRBuilder<> Builder(&*Header->getFirstInsertionPt());
3372   Instruction *OldInst = getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction);
3373   setDebugLocFromInst(Builder, OldInst);
3374   auto *Induction = Builder.CreatePHI(Start->getType(), 2, "index");
3375
3376   Builder.SetInsertPoint(Latch->getTerminator());
3377   setDebugLocFromInst(Builder, OldInst);
3378
3379   // Create i+1 and fill the PHINode.
3380   Value *Next = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
3381   Induction->addIncoming(Start, L->getLoopPreheader());
3382   Induction->addIncoming(Next, Latch);
3383   // Create the compare.
3384   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(Next, End);
3385   Builder.CreateCondBr(ICmp, L->getExitBlock(), Header);
3386
3387   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
3388   Latch->getTerminator()->eraseFromParent();
3389
3390   return Induction;
3391 }
3392
3393 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateTripCount(Loop *L) {
3394   if (TripCount)
3395     return TripCount;
3396
3397   IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3398   // Find the loop boundaries.
3399   ScalarEvolution *SE = PSE.getSE();
3400   const SCEV *BackedgeTakenCount = PSE.getBackedgeTakenCount();
3401   assert(BackedgeTakenCount != SE->getCouldNotCompute() &&
3402          "Invalid loop count");
3403
3404   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
3405
3406   // The exit count might have the type of i64 while the phi is i32. This can
3407   // happen if we have an induction variable that is sign extended before the
3408   // compare. The only way that we get a backedge taken count is that the
3409   // induction variable was signed and as such will not overflow. In such a case
3410   // truncation is legal.
3411   if (BackedgeTakenCount->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
3412       IdxTy->getPrimitiveSizeInBits())
3413     BackedgeTakenCount = SE->getTruncateOrNoop(BackedgeTakenCount, IdxTy);
3414   BackedgeTakenCount = SE->getNoopOrZeroExtend(BackedgeTakenCount, IdxTy);
3415
3416   // Get the total trip count from the count by adding 1.
3417   const SCEV *ExitCount = SE->getAddExpr(
3418       BackedgeTakenCount, SE->getOne(BackedgeTakenCount->getType()));
3419
3420   const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
3421
3422   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
3423   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
3424   SCEVExpander Exp(*SE, DL, "induction");
3425
3426   // Count holds the overall loop count (N).
3427   TripCount = Exp.expandCodeFor(ExitCount, ExitCount->getType(),
3428                                 L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3429
3430   if (TripCount->getType()->isPointerTy())
3431     TripCount =
3432         CastInst::CreatePointerCast(TripCount, IdxTy, "exitcount.ptrcnt.to.int",
3433                                     L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3434
3435   return TripCount;
3436 }
3437
3438 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateVectorTripCount(Loop *L) {
3439   if (VectorTripCount)
3440     return VectorTripCount;
3441
3442   Value *TC = getOrCreateTripCount(L);
3443   IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3444
3445   // Now we need to generate the expression for the part of the loop that the
3446   // vectorized body will execute. This is equal to N - (N % Step) if scalar
3447   // iterations are not required for correctness, or N - Step, otherwise. Step
3448   // is equal to the vectorization factor (number of SIMD elements) times the
3449   // unroll factor (number of SIMD instructions).
3450   Constant *Step = ConstantInt::get(TC->getType(), VF * UF);
3451   Value *R = Builder.CreateURem(TC, Step, "n.mod.vf");
3452
3453   // If there is a non-reversed interleaved group that may speculatively access
3454   // memory out-of-bounds, we need to ensure that there will be at least one
3455   // iteration of the scalar epilogue loop. Thus, if the step evenly divides
3456   // the trip count, we set the remainder to be equal to the step. If the step
3457   // does not evenly divide the trip count, no adjustment is necessary since
3458   // there will already be scalar iterations. Note that the minimum iterations
3459   // check ensures that N >= Step.
3460   if (VF > 1 && Legal->requiresScalarEpilogue()) {
3461     auto *IsZero = Builder.CreateICmpEQ(R, ConstantInt::get(R->getType(), 0));
3462     R = Builder.CreateSelect(IsZero, Step, R);
3463   }
3464
3465   VectorTripCount = Builder.CreateSub(TC, R, "n.vec");
3466
3467   return VectorTripCount;
3468 }
3469
3470 Value *InnerLoopVectorizer::createBitOrPointerCast(Value *V, VectorType *DstVTy,
3471                                                    const DataLayout &DL) {
3472   // Verify that V is a vector type with same number of elements as DstVTy.
3473   unsigned VF = DstVTy->getNumElements();
3474   VectorType *SrcVecTy = cast<VectorType>(V->getType());
3475   assert((VF == SrcVecTy->getNumElements()) && "Vector dimensions do not match");
3476   Type *SrcElemTy = SrcVecTy->getElementType();
3477   Type *DstElemTy = DstVTy->getElementType();
3478   assert((DL.getTypeSizeInBits(SrcElemTy) == DL.getTypeSizeInBits(DstElemTy)) &&
3479          "Vector elements must have same size");
3480
3481   // Do a direct cast if element types are castable.
3482   if (CastInst::isBitOrNoopPointerCastable(SrcElemTy, DstElemTy, DL)) {
3483     return Builder.CreateBitOrPointerCast(V, DstVTy);
3484   }
3485   // V cannot be directly casted to desired vector type.
3486   // May happen when V is a floating point vector but DstVTy is a vector of
3487   // pointers or vice-versa. Handle this using a two-step bitcast using an
3488   // intermediate Integer type for the bitcast i.e. Ptr <-> Int <-> Float.
3489   assert((DstElemTy->isPointerTy() != SrcElemTy->isPointerTy()) &&
3490          "Only one type should be a pointer type");
3491   assert((DstElemTy->isFloatingPointTy() != SrcElemTy->isFloatingPointTy()) &&
3492          "Only one type should be a floating point type");
3493   Type *IntTy =
3494       IntegerType::getIntNTy(V->getContext(), DL.getTypeSizeInBits(SrcElemTy));
3495   VectorType *VecIntTy = VectorType::get(IntTy, VF);
3496   Value *CastVal = Builder.CreateBitOrPointerCast(V, VecIntTy);
3497   return Builder.CreateBitOrPointerCast(CastVal, DstVTy);
3498 }
3499
3500 void InnerLoopVectorizer::emitMinimumIterationCountCheck(Loop *L,
3501                                                          BasicBlock *Bypass) {
3502   Value *Count = getOrCreateTripCount(L);
3503   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3504   IRBuilder<> Builder(BB->getTerminator());
3505
3506   // Generate code to check if the loop's trip count is less than VF * UF, or
3507   // equal to it in case a scalar epilogue is required; this implies that the
3508   // vector trip count is zero. This check also covers the case where adding one
3509   // to the backedge-taken count overflowed leading to an incorrect trip count
3510   // of zero. In this case we will also jump to the scalar loop.
3511   auto P = Legal->requiresScalarEpilogue() ? ICmpInst::ICMP_ULE
3512                                            : ICmpInst::ICMP_ULT;
3513   Value *CheckMinIters = Builder.CreateICmp(
3514       P, Count, ConstantInt::get(Count->getType(), VF * UF), "min.iters.check");
3515
3516   BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
3517   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3518   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3519   // checks may query it before the current function is finished.
3520   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3521   if (L->getParentLoop())
3522     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3523   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3524                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, CheckMinIters));
3525   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3526 }
3527
3528 void InnerLoopVectorizer::emitSCEVChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass) {
3529   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3530
3531   // Generate the code to check that the SCEV assumptions that we made.
3532   // We want the new basic block to start at the first instruction in a
3533   // sequence of instructions that form a check.
3534   SCEVExpander Exp(*PSE.getSE(), Bypass->getModule()->getDataLayout(),
3535                    "scev.check");
3536   Value *SCEVCheck =
3537       Exp.expandCodeForPredicate(&PSE.getUnionPredicate(), BB->getTerminator());
3538
3539   if (auto *C = dyn_cast<ConstantInt>(SCEVCheck))
3540     if (C->isZero())
3541       return;
3542
3543   // Create a new block containing the stride check.
3544   BB->setName("vector.scevcheck");
3545   auto *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
3546   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3547   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3548   // checks may query it before the current function is finished.
3549   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3550   if (L->getParentLoop())
3551     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3552   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3553                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, SCEVCheck));
3554   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3555   AddedSafetyChecks = true;
3556 }
3557
3558 void InnerLoopVectorizer::emitMemRuntimeChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass) {
3559   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3560
3561   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
3562   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
3563   // faster.
3564   Instruction *FirstCheckInst;
3565   Instruction *MemRuntimeCheck;
3566   std::tie(FirstCheckInst, MemRuntimeCheck) =
3567       Legal->getLAI()->addRuntimeChecks(BB->getTerminator());
3568   if (!MemRuntimeCheck)
3569     return;
3570
3571   // Create a new block containing the memory check.
3572   BB->setName("vector.memcheck");
3573   auto *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
3574   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3575   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3576   // checks may query it before the current function is finished.
3577   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3578   if (L->getParentLoop())
3579     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3580   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3581                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, MemRuntimeCheck));
3582   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3583   AddedSafetyChecks = true;
3584
3585   // We currently don't use LoopVersioning for the actual loop cloning but we
3586   // still use it to add the noalias metadata.
3587   LVer = llvm::make_unique<LoopVersioning>(*Legal->getLAI(), OrigLoop, LI, DT,
3588                                            PSE.getSE());
3589   LVer->prepareNoAliasMetadata();
3590 }
3591
3592 BasicBlock *InnerLoopVectorizer::createVectorizedLoopSkeleton() {
3593   /*
3594    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
3595    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
3596    scalar remainder.
3597
3598        [ ] <-- loop iteration number check.
3599     /   |
3600    /    v
3601   |    [ ] <-- vector loop bypass (may consist of multiple blocks).
3602   |  /  |
3603   | /   v
3604   ||   [ ]     <-- vector pre header.
3605   |/    |
3606   |     v
3607   |    [  ] \
3608   |    [  ]_|   <-- vector loop.
3609   |     |
3610   |     v
3611   |   -[ ]   <--- middle-block.
3612   |  /  |
3613   | /   v
3614   -|- >[ ]     <--- new preheader.
3615    |    |
3616    |    v
3617    |   [ ] \
3618    |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
3619     \   |
3620      \  v
3621       >[ ]     <-- exit block.
3622    ...
3623    */
3624
3625   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
3626   BasicBlock *VectorPH = OrigLoop->getLoopPreheader();
3627   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
3628   assert(VectorPH && "Invalid loop structure");
3629   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
3630
3631   // Some loops have a single integer induction variable, while other loops
3632   // don't. One example is c++ iterators that often have multiple pointer
3633   // induction variables. In the code below we also support a case where we
3634   // don't have a single induction variable.
3635   //
3636   // We try to obtain an induction variable from the original loop as hard
3637   // as possible. However if we don't find one that:
3638   //   - is an integer
3639   //   - counts from zero, stepping by one
3640   //   - is the size of the widest induction variable type
3641   // then we create a new one.
3642   OldInduction = Legal->getPrimaryInduction();
3643   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
3644
3645   // Split the single block loop into the two loop structure described above.
3646   BasicBlock *VecBody =
3647       VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.body");
3648   BasicBlock *MiddleBlock =
3649       VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(), "middle.block");
3650   BasicBlock *ScalarPH =
3651       MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(), "scalar.ph");
3652
3653   // Create and register the new vector loop.
3654   Loop *Lp = LI->AllocateLoop();
3655   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
3656
3657   // Insert the new loop into the loop nest and register the new basic blocks
3658   // before calling any utilities such as SCEV that require valid LoopInfo.
3659   if (ParentLoop) {
3660     ParentLoop->addChildLoop(Lp);
3661     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, *LI);
3662     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, *LI);
3663   } else {
3664     LI->addTopLevelLoop(Lp);
3665   }
3666   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, *LI);
3667
3668   // Find the loop boundaries.
3669   Value *Count = getOrCreateTripCount(Lp);
3670
3671   Value *StartIdx = ConstantInt::get(IdxTy, 0);
3672
3673   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
3674   // jump to the scalar loop. This check also covers the case where the
3675   // backedge-taken count is uint##_max: adding one to it will overflow leading
3676   // to an incorrect trip count of zero. In this (rare) case we will also jump
3677   // to the scalar loop.
3678   emitMinimumIterationCountCheck(Lp, ScalarPH);
3679
3680   // Generate the code to check any assumptions that we've made for SCEV
3681   // expressions.
3682   emitSCEVChecks(Lp, ScalarPH);
3683
3684   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
3685   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
3686   // faster.
3687   emitMemRuntimeChecks(Lp, ScalarPH);
3688
3689   // Generate the induction variable.
3690   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
3691   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
3692   Value *CountRoundDown = getOrCreateVectorTripCount(Lp);
3693   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF * UF);
3694   Induction =
3695       createInductionVariable(Lp, StartIdx, CountRoundDown, Step,
3696                               getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
3697
3698   // We are going to resume the execution of the scalar loop.
3699   // Go over all of the induction variables that we found and fix the
3700   // PHIs that are left in the scalar version of the loop.
3701   // The starting values of PHI nodes depend on the counter of the last
3702   // iteration in the vectorized loop.
3703   // If we come from a bypass edge then we need to start from the original
3704   // start value.
3705
3706   // This variable saves the new starting index for the scalar loop. It is used
3707   // to test if there are any tail iterations left once the vector loop has
3708   // completed.
3709   LoopVectorizationLegality::InductionList *List = Legal->getInductionVars();
3710   for (auto &InductionEntry : *List) {
3711     PHINode *OrigPhi = InductionEntry.first;
3712     InductionDescriptor II = InductionEntry.second;
3713
3714     // Create phi nodes to merge from the  backedge-taken check block.
3715     PHINode *BCResumeVal = PHINode::Create(
3716         OrigPhi->getType(), 3, "bc.resume.val", ScalarPH->getTerminator());
3717     Value *&EndValue = IVEndValues[OrigPhi];
3718     if (OrigPhi == OldInduction) {
3719       // We know what the end value is.
3720       EndValue = CountRoundDown;
3721     } else {
3722       IRBuilder<> B(Lp->getLoopPreheader()->getTerminator());
3723       Type *StepType = II.getStep()->getType();
3724       Instruction::CastOps CastOp =
3725         CastInst::getCastOpcode(CountRoundDown, true, StepType, true);
3726       Value *CRD = B.CreateCast(CastOp, CountRoundDown, StepType, "cast.crd");
3727       const DataLayout &DL = OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
3728       EndValue = II.transform(B, CRD, PSE.getSE(), DL);
3729       EndValue->setName("ind.end");
3730     }
3731
3732     // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
3733     // or the value at the end of the vectorized loop.
3734     BCResumeVal->addIncoming(EndValue, MiddleBlock);
3735
3736     // Fix the scalar body counter (PHI node).
3737     unsigned BlockIdx = OrigPhi->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
3738
3739     // The old induction's phi node in the scalar body needs the truncated
3740     // value.
3741     for (BasicBlock *BB : LoopBypassBlocks)
3742       BCResumeVal->addIncoming(II.getStartValue(), BB);
3743     OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, BCResumeVal);
3744   }
3745
3746   // Add a check in the middle block to see if we have completed
3747   // all of the iterations in the first vector loop.
3748   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
3749   Value *CmpN =
3750       CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, Count,
3751                       CountRoundDown, "cmp.n", MiddleBlock->getTerminator());
3752   ReplaceInstWithInst(MiddleBlock->getTerminator(),
3753                       BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN));
3754
3755   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
3756   Builder.SetInsertPoint(&*VecBody->getFirstInsertionPt());
3757
3758   // Save the state.
3759   LoopVectorPreHeader = Lp->getLoopPreheader();
3760   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
3761   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
3762   LoopExitBlock = ExitBlock;
3763   LoopVectorBody = VecBody;
3764   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
3765
3766   // Keep all loop hints from the original loop on the vector loop (we'll
3767   // replace the vectorizer-specific hints below).
3768   if (MDNode *LID = OrigLoop->getLoopID())
3769     Lp->setLoopID(LID);
3770
3771   LoopVectorizeHints Hints(Lp, true, *ORE);
3772   Hints.setAlreadyVectorized();
3773
3774   return LoopVectorPreHeader;
3775 }
3776
3777 // Fix up external users of the induction variable. At this point, we are
3778 // in LCSSA form, with all external PHIs that use the IV having one input value,
3779 // coming from the remainder loop. We need those PHIs to also have a correct
3780 // value for the IV when arriving directly from the middle block.
3781 void InnerLoopVectorizer::fixupIVUsers(PHINode *OrigPhi,
3782                                        const InductionDescriptor &II,
3783                                        Value *CountRoundDown, Value *EndValue,
3784                                        BasicBlock *MiddleBlock) {
3785   // There are two kinds of external IV usages - those that use the value
3786   // computed in the last iteration (the PHI) and those that use the penultimate
3787   // value (the value that feeds into the phi from the loop latch).
3788   // We allow both, but they, obviously, have different values.
3789
3790   assert(OrigLoop->getExitBlock() && "Expected a single exit block");
3791
3792   DenseMap<Value *, Value *> MissingVals;
3793
3794   // An external user of the last iteration's value should see the value that
3795   // the remainder loop uses to initialize its own IV.
3796   Value *PostInc = OrigPhi->getIncomingValueForBlock(OrigLoop->getLoopLatch());
3797   for (User *U : PostInc->users()) {
3798     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3799     if (!OrigLoop->contains(UI)) {
3800       assert(isa<PHINode>(UI) && "Expected LCSSA form");
3801       MissingVals[UI] = EndValue;
3802     }
3803   }
3804
3805   // An external user of the penultimate value need to see EndValue - Step.
3806   // The simplest way to get this is to recompute it from the constituent SCEVs,
3807   // that is Start + (Step * (CRD - 1)).
3808   for (User *U : OrigPhi->users()) {
3809     auto *UI = cast<Instruction>(U);
3810     if (!OrigLoop->contains(UI)) {
3811       const DataLayout &DL =
3812           OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
3813       assert(isa<PHINode>(UI) && "Expected LCSSA form");
3814
3815       IRBuilder<> B(MiddleBlock->getTerminator());
3816       Value *CountMinusOne = B.CreateSub(
3817           CountRoundDown, ConstantInt::get(CountRoundDown->getType(), 1));
3818       Value *CMO =
3819           !II.getStep()->getType()->isIntegerTy()
3820               ? B.CreateCast(Instruction::SIToFP, CountMinusOne,
3821                              II.getStep()->getType())
3822               : B.CreateSExtOrTrunc(CountMinusOne, II.getStep()->getType());
3823       CMO->setName("cast.cmo");
3824       Value *Escape = II.transform(B, CMO, PSE.getSE(), DL);
3825       Escape->setName("ind.escape");
3826       MissingVals[UI] = Escape;
3827     }
3828   }
3829
3830   for (auto &I : MissingVals) {
3831     PHINode *PHI = cast<PHINode>(I.first);
3832     // One corner case we have to handle is two IVs "chasing" each-other,
3833     // that is %IV2 = phi [...], [ %IV1, %latch ]
3834     // In this case, if IV1 has an external use, we need to avoid adding both
3835     // "last value of IV1" and "penultimate value of IV2". So, verify that we
3836     // don't already have an incoming value for the middle block.
3837     if (PHI->getBasicBlockIndex(MiddleBlock) == -1)
3838       PHI->addIncoming(I.second, MiddleBlock);
3839   }
3840 }
3841
3842 namespace {
3843
3844 struct CSEDenseMapInfo {
3845   static bool canHandle(const Instruction *I) {
3846     return isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
3847            isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I);
3848   }
3849
3850   static inline Instruction *getEmptyKey() {
3851     return DenseMapInfo<Instruction *>::getEmptyKey();
3852   }
3853
3854   static inline Instruction *getTombstoneKey() {
3855     return DenseMapInfo<Instruction *>::getTombstoneKey();
3856   }
3857
3858   static unsigned getHashValue(const Instruction *I) {
3859     assert(canHandle(I) && "Unknown instruction!");
3860     return hash_combine(I->getOpcode(), hash_combine_range(I->value_op_begin(),
3861                                                            I->value_op_end()));
3862   }
3863
3864   static bool isEqual(const Instruction *LHS, const Instruction *RHS) {
3865     if (LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey() ||
3866         LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey())
3867       return LHS == RHS;
3868     return LHS->isIdenticalTo(RHS);
3869   }
3870 };
3871
3872 } // end anonymous namespace
3873
3874 ///\brief Perform cse of induction variable instructions.
3875 static void cse(BasicBlock *BB) {
3876   // Perform simple cse.
3877   SmallDenseMap<Instruction *, Instruction *, 4, CSEDenseMapInfo> CSEMap;
3878   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
3879     Instruction *In = &*I++;
3880
3881     if (!CSEDenseMapInfo::canHandle(In))
3882       continue;
3883
3884     // Check if we can replace this instruction with any of the
3885     // visited instructions.
3886     if (Instruction *V = CSEMap.lookup(In)) {
3887       In->replaceAllUsesWith(V);
3888       In->eraseFromParent();
3889       continue;
3890     }
3891
3892     CSEMap[In] = In;
3893   }
3894 }
3895
3896 /// \brief Estimate the overhead of scalarizing an instruction. This is a
3897 /// convenience wrapper for the type-based getScalarizationOverhead API.
3898 static unsigned getScalarizationOverhead(Instruction *I, unsigned VF,
3899                                          const TargetTransformInfo &TTI) {
3900   if (VF == 1)
3901     return 0;
3902
3903   unsigned Cost = 0;
3904   Type *RetTy = ToVectorTy(I->getType(), VF);
3905   if (!RetTy->isVoidTy() &&
3906       (!isa<LoadInst>(I) ||
3907        !TTI.supportsEfficientVectorElementLoadStore()))
3908     Cost += TTI.getScalarizationOverhead(RetTy, true, false);
3909
3910   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
3911     SmallVector<const Value *, 4> Operands(CI->arg_operands());
3912     Cost += TTI.getOperandsScalarizationOverhead(Operands, VF);
3913   }
3914   else if (!isa<StoreInst>(I) ||
3915            !TTI.supportsEfficientVectorElementLoadStore()) {
3916     SmallVector<const Value *, 4> Operands(I->operand_values());
3917     Cost += TTI.getOperandsScalarizationOverhead(Operands, VF);
3918   }
3919
3920   return Cost;
3921 }
3922
3923 // Estimate cost of a call instruction CI if it were vectorized with factor VF.
3924 // Return the cost of the instruction, including scalarization overhead if it's
3925 // needed. The flag NeedToScalarize shows if the call needs to be scalarized -
3926 // i.e. either vector version isn't available, or is too expensive.
3927 static unsigned getVectorCallCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3928                                   const TargetTransformInfo &TTI,
3929                                   const TargetLibraryInfo *TLI,
3930                                   bool &NeedToScalarize) {
3931   Function *F = CI->getCalledFunction();
3932   StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
3933   Type *ScalarRetTy = CI->getType();
3934   SmallVector<Type *, 4> Tys, ScalarTys;
3935   for (auto &ArgOp : CI->arg_operands())
3936     ScalarTys.push_back(ArgOp->getType());
3937
3938   // Estimate cost of scalarized vector call. The source operands are assumed
3939   // to be vectors, so we need to extract individual elements from there,
3940   // execute VF scalar calls, and then gather the result into the vector return
3941   // value.
3942   unsigned ScalarCallCost = TTI.getCallInstrCost(F, ScalarRetTy, ScalarTys);
3943   if (VF == 1)
3944     return ScalarCallCost;
3945
3946   // Compute corresponding vector type for return value and arguments.
3947   Type *RetTy = ToVectorTy(ScalarRetTy, VF);
3948   for (Type *ScalarTy : ScalarTys)
3949     Tys.push_back(ToVectorTy(ScalarTy, VF));
3950
3951   // Compute costs of unpacking argument values for the scalar calls and
3952   // packing the return values to a vector.
3953   unsigned ScalarizationCost = getScalarizationOverhead(CI, VF, TTI);
3954
3955   unsigned Cost = ScalarCallCost * VF + ScalarizationCost;
3956
3957   // If we can't emit a vector call for this function, then the currently found
3958   // cost is the cost we need to return.
3959   NeedToScalarize = true;
3960   if (!TLI || !TLI->isFunctionVectorizable(FnName, VF) || CI->isNoBuiltin())
3961     return Cost;
3962
3963   // If the corresponding vector cost is cheaper, return its cost.
3964   unsigned VectorCallCost = TTI.getCallInstrCost(nullptr, RetTy, Tys);
3965   if (VectorCallCost < Cost) {
3966     NeedToScalarize = false;
3967     return VectorCallCost;
3968   }
3969   return Cost;
3970 }
3971
3972 // Estimate cost of an intrinsic call instruction CI if it were vectorized with
3973 // factor VF.  Return the cost of the instruction, including scalarization
3974 // overhead if it's needed.
3975 static unsigned getVectorIntrinsicCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3976                                        const TargetTransformInfo &TTI,
3977                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
3978   Intrinsic::ID ID = getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3979   assert(ID && "Expected intrinsic call!");
3980
3981   FastMathFlags FMF;
3982   if (auto *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(CI))
3983     FMF = FPMO->getFastMathFlags();
3984
3985   SmallVector<Value *, 4> Operands(CI->arg_operands());
3986   return TTI.getIntrinsicInstrCost(ID, CI->getType(), Operands, FMF, VF);
3987 }
3988
3989 static Type *smallestIntegerVectorType(Type *T1, Type *T2) {
3990   auto *I1 = cast<IntegerType>(T1->getVectorElementType());
3991   auto *I2 = cast<IntegerType>(T2->getVectorElementType());
3992   return I1->getBitWidth() < I2->getBitWidth() ? T1 : T2;
3993 }
3994 static Type *largestIntegerVectorType(Type *T1, Type *T2) {
3995   auto *I1 = cast<IntegerType>(T1->getVectorElementType());
3996   auto *I2 = cast<IntegerType>(T2->getVectorElementType());
3997   return I1->getBitWidth() > I2->getBitWidth() ? T1 : T2;
3998 }
3999
4000 void InnerLoopVectorizer::truncateToMinimalBitwidths() {
4001   // For every instruction `I` in MinBWs, truncate the operands, create a
4002   // truncated version of `I` and reextend its result. InstCombine runs
4003   // later and will remove any ext/trunc pairs.
4004   SmallPtrSet<Value *, 4> Erased;
4005   for (const auto &KV : Cost->getMinimalBitwidths()) {
4006     // If the value wasn't vectorized, we must maintain the original scalar
4007     // type. The absence of the value from VectorLoopValueMap indicates that it
4008     // wasn't vectorized.
4009     if (!VectorLoopValueMap.hasAnyVectorValue(KV.first))
4010       continue;
4011     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4012       Value *I = getOrCreateVectorValue(KV.first, Part);
4013       if (Erased.count(I) || I->use_empty() || !isa<Instruction>(I))
4014         continue;
4015       Type *OriginalTy = I->getType();
4016       Type *ScalarTruncatedTy =
4017           IntegerType::get(OriginalTy->getContext(), KV.second);
4018       Type *TruncatedTy = VectorType::get(ScalarTruncatedTy,
4019                                           OriginalTy->getVectorNumElements());
4020       if (TruncatedTy == OriginalTy)
4021         continue;
4022
4023       IRBuilder<> B(cast<Instruction>(I));
4024       auto ShrinkOperand = [&](Value *V) -> Value * {
4025         if (auto *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
4026           if (ZI->getSrcTy() == TruncatedTy)
4027             return ZI->getOperand(0);
4028         return B.CreateZExtOrTrunc(V, TruncatedTy);
4029       };
4030
4031       // The actual instruction modification depends on the instruction type,
4032       // unfortunately.
4033       Value *NewI = nullptr;
4034       if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
4035         NewI = B.CreateBinOp(BO->getOpcode(), ShrinkOperand(BO->getOperand(0)),
4036                              ShrinkOperand(BO->getOperand(1)));
4037
4038         // Any wrapping introduced by shrinking this operation shouldn't be
4039         // considered undefined behavior. So, we can't unconditionally copy
4040         // arithmetic wrapping flags to NewI.
4041         cast<BinaryOperator>(NewI)->copyIRFlags(I, /*IncludeWrapFlags=*/false);
4042       } else if (auto *CI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
4043         NewI =
4044             B.CreateICmp(CI->getPredicate(), ShrinkOperand(CI->getOperand(0)),
4045                          ShrinkOperand(CI->getOperand(1)));
4046       } else if (auto *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
4047         NewI = B.CreateSelect(SI->getCondition(),
4048                               ShrinkOperand(SI->getTrueValue()),
4049                               ShrinkOperand(SI->getFalseValue()));
4050       } else if (auto *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
4051         switch (CI->getOpcode()) {
4052         default:
4053           llvm_unreachable("Unhandled cast!");
4054         case Instruction::Trunc:
4055           NewI = ShrinkOperand(CI->getOperand(0));
4056           break;
4057         case Instruction::SExt:
4058           NewI = B.CreateSExtOrTrunc(
4059               CI->getOperand(0),
4060               smallestIntegerVectorType(OriginalTy, TruncatedTy));
4061           break;
4062         case Instruction::ZExt:
4063           NewI = B.CreateZExtOrTrunc(
4064               CI->getOperand(0),
4065               smallestIntegerVectorType(OriginalTy, TruncatedTy));
4066           break;
4067         }
4068       } else if (auto *SI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I)) {
4069         auto Elements0 = SI->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
4070         auto *O0 = B.CreateZExtOrTrunc(
4071             SI->getOperand(0), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements0));
4072         auto Elements1 = SI->getOperand(1)->getType()->getVectorNumElements();
4073         auto *O1 = B.CreateZExtOrTrunc(
4074             SI->getOperand(1), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements1));
4075
4076         NewI = B.CreateShuffleVector(O0, O1, SI->getMask());
4077       } else if (isa<LoadInst>(I)) {
4078         // Don't do anything with the operands, just extend the result.
4079         continue;
4080       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(I)) {
4081         auto Elements = IE->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
4082         auto *O0 = B.CreateZExtOrTrunc(
4083             IE->getOperand(0), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements));
4084         auto *O1 = B.CreateZExtOrTrunc(IE->getOperand(1), ScalarTruncatedTy);
4085         NewI = B.CreateInsertElement(O0, O1, IE->getOperand(2));
4086       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(I)) {
4087         auto Elements = EE->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
4088         auto *O0 = B.CreateZExtOrTrunc(
4089             EE->getOperand(0), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements));
4090         NewI = B.CreateExtractElement(O0, EE->getOperand(2));
4091       } else {
4092         llvm_unreachable("Unhandled instruction type!");
4093       }
4094
4095       // Lastly, extend the result.
4096       NewI->takeName(cast<Instruction>(I));
4097       Value *Res = B.CreateZExtOrTrunc(NewI, OriginalTy);
4098       I->replaceAllUsesWith(Res);
4099       cast<Instruction>(I)->eraseFromParent();
4100       Erased.insert(I);
4101       VectorLoopValueMap.resetVectorValue(KV.first, Part, Res);
4102     }
4103   }
4104
4105   // We'll have created a bunch of ZExts that are now parentless. Clean up.
4106   for (const auto &KV : Cost->getMinimalBitwidths()) {
4107     // If the value wasn't vectorized, we must maintain the original scalar
4108     // type. The absence of the value from VectorLoopValueMap indicates that it
4109     // wasn't vectorized.
4110     if (!VectorLoopValueMap.hasAnyVectorValue(KV.first))
4111       continue;
4112     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4113       Value *I = getOrCreateVectorValue(KV.first, Part);
4114       ZExtInst *Inst = dyn_cast<ZExtInst>(I);
4115       if (Inst && Inst->use_empty()) {
4116         Value *NewI = Inst->getOperand(0);
4117         Inst->eraseFromParent();
4118         VectorLoopValueMap.resetVectorValue(KV.first, Part, NewI);
4119       }
4120     }
4121   }
4122 }
4123
4124 void InnerLoopVectorizer::fixVectorizedLoop() {
4125   // Insert truncates and extends for any truncated instructions as hints to
4126   // InstCombine.
4127   if (VF > 1)
4128     truncateToMinimalBitwidths();
4129
4130   // At this point every instruction in the original loop is widened to a
4131   // vector form. Now we need to fix the recurrences in the loop. These PHI
4132   // nodes are currently empty because we did not want to introduce cycles.
4133   // This is the second stage of vectorizing recurrences.
4134   fixCrossIterationPHIs();
4135
4136   // Update the dominator tree.
4137   //
4138   // FIXME: After creating the structure of the new loop, the dominator tree is
4139   //        no longer up-to-date, and it remains that way until we update it
4140   //        here. An out-of-date dominator tree is problematic for SCEV,
4141   //        because SCEVExpander uses it to guide code generation. The
4142   //        vectorizer use SCEVExpanders in several places. Instead, we should
4143   //        keep the dominator tree up-to-date as we go.
4144   updateAnalysis();
4145
4146   // Fix-up external users of the induction variables.
4147   for (auto &Entry : *Legal->getInductionVars())
4148     fixupIVUsers(Entry.first, Entry.second,
4149                  getOrCreateVectorTripCount(LI->getLoopFor(LoopVectorBody)),
4150                  IVEndValues[Entry.first], LoopMiddleBlock);
4151
4152   fixLCSSAPHIs();
4153   for (Instruction *PI : PredicatedInstructions)
4154     sinkScalarOperands(&*PI);
4155
4156   // Remove redundant induction instructions.
4157   cse(LoopVectorBody);
4158 }
4159
4160 void InnerLoopVectorizer::fixCrossIterationPHIs() {
4161   // In order to support recurrences we need to be able to vectorize Phi nodes.
4162   // Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two stages. This is
4163   // stage #2: We now need to fix the recurrences by adding incoming edges to
4164   // the currently empty PHI nodes. At this point every instruction in the
4165   // original loop is widened to a vector form so we can use them to construct
4166   // the incoming edges.
4167   for (Instruction &I : *OrigLoop->getHeader()) {
4168     PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(&I);
4169     if (!Phi)
4170       break;
4171     // Handle first-order recurrences and reductions that need to be fixed.
4172     if (Legal->isFirstOrderRecurrence(Phi))
4173       fixFirstOrderRecurrence(Phi);
4174     else if (Legal->isReductionVariable(Phi))
4175       fixReduction(Phi);
4176   }
4177 }
4178
4179 void InnerLoopVectorizer::fixFirstOrderRecurrence(PHINode *Phi) {
4180   // This is the second phase of vectorizing first-order recurrences. An
4181   // overview of the transformation is described below. Suppose we have the
4182   // following loop.
4183   //
4184   //   for (int i = 0; i < n; ++i)
4185   //     b[i] = a[i] - a[i - 1];
4186   //
4187   // There is a first-order recurrence on "a". For this loop, the shorthand
4188   // scalar IR looks like:
4189   //
4190   //   scalar.ph:
4191   //     s_init = a[-1]
4192   //     br scalar.body
4193   //
4194   //   scalar.body:
4195   //     i = phi [0, scalar.ph], [i+1, scalar.body]
4196   //     s1 = phi [s_init, scalar.ph], [s2, scalar.body]
4197   //     s2 = a[i]
4198   //     b[i] = s2 - s1
4199   //     br cond, scalar.body, ...
4200   //
4201   // In this example, s1 is a recurrence because it's value depends on the
4202   // previous iteration. In the first phase of vectorization, we created a
4203   // temporary value for s1. We now complete the vectorization and produce the
4204   // shorthand vector IR shown below (for VF = 4, UF = 1).
4205   //
4206   //   vector.ph:
4207   //     v_init = vector(..., ..., ..., a[-1])
4208   //     br vector.body
4209   //
4210   //   vector.body
4211   //     i = phi [0, vector.ph], [i+4, vector.body]
4212   //     v1 = phi [v_init, vector.ph], [v2, vector.body]
4213   //     v2 = a[i, i+1, i+2, i+3];
4214   //     v3 = vector(v1(3), v2(0, 1, 2))
4215   //     b[i, i+1, i+2, i+3] = v2 - v3
4216   //     br cond, vector.body, middle.block
4217   //
4218   //   middle.block:
4219   //     x = v2(3)
4220   //     br scalar.ph
4221   //
4222   //   scalar.ph:
4223   //     s_init = phi [x, middle.block], [a[-1], otherwise]
4224   //     br scalar.body
4225   //
4226   // After execution completes the vector loop, we extract the next value of
4227   // the recurrence (x) to use as the initial value in the scalar loop.
4228
4229   // Get the original loop preheader and single loop latch.
4230   auto *Preheader = OrigLoop->getLoopPreheader();
4231   auto *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
4232
4233   // Get the initial and previous values of the scalar recurrence.
4234   auto *ScalarInit = Phi->getIncomingValueForBlock(Preheader);
4235   auto *Previous = Phi->getIncomingValueForBlock(Latch);
4236
4237   // Create a vector from the initial value.
4238   auto *VectorInit = ScalarInit;
4239   if (VF > 1) {
4240     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
4241     VectorInit = Builder.CreateInsertElement(
4242         UndefValue::get(VectorType::get(VectorInit->getType(), VF)), VectorInit,
4243         Builder.getInt32(VF - 1), "vector.recur.init");
4244   }
4245
4246   // We constructed a temporary phi node in the first phase of vectorization.
4247   // This phi node will eventually be deleted.
4248   Builder.SetInsertPoint(
4249       cast<Instruction>(VectorLoopValueMap.getVectorValue(Phi, 0)));
4250
4251   // Create a phi node for the new recurrence. The current value will either be
4252   // the initial value inserted into a vector or loop-varying vector value.
4253   auto *VecPhi = Builder.CreatePHI(VectorInit->getType(), 2, "vector.recur");
4254   VecPhi->addIncoming(VectorInit, LoopVectorPreHeader);
4255
4256   // Get the vectorized previous value of the last part UF - 1. It appears last
4257   // among all unrolled iterations, due to the order of their construction.
4258   Value *PreviousLastPart = getOrCreateVectorValue(Previous, UF - 1);
4259
4260   // Set the insertion point after the previous value if it is an instruction.
4261   // Note that the previous value may have been constant-folded so it is not
4262   // guaranteed to be an instruction in the vector loop. Also, if the previous
4263   // value is a phi node, we should insert after all the phi nodes to avoid
4264   // breaking basic block verification.
4265   if (LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->isLoopInvariant(PreviousLastPart) ||
4266       isa<PHINode>(PreviousLastPart))
4267     Builder.SetInsertPoint(&*LoopVectorBody->getFirstInsertionPt());
4268   else
4269     Builder.SetInsertPoint(
4270         &*++BasicBlock::iterator(cast<Instruction>(PreviousLastPart)));
4271
4272   // We will construct a vector for the recurrence by combining the values for
4273   // the current and previous iterations. This is the required shuffle mask.
4274   SmallVector<Constant *, 8> ShuffleMask(VF);
4275   ShuffleMask[0] = Builder.getInt32(VF - 1);
4276   for (unsigned I = 1; I < VF; ++I)
4277     ShuffleMask[I] = Builder.getInt32(I + VF - 1);
4278
4279   // The vector from which to take the initial value for the current iteration
4280   // (actual or unrolled). Initially, this is the vector phi node.
4281   Value *Incoming = VecPhi;
4282
4283   // Shuffle the current and previous vector and update the vector parts.
4284   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4285     Value *PreviousPart = getOrCreateVectorValue(Previous, Part);
4286     Value *PhiPart = VectorLoopValueMap.getVectorValue(Phi, Part);
4287     auto *Shuffle =
4288         VF > 1 ? Builder.CreateShuffleVector(Incoming, PreviousPart,
4289                                              ConstantVector::get(ShuffleMask))
4290                : Incoming;
4291     PhiPart->replaceAllUsesWith(Shuffle);
4292     cast<Instruction>(PhiPart)->eraseFromParent();
4293     VectorLoopValueMap.resetVectorValue(Phi, Part, Shuffle);
4294     Incoming = PreviousPart;
4295   }
4296
4297   // Fix the latch value of the new recurrence in the vector loop.
4298   VecPhi->addIncoming(Incoming, LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch());
4299
4300   // Extract the last vector element in the middle block. This will be the
4301   // initial value for the recurrence when jumping to the scalar loop.
4302   auto *ExtractForScalar = Incoming;
4303   if (VF > 1) {
4304     Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getTerminator());
4305     ExtractForScalar = Builder.CreateExtractElement(
4306         ExtractForScalar, Builder.getInt32(VF - 1), "vector.recur.extract");
4307   }
4308   // Extract the second last element in the middle block if the
4309   // Phi is used outside the loop. We need to extract the phi itself
4310   // and not the last element (the phi update in the current iteration). This
4311   // will be the value when jumping to the exit block from the LoopMiddleBlock,
4312   // when the scalar loop is not run at all.
4313   Value *ExtractForPhiUsedOutsideLoop = nullptr;
4314   if (VF > 1)
4315     ExtractForPhiUsedOutsideLoop = Builder.CreateExtractElement(
4316         Incoming, Builder.getInt32(VF - 2), "vector.recur.extract.for.phi");
4317   // When loop is unrolled without vectorizing, initialize
4318   // ExtractForPhiUsedOutsideLoop with the value just prior to unrolled value of
4319   // `Incoming`. This is analogous to the vectorized case above: extracting the
4320   // second last element when VF > 1.
4321   else if (UF > 1)
4322     ExtractForPhiUsedOutsideLoop = getOrCreateVectorValue(Previous, UF - 2);
4323
4324   // Fix the initial value of the original recurrence in the scalar loop.
4325   Builder.SetInsertPoint(&*LoopScalarPreHeader->begin());
4326   auto *Start = Builder.CreatePHI(Phi->getType(), 2, "scalar.recur.init");
4327   for (auto *BB : predecessors(LoopScalarPreHeader)) {
4328     auto *Incoming = BB == LoopMiddleBlock ? ExtractForScalar : ScalarInit;
4329     Start->addIncoming(Incoming, BB);
4330   }
4331
4332   Phi->setIncomingValue(Phi->getBasicBlockIndex(LoopScalarPreHeader), Start);
4333   Phi->setName("scalar.recur");
4334
4335   // Finally, fix users of the recurrence outside the loop. The users will need
4336   // either the last value of the scalar recurrence or the last value of the
4337   // vector recurrence we extracted in the middle block. Since the loop is in
4338   // LCSSA form, we just need to find the phi node for the original scalar
4339   // recurrence in the exit block, and then add an edge for the middle block.
4340   for (auto &I : *LoopExitBlock) {
4341     auto *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(&I);
4342     if (!LCSSAPhi)
4343       break;
4344     if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == Phi) {
4345       LCSSAPhi->addIncoming(ExtractForPhiUsedOutsideLoop, LoopMiddleBlock);
4346       break;
4347     }
4348   }
4349 }
4350
4351 void InnerLoopVectorizer::fixReduction(PHINode *Phi) {
4352   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
4353
4354   // Get it's reduction variable descriptor.
4355   assert(Legal->isReductionVariable(Phi) &&
4356          "Unable to find the reduction variable");
4357   RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[Phi];
4358
4359   RecurrenceDescriptor::RecurrenceKind RK = RdxDesc.getRecurrenceKind();
4360   TrackingVH<Value> ReductionStartValue = RdxDesc.getRecurrenceStartValue();
4361   Instruction *LoopExitInst = RdxDesc.getLoopExitInstr();
4362   RecurrenceDescriptor::MinMaxRecurrenceKind MinMaxKind =
4363     RdxDesc.getMinMaxRecurrenceKind();
4364   setDebugLocFromInst(Builder, ReductionStartValue);
4365
4366   // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
4367   // To do so, we need to generate the 'identity' vector and override
4368   // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
4369   // to do it in the vector-loop preheader.
4370   Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
4371
4372   // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
4373   Type *VecTy = getOrCreateVectorValue(LoopExitInst, 0)->getType();
4374
4375   // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
4376   // one for multiplication, -1 for And.
4377   Value *Identity;
4378   Value *VectorStart;
4379   if (RK == RecurrenceDescriptor::RK_IntegerMinMax ||
4380       RK == RecurrenceDescriptor::RK_FloatMinMax) {
4381     // MinMax reduction have the start value as their identify.
4382     if (VF == 1) {
4383       VectorStart = Identity = ReductionStartValue;
4384     } else {
4385       VectorStart = Identity =
4386         Builder.CreateVectorSplat(VF, ReductionStartValue, "minmax.ident");
4387     }
4388   } else {
4389     // Handle other reduction kinds:
4390     Constant *Iden = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceIdentity(
4391         RK, VecTy->getScalarType());
4392     if (VF == 1) {
4393       Identity = Iden;
4394       // This vector is the Identity vector where the first element is the
4395       // incoming scalar reduction.
4396       VectorStart = ReductionStartValue;
4397     } else {
4398       Identity = ConstantVector::getSplat(VF, Iden);
4399
4400       // This vector is the Identity vector where the first element is the
4401       // incoming scalar reduction.
4402       VectorStart =
4403         Builder.CreateInsertElement(Identity, ReductionStartValue, Zero);
4404     }
4405   }
4406
4407   // Fix the vector-loop phi.
4408
4409   // Reductions do not have to start at zero. They can start with
4410   // any loop invariant values.
4411   BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
4412   Value *LoopVal = Phi->getIncomingValueForBlock(Latch);
4413   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4414     Value *VecRdxPhi = getOrCreateVectorValue(Phi, Part);
4415     Value *Val = getOrCreateVectorValue(LoopVal, Part);
4416     // Make sure to add the reduction stat value only to the
4417     // first unroll part.
4418     Value *StartVal = (Part == 0) ? VectorStart : Identity;
4419     cast<PHINode>(VecRdxPhi)->addIncoming(StartVal, LoopVectorPreHeader);
4420     cast<PHINode>(VecRdxPhi)
4421       ->addIncoming(Val, LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch());
4422   }
4423
4424   // Before each round, move the insertion point right between
4425   // the PHIs and the values we are going to write.
4426   // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
4427   // instructions.
4428   Builder.SetInsertPoint(&*LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
4429
4430   setDebugLocFromInst(Builder, LoopExitInst);
4431
4432   // If the vector reduction can be performed in a smaller type, we truncate
4433   // then extend the loop exit value to enable InstCombine to evaluate the
4434   // entire expression in the smaller type.
4435   if (VF > 1 && Phi->getType() != RdxDesc.getRecurrenceType()) {
4436     Type *RdxVecTy = VectorType::get(RdxDesc.getRecurrenceType(), VF);
4437     Builder.SetInsertPoint(
4438         LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch()->getTerminator());
4439     VectorParts RdxParts(UF);
4440     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4441       RdxParts[Part] = VectorLoopValueMap.getVectorValue(LoopExitInst, Part);
4442       Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(RdxParts[Part], RdxVecTy);
4443       Value *Extnd = RdxDesc.isSigned() ? Builder.CreateSExt(Trunc, VecTy)
4444                                         : Builder.CreateZExt(Trunc, VecTy);
4445       for (Value::user_iterator UI = RdxParts[Part]->user_begin();
4446            UI != RdxParts[Part]->user_end();)
4447         if (*UI != Trunc) {
4448           (*UI++)->replaceUsesOfWith(RdxParts[Part], Extnd);
4449           RdxParts[Part] = Extnd;
4450         } else {
4451           ++UI;
4452         }
4453     }
4454     Builder.SetInsertPoint(&*LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
4455     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4456       RdxParts[Part] = Builder.CreateTrunc(RdxParts[Part], RdxVecTy);
4457       VectorLoopValueMap.resetVectorValue(LoopExitInst, Part, RdxParts[Part]);
4458     }
4459   }
4460
4461   // Reduce all of the unrolled parts into a single vector.
4462   Value *ReducedPartRdx = VectorLoopValueMap.getVectorValue(LoopExitInst, 0);
4463   unsigned Op = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceBinOp(RK);
4464   setDebugLocFromInst(Builder, ReducedPartRdx);
4465   for (unsigned Part = 1; Part < UF; ++Part) {
4466     Value *RdxPart = VectorLoopValueMap.getVectorValue(LoopExitInst, Part);
4467     if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
4468       // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
4469       ReducedPartRdx = addFastMathFlag(
4470           Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Op, RdxPart,
4471                               ReducedPartRdx, "bin.rdx"));
4472     else
4473       ReducedPartRdx = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(
4474           Builder, MinMaxKind, ReducedPartRdx, RdxPart);
4475   }
4476
4477   if (VF > 1) {
4478     bool NoNaN = Legal->hasFunNoNaNAttr();
4479     ReducedPartRdx =
4480         createTargetReduction(Builder, TTI, RdxDesc, ReducedPartRdx, NoNaN);
4481     // If the reduction can be performed in a smaller type, we need to extend
4482     // the reduction to the wider type before we branch to the original loop.
4483     if (Phi->getType() != RdxDesc.getRecurrenceType())
4484       ReducedPartRdx =
4485         RdxDesc.isSigned()
4486         ? Builder.CreateSExt(ReducedPartRdx, Phi->getType())
4487         : Builder.CreateZExt(ReducedPartRdx, Phi->getType());
4488   }
4489
4490   // Create a phi node that merges control-flow from the backedge-taken check
4491   // block and the middle block.
4492   PHINode *BCBlockPhi = PHINode::Create(Phi->getType(), 2, "bc.merge.rdx",
4493                                         LoopScalarPreHeader->getTerminator());
4494   for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
4495     BCBlockPhi->addIncoming(ReductionStartValue, LoopBypassBlocks[I]);
4496   BCBlockPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
4497
4498   // Now, we need to fix the users of the reduction variable
4499   // inside and outside of the scalar remainder loop.
4500   // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
4501   // PHI nodes in the exit blocks.
4502   for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
4503          LEE = LoopExitBlock->end();
4504        LEI != LEE; ++LEI) {
4505     PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
4506     if (!LCSSAPhi)
4507       break;
4508
4509     // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
4510     // we already fixed them.
4511     assert(LCSSAPhi->getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
4512
4513     // We found a reduction value exit-PHI. Update it with the
4514     // incoming bypass edge.
4515     if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == LoopExitInst)
4516       LCSSAPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
4517   } // end of the LCSSA phi scan.
4518
4519     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
4520     // from the vector body and from the backedge value.
4521   int IncomingEdgeBlockIdx =
4522     Phi->getBasicBlockIndex(OrigLoop->getLoopLatch());
4523   assert(IncomingEdgeBlockIdx >= 0 && "Invalid block index");
4524   // Pick the other block.
4525   int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1);
4526   Phi->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, BCBlockPhi);
4527   Phi->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, LoopExitInst);
4528 }
4529
4530 void InnerLoopVectorizer::fixLCSSAPHIs() {
4531   for (Instruction &LEI : *LoopExitBlock) {
4532     auto *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(&LEI);
4533     if (!LCSSAPhi)
4534       break;
4535     if (LCSSAPhi->getNumIncomingValues() == 1) {
4536       assert(OrigLoop->isLoopInvariant(LCSSAPhi->getIncomingValue(0)) &&
4537              "Incoming value isn't loop invariant");
4538       LCSSAPhi->addIncoming(LCSSAPhi->getIncomingValue(0), LoopMiddleBlock);
4539     }
4540   }
4541 }
4542
4543 void InnerLoopVectorizer::sinkScalarOperands(Instruction *PredInst) {
4544   // The basic block and loop containing the predicated instruction.
4545   auto *PredBB = PredInst->getParent();
4546   auto *VectorLoop = LI->getLoopFor(PredBB);
4547
4548   // Initialize a worklist with the operands of the predicated instruction.
4549   SetVector<Value *> Worklist(PredInst->op_begin(), PredInst->op_end());
4550
4551   // Holds instructions that we need to analyze again. An instruction may be
4552   // reanalyzed if we don't yet know if we can sink it or not.
4553   SmallVector<Instruction *, 8> InstsToReanalyze;
4554
4555   // Returns true if a given use occurs in the predicated block. Phi nodes use
4556   // their operands in their corresponding predecessor blocks.
4557   auto isBlockOfUsePredicated = [&](Use &U) -> bool {
4558     auto *I = cast<Instruction>(U.getUser());
4559     BasicBlock *BB = I->getParent();
4560     if (auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(I))
4561       BB = Phi->getIncomingBlock(
4562           PHINode::getIncomingValueNumForOperand(U.getOperandNo()));
4563     return BB == PredBB;
4564   };
4565
4566   // Iteratively sink the scalarized operands of the predicated instruction
4567   // into the block we created for it. When an instruction is sunk, it's
4568   // operands are then added to the worklist. The algorithm ends after one pass
4569   // through the worklist doesn't sink a single instruction.
4570   bool Changed;
4571   do {
4572     // Add the instructions that need to be reanalyzed to the worklist, and
4573     // reset the changed indicator.
4574     Worklist.insert(InstsToReanalyze.begin(), InstsToReanalyze.end());
4575     InstsToReanalyze.clear();
4576     Changed = false;
4577
4578     while (!Worklist.empty()) {
4579       auto *I = dyn_cast<Instruction>(Worklist.pop_back_val());
4580
4581       // We can't sink an instruction if it is a phi node, is already in the
4582       // predicated block, is not in the loop, or may have side effects.
4583       if (!I || isa<PHINode>(I) || I->getParent() == PredBB ||
4584           !VectorLoop->contains(I) || I->mayHaveSideEffects())
4585         continue;
4586
4587       // It's legal to sink the instruction if all its uses occur in the
4588       // predicated block. Otherwise, there's nothing to do yet, and we may
4589       // need to reanalyze the instruction.
4590       if (!llvm::all_of(I->uses(), isBlockOfUsePredicated)) {
4591         InstsToReanalyze.push_back(I);
4592         continue;
4593       }
4594
4595       // Move the instruction to the beginning of the predicated block, and add
4596       // it's operands to the worklist.
4597       I->moveBefore(&*PredBB->getFirstInsertionPt());
4598       Worklist.insert(I->op_begin(), I->op_end());
4599
4600       // The sinking may have enabled other instructions to be sunk, so we will
4601       // need to iterate.
4602       Changed = true;
4603     }
4604   } while (Changed);
4605 }
4606
4607 void InnerLoopVectorizer::widenPHIInstruction(Instruction *PN, unsigned UF,
4608                                               unsigned VF) {
4609   assert(PN->getParent() == OrigLoop->getHeader() &&
4610          "Non-header phis should have been handled elsewhere");
4611
4612   PHINode *P = cast<PHINode>(PN);
4613   // In order to support recurrences we need to be able to vectorize Phi nodes.
4614   // Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two stages. This is
4615   // stage #1: We create a new vector PHI node with no incoming edges. We'll use
4616   // this value when we vectorize all of the instructions that use the PHI.
4617   if (Legal->isReductionVariable(P) || Legal->isFirstOrderRecurrence(P)) {
4618     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4619       // This is phase one of vectorizing PHIs.
4620       Type *VecTy =
4621           (VF == 1) ? PN->getType() : VectorType::get(PN->getType(), VF);
4622       Value *EntryPart = PHINode::Create(
4623           VecTy, 2, "vec.phi", &*LoopVectorBody->getFirstInsertionPt());
4624       VectorLoopValueMap.setVectorValue(P, Part, EntryPart);
4625     }
4626     return;
4627   }
4628
4629   setDebugLocFromInst(Builder, P);
4630
4631   // This PHINode must be an induction variable.
4632   // Make sure that we know about it.
4633   assert(Legal->getInductionVars()->count(P) && "Not an induction variable");
4634
4635   InductionDescriptor II = Legal->getInductionVars()->lookup(P);
4636   const DataLayout &DL = OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
4637
4638   // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
4639   // which can be found from the original scalar operations.
4640   switch (II.getKind()) {
4641   case InductionDescriptor::IK_NoInduction:
4642     llvm_unreachable("Unknown induction");
4643   case InductionDescriptor::IK_IntInduction:
4644   case InductionDescriptor::IK_FpInduction:
4645     llvm_unreachable("Integer/fp induction is handled elsewhere.");
4646   case InductionDescriptor::IK_PtrInduction: {
4647     // Handle the pointer induction variable case.
4648     assert(P->getType()->isPointerTy() && "Unexpected type.");
4649     // This is the normalized GEP that starts counting at zero.
4650     Value *PtrInd = Induction;
4651     PtrInd = Builder.CreateSExtOrTrunc(PtrInd, II.getStep()->getType());
4652     // Determine the number of scalars we need to generate for each unroll
4653     // iteration. If the instruction is uniform, we only need to generate the
4654     // first lane. Otherwise, we generate all VF values.
4655     unsigned Lanes = Cost->isUniformAfterVectorization(P, VF) ? 1 : VF;
4656     // These are the scalar results. Notice that we don't generate vector GEPs
4657     // because scalar GEPs result in better code.
4658     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4659       for (unsigned Lane = 0; Lane < Lanes; ++Lane) {
4660         Constant *Idx = ConstantInt::get(PtrInd->getType(), Lane + Part * VF);
4661         Value *GlobalIdx = Builder.CreateAdd(PtrInd, Idx);
4662         Value *SclrGep = II.transform(Builder, GlobalIdx, PSE.getSE(), DL);
4663         SclrGep->setName("next.gep");
4664         VectorLoopValueMap.setScalarValue(P, {Part, Lane}, SclrGep);
4665       }
4666     }
4667     return;
4668   }
4669   }
4670 }
4671
4672 /// A helper function for checking whether an integer division-related
4673 /// instruction may divide by zero (in which case it must be predicated if
4674 /// executed conditionally in the scalar code).
4675 /// TODO: It may be worthwhile to generalize and check isKnownNonZero().
4676 /// Non-zero divisors that are non compile-time constants will not be
4677 /// converted into multiplication, so we will still end up scalarizing
4678 /// the division, but can do so w/o predication.
4679 static bool mayDivideByZero(Instruction &I) {
4680   assert((I.getOpcode() == Instruction::UDiv ||
4681           I.getOpcode() == Instruction::SDiv ||
4682           I.getOpcode() == Instruction::URem ||
4683           I.getOpcode() == Instruction::SRem) &&
4684          "Unexpected instruction");
4685   Value *Divisor = I.getOperand(1);
4686   auto *CInt = dyn_cast<ConstantInt>(Divisor);
4687   return !CInt || CInt->isZero();
4688 }
4689
4690 void InnerLoopVectorizer::widenInstruction(Instruction &I) {
4691   switch (I.getOpcode()) {
4692   case Instruction::Br:
4693   case Instruction::PHI:
4694     llvm_unreachable("This instruction is handled by a different recipe.");
4695   case Instruction::GetElementPtr: {
4696     // Construct a vector GEP by widening the operands of the scalar GEP as
4697     // necessary. We mark the vector GEP 'inbounds' if appropriate. A GEP
4698     // results in a vector of pointers when at least one operand of the GEP
4699     // is vector-typed. Thus, to keep the representation compact, we only use
4700     // vector-typed operands for loop-varying values.
4701     auto *GEP = cast<GetElementPtrInst>(&I);
4702
4703     if (VF > 1 && OrigLoop->hasLoopInvariantOperands(GEP)) {
4704       // If we are vectorizing, but the GEP has only loop-invariant operands,
4705       // the GEP we build (by only using vector-typed operands for
4706       // loop-varying values) would be a scalar pointer. Thus, to ensure we
4707       // produce a vector of pointers, we need to either arbitrarily pick an
4708       // operand to broadcast, or broadcast a clone of the original GEP.
4709       // Here, we broadcast a clone of the original.
4710       //
4711       // TODO: If at some point we decide to scalarize instructions having
4712       //       loop-invariant operands, this special case will no longer be
4713       //       required. We would add the scalarization decision to
4714       //       collectLoopScalars() and teach getVectorValue() to broadcast
4715       //       the lane-zero scalar value.
4716       auto *Clone = Builder.Insert(GEP->clone());
4717       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4718         Value *EntryPart = Builder.CreateVectorSplat(VF, Clone);
4719         VectorLoopValueMap.setVectorValue(&I, Part, EntryPart);
4720         addMetadata(EntryPart, GEP);
4721       }
4722     } else {
4723       // If the GEP has at least one loop-varying operand, we are sure to
4724       // produce a vector of pointers. But if we are only unrolling, we want
4725       // to produce a scalar GEP for each unroll part. Thus, the GEP we
4726       // produce with the code below will be scalar (if VF == 1) or vector
4727       // (otherwise). Note that for the unroll-only case, we still maintain
4728       // values in the vector mapping with initVector, as we do for other
4729       // instructions.
4730       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4731         // The pointer operand of the new GEP. If it's loop-invariant, we
4732         // won't broadcast it.
4733         auto *Ptr =
4734             OrigLoop->isLoopInvariant(GEP->getPointerOperand())
4735                 ? GEP->getPointerOperand()
4736                 : getOrCreateVectorValue(GEP->getPointerOperand(), Part);
4737
4738         // Collect all the indices for the new GEP. If any index is
4739         // loop-invariant, we won't broadcast it.
4740         SmallVector<Value *, 4> Indices;
4741         for (auto &U : make_range(GEP->idx_begin(), GEP->idx_end())) {
4742           if (OrigLoop->isLoopInvariant(U.get()))
4743             Indices.push_back(U.get());
4744           else
4745             Indices.push_back(getOrCreateVectorValue(U.get(), Part));
4746         }
4747
4748         // Create the new GEP. Note that this GEP may be a scalar if VF == 1,
4749         // but it should be a vector, otherwise.
4750         auto *NewGEP = GEP->isInBounds()
4751                            ? Builder.CreateInBoundsGEP(Ptr, Indices)
4752                            : Builder.CreateGEP(Ptr, Indices);
4753         assert((VF == 1 || NewGEP->getType()->isVectorTy()) &&
4754                "NewGEP is not a pointer vector");
4755         VectorLoopValueMap.setVectorValue(&I, Part, NewGEP);
4756         addMetadata(NewGEP, GEP);
4757       }
4758     }
4759
4760     break;
4761   }
4762   case Instruction::UDiv:
4763   case Instruction::SDiv:
4764   case Instruction::SRem:
4765   case Instruction::URem:
4766   case Instruction::Add:
4767   case Instruction::FAdd:
4768   case Instruction::Sub:
4769   case Instruction::FSub:
4770   case Instruction::Mul:
4771   case Instruction::FMul:
4772   case Instruction::FDiv:
4773   case Instruction::FRem:
4774   case Instruction::Shl:
4775   case Instruction::LShr:
4776   case Instruction::AShr:
4777   case Instruction::And:
4778   case Instruction::Or:
4779   case Instruction::Xor: {
4780     // Just widen binops.
4781     auto *BinOp = cast<BinaryOperator>(&I);
4782     setDebugLocFromInst(Builder, BinOp);
4783
4784     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4785       Value *A = getOrCreateVectorValue(BinOp->getOperand(0), Part);
4786       Value *B = getOrCreateVectorValue(BinOp->getOperand(1), Part);
4787       Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), A, B);
4788
4789       if (BinaryOperator *VecOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
4790         VecOp->copyIRFlags(BinOp);
4791
4792       // Use this vector value for all users of the original instruction.
4793       VectorLoopValueMap.setVectorValue(&I, Part, V);
4794       addMetadata(V, BinOp);
4795     }
4796
4797     break;
4798   }
4799   case Instruction::Select: {
4800     // Widen selects.
4801     // If the selector is loop invariant we can create a select
4802     // instruction with a scalar condition. Otherwise, use vector-select.
4803     auto *SE = PSE.getSE();
4804     bool InvariantCond =
4805         SE->isLoopInvariant(PSE.getSCEV(I.getOperand(0)), OrigLoop);
4806     setDebugLocFromInst(Builder, &I);
4807
4808     // The condition can be loop invariant  but still defined inside the
4809     // loop. This means that we can't just use the original 'cond' value.
4810     // We have to take the 'vectorized' value and pick the first lane.
4811     // Instcombine will make this a no-op.
4812
4813     auto *ScalarCond = getOrCreateScalarValue(I.getOperand(0), {0, 0});
4814
4815     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4816       Value *Cond = getOrCreateVectorValue(I.getOperand(0), Part);
4817       Value *Op0 = getOrCreateVectorValue(I.getOperand(1), Part);
4818       Value *Op1 = getOrCreateVectorValue(I.getOperand(2), Part);
4819       Value *Sel =
4820           Builder.CreateSelect(InvariantCond ? ScalarCond : Cond, Op0, Op1);
4821       VectorLoopValueMap.setVectorValue(&I, Part, Sel);
4822       addMetadata(Sel, &I);
4823     }
4824
4825     break;
4826   }
4827
4828   case Instruction::ICmp:
4829   case Instruction::FCmp: {
4830     // Widen compares. Generate vector compares.
4831     bool FCmp = (I.getOpcode() == Instruction::FCmp);
4832     auto *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(&I);
4833     setDebugLocFromInst(Builder, Cmp);
4834     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4835       Value *A = getOrCreateVectorValue(Cmp->getOperand(0), Part);
4836       Value *B = getOrCreateVectorValue(Cmp->getOperand(1), Part);
4837       Value *C = nullptr;
4838       if (FCmp) {
4839         // Propagate fast math flags.
4840         IRBuilder<>::FastMathFlagGuard FMFG(Builder);
4841         Builder.setFastMathFlags(Cmp->getFastMathFlags());
4842         C = Builder.CreateFCmp(Cmp->getPredicate(), A, B);
4843       } else {
4844         C = Builder.CreateICmp(Cmp->getPredicate(), A, B);
4845       }
4846       VectorLoopValueMap.setVectorValue(&I, Part, C);
4847       addMetadata(C, &I);
4848     }
4849
4850     break;
4851   }
4852
4853   case Instruction::ZExt:
4854   case Instruction::SExt:
4855   case Instruction::FPToUI:
4856   case Instruction::FPToSI:
4857   case Instruction::FPExt:
4858   case Instruction::PtrToInt:
4859   case Instruction::IntToPtr:
4860   case Instruction::SIToFP:
4861   case Instruction::UIToFP:
4862   case Instruction::Trunc:
4863   case Instruction::FPTrunc:
4864   case Instruction::BitCast: {
4865     auto *CI = dyn_cast<CastInst>(&I);
4866     setDebugLocFromInst(Builder, CI);
4867
4868     /// Vectorize casts.
4869     Type *DestTy =
4870         (VF == 1) ? CI->getType() : VectorType::get(CI->getType(), VF);
4871
4872     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4873       Value *A = getOrCreateVectorValue(CI->getOperand(0), Part);
4874       Value *Cast = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), A, DestTy);
4875       VectorLoopValueMap.setVectorValue(&I, Part, Cast);
4876       addMetadata(Cast, &I);
4877     }
4878     break;
4879   }
4880
4881   case Instruction::Call: {
4882     // Ignore dbg intrinsics.
4883     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4884       break;
4885     setDebugLocFromInst(Builder, &I);
4886
4887     Module *M = I.getParent()->getParent()->getParent();
4888     auto *CI = cast<CallInst>(&I);
4889
4890     StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
4891     Function *F = CI->getCalledFunction();
4892     Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
4893     SmallVector<Type *, 4> Tys;
4894     for (Value *ArgOperand : CI->arg_operands())
4895       Tys.push_back(ToVectorTy(ArgOperand->getType(), VF));
4896
4897     Intrinsic::ID ID = getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
4898
4899     // The flag shows whether we use Intrinsic or a usual Call for vectorized
4900     // version of the instruction.
4901     // Is it beneficial to perform intrinsic call compared to lib call?
4902     bool NeedToScalarize;
4903     unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, *TTI, TLI, NeedToScalarize);
4904     bool UseVectorIntrinsic =
4905         ID && getVectorIntrinsicCost(CI, VF, *TTI, TLI) <= CallCost;
4906     assert((UseVectorIntrinsic || !NeedToScalarize) &&
4907            "Instruction should be scalarized elsewhere.");
4908
4909     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4910       SmallVector<Value *, 4> Args;
4911       for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i) {
4912         Value *Arg = CI->getArgOperand(i);
4913         // Some intrinsics have a scalar argument - don't replace it with a
4914         // vector.
4915         if (!UseVectorIntrinsic || !hasVectorInstrinsicScalarOpd(ID, i))
4916           Arg = getOrCreateVectorValue(CI->getArgOperand(i), Part);
4917         Args.push_back(Arg);
4918       }
4919
4920       Function *VectorF;
4921       if (UseVectorIntrinsic) {
4922         // Use vector version of the intrinsic.
4923         Type *TysForDecl[] = {CI->getType()};
4924         if (VF > 1)
4925           TysForDecl[0] = VectorType::get(CI->getType()->getScalarType(), VF);
4926         VectorF = Intrinsic::getDeclaration(M, ID, TysForDecl);
4927       } else {
4928         // Use vector version of the library call.
4929         StringRef VFnName = TLI->getVectorizedFunction(FnName, VF);
4930         assert(!VFnName.empty() && "Vector function name is empty.");
4931         VectorF = M->getFunction(VFnName);
4932         if (!VectorF) {
4933           // Generate a declaration
4934           FunctionType *FTy = FunctionType::get(RetTy, Tys, false);
4935           VectorF =
4936               Function::Create(FTy, Function::ExternalLinkage, VFnName, M);
4937           VectorF->copyAttributesFrom(F);
4938         }
4939       }
4940       assert(VectorF && "Can't create vector function.");
4941
4942       SmallVector<OperandBundleDef, 1> OpBundles;
4943       CI->getOperandBundlesAsDefs(OpBundles);
4944       CallInst *V = Builder.CreateCall(VectorF, Args, OpBundles);
4945
4946       if (isa<FPMathOperator>(V))
4947         V->copyFastMathFlags(CI);
4948
4949       VectorLoopValueMap.setVectorValue(&I, Part, V);
4950       addMetadata(V, &I);
4951     }
4952
4953     break;
4954   }
4955
4956   default:
4957     // This instruction is not vectorized by simple widening.
4958     DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unhandled instruction: " << I);
4959     llvm_unreachable("Unhandled instruction!");
4960   } // end of switch.
4961 }
4962
4963 void InnerLoopVectorizer::updateAnalysis() {
4964   // Forget the original basic block.
4965   PSE.getSE()->forgetLoop(OrigLoop);
4966
4967   // Update the dominator tree information.
4968   assert(DT->properlyDominates(LoopBypassBlocks.front(), LoopExitBlock) &&
4969          "Entry does not dominate exit.");
4970
4971   DT->addNewBlock(LoopMiddleBlock,
4972                   LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch());
4973   DT->addNewBlock(LoopScalarPreHeader, LoopBypassBlocks[0]);
4974   DT->changeImmediateDominator(LoopScalarBody, LoopScalarPreHeader);
4975   DT->changeImmediateDominator(LoopExitBlock, LoopBypassBlocks[0]);
4976   DEBUG(DT->verifyDomTree());
4977 }
4978
4979 /// \brief Check whether it is safe to if-convert this phi node.
4980 ///
4981 /// Phi nodes with constant expressions that can trap are not safe to if
4982 /// convert.
4983 static bool canIfConvertPHINodes(BasicBlock *BB) {
4984   for (Instruction &I : *BB) {
4985     auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(&I);
4986     if (!Phi)
4987       return true;
4988     for (Value *V : Phi->incoming_values())
4989       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V))
4990         if (C->canTrap())
4991           return false;
4992   }
4993   return true;
4994 }
4995
4996 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeWithIfConvert() {
4997   if (!EnableIfConversion) {
4998     ORE->emit(createMissedAnalysis("IfConversionDisabled")
4999               << "if-conversion is disabled");
5000     return false;
5001   }
5002
5003   assert(TheLoop->getNumBlocks() > 1 && "Single block loops are vectorizable");
5004
5005   // A list of pointers that we can safely read and write to.
5006   SmallPtrSet<Value *, 8> SafePointes;
5007
5008   // Collect safe addresses.
5009   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
5010     if (blockNeedsPredication(BB))
5011       continue;
5012
5013     for (Instruction &I : *BB)
5014       if (auto *Ptr = getPointerOperand(&I))
5015         SafePointes.insert(Ptr);
5016   }
5017
5018   // Collect the blocks that need predication.
5019   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
5020   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
5021     // We don't support switch statements inside loops.
5022     if (!isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
5023       ORE->emit(createMissedAnalysis("LoopContainsSwitch", BB->getTerminator())
5024                 << "loop contains a switch statement");
5025       return false;
5026     }
5027
5028     // We must be able to predicate all blocks that need to be predicated.
5029     if (blockNeedsPredication(BB)) {
5030       if (!blockCanBePredicated(BB, SafePointes)) {
5031         ORE->emit(createMissedAnalysis("NoCFGForSelect", BB->getTerminator())
5032                   << "control flow cannot be substituted for a select");
5033         return false;
5034       }
5035     } else if (BB != Header && !canIfConvertPHINodes(BB)) {
5036       ORE->emit(createMissedAnalysis("NoCFGForSelect", BB->getTerminator())
5037                 << "control flow cannot be substituted for a select");
5038       return false;
5039     }
5040   }
5041
5042   // We can if-convert this loop.
5043   return true;
5044 }
5045
5046 bool LoopVectorizationLegality::canVectorize() {
5047   // Store the result and return it at the end instead of exiting early, in case
5048   // allowExtraAnalysis is used to report multiple reasons for not vectorizing.
5049   bool Result = true;
5050   
5051   bool DoExtraAnalysis = ORE->allowExtraAnalysis(DEBUG_TYPE);
5052   // We must have a loop in canonical form. Loops with indirectbr in them cannot
5053   // be canonicalized.
5054   if (!TheLoop->getLoopPreheader()) {
5055     DEBUG(dbgs() << "LV: Loop doesn't have a legal pre-header.\n");
5056     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5057               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5058     if (DoExtraAnalysis)
5059       Result = false;
5060     else
5061       return false;
5062   }
5063
5064   // FIXME: The code is currently dead, since the loop gets sent to
5065   // LoopVectorizationLegality is already an innermost loop.
5066   //
5067   // We can only vectorize innermost loops.
5068   if (!TheLoop->empty()) {
5069     ORE->emit(createMissedAnalysis("NotInnermostLoop")
5070               << "loop is not the innermost loop");
5071     if (DoExtraAnalysis)
5072       Result = false;
5073     else
5074       return false;
5075   }
5076
5077   // We must have a single backedge.
5078   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1) {
5079     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5080               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5081     if (DoExtraAnalysis)
5082       Result = false;
5083     else
5084       return false;
5085   }
5086
5087   // We must have a single exiting block.
5088   if (!TheLoop->getExitingBlock()) {
5089     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5090               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5091     if (DoExtraAnalysis)
5092       Result = false;
5093     else
5094       return false;
5095   }
5096
5097   // We only handle bottom-tested loops, i.e. loop in which the condition is
5098   // checked at the end of each iteration. With that we can assume that all
5099   // instructions in the loop are executed the same number of times.
5100   if (TheLoop->getExitingBlock() != TheLoop->getLoopLatch()) {
5101     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5102               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5103     if (DoExtraAnalysis)
5104       Result = false;
5105     else
5106       return false;
5107   }
5108
5109   // We need to have a loop header.
5110   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop: " << TheLoop->getHeader()->getName()
5111                << '\n');
5112
5113   // Check if we can if-convert non-single-bb loops.
5114   unsigned NumBlocks = TheLoop->getNumBlocks();
5115   if (NumBlocks != 1 && !canVectorizeWithIfConvert()) {
5116     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't if-convert the loop.\n");
5117     if (DoExtraAnalysis)
5118       Result = false;
5119     else
5120       return false;
5121   }
5122
5123   // Check if we can vectorize the instructions and CFG in this loop.
5124   if (!canVectorizeInstrs()) {
5125     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize the instructions or CFG\n");
5126     if (DoExtraAnalysis)
5127       Result = false;
5128     else
5129       return false;
5130   }
5131
5132   // Go over each instruction and look at memory deps.
5133   if (!canVectorizeMemory()) {
5134     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize due to memory conflicts\n");
5135     if (DoExtraAnalysis)
5136       Result = false;
5137     else
5138       return false;
5139   }
5140
5141   DEBUG(dbgs() << "LV: We can vectorize this loop"
5142                << (LAI->getRuntimePointerChecking()->Need
5143                        ? " (with a runtime bound check)"
5144                        : "")
5145                << "!\n");
5146
5147   bool UseInterleaved = TTI->enableInterleavedAccessVectorization();
5148
5149   // If an override option has been passed in for interleaved accesses, use it.
5150   if (EnableInterleavedMemAccesses.getNumOccurrences() > 0)
5151     UseInterleaved = EnableInterleavedMemAccesses;
5152
5153   // Analyze interleaved memory accesses.
5154   if (UseInterleaved)
5155     InterleaveInfo.analyzeInterleaving(*getSymbolicStrides());
5156
5157   unsigned SCEVThreshold = VectorizeSCEVCheckThreshold;
5158   if (Hints->getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled)
5159     SCEVThreshold = PragmaVectorizeSCEVCheckThreshold;
5160
5161   if (PSE.getUnionPredicate().getComplexity() > SCEVThreshold) {
5162     ORE->emit(createMissedAnalysis("TooManySCEVRunTimeChecks")
5163               << "Too many SCEV assumptions need to be made and checked "
5164               << "at runtime");
5165     DEBUG(dbgs() << "LV: Too many SCEV checks needed.\n");
5166     if (DoExtraAnalysis)
5167       Result = false;
5168     else
5169       return false;
5170   }
5171
5172   // Okay! We've done all the tests. If any have failed, return false. Otherwise
5173   // we can vectorize, and at this point we don't have any other mem analysis
5174   // which may limit our maximum vectorization factor, so just return true with
5175   // no restrictions.
5176   return Result;
5177 }
5178
5179 static Type *convertPointerToIntegerType(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
5180   if (Ty->isPointerTy())
5181     return DL.getIntPtrType(Ty);
5182
5183   // It is possible that char's or short's overflow when we ask for the loop's
5184   // trip count, work around this by changing the type size.
5185   if (Ty->getScalarSizeInBits() < 32)
5186     return Type::getInt32Ty(Ty->getContext());
5187
5188   return Ty;
5189 }
5190
5191 static Type *getWiderType(const DataLayout &DL, Type *Ty0, Type *Ty1) {
5192   Ty0 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty0);
5193   Ty1 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty1);
5194   if (Ty0->getScalarSizeInBits() > Ty1->getScalarSizeInBits())
5195     return Ty0;
5196   return Ty1;
5197 }
5198
5199 /// \brief Check that the instruction has outside loop users and is not an
5200 /// identified reduction variable.
5201 static bool hasOutsideLoopUser(const Loop *TheLoop, Instruction *Inst,
5202                                SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit) {
5203   // Reduction and Induction instructions are allowed to have exit users. All
5204   // other instructions must not have external users.
5205   if (!AllowedExit.count(Inst))
5206     // Check that all of the users of the loop are inside the BB.
5207     for (User *U : Inst->users()) {
5208       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
5209       // This user may be a reduction exit value.
5210       if (!TheLoop->contains(UI)) {
5211         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an outside user for : " << *UI << '\n');
5212         return true;
5213       }
5214     }
5215   return false;
5216 }
5217
5218 void LoopVectorizationLegality::addInductionPhi(
5219     PHINode *Phi, const InductionDescriptor &ID,
5220     SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit) {
5221   Inductions[Phi] = ID;
5222
5223   // In case this induction also comes with casts that we know we can ignore
5224   // in the vectorized loop body, record them here. All casts could be recorded
5225   // here for ignoring, but suffices to record only the first (as it is the
5226   // only one that may bw used outside the cast sequence).
5227   const SmallVectorImpl<Instruction *> &Casts = ID.getCastInsts();
5228   if (!Casts.empty())
5229     InductionCastsToIgnore.insert(*Casts.begin());
5230
5231   Type *PhiTy = Phi->getType();
5232   const DataLayout &DL = Phi->getModule()->getDataLayout();
5233
5234   // Get the widest type.
5235   if (!PhiTy->isFloatingPointTy()) {
5236     if (!WidestIndTy)
5237       WidestIndTy = convertPointerToIntegerType(DL, PhiTy);
5238     else
5239       WidestIndTy = getWiderType(DL, PhiTy, WidestIndTy);
5240   }
5241
5242   // Int inductions are special because we only allow one IV.
5243   if (ID.getKind() == InductionDescriptor::IK_IntInduction &&
5244       ID.getConstIntStepValue() &&
5245       ID.getConstIntStepValue()->isOne() &&
5246       isa<Constant>(ID.getStartValue()) &&
5247       cast<Constant>(ID.getStartValue())->isNullValue()) {
5248
5249     // Use the phi node with the widest type as induction. Use the last
5250     // one if there are multiple (no good reason for doing this other
5251     // than it is expedient). We've checked that it begins at zero and
5252     // steps by one, so this is a canonical induction variable.
5253     if (!PrimaryInduction || PhiTy == WidestIndTy)
5254       PrimaryInduction = Phi;
5255   }
5256
5257   // Both the PHI node itself, and the "post-increment" value feeding
5258   // back into the PHI node may have external users.
5259   // We can allow those uses, except if the SCEVs we have for them rely
5260   // on predicates that only hold within the loop, since allowing the exit
5261   // currently means re-using this SCEV outside the loop.
5262   if (PSE.getUnionPredicate().isAlwaysTrue()) {
5263     AllowedExit.insert(Phi);
5264     AllowedExit.insert(Phi->getIncomingValueForBlock(TheLoop->getLoopLatch()));
5265   }
5266
5267   DEBUG(dbgs() << "LV: Found an induction variable.\n");
5268 }
5269
5270 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeInstrs() {
5271   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
5272
5273   // Look for the attribute signaling the absence of NaNs.
5274   Function &F = *Header->getParent();
5275   HasFunNoNaNAttr =
5276       F.getFnAttribute("no-nans-fp-math").getValueAsString() == "true";
5277
5278   // For each block in the loop.
5279   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
5280     // Scan the instructions in the block and look for hazards.
5281     for (Instruction &I : *BB) {
5282       if (auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
5283         Type *PhiTy = Phi->getType();
5284         // Check that this PHI type is allowed.
5285         if (!PhiTy->isIntegerTy() && !PhiTy->isFloatingPointTy() &&
5286             !PhiTy->isPointerTy()) {
5287           ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood", Phi)
5288                     << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5289           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an non-int non-pointer PHI.\n");
5290           return false;
5291         }
5292
5293         // If this PHINode is not in the header block, then we know that we
5294         // can convert it to select during if-conversion. No need to check if
5295         // the PHIs in this block are induction or reduction variables.
5296         if (BB != Header) {
5297           // Check that this instruction has no outside users or is an
5298           // identified reduction value with an outside user.
5299           if (!hasOutsideLoopUser(TheLoop, Phi, AllowedExit))
5300             continue;
5301           ORE->emit(createMissedAnalysis("NeitherInductionNorReduction", Phi)
5302                     << "value could not be identified as "
5303                        "an induction or reduction variable");
5304           return false;
5305         }
5306
5307         // We only allow if-converted PHIs with exactly two incoming values.
5308         if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
5309           ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood", Phi)
5310                     << "control flow not understood by vectorizer");
5311           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an invalid PHI.\n");
5312           return false;
5313         }
5314
5315         RecurrenceDescriptor RedDes;
5316         if (RecurrenceDescriptor::isReductionPHI(Phi, TheLoop, RedDes)) {
5317           if (RedDes.hasUnsafeAlgebra())
5318             Requirements->addUnsafeAlgebraInst(RedDes.getUnsafeAlgebraInst());
5319           AllowedExit.insert(RedDes.getLoopExitInstr());
5320           Reductions[Phi] = RedDes;
5321           continue;
5322         }
5323
5324         InductionDescriptor ID;
5325         if (InductionDescriptor::isInductionPHI(Phi, TheLoop, PSE, ID)) {
5326           addInductionPhi(Phi, ID, AllowedExit);
5327           if (ID.hasUnsafeAlgebra() && !HasFunNoNaNAttr)
5328             Requirements->addUnsafeAlgebraInst(ID.getUnsafeAlgebraInst());
5329           continue;
5330         }
5331
5332         if (RecurrenceDescriptor::isFirstOrderRecurrence(Phi, TheLoop,
5333                                                          SinkAfter, DT)) {
5334           FirstOrderRecurrences.insert(Phi);
5335           continue;
5336         }
5337
5338         // As a last resort, coerce the PHI to a AddRec expression
5339         // and re-try classifying it a an induction PHI.
5340         if (InductionDescriptor::isInductionPHI(Phi, TheLoop, PSE, ID, true)) {
5341           addInductionPhi(Phi, ID, AllowedExit);
5342           continue;
5343         }
5344
5345         ORE->emit(createMissedAnalysis("NonReductionValueUsedOutsideLoop", Phi)
5346                   << "value that could not be identified as "
5347                      "reduction is used outside the loop");
5348         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified PHI." << *Phi << "\n");
5349         return false;
5350       } // end of PHI handling
5351
5352       // We handle calls that:
5353       //   * Are debug info intrinsics.
5354       //   * Have a mapping to an IR intrinsic.
5355       //   * Have a vector version available.
5356       auto *CI = dyn_cast<CallInst>(&I);
5357       if (CI && !getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI) &&
5358           !isa<DbgInfoIntrinsic>(CI) &&
5359           !(CI->getCalledFunction() && TLI &&
5360             TLI->isFunctionVectorizable(CI->getCalledFunction()->getName()))) {
5361         ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeCall", CI)
5362                   << "call instruction cannot be vectorized");
5363         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-intrinsic, non-libfunc callsite.\n");
5364         return false;
5365       }
5366
5367       // Intrinsics such as powi,cttz and ctlz are legal to vectorize if the
5368       // second argument is the same (i.e. loop invariant)
5369       if (CI && hasVectorInstrinsicScalarOpd(
5370                     getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI), 1)) {
5371         auto *SE = PSE.getSE();
5372         if (!SE->isLoopInvariant(PSE.getSCEV(CI->getOperand(1)), TheLoop)) {
5373           ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeIntrinsic", CI)
5374                     << "intrinsic instruction cannot be vectorized");
5375           DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable intrinsic " << *CI << "\n");
5376           return false;
5377         }
5378       }
5379
5380       // Check that the instruction return type is vectorizable.
5381       // Also, we can't vectorize extractelement instructions.
5382       if ((!VectorType::isValidElementType(I.getType()) &&
5383            !I.getType()->isVoidTy()) ||
5384           isa<ExtractElementInst>(I)) {
5385         ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeInstructionReturnType", &I)
5386                   << "instruction return type cannot be vectorized");
5387         DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable type.\n");
5388         return false;
5389       }
5390
5391       // Check that the stored type is vectorizable.
5392       if (auto *ST = dyn_cast<StoreInst>(&I)) {
5393         Type *T = ST->getValueOperand()->getType();
5394         if (!VectorType::isValidElementType(T)) {
5395           ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeStore", ST)
5396                     << "store instruction cannot be vectorized");
5397           return false;
5398         }
5399
5400         // FP instructions can allow unsafe algebra, thus vectorizable by
5401         // non-IEEE-754 compliant SIMD units.
5402         // This applies to floating-point math operations and calls, not memory
5403         // operations, shuffles, or casts, as they don't change precision or
5404         // semantics.
5405       } else if (I.getType()->isFloatingPointTy() && (CI || I.isBinaryOp()) &&
5406                  !I.isFast()) {
5407         DEBUG(dbgs() << "LV: Found FP op with unsafe algebra.\n");
5408         Hints->setPotentiallyUnsafe();
5409       }
5410
5411       // Reduction instructions are allowed to have exit users.
5412       // All other instructions must not have external users.
5413       if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, &I, AllowedExit)) {
5414         ORE->emit(createMissedAnalysis("ValueUsedOutsideLoop", &I)
5415                   << "value cannot be used outside the loop");
5416         return false;
5417       }
5418     } // next instr.
5419   }
5420
5421   if (!PrimaryInduction) {
5422     DEBUG(dbgs() << "LV: Did not find one integer induction var.\n");
5423     if (Inductions.empty()) {
5424       ORE->emit(createMissedAnalysis("NoInductionVariable")
5425                 << "loop induction variable could not be identified");
5426       return false;
5427     }
5428   }
5429
5430   // Now we know the widest induction type, check if our found induction
5431   // is the same size. If it's not, unset it here and InnerLoopVectorizer
5432   // will create another.
5433   if (PrimaryInduction && WidestIndTy != PrimaryInduction->getType())
5434     PrimaryInduction = nullptr;
5435
5436   return true;
5437 }
5438
5439 void LoopVectorizationCostModel::collectLoopScalars(unsigned VF) {
5440   // We should not collect Scalars more than once per VF. Right now, this
5441   // function is called from collectUniformsAndScalars(), which already does
5442   // this check. Collecting Scalars for VF=1 does not make any sense.
5443   assert(VF >= 2 && !Scalars.count(VF) &&
5444          "This function should not be visited twice for the same VF");
5445
5446   SmallSetVector<Instruction *, 8> Worklist;
5447
5448   // These sets are used to seed the analysis with pointers used by memory
5449   // accesses that will remain scalar.
5450   SmallSetVector<Instruction *, 8> ScalarPtrs;
5451   SmallPtrSet<Instruction *, 8> PossibleNonScalarPtrs;
5452
5453   // A helper that returns true if the use of Ptr by MemAccess will be scalar.
5454   // The pointer operands of loads and stores will be scalar as long as the
5455   // memory access is not a gather or scatter operation. The value operand of a
5456   // store will remain scalar if the store is scalarized.
5457   auto isScalarUse = [&](Instruction *MemAccess, Value *Ptr) {
5458     InstWidening WideningDecision = getWideningDecision(MemAccess, VF);
5459     assert(WideningDecision != CM_Unknown &&
5460            "Widening decision should be ready at this moment");
5461     if (auto *Store = dyn_cast<StoreInst>(MemAccess))
5462       if (Ptr == Store->getValueOperand())
5463         return WideningDecision == CM_Scalarize;
5464     assert(Ptr == getPointerOperand(MemAccess) &&
5465            "Ptr is neither a value or pointer operand");
5466     return WideningDecision != CM_GatherScatter;
5467   };
5468
5469   // A helper that returns true if the given value is a bitcast or
5470   // getelementptr instruction contained in the loop.
5471   auto isLoopVaryingBitCastOrGEP = [&](Value *V) {
5472     return ((isa<BitCastInst>(V) && V->getType()->isPointerTy()) ||
5473             isa<GetElementPtrInst>(V)) &&
5474            !TheLoop->isLoopInvariant(V);
5475   };
5476
5477   // A helper that evaluates a memory access's use of a pointer. If the use
5478   // will be a scalar use, and the pointer is only used by memory accesses, we
5479   // place the pointer in ScalarPtrs. Otherwise, the pointer is placed in
5480   // PossibleNonScalarPtrs.
5481   auto evaluatePtrUse = [&](Instruction *MemAccess, Value *Ptr) {
5482     // We only care about bitcast and getelementptr instructions contained in
5483     // the loop.
5484     if (!isLoopVaryingBitCastOrGEP(Ptr))
5485       return;
5486
5487     // If the pointer has already been identified as scalar (e.g., if it was
5488     // also identified as uniform), there's nothing to do.
5489     auto *I = cast<Instruction>(Ptr);
5490     if (Worklist.count(I))
5491       return;
5492
5493     // If the use of the pointer will be a scalar use, and all users of the
5494     // pointer are memory accesses, place the pointer in ScalarPtrs. Otherwise,
5495     // place the pointer in PossibleNonScalarPtrs.
5496     if (isScalarUse(MemAccess, Ptr) && llvm::all_of(I->users(), [&](User *U) {
5497           return isa<LoadInst>(U) || isa<StoreInst>(U);
5498         }))
5499       ScalarPtrs.insert(I);
5500     else
5501       PossibleNonScalarPtrs.insert(I);
5502   };
5503
5504   // We seed the scalars analysis with three classes of instructions: (1)
5505   // instructions marked uniform-after-vectorization, (2) bitcast and
5506   // getelementptr instructions used by memory accesses requiring a scalar use,
5507   // and (3) pointer induction variables and their update instructions (we
5508   // currently only scalarize these).
5509   //
5510   // (1) Add to the worklist all instructions that have been identified as
5511   // uniform-after-vectorization.
5512   Worklist.insert(Uniforms[VF].begin(), Uniforms[VF].end());
5513
5514   // (2) Add to the worklist all bitcast and getelementptr instructions used by
5515   // memory accesses requiring a scalar use. The pointer operands of loads and
5516   // stores will be scalar as long as the memory accesses is not a gather or
5517   // scatter operation. The value operand of a store will remain scalar if the
5518   // store is scalarized.
5519   for (auto *BB : TheLoop->blocks())
5520     for (auto &I : *BB) {
5521       if (auto *Load = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
5522         evaluatePtrUse(Load, Load->getPointerOperand());
5523       } else if (auto *Store = dyn_cast<StoreInst>(&I)) {
5524         evaluatePtrUse(Store, Store->getPointerOperand());
5525         evaluatePtrUse(Store, Store->getValueOperand());
5526       }
5527     }
5528   for (auto *I : ScalarPtrs)
5529     if (!PossibleNonScalarPtrs.count(I)) {
5530       DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *I << "\n");
5531       Worklist.insert(I);
5532     }
5533
5534   // (3) Add to the worklist all pointer induction variables and their update
5535   // instructions.
5536   //
5537   // TODO: Once we are able to vectorize pointer induction variables we should
5538   //       no longer insert them into the worklist here.
5539   auto *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
5540   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
5541     auto *Ind = Induction.first;
5542     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
5543     if (Induction.second.getKind() != InductionDescriptor::IK_PtrInduction)
5544       continue;
5545     Worklist.insert(Ind);
5546     Worklist.insert(IndUpdate);
5547     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *Ind << "\n");
5548     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *IndUpdate << "\n");
5549   }
5550
5551   // Insert the forced scalars.
5552   // FIXME: Currently widenPHIInstruction() often creates a dead vector
5553   // induction variable when the PHI user is scalarized.
5554   if (ForcedScalars.count(VF))
5555     for (auto *I : ForcedScalars.find(VF)->second)
5556       Worklist.insert(I);
5557
5558   // Expand the worklist by looking through any bitcasts and getelementptr
5559   // instructions we've already identified as scalar. This is similar to the
5560   // expansion step in collectLoopUniforms(); however, here we're only
5561   // expanding to include additional bitcasts and getelementptr instructions.
5562   unsigned Idx = 0;
5563   while (Idx != Worklist.size()) {
5564     Instruction *Dst = Worklist[Idx++];
5565     if (!isLoopVaryingBitCastOrGEP(Dst->getOperand(0)))
5566       continue;
5567     auto *Src = cast<Instruction>(Dst->getOperand(0));
5568     if (llvm::all_of(Src->users(), [&](User *U) -> bool {
5569           auto *J = cast<Instruction>(U);
5570           return !TheLoop->contains(J) || Worklist.count(J) ||
5571                  ((isa<LoadInst>(J) || isa<StoreInst>(J)) &&
5572                   isScalarUse(J, Src));
5573         })) {
5574       Worklist.insert(Src);
5575       DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *Src << "\n");
5576     }
5577   }
5578
5579   // An induction variable will remain scalar if all users of the induction
5580   // variable and induction variable update remain scalar.
5581   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
5582     auto *Ind = Induction.first;
5583     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
5584
5585     // We already considered pointer induction variables, so there's no reason
5586     // to look at their users again.
5587     //
5588     // TODO: Once we are able to vectorize pointer induction variables we
5589     //       should no longer skip over them here.
5590     if (Induction.second.getKind() == InductionDescriptor::IK_PtrInduction)
5591       continue;
5592
5593     // Determine if all users of the induction variable are scalar after
5594     // vectorization.
5595     auto ScalarInd = llvm::all_of(Ind->users(), [&](User *U) -> bool {
5596       auto *I = cast<Instruction>(U);
5597       return I == IndUpdate || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I);
5598     });
5599     if (!ScalarInd)
5600       continue;
5601
5602     // Determine if all users of the induction variable update instruction are
5603     // scalar after vectorization.
5604     auto ScalarIndUpdate =
5605         llvm::all_of(IndUpdate->users(), [&](User *U) -> bool {
5606           auto *I = cast<Instruction>(U);
5607           return I == Ind || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I);
5608         });
5609     if (!ScalarIndUpdate)
5610       continue;
5611
5612     // The induction variable and its update instruction will remain scalar.
5613     Worklist.insert(Ind);
5614     Worklist.insert(IndUpdate);
5615     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *Ind << "\n");
5616     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *IndUpdate << "\n");
5617   }
5618
5619   Scalars[VF].insert(Worklist.begin(), Worklist.end());
5620 }
5621
5622 bool LoopVectorizationLegality::isScalarWithPredication(Instruction *I) {
5623   if (!blockNeedsPredication(I->getParent()))
5624     return false;
5625   switch(I->getOpcode()) {
5626   default:
5627     break;
5628   case Instruction::Store:
5629     return !isMaskRequired(I);
5630   case Instruction::UDiv:
5631   case Instruction::SDiv:
5632   case Instruction::SRem:
5633   case Instruction::URem:
5634     return mayDivideByZero(*I);
5635   }
5636   return false;
5637 }
5638
5639 bool LoopVectorizationLegality::memoryInstructionCanBeWidened(Instruction *I,
5640                                                               unsigned VF) {
5641   // Get and ensure we have a valid memory instruction.
5642   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
5643   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
5644   assert((LI || SI) && "Invalid memory instruction");
5645
5646   auto *Ptr = getPointerOperand(I);
5647
5648   // In order to be widened, the pointer should be consecutive, first of all.
5649   if (!isConsecutivePtr(Ptr))
5650     return false;
5651
5652   // If the instruction is a store located in a predicated block, it will be
5653   // scalarized.
5654   if (isScalarWithPredication(I))
5655     return false;
5656
5657   // If the instruction's allocated size doesn't equal it's type size, it
5658   // requires padding and will be scalarized.
5659   auto &DL = I->getModule()->getDataLayout();
5660   auto *ScalarTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
5661   if (hasIrregularType(ScalarTy, DL, VF))
5662     return false;
5663
5664   return true;
5665 }
5666
5667 void LoopVectorizationCostModel::collectLoopUniforms(unsigned VF) {
5668   // We should not collect Uniforms more than once per VF. Right now,
5669   // this function is called from collectUniformsAndScalars(), which
5670   // already does this check. Collecting Uniforms for VF=1 does not make any
5671   // sense.
5672
5673   assert(VF >= 2 && !Uniforms.count(VF) &&
5674          "This function should not be visited twice for the same VF");
5675
5676   // Visit the list of Uniforms. If we'll not find any uniform value, we'll
5677   // not analyze again.  Uniforms.count(VF) will return 1.
5678   Uniforms[VF].clear();
5679
5680   // We now know that the loop is vectorizable!
5681   // Collect instructions inside the loop that will remain uniform after
5682   // vectorization.
5683
5684   // Global values, params and instructions outside of current loop are out of
5685   // scope.
5686   auto isOutOfScope = [&](Value *V) -> bool {
5687     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5688     return (!I || !TheLoop->contains(I));
5689   };
5690
5691   SetVector<Instruction *> Worklist;
5692   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
5693
5694   // Start with the conditional branch. If the branch condition is an
5695   // instruction contained in the loop that is only used by the branch, it is
5696   // uniform.
5697   auto *Cmp = dyn_cast<Instruction>(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
5698   if (Cmp && TheLoop->contains(Cmp) && Cmp->hasOneUse()) {
5699     Worklist.insert(Cmp);
5700     DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *Cmp << "\n");
5701   }
5702
5703   // Holds consecutive and consecutive-like pointers. Consecutive-like pointers
5704   // are pointers that are treated like consecutive pointers during
5705   // vectorization. The pointer operands of interleaved accesses are an
5706   // example.
5707   SmallSetVector<Instruction *, 8> ConsecutiveLikePtrs;
5708
5709   // Holds pointer operands of instructions that are possibly non-uniform.
5710   SmallPtrSet<Instruction *, 8> PossibleNonUniformPtrs;
5711
5712   auto isUniformDecision = [&](Instruction *I, unsigned VF) {
5713     InstWidening WideningDecision = getWideningDecision(I, VF);
5714     assert(WideningDecision != CM_Unknown &&
5715            "Widening decision should be ready at this moment");
5716
5717     return (WideningDecision == CM_Widen ||
5718             WideningDecision == CM_Widen_Reverse ||
5719             WideningDecision == CM_Interleave);
5720   };
5721   // Iterate over the instructions in the loop, and collect all
5722   // consecutive-like pointer operands in ConsecutiveLikePtrs. If it's possible
5723   // that a consecutive-like pointer operand will be scalarized, we collect it
5724   // in PossibleNonUniformPtrs instead. We use two sets here because a single
5725   // getelementptr instruction can be used by both vectorized and scalarized
5726   // memory instructions. For example, if a loop loads and stores from the same
5727   // location, but the store is conditional, the store will be scalarized, and
5728   // the getelementptr won't remain uniform.
5729   for (auto *BB : TheLoop->blocks())
5730     for (auto &I : *BB) {
5731       // If there's no pointer operand, there's nothing to do.
5732       auto *Ptr = dyn_cast_or_null<Instruction>(getPointerOperand(&I));
5733       if (!Ptr)
5734         continue;
5735
5736       // True if all users of Ptr are memory accesses that have Ptr as their
5737       // pointer operand.
5738       auto UsersAreMemAccesses =
5739           llvm::all_of(Ptr->users(), [&](User *U) -> bool {
5740             return getPointerOperand(U) == Ptr;
5741           });
5742
5743       // Ensure the memory instruction will not be scalarized or used by
5744       // gather/scatter, making its pointer operand non-uniform. If the pointer
5745       // operand is used by any instruction other than a memory access, we
5746       // conservatively assume the pointer operand may be non-uniform.
5747       if (!UsersAreMemAccesses || !isUniformDecision(&I, VF))
5748         PossibleNonUniformPtrs.insert(Ptr);
5749
5750       // If the memory instruction will be vectorized and its pointer operand
5751       // is consecutive-like, or interleaving - the pointer operand should
5752       // remain uniform.
5753       else
5754         ConsecutiveLikePtrs.insert(Ptr);
5755     }
5756
5757   // Add to the Worklist all consecutive and consecutive-like pointers that
5758   // aren't also identified as possibly non-uniform.
5759   for (auto *V : ConsecutiveLikePtrs)
5760     if (!PossibleNonUniformPtrs.count(V)) {
5761       DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *V << "\n");
5762       Worklist.insert(V);
5763     }
5764
5765   // Expand Worklist in topological order: whenever a new instruction
5766   // is added , its users should be either already inside Worklist, or
5767   // out of scope. It ensures a uniform instruction will only be used
5768   // by uniform instructions or out of scope instructions.
5769   unsigned idx = 0;
5770   while (idx != Worklist.size()) {
5771     Instruction *I = Worklist[idx++];
5772
5773     for (auto OV : I->operand_values()) {
5774       if (isOutOfScope(OV))
5775         continue;
5776       auto *OI = cast<Instruction>(OV);
5777       if (llvm::all_of(OI->users(), [&](User *U) -> bool {
5778             auto *J = cast<Instruction>(U);
5779             return !TheLoop->contains(J) || Worklist.count(J) ||
5780                    (OI == getPointerOperand(J) && isUniformDecision(J, VF));
5781           })) {
5782         Worklist.insert(OI);
5783         DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *OI << "\n");
5784       }
5785     }
5786   }
5787
5788   // Returns true if Ptr is the pointer operand of a memory access instruction
5789   // I, and I is known to not require scalarization.
5790   auto isVectorizedMemAccessUse = [&](Instruction *I, Value *Ptr) -> bool {
5791     return getPointerOperand(I) == Ptr && isUniformDecision(I, VF);
5792   };
5793
5794   // For an instruction to be added into Worklist above, all its users inside
5795   // the loop should also be in Worklist. However, this condition cannot be
5796   // true for phi nodes that form a cyclic dependence. We must process phi
5797   // nodes separately. An induction variable will remain uniform if all users
5798   // of the induction variable and induction variable update remain uniform.
5799   // The code below handles both pointer and non-pointer induction variables.
5800   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
5801     auto *Ind = Induction.first;
5802     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
5803
5804     // Determine if all users of the induction variable are uniform after
5805     // vectorization.
5806     auto UniformInd = llvm::all_of(Ind->users(), [&](User *U) -> bool {
5807       auto *I = cast<Instruction>(U);
5808       return I == IndUpdate || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I) ||
5809              isVectorizedMemAccessUse(I, Ind);
5810     });
5811     if (!UniformInd)
5812       continue;
5813
5814     // Determine if all users of the induction variable update instruction are
5815     // uniform after vectorization.
5816     auto UniformIndUpdate =
5817         llvm::all_of(IndUpdate->users(), [&](User *U) -> bool {
5818           auto *I = cast<Instruction>(U);
5819           return I == Ind || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I) ||
5820                  isVectorizedMemAccessUse(I, IndUpdate);
5821         });
5822     if (!UniformIndUpdate)
5823       continue;
5824
5825     // The induction variable and its update instruction will remain uniform.
5826     Worklist.insert(Ind);
5827     Worklist.insert(IndUpdate);
5828     DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *Ind << "\n");
5829     DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *IndUpdate << "\n");
5830   }
5831
5832   Uniforms[VF].insert(Worklist.begin(), Worklist.end());
5833 }
5834
5835 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeMemory() {
5836   LAI = &(*GetLAA)(*TheLoop);
5837   InterleaveInfo.setLAI(LAI);
5838   const OptimizationRemarkAnalysis *LAR = LAI->getReport();
5839   if (LAR) {
5840     ORE->emit([&]() {
5841       return OptimizationRemarkAnalysis(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
5842                                         "loop not vectorized: ", *LAR);
5843     });
5844   }
5845   if (!LAI->canVectorizeMemory())
5846     return false;
5847
5848   if (LAI->hasStoreToLoopInvariantAddress()) {
5849     ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeStoreToLoopInvariantAddress")
5850               << "write to a loop invariant address could not be vectorized");
5851     DEBUG(dbgs() << "LV: We don't allow storing to uniform addresses\n");
5852     return false;
5853   }
5854
5855   Requirements->addRuntimePointerChecks(LAI->getNumRuntimePointerChecks());
5856   PSE.addPredicate(LAI->getPSE().getUnionPredicate());
5857
5858   return true;
5859 }
5860
5861 bool LoopVectorizationLegality::isInductionPhi(const Value *V) {
5862   Value *In0 = const_cast<Value *>(V);
5863   PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(In0);
5864   if (!PN)
5865     return false;
5866
5867   return Inductions.count(PN);
5868 }
5869
5870 bool LoopVectorizationLegality::isCastedInductionVariable(const Value *V) {
5871   auto *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
5872   return (Inst && InductionCastsToIgnore.count(Inst));
5873 }
5874
5875 bool LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(const Value *V) {
5876   return isInductionPhi(V) || isCastedInductionVariable(V);
5877 }
5878
5879 bool LoopVectorizationLegality::isFirstOrderRecurrence(const PHINode *Phi) {
5880   return FirstOrderRecurrences.count(Phi);
5881 }
5882
5883 bool LoopVectorizationLegality::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB) {
5884   return LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
5885 }
5886
5887 bool LoopVectorizationLegality::blockCanBePredicated(
5888     BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs) {
5889   const bool IsAnnotatedParallel = TheLoop->isAnnotatedParallel();
5890
5891   for (Instruction &I : *BB) {
5892     // Check that we don't have a constant expression that can trap as operand.
5893     for (Value *Operand : I.operands()) {
5894       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(Operand))
5895         if (C->canTrap())
5896           return false;
5897     }
5898     // We might be able to hoist the load.
5899     if (I.mayReadFromMemory()) {
5900       auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I);
5901       if (!LI)
5902         return false;
5903       if (!SafePtrs.count(LI->getPointerOperand())) {
5904         if (isLegalMaskedLoad(LI->getType(), LI->getPointerOperand()) ||
5905             isLegalMaskedGather(LI->getType())) {
5906           MaskedOp.insert(LI);
5907           continue;
5908         }
5909         // !llvm.mem.parallel_loop_access implies if-conversion safety.
5910         if (IsAnnotatedParallel)
5911           continue;
5912         return false;
5913       }
5914     }
5915
5916     if (I.mayWriteToMemory()) {
5917       auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I);
5918       // We only support predication of stores in basic blocks with one
5919       // predecessor.
5920       if (!SI)
5921         return false;
5922
5923       // Build a masked store if it is legal for the target.
5924       if (isLegalMaskedStore(SI->getValueOperand()->getType(),
5925                              SI->getPointerOperand()) ||
5926           isLegalMaskedScatter(SI->getValueOperand()->getType())) {
5927         MaskedOp.insert(SI);
5928         continue;
5929       }
5930
5931       bool isSafePtr = (SafePtrs.count(SI->getPointerOperand()) != 0);
5932       bool isSinglePredecessor = SI->getParent()->getSinglePredecessor();
5933
5934       if (++NumPredStores > NumberOfStoresToPredicate || !isSafePtr ||
5935           !isSinglePredecessor)
5936         return false;
5937     }
5938     if (I.mayThrow())
5939       return false;
5940   }
5941
5942   return true;
5943 }
5944
5945 void InterleavedAccessInfo::collectConstStrideAccesses(
5946     MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &AccessStrideInfo,
5947     const ValueToValueMap &Strides) {
5948   auto &DL = TheLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
5949
5950   // Since it's desired that the load/store instructions be maintained in
5951   // "program order" for the interleaved access analysis, we have to visit the
5952   // blocks in the loop in reverse postorder (i.e., in a topological order).
5953   // Such an ordering will ensure that any load/store that may be executed
5954   // before a second load/store will precede the second load/store in
5955   // AccessStrideInfo.
5956   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
5957   DFS.perform(LI);
5958   for (BasicBlock *BB : make_range(DFS.beginRPO(), DFS.endRPO()))
5959     for (auto &I : *BB) {
5960       auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I);
5961       auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I);
5962       if (!LI && !SI)
5963         continue;
5964
5965       Value *Ptr = getPointerOperand(&I);
5966       // We don't check wrapping here because we don't know yet if Ptr will be
5967       // part of a full group or a group with gaps. Checking wrapping for all
5968       // pointers (even those that end up in groups with no gaps) will be overly
5969       // conservative. For full groups, wrapping should be ok since if we would
5970       // wrap around the address space we would do a memory access at nullptr
5971       // even without the transformation. The wrapping checks are therefore
5972       // deferred until after we've formed the interleaved groups.
5973       int64_t Stride = getPtrStride(PSE, Ptr, TheLoop, Strides,
5974                                     /*Assume=*/true, /*ShouldCheckWrap=*/false);
5975
5976       const SCEV *Scev = replaceSymbolicStrideSCEV(PSE, Strides, Ptr);
5977       PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(Ptr->getType());
5978       uint64_t Size = DL.getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
5979
5980       // An alignment of 0 means target ABI alignment.
5981       unsigned Align = getMemInstAlignment(&I);
5982       if (!Align)
5983         Align = DL.getABITypeAlignment(PtrTy->getElementType());
5984
5985       AccessStrideInfo[&I] = StrideDescriptor(Stride, Scev, Size, Align);
5986     }
5987 }
5988
5989 // Analyze interleaved accesses and collect them into interleaved load and
5990 // store groups.
5991 //
5992 // When generating code for an interleaved load group, we effectively hoist all
5993 // loads in the group to the location of the first load in program order. When
5994 // generating code for an interleaved store group, we sink all stores to the
5995 // location of the last store. This code motion can change the order of load
5996 // and store instructions and may break dependences.
5997 //
5998 // The code generation strategy mentioned above ensures that we won't violate
5999 // any write-after-read (WAR) dependences.
6000 //
6001 // E.g., for the WAR dependence:  a = A[i];      // (1)
6002 //                                A[i] = b;      // (2)
6003 //
6004 // The store group of (2) is always inserted at or below (2), and the load
6005 // group of (1) is always inserted at or above (1). Thus, the instructions will
6006 // never be reordered. All other dependences are checked to ensure the
6007 // correctness of the instruction reordering.
6008 //
6009 // The algorithm visits all memory accesses in the loop in bottom-up program
6010 // order. Program order is established by traversing the blocks in the loop in
6011 // reverse postorder when collecting the accesses.
6012 //
6013 // We visit the memory accesses in bottom-up order because it can simplify the
6014 // construction of store groups in the presence of write-after-write (WAW)
6015 // dependences.
6016 //
6017 // E.g., for the WAW dependence:  A[i] = a;      // (1)
6018 //                                A[i] = b;      // (2)
6019 //                                A[i + 1] = c;  // (3)
6020 //
6021 // We will first create a store group with (3) and (2). (1) can't be added to
6022 // this group because it and (2) are dependent. However, (1) can be grouped
6023 // with other accesses that may precede it in program order. Note that a
6024 // bottom-up order does not imply that WAW dependences should not be checked.
6025 void InterleavedAccessInfo::analyzeInterleaving(
6026     const ValueToValueMap &Strides) {
6027   DEBUG(dbgs() << "LV: Analyzing interleaved accesses...\n");
6028
6029   // Holds all accesses with a constant stride.
6030   MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> AccessStrideInfo;
6031   collectConstStrideAccesses(AccessStrideInfo, Strides);
6032
6033   if (AccessStrideInfo.empty())
6034     return;
6035
6036   // Collect the dependences in the loop.
6037   collectDependences();
6038
6039   // Holds all interleaved store groups temporarily.
6040   SmallSetVector<InterleaveGroup *, 4> StoreGroups;
6041   // Holds all interleaved load groups temporarily.
6042   SmallSetVector<InterleaveGroup *, 4> LoadGroups;
6043
6044   // Search in bottom-up program order for pairs of accesses (A and B) that can
6045   // form interleaved load or store groups. In the algorithm below, access A
6046   // precedes access B in program order. We initialize a group for B in the
6047   // outer loop of the algorithm, and then in the inner loop, we attempt to
6048   // insert each A into B's group if:
6049   //
6050   //  1. A and B have the same stride,
6051   //  2. A and B have the same memory object size, and
6052   //  3. A belongs in B's group according to its distance from B.
6053   //
6054   // Special care is taken to ensure group formation will not break any
6055   // dependences.
6056   for (auto BI = AccessStrideInfo.rbegin(), E = AccessStrideInfo.rend();
6057        BI != E; ++BI) {
6058     Instruction *B = BI->first;
6059     StrideDescriptor DesB = BI->second;
6060
6061     // Initialize a group for B if it has an allowable stride. Even if we don't
6062     // create a group for B, we continue with the bottom-up algorithm to ensure
6063     // we don't break any of B's dependences.
6064     InterleaveGroup *Group = nullptr;
6065     if (isStrided(DesB.Stride)) {
6066       Group = getInterleaveGroup(B);
6067       if (!Group) {
6068         DEBUG(dbgs() << "LV: Creating an interleave group with:" << *B << '\n');
6069         Group = createInterleaveGroup(B, DesB.Stride, DesB.Align);
6070       }
6071       if (B->mayWriteToMemory())
6072         StoreGroups.insert(Group);
6073       else
6074         LoadGroups.insert(Group);
6075     }
6076
6077     for (auto AI = std::next(BI); AI != E; ++AI) {
6078       Instruction *A = AI->first;
6079       StrideDescriptor DesA = AI->second;
6080
6081       // Our code motion strategy implies that we can't have dependences
6082       // between accesses in an interleaved group and other accesses located
6083       // between the first and last member of the group. Note that this also
6084       // means that a group can't have more than one member at a given offset.
6085       // The accesses in a group can have dependences with other accesses, but
6086       // we must ensure we don't extend the boundaries of the group such that
6087       // we encompass those dependent accesses.
6088       //
6089       // For example, assume we have the sequence of accesses shown below in a
6090       // stride-2 loop:
6091       //
6092       //  (1, 2) is a group | A[i]   = a;  // (1)
6093       //                    | A[i-1] = b;  // (2) |
6094       //                      A[i-3] = c;  // (3)
6095       //                      A[i]   = d;  // (4) | (2, 4) is not a group
6096       //
6097       // Because accesses (2) and (3) are dependent, we can group (2) with (1)
6098       // but not with (4). If we did, the dependent access (3) would be within
6099       // the boundaries of the (2, 4) group.
6100       if (!canReorderMemAccessesForInterleavedGroups(&*AI, &*BI)) {
6101         // If a dependence exists and A is already in a group, we know that A
6102         // must be a store since A precedes B and WAR dependences are allowed.
6103         // Thus, A would be sunk below B. We release A's group to prevent this
6104         // illegal code motion. A will then be free to form another group with
6105         // instructions that precede it.
6106         if (isInterleaved(A)) {
6107           InterleaveGroup *StoreGroup = getInterleaveGroup(A);
6108           StoreGroups.remove(StoreGroup);
6109           releaseGroup(StoreGroup);
6110         }
6111
6112         // If a dependence exists and A is not already in a group (or it was
6113         // and we just released it), B might be hoisted above A (if B is a
6114         // load) or another store might be sunk below A (if B is a store). In
6115         // either case, we can't add additional instructions to B's group. B
6116         // will only form a group with instructions that it precedes.
6117         break;
6118       }
6119
6120       // At this point, we've checked for illegal code motion. If either A or B
6121       // isn't strided, there's nothing left to do.
6122       if (!isStrided(DesA.Stride) || !isStrided(DesB.Stride))
6123         continue;
6124
6125       // Ignore A if it's already in a group or isn't the same kind of memory
6126       // operation as B.
6127       if (isInterleaved(A) || A->mayReadFromMemory() != B->mayReadFromMemory())
6128         continue;
6129
6130       // Check rules 1 and 2. Ignore A if its stride or size is different from
6131       // that of B.
6132       if (DesA.Stride != DesB.Stride || DesA.Size != DesB.Size)
6133         continue;
6134
6135       // Ignore A if the memory object of A and B don't belong to the same
6136       // address space
6137       if (getMemInstAddressSpace(A) != getMemInstAddressSpace(B))
6138         continue;
6139
6140       // Calculate the distance from A to B.
6141       const SCEVConstant *DistToB = dyn_cast<SCEVConstant>(
6142           PSE.getSE()->getMinusSCEV(DesA.Scev, DesB.Scev));
6143       if (!DistToB)
6144         continue;
6145       int64_t DistanceToB = DistToB->getAPInt().getSExtValue();
6146
6147       // Check rule 3. Ignore A if its distance to B is not a multiple of the
6148       // size.
6149       if (DistanceToB % static_cast<int64_t>(DesB.Size))
6150         continue;
6151
6152       // Ignore A if either A or B is in a predicated block. Although we
6153       // currently prevent group formation for predicated accesses, we may be
6154       // able to relax this limitation in the future once we handle more
6155       // complicated blocks.
6156       if (isPredicated(A->getParent()) || isPredicated(B->getParent()))
6157         continue;
6158
6159       // The index of A is the index of B plus A's distance to B in multiples
6160       // of the size.
6161       int IndexA =
6162           Group->getIndex(B) + DistanceToB / static_cast<int64_t>(DesB.Size);
6163
6164       // Try to insert A into B's group.
6165       if (Group->insertMember(A, IndexA, DesA.Align)) {
6166         DEBUG(dbgs() << "LV: Inserted:" << *A << '\n'
6167                      << "    into the interleave group with" << *B << '\n');
6168         InterleaveGroupMap[A] = Group;
6169
6170         // Set the first load in program order as the insert position.
6171         if (A->mayReadFromMemory())
6172           Group->setInsertPos(A);
6173       }
6174     } // Iteration over A accesses.
6175   } // Iteration over B accesses.
6176
6177   // Remove interleaved store groups with gaps.
6178   for (InterleaveGroup *Group : StoreGroups)
6179     if (Group->getNumMembers() != Group->getFactor()) {
6180       DEBUG(dbgs() << "LV: Invalidate candidate interleaved store group due "
6181                       "to gaps.\n");
6182       releaseGroup(Group);
6183     }
6184   // Remove interleaved groups with gaps (currently only loads) whose memory
6185   // accesses may wrap around. We have to revisit the getPtrStride analysis,
6186   // this time with ShouldCheckWrap=true, since collectConstStrideAccesses does
6187   // not check wrapping (see documentation there).
6188   // FORNOW we use Assume=false;
6189   // TODO: Change to Assume=true but making sure we don't exceed the threshold
6190   // of runtime SCEV assumptions checks (thereby potentially failing to
6191   // vectorize altogether).
6192   // Additional optional optimizations:
6193   // TODO: If we are peeling the loop and we know that the first pointer doesn't
6194   // wrap then we can deduce that all pointers in the group don't wrap.
6195   // This means that we can forcefully peel the loop in order to only have to
6196   // check the first pointer for no-wrap. When we'll change to use Assume=true
6197   // we'll only need at most one runtime check per interleaved group.
6198   for (InterleaveGroup *Group : LoadGroups) {
6199     // Case 1: A full group. Can Skip the checks; For full groups, if the wide
6200     // load would wrap around the address space we would do a memory access at
6201     // nullptr even without the transformation.
6202     if (Group->getNumMembers() == Group->getFactor())
6203       continue;
6204
6205     // Case 2: If first and last members of the group don't wrap this implies
6206     // that all the pointers in the group don't wrap.
6207     // So we check only group member 0 (which is always guaranteed to exist),
6208     // and group member Factor - 1; If the latter doesn't exist we rely on
6209     // peeling (if it is a non-reveresed accsess -- see Case 3).
6210     Value *FirstMemberPtr = getPointerOperand(Group->getMember(0));
6211     if (!getPtrStride(PSE, FirstMemberPtr, TheLoop, Strides, /*Assume=*/false,
6212                       /*ShouldCheckWrap=*/true)) {
6213       DEBUG(dbgs() << "LV: Invalidate candidate interleaved group due to "
6214                       "first group member potentially pointer-wrapping.\n");
6215       releaseGroup(Group);
6216       continue;
6217     }
6218     Instruction *LastMember = Group->getMember(Group->getFactor() - 1);
6219     if (LastMember) {
6220       Value *LastMemberPtr = getPointerOperand(LastMember);
6221       if (!getPtrStride(PSE, LastMemberPtr, TheLoop, Strides, /*Assume=*/false,
6222                         /*ShouldCheckWrap=*/true)) {
6223         DEBUG(dbgs() << "LV: Invalidate candidate interleaved group due to "
6224                         "last group member potentially pointer-wrapping.\n");
6225         releaseGroup(Group);
6226       }
6227     } else {
6228       // Case 3: A non-reversed interleaved load group with gaps: We need
6229       // to execute at least one scalar epilogue iteration. This will ensure
6230       // we don't speculatively access memory out-of-bounds. We only need
6231       // to look for a member at index factor - 1, since every group must have
6232       // a member at index zero.
6233       if (Group->isReverse()) {
6234         DEBUG(dbgs() << "LV: Invalidate candidate interleaved group due to "
6235                         "a reverse access with gaps.\n");
6236         releaseGroup(Group);
6237         continue;
6238       }
6239       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaved group requires epilogue iteration.\n");
6240       RequiresScalarEpilogue = true;
6241     }
6242   }
6243 }
6244
6245 Optional<unsigned> LoopVectorizationCostModel::computeMaxVF(bool OptForSize) {
6246   if (!EnableCondStoresVectorization && Legal->getNumPredStores()) {
6247     ORE->emit(createMissedAnalysis("ConditionalStore")
6248               << "store that is conditionally executed prevents vectorization");
6249     DEBUG(dbgs() << "LV: No vectorization. There are conditional stores.\n");
6250     return None;
6251   }
6252
6253   if (Legal->getRuntimePointerChecking()->Need && TTI.hasBranchDivergence()) {
6254     // TODO: It may by useful to do since it's still likely to be dynamically
6255     // uniform if the target can skip.
6256     DEBUG(dbgs() << "LV: Not inserting runtime ptr check for divergent target");
6257
6258     ORE->emit(
6259       createMissedAnalysis("CantVersionLoopWithDivergentTarget")
6260       << "runtime pointer checks needed. Not enabled for divergent target");
6261
6262     return None;
6263   }
6264
6265   unsigned TC = PSE.getSE()->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
6266   if (!OptForSize) // Remaining checks deal with scalar loop when OptForSize.
6267     return computeFeasibleMaxVF(OptForSize, TC);
6268
6269   if (Legal->getRuntimePointerChecking()->Need) {
6270     ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVersionLoopWithOptForSize")
6271               << "runtime pointer checks needed. Enable vectorization of this "
6272                  "loop with '#pragma clang loop vectorize(enable)' when "
6273                  "compiling with -Os/-Oz");
6274     DEBUG(dbgs()
6275           << "LV: Aborting. Runtime ptr check is required with -Os/-Oz.\n");
6276     return None;
6277   }
6278
6279   // If we optimize the program for size, avoid creating the tail loop.
6280   DEBUG(dbgs() << "LV: Found trip count: " << TC << '\n');
6281
6282   // If we don't know the precise trip count, don't try to vectorize.
6283   if (TC < 2) {
6284     ORE->emit(
6285         createMissedAnalysis("UnknownLoopCountComplexCFG")
6286         << "unable to calculate the loop count due to complex control flow");
6287     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required with -Os/-Oz.\n");
6288     return None;
6289   }
6290
6291   unsigned MaxVF = computeFeasibleMaxVF(OptForSize, TC);
6292
6293   if (TC % MaxVF != 0) {
6294     // If the trip count that we found modulo the vectorization factor is not
6295     // zero then we require a tail.
6296     // FIXME: look for a smaller MaxVF that does divide TC rather than give up.
6297     // FIXME: return None if loop requiresScalarEpilog(<MaxVF>), or look for a
6298     //        smaller MaxVF that does not require a scalar epilog.
6299
6300     ORE->emit(createMissedAnalysis("NoTailLoopWithOptForSize")
6301               << "cannot optimize for size and vectorize at the "
6302                  "same time. Enable vectorization of this loop "
6303                  "with '#pragma clang loop vectorize(enable)' "
6304                  "when compiling with -Os/-Oz");
6305     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required with -Os/-Oz.\n");
6306     return None;
6307   }
6308
6309   return MaxVF;
6310 }
6311
6312 unsigned
6313 LoopVectorizationCostModel::computeFeasibleMaxVF(bool OptForSize,
6314                                                  unsigned ConstTripCount) {
6315   MinBWs = computeMinimumValueSizes(TheLoop->getBlocks(), *DB, &TTI);
6316   unsigned SmallestType, WidestType;
6317   std::tie(SmallestType, WidestType) = getSmallestAndWidestTypes();
6318   unsigned WidestRegister = TTI.getRegisterBitWidth(true);
6319
6320   // Get the maximum safe dependence distance in bits computed by LAA.
6321   // It is computed by MaxVF * sizeOf(type) * 8, where type is taken from
6322   // the memory accesses that is most restrictive (involved in the smallest
6323   // dependence distance).
6324   unsigned MaxSafeRegisterWidth = Legal->getMaxSafeRegisterWidth();
6325
6326   WidestRegister = std::min(WidestRegister, MaxSafeRegisterWidth);
6327
6328   unsigned MaxVectorSize = WidestRegister / WidestType;
6329
6330   DEBUG(dbgs() << "LV: The Smallest and Widest types: " << SmallestType << " / "
6331                << WidestType << " bits.\n");
6332   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest register safe to use is: " << WidestRegister
6333                << " bits.\n");
6334
6335   assert(MaxVectorSize <= 64 && "Did not expect to pack so many elements"
6336                                 " into one vector!");
6337   if (MaxVectorSize == 0) {
6338     DEBUG(dbgs() << "LV: The target has no vector registers.\n");
6339     MaxVectorSize = 1;
6340     return MaxVectorSize;
6341   } else if (ConstTripCount && ConstTripCount < MaxVectorSize &&
6342              isPowerOf2_32(ConstTripCount)) {
6343     // We need to clamp the VF to be the ConstTripCount. There is no point in
6344     // choosing a higher viable VF as done in the loop below.
6345     DEBUG(dbgs() << "LV: Clamping the MaxVF to the constant trip count: "
6346                  << ConstTripCount << "\n");
6347     MaxVectorSize = ConstTripCount;
6348     return MaxVectorSize;
6349   }
6350
6351   unsigned MaxVF = MaxVectorSize;
6352   if (MaximizeBandwidth && !OptForSize) {
6353     // Collect all viable vectorization factors larger than the default MaxVF
6354     // (i.e. MaxVectorSize).
6355     SmallVector<unsigned, 8> VFs;
6356     unsigned NewMaxVectorSize = WidestRegister / SmallestType;
6357     for (unsigned VS = MaxVectorSize * 2; VS <= NewMaxVectorSize; VS *= 2)
6358       VFs.push_back(VS);
6359
6360     // For each VF calculate its register usage.
6361     auto RUs = calculateRegisterUsage(VFs);
6362
6363     // Select the largest VF which doesn't require more registers than existing
6364     // ones.
6365     unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(true);
6366     for (int i = RUs.size() - 1; i >= 0; --i) {
6367       if (RUs[i].MaxLocalUsers <= TargetNumRegisters) {
6368         MaxVF = VFs[i];
6369         break;
6370       }
6371     }
6372   }
6373   return MaxVF;
6374 }
6375
6376 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
6377 LoopVectorizationCostModel::selectVectorizationFactor(unsigned MaxVF) {
6378   float Cost = expectedCost(1).first;
6379 #ifndef NDEBUG
6380   const float ScalarCost = Cost;
6381 #endif /* NDEBUG */
6382   unsigned Width = 1;
6383   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalar loop costs: " << (int)ScalarCost << ".\n");
6384
6385   bool ForceVectorization = Hints->getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled;
6386   // Ignore scalar width, because the user explicitly wants vectorization.
6387   if (ForceVectorization && MaxVF > 1) {
6388     Width = 2;
6389     Cost = expectedCost(Width).first / (float)Width;
6390   }
6391
6392   for (unsigned i = 2; i <= MaxVF; i *= 2) {
6393     // Notice that the vector loop needs to be executed less times, so
6394     // we need to divide the cost of the vector loops by the width of
6395     // the vector elements.
6396     VectorizationCostTy C = expectedCost(i);
6397     float VectorCost = C.first / (float)i;
6398     DEBUG(dbgs() << "LV: Vector loop of width " << i
6399                  << " costs: " << (int)VectorCost << ".\n");
6400     if (!C.second && !ForceVectorization) {
6401       DEBUG(
6402           dbgs() << "LV: Not considering vector loop of width " << i
6403                  << " because it will not generate any vector instructions.\n");
6404       continue;
6405     }
6406     if (VectorCost < Cost) {
6407       Cost = VectorCost;
6408       Width = i;
6409     }
6410   }
6411
6412   DEBUG(if (ForceVectorization && Width > 1 && Cost >= ScalarCost) dbgs()
6413         << "LV: Vectorization seems to be not beneficial, "
6414         << "but was forced by a user.\n");
6415   DEBUG(dbgs() << "LV: Selecting VF: " << Width << ".\n");
6416   VectorizationFactor Factor = {Width, (unsigned)(Width * Cost)};
6417   return Factor;
6418 }
6419
6420 std::pair<unsigned, unsigned>
6421 LoopVectorizationCostModel::getSmallestAndWidestTypes() {
6422   unsigned MinWidth = -1U;
6423   unsigned MaxWidth = 8;
6424   const DataLayout &DL = TheFunction->getParent()->getDataLayout();
6425
6426   // For each block.
6427   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
6428     // For each instruction in the loop.
6429     for (Instruction &I : *BB) {
6430       Type *T = I.getType();
6431
6432       // Skip ignored values.
6433       if (ValuesToIgnore.count(&I))
6434         continue;
6435
6436       // Only examine Loads, Stores and PHINodes.
6437       if (!isa<LoadInst>(I) && !isa<StoreInst>(I) && !isa<PHINode>(I))
6438         continue;
6439
6440       // Examine PHI nodes that are reduction variables. Update the type to
6441       // account for the recurrence type.
6442       if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
6443         if (!Legal->isReductionVariable(PN))
6444           continue;
6445         RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[PN];
6446         T = RdxDesc.getRecurrenceType();
6447       }
6448
6449       // Examine the stored values.
6450       if (auto *ST = dyn_cast<StoreInst>(&I))
6451         T = ST->getValueOperand()->getType();
6452
6453       // Ignore loaded pointer types and stored pointer types that are not
6454       // vectorizable.
6455       //
6456       // FIXME: The check here attempts to predict whether a load or store will
6457       //        be vectorized. We only know this for certain after a VF has
6458       //        been selected. Here, we assume that if an access can be
6459       //        vectorized, it will be. We should also look at extending this
6460       //        optimization to non-pointer types.
6461       //
6462       if (T->isPointerTy() && !isConsecutiveLoadOrStore(&I) &&
6463           !Legal->isAccessInterleaved(&I) && !Legal->isLegalGatherOrScatter(&I))
6464         continue;
6465
6466       MinWidth = std::min(MinWidth,
6467                           (unsigned)DL.getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
6468       MaxWidth = std::max(MaxWidth,
6469                           (unsigned)DL.getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
6470     }
6471   }
6472
6473   return {MinWidth, MaxWidth};
6474 }
6475
6476 unsigned LoopVectorizationCostModel::selectInterleaveCount(bool OptForSize,
6477                                                            unsigned VF,
6478                                                            unsigned LoopCost) {
6479   // -- The interleave heuristics --
6480   // We interleave the loop in order to expose ILP and reduce the loop overhead.
6481   // There are many micro-architectural considerations that we can't predict
6482   // at this level. For example, frontend pressure (on decode or fetch) due to
6483   // code size, or the number and capabilities of the execution ports.
6484   //
6485   // We use the following heuristics to select the interleave count:
6486   // 1. If the code has reductions, then we interleave to break the cross
6487   // iteration dependency.
6488   // 2. If the loop is really small, then we interleave to reduce the loop
6489   // overhead.
6490   // 3. We don't interleave if we think that we will spill registers to memory
6491   // due to the increased register pressure.
6492
6493   // When we optimize for size, we don't interleave.
6494   if (OptForSize)
6495     return 1;
6496
6497   // We used the distance for the interleave count.
6498   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
6499     return 1;
6500
6501   // Do not interleave loops with a relatively small trip count.
6502   unsigned TC = PSE.getSE()->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
6503   if (TC > 1 && TC < TinyTripCountInterleaveThreshold)
6504     return 1;
6505
6506   unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(VF > 1);
6507   DEBUG(dbgs() << "LV: The target has " << TargetNumRegisters
6508                << " registers\n");
6509
6510   if (VF == 1) {
6511     if (ForceTargetNumScalarRegs.getNumOccurrences() > 0)
6512       TargetNumRegisters = ForceTargetNumScalarRegs;
6513   } else {
6514     if (ForceTargetNumVectorRegs.getNumOccurrences() > 0)
6515       TargetNumRegisters = ForceTargetNumVectorRegs;
6516   }
6517
6518   RegisterUsage R = calculateRegisterUsage({VF})[0];
6519   // We divide by these constants so assume that we have at least one
6520   // instruction that uses at least one register.
6521   R.MaxLocalUsers = std::max(R.MaxLocalUsers, 1U);
6522   R.NumInstructions = std::max(R.NumInstructions, 1U);
6523
6524   // We calculate the interleave count using the following formula.
6525   // Subtract the number of loop invariants from the number of available
6526   // registers. These registers are used by all of the interleaved instances.
6527   // Next, divide the remaining registers by the number of registers that is
6528   // required by the loop, in order to estimate how many parallel instances
6529   // fit without causing spills. All of this is rounded down if necessary to be
6530   // a power of two. We want power of two interleave count to simplify any
6531   // addressing operations or alignment considerations.
6532   unsigned IC = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs) /
6533                               R.MaxLocalUsers);
6534
6535   // Don't count the induction variable as interleaved.
6536   if (EnableIndVarRegisterHeur)
6537     IC = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs - 1) /
6538                        std::max(1U, (R.MaxLocalUsers - 1)));
6539
6540   // Clamp the interleave ranges to reasonable counts.
6541   unsigned MaxInterleaveCount = TTI.getMaxInterleaveFactor(VF);
6542
6543   // Check if the user has overridden the max.
6544   if (VF == 1) {
6545     if (ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
6546       MaxInterleaveCount = ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor;
6547   } else {
6548     if (ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
6549       MaxInterleaveCount = ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor;
6550   }
6551
6552   // If we did not calculate the cost for VF (because the user selected the VF)
6553   // then we calculate the cost of VF here.
6554   if (LoopCost == 0)
6555     LoopCost = expectedCost(VF).first;
6556
6557   // Clamp the calculated IC to be between the 1 and the max interleave count
6558   // that the target allows.
6559   if (IC > MaxInterleaveCount)
6560     IC = MaxInterleaveCount;
6561   else if (IC < 1)
6562     IC = 1;
6563
6564   // Interleave if we vectorized this loop and there is a reduction that could
6565   // benefit from interleaving.
6566   if (VF > 1 && !Legal->getReductionVars()->empty()) {
6567     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving because of reductions.\n");
6568     return IC;
6569   }
6570
6571   // Note that if we've already vectorized the loop we will have done the
6572   // runtime check and so interleaving won't require further checks.
6573   bool InterleavingRequiresRuntimePointerCheck =
6574       (VF == 1 && Legal->getRuntimePointerChecking()->Need);
6575
6576   // We want to interleave small loops in order to reduce the loop overhead and
6577   // potentially expose ILP opportunities.
6578   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop cost is " << LoopCost << '\n');
6579   if (!InterleavingRequiresRuntimePointerCheck && LoopCost < SmallLoopCost) {
6580     // We assume that the cost overhead is 1 and we use the cost model
6581     // to estimate the cost of the loop and interleave until the cost of the
6582     // loop overhead is about 5% of the cost of the loop.
6583     unsigned SmallIC =
6584         std::min(IC, (unsigned)PowerOf2Floor(SmallLoopCost / LoopCost));
6585
6586     // Interleave until store/load ports (estimated by max interleave count) are
6587     // saturated.
6588     unsigned NumStores = Legal->getNumStores();
6589     unsigned NumLoads = Legal->getNumLoads();
6590     unsigned StoresIC = IC / (NumStores ? NumStores : 1);
6591     unsigned LoadsIC = IC / (NumLoads ? NumLoads : 1);
6592
6593     // If we have a scalar reduction (vector reductions are already dealt with
6594     // by this point), we can increase the critical path length if the loop
6595     // we're interleaving is inside another loop. Limit, by default to 2, so the
6596     // critical path only gets increased by one reduction operation.
6597     if (!Legal->getReductionVars()->empty() && TheLoop->getLoopDepth() > 1) {
6598       unsigned F = static_cast<unsigned>(MaxNestedScalarReductionIC);
6599       SmallIC = std::min(SmallIC, F);
6600       StoresIC = std::min(StoresIC, F);
6601       LoadsIC = std::min(LoadsIC, F);
6602     }
6603
6604     if (EnableLoadStoreRuntimeInterleave &&
6605         std::max(StoresIC, LoadsIC) > SmallIC) {
6606       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to saturate store or load ports.\n");
6607       return std::max(StoresIC, LoadsIC);
6608     }
6609
6610     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to reduce branch cost.\n");
6611     return SmallIC;
6612   }
6613
6614   // Interleave if this is a large loop (small loops are already dealt with by
6615   // this point) that could benefit from interleaving.
6616   bool HasReductions = !Legal->getReductionVars()->empty();
6617   if (TTI.enableAggressiveInterleaving(HasReductions)) {
6618     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to expose ILP.\n");
6619     return IC;
6620   }
6621
6622   DEBUG(dbgs() << "LV: Not Interleaving.\n");
6623   return 1;
6624 }
6625
6626 SmallVector<LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage, 8>
6627 LoopVectorizationCostModel::calculateRegisterUsage(ArrayRef<unsigned> VFs) {
6628   // This function calculates the register usage by measuring the highest number
6629   // of values that are alive at a single location. Obviously, this is a very
6630   // rough estimation. We scan the loop in a topological order in order and
6631   // assign a number to each instruction. We use RPO to ensure that defs are
6632   // met before their users. We assume that each instruction that has in-loop
6633   // users starts an interval. We record every time that an in-loop value is
6634   // used, so we have a list of the first and last occurrences of each
6635   // instruction. Next, we transpose this data structure into a multi map that
6636   // holds the list of intervals that *end* at a specific location. This multi
6637   // map allows us to perform a linear search. We scan the instructions linearly
6638   // and record each time that a new interval starts, by placing it in a set.
6639   // If we find this value in the multi-map then we remove it from the set.
6640   // The max register usage is the maximum size of the set.
6641   // We also search for instructions that are defined outside the loop, but are
6642   // used inside the loop. We need this number separately from the max-interval
6643   // usage number because when we unroll, loop-invariant values do not take
6644   // more register.
6645   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
6646   DFS.perform(LI);
6647
6648   RegisterUsage RU;
6649   RU.NumInstructions = 0;
6650
6651   // Each 'key' in the map opens a new interval. The values
6652   // of the map are the index of the 'last seen' usage of the
6653   // instruction that is the key.
6654   using IntervalMap = DenseMap<Instruction *, unsigned>;
6655
6656   // Maps instruction to its index.
6657   DenseMap<unsigned, Instruction *> IdxToInstr;
6658   // Marks the end of each interval.
6659   IntervalMap EndPoint;
6660   // Saves the list of instruction indices that are used in the loop.
6661   SmallSet<Instruction *, 8> Ends;
6662   // Saves the list of values that are used in the loop but are
6663   // defined outside the loop, such as arguments and constants.
6664   SmallPtrSet<Value *, 8> LoopInvariants;
6665
6666   unsigned Index = 0;
6667   for (BasicBlock *BB : make_range(DFS.beginRPO(), DFS.endRPO())) {
6668     RU.NumInstructions += BB->size();
6669     for (Instruction &I : *BB) {
6670       IdxToInstr[Index++] = &I;
6671
6672       // Save the end location of each USE.
6673       for (Value *U : I.operands()) {
6674         auto *Instr = dyn_cast<Instruction>(U);
6675
6676         // Ignore non-instruction values such as arguments, constants, etc.
6677         if (!Instr)
6678           continue;
6679
6680         // If this instruction is outside the loop then record it and continue.
6681         if (!TheLoop->contains(Instr)) {
6682           LoopInvariants.insert(Instr);
6683           continue;
6684         }
6685
6686         // Overwrite previous end points.
6687         EndPoint[Instr] = Index;
6688         Ends.insert(Instr);
6689       }
6690     }
6691   }
6692
6693   // Saves the list of intervals that end with the index in 'key'.
6694   using InstrList = SmallVector<Instruction *, 2>;
6695   DenseMap<unsigned, InstrList> TransposeEnds;
6696
6697   // Transpose the EndPoints to a list of values that end at each index.
6698   for (auto &Interval : EndPoint)
6699     TransposeEnds[Interval.second].push_back(Interval.first);
6700
6701   SmallSet<Instruction *, 8> OpenIntervals;
6702
6703   // Get the size of the widest register.
6704   unsigned MaxSafeDepDist = -1U;
6705   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
6706     MaxSafeDepDist = Legal->getMaxSafeDepDistBytes() * 8;
6707   unsigned WidestRegister =
6708       std::min(TTI.getRegisterBitWidth(true), MaxSafeDepDist);
6709   const DataLayout &DL = TheFunction->getParent()->getDataLayout();
6710
6711   SmallVector<RegisterUsage, 8> RUs(VFs.size());
6712   SmallVector<unsigned, 8> MaxUsages(VFs.size(), 0);
6713
6714   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Calculating max register usage:\n");
6715
6716   // A lambda that gets the register usage for the given type and VF.
6717   auto GetRegUsage = [&DL, WidestRegister](Type *Ty, unsigned VF) {
6718     if (Ty->isTokenTy())
6719       return 0U;
6720     unsigned TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
6721     return std::max<unsigned>(1, VF * TypeSize / WidestRegister);
6722   };
6723
6724   for (unsigned int i = 0; i < Index; ++i) {
6725     Instruction *I = IdxToInstr[i];
6726
6727     // Remove all of the instructions that end at this location.
6728     InstrList &List = TransposeEnds[i];
6729     for (Instruction *ToRemove : List)
6730       OpenIntervals.erase(ToRemove);
6731
6732     // Ignore instructions that are never used within the loop.
6733     if (!Ends.count(I))
6734       continue;
6735
6736     // Skip ignored values.
6737     if (ValuesToIgnore.count(I))
6738       continue;
6739
6740     // For each VF find the maximum usage of registers.
6741     for (unsigned j = 0, e = VFs.size(); j < e; ++j) {
6742       if (VFs[j] == 1) {
6743         MaxUsages[j] = std::max(MaxUsages[j], OpenIntervals.size());
6744         continue;
6745       }
6746       collectUniformsAndScalars(VFs[j]);
6747       // Count the number of live intervals.
6748       unsigned RegUsage = 0;
6749       for (auto Inst : OpenIntervals) {
6750         // Skip ignored values for VF > 1.
6751         if (VecValuesToIgnore.count(Inst) ||
6752             isScalarAfterVectorization(Inst, VFs[j]))
6753           continue;
6754         RegUsage += GetRegUsage(Inst->getType(), VFs[j]);
6755       }
6756       MaxUsages[j] = std::max(MaxUsages[j], RegUsage);
6757     }
6758
6759     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): At #" << i << " Interval # "
6760                  << OpenIntervals.size() << '\n');
6761
6762     // Add the current instruction to the list of open intervals.
6763     OpenIntervals.insert(I);
6764   }
6765
6766   for (unsigned i = 0, e = VFs.size(); i < e; ++i) {
6767     unsigned Invariant = 0;
6768     if (VFs[i] == 1)
6769       Invariant = LoopInvariants.size();
6770     else {
6771       for (auto Inst : LoopInvariants)
6772         Invariant += GetRegUsage(Inst->getType(), VFs[i]);
6773     }
6774
6775     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): VF = " << VFs[i] << '\n');
6776     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found max usage: " << MaxUsages[i] << '\n');
6777     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found invariant usage: " << Invariant << '\n');
6778     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): LoopSize: " << RU.NumInstructions << '\n');
6779
6780     RU.LoopInvariantRegs = Invariant;
6781     RU.MaxLocalUsers = MaxUsages[i];
6782     RUs[i] = RU;
6783   }
6784
6785   return RUs;
6786 }
6787
6788 void LoopVectorizationCostModel::collectInstsToScalarize(unsigned VF) {
6789   // If we aren't vectorizing the loop, or if we've already collected the
6790   // instructions to scalarize, there's nothing to do. Collection may already
6791   // have occurred if we have a user-selected VF and are now computing the
6792   // expected cost for interleaving.
6793   if (VF < 2 || InstsToScalarize.count(VF))
6794     return;
6795
6796   // Initialize a mapping for VF in InstsToScalalarize. If we find that it's
6797   // not profitable to scalarize any instructions, the presence of VF in the
6798   // map will indicate that we've analyzed it already.
6799   ScalarCostsTy &ScalarCostsVF = InstsToScalarize[VF];
6800
6801   // Find all the instructions that are scalar with predication in the loop and
6802   // determine if it would be better to not if-convert the blocks they are in.
6803   // If so, we also record the instructions to scalarize.
6804   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
6805     if (!Legal->blockNeedsPredication(BB))
6806       continue;
6807     for (Instruction &I : *BB)
6808       if (Legal->isScalarWithPredication(&I)) {
6809         ScalarCostsTy ScalarCosts;
6810         if (computePredInstDiscount(&I, ScalarCosts, VF) >= 0)
6811           ScalarCostsVF.insert(ScalarCosts.begin(), ScalarCosts.end());
6812
6813         // Remember that BB will remain after vectorization.
6814         PredicatedBBsAfterVectorization.insert(BB);
6815       }
6816   }
6817 }
6818
6819 int LoopVectorizationCostModel::computePredInstDiscount(
6820     Instruction *PredInst, DenseMap<Instruction *, unsigned> &ScalarCosts,
6821     unsigned VF) {
6822   assert(!isUniformAfterVectorization(PredInst, VF) &&
6823          "Instruction marked uniform-after-vectorization will be predicated");
6824
6825   // Initialize the discount to zero, meaning that the scalar version and the
6826   // vector version cost the same.
6827   int Discount = 0;
6828
6829   // Holds instructions to analyze. The instructions we visit are mapped in
6830   // ScalarCosts. Those instructions are the ones that would be scalarized if
6831   // we find that the scalar version costs less.
6832   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
6833
6834   // Returns true if the given instruction can be scalarized.
6835   auto canBeScalarized = [&](Instruction *I) -> bool {
6836     // We only attempt to scalarize instructions forming a single-use chain
6837     // from the original predicated block that would otherwise be vectorized.
6838     // Although not strictly necessary, we give up on instructions we know will
6839     // already be scalar to avoid traversing chains that are unlikely to be
6840     // beneficial.
6841     if (!I->hasOneUse() || PredInst->getParent() != I->getParent() ||
6842         isScalarAfterVectorization(I, VF))
6843       return false;
6844
6845     // If the instruction is scalar with predication, it will be analyzed
6846     // separately. We ignore it within the context of PredInst.
6847     if (Legal->isScalarWithPredication(I))
6848       return false;
6849
6850     // If any of the instruction's operands are uniform after vectorization,
6851     // the instruction cannot be scalarized. This prevents, for example, a
6852     // masked load from being scalarized.
6853     //
6854     // We assume we will only emit a value for lane zero of an instruction
6855     // marked uniform after vectorization, rather than VF identical values.
6856     // Thus, if we scalarize an instruction that uses a uniform, we would
6857     // create uses of values corresponding to the lanes we aren't emitting code
6858     // for. This behavior can be changed by allowing getScalarValue to clone
6859     // the lane zero values for uniforms rather than asserting.
6860     for (Use &U : I->operands())
6861       if (auto *J = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
6862         if (isUniformAfterVectorization(J, VF))
6863           return false;
6864
6865     // Otherwise, we can scalarize the instruction.
6866     return true;
6867   };
6868
6869   // Returns true if an operand that cannot be scalarized must be extracted
6870   // from a vector. We will account for this scalarization overhead below. Note
6871   // that the non-void predicated instructions are placed in their own blocks,
6872   // and their return values are inserted into vectors. Thus, an extract would
6873   // still be required.
6874   auto needsExtract = [&](Instruction *I) -> bool {
6875     return TheLoop->contains(I) && !isScalarAfterVectorization(I, VF);
6876   };
6877
6878   // Compute the expected cost discount from scalarizing the entire expression
6879   // feeding the predicated instruction. We currently only consider expressions
6880   // that are single-use instruction chains.
6881   Worklist.push_back(PredInst);
6882   while (!Worklist.empty()) {
6883     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
6884
6885     // If we've already analyzed the instruction, there's nothing to do.
6886     if (ScalarCosts.count(I))
6887       continue;
6888
6889     // Compute the cost of the vector instruction. Note that this cost already
6890     // includes the scalarization overhead of the predicated instruction.
6891     unsigned VectorCost = getInstructionCost(I, VF).first;
6892
6893     // Compute the cost of the scalarized instruction. This cost is the cost of
6894     // the instruction as if it wasn't if-converted and instead remained in the
6895     // predicated block. We will scale this cost by block probability after
6896     // computing the scalarization overhead.
6897     unsigned ScalarCost = VF * getInstructionCost(I, 1).first;
6898
6899     // Compute the scalarization overhead of needed insertelement instructions
6900     // and phi nodes.
6901     if (Legal->isScalarWithPredication(I) && !I->getType()->isVoidTy()) {
6902       ScalarCost += TTI.getScalarizationOverhead(ToVectorTy(I->getType(), VF),
6903                                                  true, false);
6904       ScalarCost += VF * TTI.getCFInstrCost(Instruction::PHI);
6905     }
6906
6907     // Compute the scalarization overhead of needed extractelement
6908     // instructions. For each of the instruction's operands, if the operand can
6909     // be scalarized, add it to the worklist; otherwise, account for the
6910     // overhead.
6911     for (Use &U : I->operands())
6912       if (auto *J = dyn_cast<Instruction>(U.get())) {
6913         assert(VectorType::isValidElementType(J->getType()) &&
6914                "Instruction has non-scalar type");
6915         if (canBeScalarized(J))
6916           Worklist.push_back(J);
6917         else if (needsExtract(J))
6918           ScalarCost += TTI.getScalarizationOverhead(
6919                               ToVectorTy(J->getType(),VF), false, true);
6920       }
6921
6922     // Scale the total scalar cost by block probability.
6923     ScalarCost /= getReciprocalPredBlockProb();
6924
6925     // Compute the discount. A non-negative discount means the vector version
6926     // of the instruction costs more, and scalarizing would be beneficial.
6927     Discount += VectorCost - ScalarCost;
6928     ScalarCosts[I] = ScalarCost;
6929   }
6930
6931   return Discount;
6932 }
6933
6934 LoopVectorizationCostModel::VectorizationCostTy
6935 LoopVectorizationCostModel::expectedCost(unsigned VF) {
6936   VectorizationCostTy Cost;
6937
6938   // For each block.
6939   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
6940     VectorizationCostTy BlockCost;
6941
6942     // For each instruction in the old loop.
6943     for (Instruction &I : *BB) {
6944       // Skip dbg intrinsics.
6945       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
6946         continue;
6947
6948       // Skip ignored values.
6949       if (ValuesToIgnore.count(&I) ||
6950           (VF > 1 && VecValuesToIgnore.count(&I)))
6951         continue;
6952
6953       VectorizationCostTy C = getInstructionCost(&I, VF);
6954
6955       // Check if we should override the cost.
6956       if (ForceTargetInstructionCost.getNumOccurrences() > 0)
6957         C.first = ForceTargetInstructionCost;
6958
6959       BlockCost.first += C.first;
6960       BlockCost.second |= C.second;
6961       DEBUG(dbgs() << "LV: Found an estimated cost of " << C.first << " for VF "
6962                    << VF << " For instruction: " << I << '\n');
6963     }
6964
6965     // If we are vectorizing a predicated block, it will have been
6966     // if-converted. This means that the block's instructions (aside from
6967     // stores and instructions that may divide by zero) will now be
6968     // unconditionally executed. For the scalar case, we may not always execute
6969     // the predicated block. Thus, scale the block's cost by the probability of
6970     // executing it.
6971     if (VF == 1 && Legal->blockNeedsPredication(BB))
6972       BlockCost.first /= getReciprocalPredBlockProb();
6973
6974     Cost.first += BlockCost.first;
6975     Cost.second |= BlockCost.second;
6976   }
6977
6978   return Cost;
6979 }
6980
6981 /// \brief Gets Address Access SCEV after verifying that the access pattern
6982 /// is loop invariant except the induction variable dependence.
6983 ///
6984 /// This SCEV can be sent to the Target in order to estimate the address
6985 /// calculation cost.
6986 static const SCEV *getAddressAccessSCEV(
6987               Value *Ptr,
6988               LoopVectorizationLegality *Legal,
6989               PredicatedScalarEvolution &PSE,
6990               const Loop *TheLoop) {
6991
6992   auto *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
6993   if (!Gep)
6994     return nullptr;
6995
6996   // We are looking for a gep with all loop invariant indices except for one
6997   // which should be an induction variable.
6998   auto SE = PSE.getSE();
6999   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
7000   for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i) {
7001     Value *Opd = Gep->getOperand(i);
7002     if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Opd), TheLoop) &&
7003         !Legal->isInductionVariable(Opd))
7004       return nullptr;
7005   }
7006
7007   // Now we know we have a GEP ptr, %inv, %ind, %inv. return the Ptr SCEV.
7008   return PSE.getSCEV(Ptr);
7009 }
7010
7011 static bool isStrideMul(Instruction *I, LoopVectorizationLegality *Legal) {
7012   return Legal->hasStride(I->getOperand(0)) ||
7013          Legal->hasStride(I->getOperand(1));
7014 }
7015
7016 unsigned LoopVectorizationCostModel::getMemInstScalarizationCost(Instruction *I,
7017                                                                  unsigned VF) {
7018   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7019   auto SE = PSE.getSE();
7020
7021   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7022   unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7023   Value *Ptr = getPointerOperand(I);
7024   Type *PtrTy = ToVectorTy(Ptr->getType(), VF);
7025
7026   // Figure out whether the access is strided and get the stride value
7027   // if it's known in compile time
7028   const SCEV *PtrSCEV = getAddressAccessSCEV(Ptr, Legal, PSE, TheLoop);
7029
7030   // Get the cost of the scalar memory instruction and address computation.
7031   unsigned Cost = VF * TTI.getAddressComputationCost(PtrTy, SE, PtrSCEV);
7032
7033   Cost += VF *
7034           TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy->getScalarType(), Alignment,
7035                               AS, I);
7036
7037   // Get the overhead of the extractelement and insertelement instructions
7038   // we might create due to scalarization.
7039   Cost += getScalarizationOverhead(I, VF, TTI);
7040
7041   // If we have a predicated store, it may not be executed for each vector
7042   // lane. Scale the cost by the probability of executing the predicated
7043   // block.
7044   if (Legal->isScalarWithPredication(I))
7045     Cost /= getReciprocalPredBlockProb();
7046
7047   return Cost;
7048 }
7049
7050 unsigned LoopVectorizationCostModel::getConsecutiveMemOpCost(Instruction *I,
7051                                                              unsigned VF) {
7052   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7053   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7054   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7055   Value *Ptr = getPointerOperand(I);
7056   unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7057   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
7058
7059   assert((ConsecutiveStride == 1 || ConsecutiveStride == -1) &&
7060          "Stride should be 1 or -1 for consecutive memory access");
7061   unsigned Cost = 0;
7062   if (Legal->isMaskRequired(I))
7063     Cost += TTI.getMaskedMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
7064   else
7065     Cost += TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS, I);
7066
7067   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
7068   if (Reverse)
7069     Cost += TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse, VectorTy, 0);
7070   return Cost;
7071 }
7072
7073 unsigned LoopVectorizationCostModel::getUniformMemOpCost(Instruction *I,
7074                                                          unsigned VF) {
7075   LoadInst *LI = cast<LoadInst>(I);
7076   Type *ValTy = LI->getType();
7077   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7078   unsigned Alignment = LI->getAlignment();
7079   unsigned AS = LI->getPointerAddressSpace();
7080
7081   return TTI.getAddressComputationCost(ValTy) +
7082          TTI.getMemoryOpCost(Instruction::Load, ValTy, Alignment, AS) +
7083          TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Broadcast, VectorTy);
7084 }
7085
7086 unsigned LoopVectorizationCostModel::getGatherScatterCost(Instruction *I,
7087                                                           unsigned VF) {
7088   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7089   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7090   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7091   Value *Ptr = getPointerOperand(I);
7092
7093   return TTI.getAddressComputationCost(VectorTy) +
7094          TTI.getGatherScatterOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Ptr,
7095                                     Legal->isMaskRequired(I), Alignment);
7096 }
7097
7098 unsigned LoopVectorizationCostModel::getInterleaveGroupCost(Instruction *I,
7099                                                             unsigned VF) {
7100   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7101   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7102   unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7103
7104   auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(I);
7105   assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
7106
7107   unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
7108   Type *WideVecTy = VectorType::get(ValTy, VF * InterleaveFactor);
7109
7110   // Holds the indices of existing members in an interleaved load group.
7111   // An interleaved store group doesn't need this as it doesn't allow gaps.
7112   SmallVector<unsigned, 4> Indices;
7113   if (isa<LoadInst>(I)) {
7114     for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++)
7115       if (Group->getMember(i))
7116         Indices.push_back(i);
7117   }
7118
7119   // Calculate the cost of the whole interleaved group.
7120   unsigned Cost = TTI.getInterleavedMemoryOpCost(I->getOpcode(), WideVecTy,
7121                                                  Group->getFactor(), Indices,
7122                                                  Group->getAlignment(), AS);
7123
7124   if (Group->isReverse())
7125     Cost += Group->getNumMembers() *
7126             TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse, VectorTy, 0);
7127   return Cost;
7128 }
7129
7130 unsigned LoopVectorizationCostModel::getMemoryInstructionCost(Instruction *I,
7131                                                               unsigned VF) {
7132   // Calculate scalar cost only. Vectorization cost should be ready at this
7133   // moment.
7134   if (VF == 1) {
7135     Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7136     unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7137     unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7138
7139     return TTI.getAddressComputationCost(ValTy) +
7140            TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy, Alignment, AS, I);
7141   }
7142   return getWideningCost(I, VF);
7143 }
7144
7145 LoopVectorizationCostModel::VectorizationCostTy
7146 LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF) {
7147   // If we know that this instruction will remain uniform, check the cost of
7148   // the scalar version.
7149   if (isUniformAfterVectorization(I, VF))
7150     VF = 1;
7151
7152   if (VF > 1 && isProfitableToScalarize(I, VF))
7153     return VectorizationCostTy(InstsToScalarize[VF][I], false);
7154
7155   // Forced scalars do not have any scalarization overhead.
7156   if (VF > 1 && ForcedScalars.count(VF) &&
7157       ForcedScalars.find(VF)->second.count(I))
7158     return VectorizationCostTy((getInstructionCost(I, 1).first * VF), false);
7159
7160   Type *VectorTy;
7161   unsigned C = getInstructionCost(I, VF, VectorTy);
7162
7163   bool TypeNotScalarized =
7164       VF > 1 && VectorTy->isVectorTy() && TTI.getNumberOfParts(VectorTy) < VF;
7165   return VectorizationCostTy(C, TypeNotScalarized);
7166 }
7167
7168 void LoopVectorizationCostModel::setCostBasedWideningDecision(unsigned VF) {
7169   if (VF == 1)
7170     return;
7171   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
7172     // For each instruction in the old loop.
7173     for (Instruction &I : *BB) {
7174       Value *Ptr = getPointerOperand(&I);
7175       if (!Ptr)
7176         continue;
7177
7178       if (isa<LoadInst>(&I) && Legal->isUniform(Ptr)) {
7179         // Scalar load + broadcast
7180         unsigned Cost = getUniformMemOpCost(&I, VF);
7181         setWideningDecision(&I, VF, CM_Scalarize, Cost);
7182         continue;
7183       }
7184
7185       // We assume that widening is the best solution when possible.
7186       if (Legal->memoryInstructionCanBeWidened(&I, VF)) {
7187         unsigned Cost = getConsecutiveMemOpCost(&I, VF);
7188         int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(getPointerOperand(&I));
7189         assert((ConsecutiveStride == 1 || ConsecutiveStride == -1) &&
7190                "Expected consecutive stride.");
7191         InstWidening Decision =
7192             ConsecutiveStride == 1 ? CM_Widen : CM_Widen_Reverse;
7193         setWideningDecision(&I, VF, Decision, Cost);
7194         continue;
7195       }
7196
7197       // Choose between Interleaving, Gather/Scatter or Scalarization.
7198       unsigned InterleaveCost = std::numeric_limits<unsigned>::max();
7199       unsigned NumAccesses = 1;
7200       if (Legal->isAccessInterleaved(&I)) {
7201         auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(&I);
7202         assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
7203
7204         // Make one decision for the whole group.
7205         if (getWideningDecision(&I, VF) != CM_Unknown)
7206           continue;
7207
7208         NumAccesses = Group->getNumMembers();
7209         InterleaveCost = getInterleaveGroupCost(&I, VF);
7210       }
7211
7212       unsigned GatherScatterCost =
7213           Legal->isLegalGatherOrScatter(&I)
7214               ? getGatherScatterCost(&I, VF) * NumAccesses
7215               : std::numeric_limits<unsigned>::max();
7216
7217       unsigned ScalarizationCost =
7218           getMemInstScalarizationCost(&I, VF) * NumAccesses;
7219
7220       // Choose better solution for the current VF,
7221       // write down this decision and use it during vectorization.
7222       unsigned Cost;
7223       InstWidening Decision;
7224       if (InterleaveCost <= GatherScatterCost &&
7225           InterleaveCost < ScalarizationCost) {
7226         Decision = CM_Interleave;
7227         Cost = InterleaveCost;
7228       } else if (GatherScatterCost < ScalarizationCost) {
7229         Decision = CM_GatherScatter;
7230         Cost = GatherScatterCost;
7231       } else {
7232         Decision = CM_Scalarize;
7233         Cost = ScalarizationCost;
7234       }
7235       // If the instructions belongs to an interleave group, the whole group
7236       // receives the same decision. The whole group receives the cost, but
7237       // the cost will actually be assigned to one instruction.
7238       if (auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(&I))
7239         setWideningDecision(Group, VF, Decision, Cost);
7240       else
7241         setWideningDecision(&I, VF, Decision, Cost);
7242     }
7243   }
7244
7245   // Make sure that any load of address and any other address computation
7246   // remains scalar unless there is gather/scatter support. This avoids
7247   // inevitable extracts into address registers, and also has the benefit of
7248   // activating LSR more, since that pass can't optimize vectorized
7249   // addresses.
7250   if (TTI.prefersVectorizedAddressing())
7251     return;
7252
7253   // Start with all scalar pointer uses.
7254   SmallPtrSet<Instruction *, 8> AddrDefs;
7255   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks())
7256     for (Instruction &I : *BB) {
7257       Instruction *PtrDef =
7258         dyn_cast_or_null<Instruction>(getPointerOperand(&I));
7259       if (PtrDef && TheLoop->contains(PtrDef) &&
7260           getWideningDecision(&I, VF) != CM_GatherScatter)
7261         AddrDefs.insert(PtrDef);
7262     }
7263
7264   // Add all instructions used to generate the addresses.
7265   SmallVector<Instruction *, 4> Worklist;
7266   for (auto *I : AddrDefs)
7267     Worklist.push_back(I);
7268   while (!Worklist.empty()) {
7269     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
7270     for (auto &Op : I->operands())
7271       if (auto *InstOp = dyn_cast<Instruction>(Op))
7272         if ((InstOp->getParent() == I->getParent()) && !isa<PHINode>(InstOp) &&
7273             AddrDefs.insert(InstOp).second)
7274           Worklist.push_back(InstOp);
7275   }
7276
7277   for (auto *I : AddrDefs) {
7278     if (isa<LoadInst>(I)) {
7279       // Setting the desired widening decision should ideally be handled in
7280       // by cost functions, but since this involves the task of finding out
7281       // if the loaded register is involved in an address computation, it is
7282       // instead changed here when we know this is the case.
7283       InstWidening Decision = getWideningDecision(I, VF);
7284       if (Decision == CM_Widen || Decision == CM_Widen_Reverse)
7285         // Scalarize a widened load of address.
7286         setWideningDecision(I, VF, CM_Scalarize,
7287                             (VF * getMemoryInstructionCost(I, 1)));
7288       else if (auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(I)) {
7289         // Scalarize an interleave group of address loads.
7290         for (unsigned I = 0; I < Group->getFactor(); ++I) {
7291           if (Instruction *Member = Group->getMember(I))
7292             setWideningDecision(Member, VF, CM_Scalarize,
7293                                 (VF * getMemoryInstructionCost(Member, 1)));
7294         }
7295       }
7296     } else
7297       // Make sure I gets scalarized and a cost estimate without
7298       // scalarization overhead.
7299       ForcedScalars[VF].insert(I);
7300   }
7301 }
7302
7303 unsigned LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I,
7304                                                         unsigned VF,
7305                                                         Type *&VectorTy) {
7306   Type *RetTy = I->getType();
7307   if (canTruncateToMinimalBitwidth(I, VF))
7308     RetTy = IntegerType::get(RetTy->getContext(), MinBWs[I]);
7309   VectorTy = isScalarAfterVectorization(I, VF) ? RetTy : ToVectorTy(RetTy, VF);
7310   auto SE = PSE.getSE();
7311
7312   // TODO: We need to estimate the cost of intrinsic calls.
7313   switch (I->getOpcode()) {
7314   case Instruction::GetElementPtr:
7315     // We mark this instruction as zero-cost because the cost of GEPs in
7316     // vectorized code depends on whether the corresponding memory instruction
7317     // is scalarized or not. Therefore, we handle GEPs with the memory
7318     // instruction cost.
7319     return 0;
7320   case Instruction::Br: {
7321     // In cases of scalarized and predicated instructions, there will be VF
7322     // predicated blocks in the vectorized loop. Each branch around these
7323     // blocks requires also an extract of its vector compare i1 element.
7324     bool ScalarPredicatedBB = false;
7325     BranchInst *BI = cast<BranchInst>(I);
7326     if (VF > 1 && BI->isConditional() &&
7327         (PredicatedBBsAfterVectorization.count(BI->getSuccessor(0)) ||
7328          PredicatedBBsAfterVectorization.count(BI->getSuccessor(1))))
7329       ScalarPredicatedBB = true;
7330
7331     if (ScalarPredicatedBB) {
7332       // Return cost for branches around scalarized and predicated blocks.
7333       Type *Vec_i1Ty =
7334           VectorType::get(IntegerType::getInt1Ty(RetTy->getContext()), VF);
7335       return (TTI.getScalarizationOverhead(Vec_i1Ty, false, true) +
7336               (TTI.getCFInstrCost(Instruction::Br) * VF));
7337     } else if (I->getParent() == TheLoop->getLoopLatch() || VF == 1)
7338       // The back-edge branch will remain, as will all scalar branches.
7339       return TTI.getCFInstrCost(Instruction::Br);
7340     else
7341       // This branch will be eliminated by if-conversion.
7342       return 0;
7343     // Note: We currently assume zero cost for an unconditional branch inside
7344     // a predicated block since it will become a fall-through, although we
7345     // may decide in the future to call TTI for all branches.
7346   }
7347   case Instruction::PHI: {
7348     auto *Phi = cast<PHINode>(I);
7349
7350     // First-order recurrences are replaced by vector shuffles inside the loop.
7351     if (VF > 1 && Legal->isFirstOrderRecurrence(Phi))
7352       return TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_ExtractSubvector,
7353                                 VectorTy, VF - 1, VectorTy);
7354
7355     // Phi nodes in non-header blocks (not inductions, reductions, etc.) are
7356     // converted into select instructions. We require N - 1 selects per phi
7357     // node, where N is the number of incoming values.
7358     if (VF > 1 && Phi->getParent() != TheLoop->getHeader())
7359       return (Phi->getNumIncomingValues() - 1) *
7360              TTI.getCmpSelInstrCost(
7361                  Instruction::Select, ToVectorTy(Phi->getType(), VF),
7362                  ToVectorTy(Type::getInt1Ty(Phi->getContext()), VF));
7363
7364     return TTI.getCFInstrCost(Instruction::PHI);
7365   }
7366   case Instruction::UDiv:
7367   case Instruction::SDiv:
7368   case Instruction::URem:
7369   case Instruction::SRem:
7370     // If we have a predicated instruction, it may not be executed for each
7371     // vector lane. Get the scalarization cost and scale this amount by the
7372     // probability of executing the predicated block. If the instruction is not
7373     // predicated, we fall through to the next case.
7374     if (VF > 1 && Legal->isScalarWithPredication(I)) {
7375       unsigned Cost = 0;
7376
7377       // These instructions have a non-void type, so account for the phi nodes
7378       // that we will create. This cost is likely to be zero. The phi node
7379       // cost, if any, should be scaled by the block probability because it
7380       // models a copy at the end of each predicated block.
7381       Cost += VF * TTI.getCFInstrCost(Instruction::PHI);
7382
7383       // The cost of the non-predicated instruction.
7384       Cost += VF * TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), RetTy);
7385
7386       // The cost of insertelement and extractelement instructions needed for
7387       // scalarization.
7388       Cost += getScalarizationOverhead(I, VF, TTI);
7389
7390       // Scale the cost by the probability of executing the predicated blocks.
7391       // This assumes the predicated block for each vector lane is equally
7392       // likely.
7393       return Cost / getReciprocalPredBlockProb();
7394     }
7395     LLVM_FALLTHROUGH;
7396   case Instruction::Add:
7397   case Instruction::FAdd:
7398   case Instruction::Sub:
7399   case Instruction::FSub:
7400   case Instruction::Mul:
7401   case Instruction::FMul:
7402   case Instruction::FDiv:
7403   case Instruction::FRem:
7404   case Instruction::Shl:
7405   case Instruction::LShr:
7406   case Instruction::AShr:
7407   case Instruction::And:
7408   case Instruction::Or:
7409   case Instruction::Xor: {
7410     // Since we will replace the stride by 1 the multiplication should go away.
7411     if (I->getOpcode() == Instruction::Mul && isStrideMul(I, Legal))
7412       return 0;
7413     // Certain instructions can be cheaper to vectorize if they have a constant
7414     // second vector operand. One example of this are shifts on x86.
7415     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
7416         TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
7417     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
7418         TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
7419     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op1VP =
7420         TargetTransformInfo::OP_None;
7421     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op2VP =
7422         TargetTransformInfo::OP_None;
7423     Value *Op2 = I->getOperand(1);
7424
7425     // Check for a splat or for a non uniform vector of constants.
7426     if (isa<ConstantInt>(Op2)) {
7427       ConstantInt *CInt = cast<ConstantInt>(Op2);
7428       if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
7429         Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
7430       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
7431     } else if (isa<ConstantVector>(Op2) || isa<ConstantDataVector>(Op2)) {
7432       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_NonUniformConstantValue;
7433       Constant *SplatValue = cast<Constant>(Op2)->getSplatValue();
7434       if (SplatValue) {
7435         ConstantInt *CInt = dyn_cast<ConstantInt>(SplatValue);
7436         if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
7437           Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
7438         Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
7439       }
7440     } else if (Legal->isUniform(Op2)) {
7441       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformValue;
7442     }
7443     SmallVector<const Value *, 4> Operands(I->operand_values());
7444     unsigned N = isScalarAfterVectorization(I, VF) ? VF : 1;
7445     return N * TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, Op1VK,
7446                                           Op2VK, Op1VP, Op2VP, Operands);
7447   }
7448   case Instruction::Select: {
7449     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
7450     const SCEV *CondSCEV = SE->getSCEV(SI->getCondition());
7451     bool ScalarCond = (SE->isLoopInvariant(CondSCEV, TheLoop));
7452     Type *CondTy = SI->getCondition()->getType();
7453     if (!ScalarCond)
7454       CondTy = VectorType::get(CondTy, VF);
7455
7456     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, CondTy, I);
7457   }
7458   case Instruction::ICmp:
7459   case Instruction::FCmp: {
7460     Type *ValTy = I->getOperand(0)->getType();
7461     Instruction *Op0AsInstruction = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
7462     if (canTruncateToMinimalBitwidth(Op0AsInstruction, VF))
7463       ValTy = IntegerType::get(ValTy->getContext(), MinBWs[Op0AsInstruction]);
7464     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7465     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, nullptr, I);
7466   }
7467   case Instruction::Store:
7468   case Instruction::Load: {
7469     unsigned Width = VF;
7470     if (Width > 1) {
7471       InstWidening Decision = getWideningDecision(I, Width);
7472       assert(Decision != CM_Unknown &&
7473              "CM decision should be taken at this point");
7474       if (Decision == CM_Scalarize)
7475         Width = 1;
7476     }
7477     VectorTy = ToVectorTy(getMemInstValueType(I), Width);
7478     return getMemoryInstructionCost(I, VF);
7479   }
7480   case Instruction::ZExt:
7481   case Instruction::SExt:
7482   case Instruction::FPToUI:
7483   case Instruction::FPToSI:
7484   case Instruction::FPExt:
7485   case Instruction::PtrToInt:
7486   case Instruction::IntToPtr:
7487   case Instruction::SIToFP:
7488   case Instruction::UIToFP:
7489   case Instruction::Trunc:
7490   case Instruction::FPTrunc:
7491   case Instruction::BitCast: {
7492     // We optimize the truncation of induction variables having constant
7493     // integer steps. The cost of these truncations is the same as the scalar
7494     // operation.
7495     if (isOptimizableIVTruncate(I, VF)) {
7496       auto *Trunc = cast<TruncInst>(I);
7497       return TTI.getCastInstrCost(Instruction::Trunc, Trunc->getDestTy(),
7498                                   Trunc->getSrcTy(), Trunc);
7499     }
7500
7501     Type *SrcScalarTy = I->getOperand(0)->getType();
7502     Type *SrcVecTy =
7503         VectorTy->isVectorTy() ? ToVectorTy(SrcScalarTy, VF) : SrcScalarTy;
7504     if (canTruncateToMinimalBitwidth(I, VF)) {
7505       // This cast is going to be shrunk. This may remove the cast or it might
7506       // turn it into slightly different cast. For example, if MinBW == 16,
7507       // "zext i8 %1 to i32" becomes "zext i8 %1 to i16".
7508       //
7509       // Calculate the modified src and dest types.
7510       Type *MinVecTy = VectorTy;
7511       if (I->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
7512         SrcVecTy = smallestIntegerVectorType(SrcVecTy, MinVecTy);
7513         VectorTy =
7514             largestIntegerVectorType(ToVectorTy(I->getType(), VF), MinVecTy);
7515       } else if (I->getOpcode() == Instruction::ZExt ||
7516                  I->getOpcode() == Instruction::SExt) {
7517         SrcVecTy = largestIntegerVectorType(SrcVecTy, MinVecTy);
7518         VectorTy =
7519             smallestIntegerVectorType(ToVectorTy(I->getType(), VF), MinVecTy);
7520       }
7521     }
7522
7523     unsigned N = isScalarAfterVectorization(I, VF) ? VF : 1;
7524     return N * TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, SrcVecTy, I);
7525   }
7526   case Instruction::Call: {
7527     bool NeedToScalarize;
7528     CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
7529     unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, TTI, TLI, NeedToScalarize);
7530     if (getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI))
7531       return std::min(CallCost, getVectorIntrinsicCost(CI, VF, TTI, TLI));
7532     return CallCost;
7533   }
7534   default:
7535     // The cost of executing VF copies of the scalar instruction. This opcode
7536     // is unknown. Assume that it is the same as 'mul'.
7537     return VF * TTI.getArithmeticInstrCost(Instruction::Mul, VectorTy) +
7538            getScalarizationOverhead(I, VF, TTI);
7539   } // end of switch.
7540 }
7541
7542 char LoopVectorize::ID = 0;
7543
7544 static const char lv_name[] = "Loop Vectorization";
7545
7546 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
7547 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
7548 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BasicAAWrapperPass)
7549 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
7550 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
7551 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
7552 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BlockFrequencyInfoWrapperPass)
7553 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
7554 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolutionWrapperPass)
7555 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
7556 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopAccessLegacyAnalysis)
7557 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DemandedBitsWrapperPass)
7558 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(OptimizationRemarkEmitterWrapperPass)
7559 INITIALIZE_PASS_END(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
7560
7561 namespace llvm {
7562
7563 Pass *createLoopVectorizePass(bool NoUnrolling, bool AlwaysVectorize) {
7564   return new LoopVectorize(NoUnrolling, AlwaysVectorize);
7565 }
7566
7567 } // end namespace llvm
7568
7569 bool LoopVectorizationCostModel::isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *Inst) {
7570   // Check if the pointer operand of a load or store instruction is
7571   // consecutive.
7572   if (auto *Ptr = getPointerOperand(Inst))
7573     return Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
7574   return false;
7575 }
7576
7577 void LoopVectorizationCostModel::collectValuesToIgnore() {
7578   // Ignore ephemeral values.
7579   CodeMetrics::collectEphemeralValues(TheLoop, AC, ValuesToIgnore);
7580
7581   // Ignore type-promoting instructions we identified during reduction
7582   // detection.
7583   for (auto &Reduction : *Legal->getReductionVars()) {
7584     RecurrenceDescriptor &RedDes = Reduction.second;
7585     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Casts = RedDes.getCastInsts();
7586     VecValuesToIgnore.insert(Casts.begin(), Casts.end());
7587   }
7588   // Ignore type-casting instructions we identified during induction
7589   // detection.
7590   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
7591     InductionDescriptor &IndDes = Induction.second;
7592     const SmallVectorImpl<Instruction *> &Casts = IndDes.getCastInsts();
7593     VecValuesToIgnore.insert(Casts.begin(), Casts.end());
7594   }
7595 }
7596
7597 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
7598 LoopVectorizationPlanner::plan(bool OptForSize, unsigned UserVF) {
7599   // Width 1 means no vectorize, cost 0 means uncomputed cost.
7600   const LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor NoVectorization = {1U,
7601                                                                            0U};
7602   Optional<unsigned> MaybeMaxVF = CM.computeMaxVF(OptForSize);
7603   if (!MaybeMaxVF.hasValue()) // Cases considered too costly to vectorize.
7604     return NoVectorization;
7605
7606   if (UserVF) {
7607     DEBUG(dbgs() << "LV: Using user VF " << UserVF << ".\n");
7608     assert(isPowerOf2_32(UserVF) && "VF needs to be a power of two");
7609     // Collect the instructions (and their associated costs) that will be more
7610     // profitable to scalarize.
7611     CM.selectUserVectorizationFactor(UserVF);
7612     buildVPlans(UserVF, UserVF);
7613     DEBUG(printPlans(dbgs()));
7614     return {UserVF, 0};
7615   }
7616
7617   unsigned MaxVF = MaybeMaxVF.getValue();
7618   assert(MaxVF != 0 && "MaxVF is zero.");
7619
7620   for (unsigned VF = 1; VF <= MaxVF; VF *= 2) {
7621     // Collect Uniform and Scalar instructions after vectorization with VF.
7622     CM.collectUniformsAndScalars(VF);
7623
7624     // Collect the instructions (and their associated costs) that will be more
7625     // profitable to scalarize.
7626     if (VF > 1)
7627       CM.collectInstsToScalarize(VF);
7628   }
7629
7630   buildVPlans(1, MaxVF);
7631   DEBUG(printPlans(dbgs()));
7632   if (MaxVF == 1)
7633     return NoVectorization;
7634
7635   // Select the optimal vectorization factor.
7636   return CM.selectVectorizationFactor(MaxVF);
7637 }
7638
7639 void LoopVectorizationPlanner::setBestPlan(unsigned VF, unsigned UF) {
7640   DEBUG(dbgs() << "Setting best plan to VF=" << VF << ", UF=" << UF << '\n');
7641   BestVF = VF;
7642   BestUF = UF;
7643
7644   erase_if(VPlans, [VF](const VPlanPtr &Plan) {
7645     return !Plan->hasVF(VF);
7646   });
7647   assert(VPlans.size() == 1 && "Best VF has not a single VPlan.");
7648 }
7649
7650 void LoopVectorizationPlanner::executePlan(InnerLoopVectorizer &ILV,
7651                                            DominatorTree *DT) {
7652   // Perform the actual loop transformation.
7653
7654   // 1. Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
7655   VPCallbackILV CallbackILV(ILV);
7656
7657   VPTransformState State{BestVF, BestUF,      LI,
7658                          DT,     ILV.Builder, ILV.VectorLoopValueMap,
7659                          &ILV,   CallbackILV};
7660   State.CFG.PrevBB = ILV.createVectorizedLoopSkeleton();
7661
7662   //===------------------------------------------------===//
7663   //
7664   // Notice: any optimization or new instruction that go
7665   // into the code below should also be implemented in
7666   // the cost-model.
7667   //
7668   //===------------------------------------------------===//
7669
7670   // 2. Copy and widen instructions from the old loop into the new loop.
7671   assert(VPlans.size() == 1 && "Not a single VPlan to execute.");
7672   VPlans.front()->execute(&State);
7673
7674   // 3. Fix the vectorized code: take care of header phi's, live-outs,
7675   //    predication, updating analyses.
7676   ILV.fixVectorizedLoop();
7677 }
7678
7679 void LoopVectorizationPlanner::collectTriviallyDeadInstructions(
7680     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DeadInstructions) {
7681   BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
7682
7683   // We create new control-flow for the vectorized loop, so the original
7684   // condition will be dead after vectorization if it's only used by the
7685   // branch.
7686   auto *Cmp = dyn_cast<Instruction>(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
7687   if (Cmp && Cmp->hasOneUse())
7688     DeadInstructions.insert(Cmp);
7689
7690   // We create new "steps" for induction variable updates to which the original
7691   // induction variables map. An original update instruction will be dead if
7692   // all its users except the induction variable are dead.
7693   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
7694     PHINode *Ind = Induction.first;
7695     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
7696     if (llvm::all_of(IndUpdate->users(), [&](User *U) -> bool {
7697           return U == Ind || DeadInstructions.count(cast<Instruction>(U));
7698         }))
7699       DeadInstructions.insert(IndUpdate);
7700
7701     // We record as "Dead" also the type-casting instructions we had identified 
7702     // during induction analysis. We don't need any handling for them in the
7703     // vectorized loop because we have proven that, under a proper runtime 
7704     // test guarding the vectorized loop, the value of the phi, and the casted 
7705     // value of the phi, are the same. The last instruction in this casting chain
7706     // will get its scalar/vector/widened def from the scalar/vector/widened def 
7707     // of the respective phi node. Any other casts in the induction def-use chain
7708     // have no other uses outside the phi update chain, and will be ignored.
7709     InductionDescriptor &IndDes = Induction.second;
7710     const SmallVectorImpl<Instruction *> &Casts = IndDes.getCastInsts();
7711     DeadInstructions.insert(Casts.begin(), Casts.end());
7712   }
7713 }
7714
7715 Value *InnerLoopUnroller::reverseVector(Value *Vec) { return Vec; }
7716
7717 Value *InnerLoopUnroller::getBroadcastInstrs(Value *V) { return V; }
7718
7719 Value *InnerLoopUnroller::getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
7720                                         Instruction::BinaryOps BinOp) {
7721   // When unrolling and the VF is 1, we only need to add a simple scalar.
7722   Type *Ty = Val->getType();
7723   assert(!Ty->isVectorTy() && "Val must be a scalar");
7724
7725   if (Ty->isFloatingPointTy()) {
7726     Constant *C = ConstantFP::get(Ty, (double)StartIdx);
7727
7728     // Floating point operations had to be 'fast' to enable the unrolling.
7729     Value *MulOp = addFastMathFlag(Builder.CreateFMul(C, Step));
7730     return addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(BinOp, Val, MulOp));
7731   }
7732   Constant *C = ConstantInt::get(Ty, StartIdx);
7733   return Builder.CreateAdd(Val, Builder.CreateMul(C, Step), "induction");
7734 }
7735
7736 static void AddRuntimeUnrollDisableMetaData(Loop *L) {
7737   SmallVector<Metadata *, 4> MDs;
7738   // Reserve first location for self reference to the LoopID metadata node.
7739   MDs.push_back(nullptr);
7740   bool IsUnrollMetadata = false;
7741   MDNode *LoopID = L->getLoopID();
7742   if (LoopID) {
7743     // First find existing loop unrolling disable metadata.
7744     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
7745       auto *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
7746       if (MD) {
7747         const auto *S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
7748         IsUnrollMetadata =
7749             S && S->getString().startswith("llvm.loop.unroll.disable");
7750       }
7751       MDs.push_back(LoopID->getOperand(i));
7752     }
7753   }
7754
7755   if (!IsUnrollMetadata) {
7756     // Add runtime unroll disable metadata.
7757     LLVMContext &Context = L->getHeader()->getContext();
7758     SmallVector<Metadata *, 1> DisableOperands;
7759     DisableOperands.push_back(
7760         MDString::get(Context, "llvm.loop.unroll.runtime.disable"));
7761     MDNode *DisableNode = MDNode::get(Context, DisableOperands);
7762     MDs.push_back(DisableNode);
7763     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
7764     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
7765     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
7766     L->setLoopID(NewLoopID);
7767   }
7768 }
7769
7770 bool LoopVectorizationPlanner::getDecisionAndClampRange(
7771     const std::function<bool(unsigned)> &Predicate, VFRange &Range) {
7772   assert(Range.End > Range.Start && "Trying to test an empty VF range.");
7773   bool PredicateAtRangeStart = Predicate(Range.Start);
7774
7775   for (unsigned TmpVF = Range.Start * 2; TmpVF < Range.End; TmpVF *= 2)
7776     if (Predicate(TmpVF) != PredicateAtRangeStart) {
7777       Range.End = TmpVF;
7778       break;
7779     }
7780
7781   return PredicateAtRangeStart;
7782 }
7783
7784 /// Build VPlans for the full range of feasible VF's = {\p MinVF, 2 * \p MinVF,
7785 /// 4 * \p MinVF, ..., \p MaxVF} by repeatedly building a VPlan for a sub-range
7786 /// of VF's starting at a given VF and extending it as much as possible. Each
7787 /// vectorization decision can potentially shorten this sub-range during
7788 /// buildVPlan().
7789 void LoopVectorizationPlanner::buildVPlans(unsigned MinVF, unsigned MaxVF) {
7790
7791   // Collect conditions feeding internal conditional branches; they need to be
7792   // represented in VPlan for it to model masking.
7793   SmallPtrSet<Value *, 1> NeedDef;
7794
7795   auto *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
7796   for (BasicBlock *BB : OrigLoop->blocks()) {
7797     if (BB == Latch)
7798       continue;
7799     BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
7800     if (Branch && Branch->isConditional())
7801       NeedDef.insert(Branch->getCondition());
7802   }
7803
7804   for (unsigned VF = MinVF; VF < MaxVF + 1;) {
7805     VFRange SubRange = {VF, MaxVF + 1};
7806     VPlans.push_back(buildVPlan(SubRange, NeedDef));
7807     VF = SubRange.End;
7808   }
7809 }
7810
7811 VPValue *LoopVectorizationPlanner::createEdgeMask(BasicBlock *Src,
7812                                                   BasicBlock *Dst,
7813                                                   VPlanPtr &Plan) {
7814   assert(is_contained(predecessors(Dst), Src) && "Invalid edge");
7815
7816   // Look for cached value.
7817   std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *> Edge(Src, Dst);
7818   EdgeMaskCacheTy::iterator ECEntryIt = EdgeMaskCache.find(Edge);
7819   if (ECEntryIt != EdgeMaskCache.end())
7820     return ECEntryIt->second;
7821
7822   VPValue *SrcMask = createBlockInMask(Src, Plan);
7823
7824   // The terminator has to be a branch inst!
7825   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Src->getTerminator());
7826   assert(BI && "Unexpected terminator found");
7827
7828   if (!BI->isConditional())
7829     return EdgeMaskCache[Edge] = SrcMask;
7830
7831   VPValue *EdgeMask = Plan->getVPValue(BI->getCondition());
7832   assert(EdgeMask && "No Edge Mask found for condition");
7833
7834   if (BI->getSuccessor(0) != Dst)
7835     EdgeMask = Builder.createNot(EdgeMask);
7836
7837   if (SrcMask) // Otherwise block in-mask is all-one, no need to AND.
7838     EdgeMask = Builder.createAnd(EdgeMask, SrcMask);
7839
7840   return EdgeMaskCache[Edge] = EdgeMask;
7841 }
7842
7843 VPValue *LoopVectorizationPlanner::createBlockInMask(BasicBlock *BB,
7844                                                      VPlanPtr &Plan) {
7845   assert(OrigLoop->contains(BB) && "Block is not a part of a loop");
7846
7847   // Look for cached value.
7848   BlockMaskCacheTy::iterator BCEntryIt = BlockMaskCache.find(BB);
7849   if (BCEntryIt != BlockMaskCache.end())
7850     return BCEntryIt->second;
7851
7852   // All-one mask is modelled as no-mask following the convention for masked
7853   // load/store/gather/scatter. Initialize BlockMask to no-mask.
7854   VPValue *BlockMask = nullptr;
7855
7856   // Loop incoming mask is all-one.
7857   if (OrigLoop->getHeader() == BB)
7858     return BlockMaskCache[BB] = BlockMask;
7859
7860   // This is the block mask. We OR all incoming edges.
7861   for (auto *Predecessor : predecessors(BB)) {
7862     VPValue *EdgeMask = createEdgeMask(Predecessor, BB, Plan);
7863     if (!EdgeMask) // Mask of predecessor is all-one so mask of block is too.
7864       return BlockMaskCache[BB] = EdgeMask;
7865
7866     if (!BlockMask) { // BlockMask has its initialized nullptr value.
7867       BlockMask = EdgeMask;
7868       continue;
7869     }
7870
7871     BlockMask = Builder.createOr(BlockMask, EdgeMask);
7872   }
7873
7874   return BlockMaskCache[BB] = BlockMask;
7875 }
7876
7877 VPInterleaveRecipe *
7878 LoopVectorizationPlanner::tryToInterleaveMemory(Instruction *I,
7879                                                 VFRange &Range) {
7880   const InterleaveGroup *IG = Legal->getInterleavedAccessGroup(I);
7881   if (!IG)
7882     return nullptr;
7883
7884   // Now check if IG is relevant for VF's in the given range.
7885   auto isIGMember = [&](Instruction *I) -> std::function<bool(unsigned)> {
7886     return [=](unsigned VF) -> bool {
7887       return (VF >= 2 && // Query is illegal for VF == 1
7888               CM.getWideningDecision(I, VF) ==
7889                   LoopVectorizationCostModel::CM_Interleave);
7890     };
7891   };
7892   if (!getDecisionAndClampRange(isIGMember(I), Range))
7893     return nullptr;
7894
7895   // I is a member of an InterleaveGroup for VF's in the (possibly trimmed)
7896   // range. If it's the primary member of the IG construct a VPInterleaveRecipe.
7897   // Otherwise, it's an adjunct member of the IG, do not construct any Recipe.
7898   assert(I == IG->getInsertPos() &&
7899          "Generating a recipe for an adjunct member of an interleave group");
7900
7901   return new VPInterleaveRecipe(IG);
7902 }
7903
7904 VPWidenMemoryInstructionRecipe *
7905 LoopVectorizationPlanner::tryToWidenMemory(Instruction *I, VFRange &Range,
7906                                            VPlanPtr &Plan) {
7907   if (!isa<LoadInst>(I) && !isa<StoreInst>(I))
7908     return nullptr;
7909
7910   auto willWiden = [&](unsigned VF) -> bool {
7911     if (VF == 1)
7912       return false;
7913     if (CM.isScalarAfterVectorization(I, VF) ||
7914         CM.isProfitableToScalarize(I, VF))
7915       return false;
7916     LoopVectorizationCostModel::InstWidening Decision =
7917         CM.getWideningDecision(I, VF);
7918     assert(Decision != LoopVectorizationCostModel::CM_Unknown &&
7919            "CM decision should be taken at this point.");
7920     assert(Decision != LoopVectorizationCostModel::CM_Interleave &&
7921            "Interleave memory opportunity should be caught earlier.");
7922     return Decision != LoopVectorizationCostModel::CM_Scalarize;
7923   };
7924
7925   if (!getDecisionAndClampRange(willWiden, Range))
7926     return nullptr;
7927
7928   VPValue *Mask = nullptr;
7929   if (Legal->isMaskRequired(I))
7930     Mask = createBlockInMask(I->getParent(), Plan);
7931
7932   return new VPWidenMemoryInstructionRecipe(*I, Mask);
7933 }
7934
7935 VPWidenIntOrFpInductionRecipe *
7936 LoopVectorizationPlanner::tryToOptimizeInduction(Instruction *I,
7937                                                  VFRange &Range) {
7938   if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I)) {
7939     // Check if this is an integer or fp induction. If so, build the recipe that
7940     // produces its scalar and vector values.
7941     InductionDescriptor II = Legal->getInductionVars()->lookup(Phi);
7942     if (II.getKind() == InductionDescriptor::IK_IntInduction ||
7943         II.getKind() == InductionDescriptor::IK_FpInduction)
7944       return new VPWidenIntOrFpInductionRecipe(Phi);
7945
7946     return nullptr;
7947   }
7948
7949   // Optimize the special case where the source is a constant integer
7950   // induction variable. Notice that we can only optimize the 'trunc' case
7951   // because (a) FP conversions lose precision, (b) sext/zext may wrap, and
7952   // (c) other casts depend on pointer size.
7953
7954   // Determine whether \p K is a truncation based on an induction variable that
7955   // can be optimized.
7956   auto isOptimizableIVTruncate =
7957       [&](Instruction *K) -> std::function<bool(unsigned)> {
7958     return
7959         [=](unsigned VF) -> bool { return CM.isOptimizableIVTruncate(K, VF); };
7960   };
7961
7962   if (isa<TruncInst>(I) &&
7963       getDecisionAndClampRange(isOptimizableIVTruncate(I), Range))
7964     return new VPWidenIntOrFpInductionRecipe(cast<PHINode>(I->getOperand(0)),
7965                                              cast<TruncInst>(I));
7966   return nullptr;
7967 }
7968
7969 VPBlendRecipe *
7970 LoopVectorizationPlanner::tryToBlend(Instruction *I, VPlanPtr &Plan) {
7971   PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I);
7972   if (!Phi || Phi->getParent() == OrigLoop->getHeader())
7973     return nullptr;
7974
7975   // We know that all PHIs in non-header blocks are converted into selects, so
7976   // we don't have to worry about the insertion order and we can just use the
7977   // builder. At this point we generate the predication tree. There may be
7978   // duplications since this is a simple recursive scan, but future
7979   // optimizations will clean it up.
7980
7981   SmallVector<VPValue *, 2> Masks;
7982   unsigned NumIncoming = Phi->getNumIncomingValues();
7983   for (unsigned In = 0; In < NumIncoming; In++) {
7984     VPValue *EdgeMask =
7985       createEdgeMask(Phi->getIncomingBlock(In), Phi->getParent(), Plan);
7986     assert((EdgeMask || NumIncoming == 1) &&
7987            "Multiple predecessors with one having a full mask");
7988     if (EdgeMask)
7989       Masks.push_back(EdgeMask);
7990   }
7991   return new VPBlendRecipe(Phi, Masks);
7992 }
7993
7994 bool LoopVectorizationPlanner::tryToWiden(Instruction *I, VPBasicBlock *VPBB,
7995                                           VFRange &Range) {
7996   if (Legal->isScalarWithPredication(I))
7997     return false;
7998
7999   auto IsVectorizableOpcode = [](unsigned Opcode) {
8000     switch (Opcode) {
8001     case Instruction::Add:
8002     case Instruction::And:
8003     case Instruction::AShr:
8004     case Instruction::BitCast:
8005     case Instruction::Br:
8006     case Instruction::Call:
8007     case Instruction::FAdd:
8008     case Instruction::FCmp:
8009     case Instruction::FDiv:
8010     case Instruction::FMul:
8011     case Instruction::FPExt:
8012     case Instruction::FPToSI:
8013     case Instruction::FPToUI:
8014     case Instruction::FPTrunc:
8015     case Instruction::FRem:
8016     case Instruction::FSub:
8017     case Instruction::GetElementPtr:
8018     case Instruction::ICmp:
8019     case Instruction::IntToPtr:
8020     case Instruction::Load:
8021     case Instruction::LShr:
8022     case Instruction::Mul:
8023     case Instruction::Or:
8024     case Instruction::PHI:
8025     case Instruction::PtrToInt:
8026     case Instruction::SDiv:
8027     case Instruction::Select:
8028     case Instruction::SExt:
8029     case Instruction::Shl:
8030     case Instruction::SIToFP:
8031     case Instruction::SRem:
8032     case Instruction::Store:
8033     case Instruction::Sub:
8034     case Instruction::Trunc:
8035     case Instruction::UDiv:
8036     case Instruction::UIToFP:
8037     case Instruction::URem:
8038     case Instruction::Xor:
8039     case Instruction::ZExt:
8040       return true;
8041     }
8042     return false;
8043   };
8044
8045   if (!IsVectorizableOpcode(I->getOpcode()))
8046     return false;
8047
8048   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
8049     Intrinsic::ID ID = getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
8050     if (ID && (ID == Intrinsic::assume || ID == Intrinsic::lifetime_end ||
8051                ID == Intrinsic::lifetime_start || ID == Intrinsic::sideeffect))
8052       return false;
8053   }
8054
8055   auto willWiden = [&](unsigned VF) -> bool {
8056     if (!isa<PHINode>(I) && (CM.isScalarAfterVectorization(I, VF) ||
8057                              CM.isProfitableToScalarize(I, VF)))
8058       return false;
8059     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
8060       Intrinsic::ID ID = getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
8061       // The following case may be scalarized depending on the VF.
8062       // The flag shows whether we use Intrinsic or a usual Call for vectorized
8063       // version of the instruction.
8064       // Is it beneficial to perform intrinsic call compared to lib call?
8065       bool NeedToScalarize;
8066       unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, *TTI, TLI, NeedToScalarize);
8067       bool UseVectorIntrinsic =
8068           ID && getVectorIntrinsicCost(CI, VF, *TTI, TLI) <= CallCost;
8069       return UseVectorIntrinsic || !NeedToScalarize;
8070     }
8071     if (isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I)) {
8072       assert(CM.getWideningDecision(I, VF) ==
8073                  LoopVectorizationCostModel::CM_Scalarize &&
8074              "Memory widening decisions should have been taken care by now");
8075       return false;
8076     }
8077     return true;
8078   };
8079
8080   if (!getDecisionAndClampRange(willWiden, Range))
8081     return false;
8082
8083   // Success: widen this instruction. We optimize the common case where
8084   // consecutive instructions can be represented by a single recipe.
8085   if (!VPBB->empty()) {
8086     VPWidenRecipe *LastWidenRecipe = dyn_cast<VPWidenRecipe>(&VPBB->back());
8087     if (LastWidenRecipe && LastWidenRecipe->appendInstruction(I))
8088       return true;
8089   }
8090
8091   VPBB->appendRecipe(new VPWidenRecipe(I));
8092   return true;
8093 }
8094
8095 VPBasicBlock *LoopVectorizationPlanner::handleReplication(
8096     Instruction *I, VFRange &Range, VPBasicBlock *VPBB,
8097     DenseMap<Instruction *, VPReplicateRecipe *> &PredInst2Recipe,
8098     VPlanPtr &Plan) {
8099   bool IsUniform = getDecisionAndClampRange(
8100       [&](unsigned VF) { return CM.isUniformAfterVectorization(I, VF); },
8101       Range);
8102
8103   bool IsPredicated = Legal->isScalarWithPredication(I);
8104   auto *Recipe = new VPReplicateRecipe(I, IsUniform, IsPredicated);
8105
8106   // Find if I uses a predicated instruction. If so, it will use its scalar
8107   // value. Avoid hoisting the insert-element which packs the scalar value into
8108   // a vector value, as that happens iff all users use the vector value.
8109   for (auto &Op : I->operands())
8110     if (auto *PredInst = dyn_cast<Instruction>(Op))
8111       if (PredInst2Recipe.find(PredInst) != PredInst2Recipe.end())
8112         PredInst2Recipe[PredInst]->setAlsoPack(false);
8113
8114   // Finalize the recipe for Instr, first if it is not predicated.
8115   if (!IsPredicated) {
8116     DEBUG(dbgs() << "LV: Scalarizing:" << *I << "\n");
8117     VPBB->appendRecipe(Recipe);
8118     return VPBB;
8119   }
8120   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalarizing and predicating:" << *I << "\n");
8121   assert(VPBB->getSuccessors().empty() &&
8122          "VPBB has successors when handling predicated replication.");
8123   // Record predicated instructions for above packing optimizations.
8124   PredInst2Recipe[I] = Recipe;
8125   VPBlockBase *Region =
8126     VPBB->setOneSuccessor(createReplicateRegion(I, Recipe, Plan));
8127   return cast<VPBasicBlock>(Region->setOneSuccessor(new VPBasicBlock()));
8128 }
8129
8130 VPRegionBlock *
8131 LoopVectorizationPlanner::createReplicateRegion(Instruction *Instr,
8132                                                 VPRecipeBase *PredRecipe,
8133                                                 VPlanPtr &Plan) {
8134   // Instructions marked for predication are replicated and placed under an
8135   // if-then construct to prevent side-effects.
8136
8137   // Generate recipes to compute the block mask for this region.
8138   VPValue *BlockInMask = createBlockInMask(Instr->getParent(), Plan);
8139
8140   // Build the triangular if-then region.
8141   std::string RegionName = (Twine("pred.") + Instr->getOpcodeName()).str();
8142   assert(Instr->getParent() && "Predicated instruction not in any basic block");
8143   auto *BOMRecipe = new VPBranchOnMaskRecipe(BlockInMask);
8144   auto *Entry = new VPBasicBlock(Twine(RegionName) + ".entry", BOMRecipe);
8145   auto *PHIRecipe =
8146       Instr->getType()->isVoidTy() ? nullptr : new VPPredInstPHIRecipe(Instr);
8147   auto *Exit = new VPBasicBlock(Twine(RegionName) + ".continue", PHIRecipe);
8148   auto *Pred = new VPBasicBlock(Twine(RegionName) + ".if", PredRecipe);
8149   VPRegionBlock *Region = new VPRegionBlock(Entry, Exit, RegionName, true);
8150
8151   // Note: first set Entry as region entry and then connect successors starting
8152   // from it in order, to propagate the "parent" of each VPBasicBlock.
8153   Entry->setTwoSuccessors(Pred, Exit);
8154   Pred->setOneSuccessor(Exit);
8155
8156   return Region;
8157 }
8158
8159 LoopVectorizationPlanner::VPlanPtr
8160 LoopVectorizationPlanner::buildVPlan(VFRange &Range,
8161                                      const SmallPtrSetImpl<Value *> &NeedDef) {
8162   EdgeMaskCache.clear();
8163   BlockMaskCache.clear();
8164   DenseMap<Instruction *, Instruction *> &SinkAfter = Legal->getSinkAfter();
8165   DenseMap<Instruction *, Instruction *> SinkAfterInverse;
8166
8167   // Collect instructions from the original loop that will become trivially dead
8168   // in the vectorized loop. We don't need to vectorize these instructions. For
8169   // example, original induction update instructions can become dead because we
8170   // separately emit induction "steps" when generating code for the new loop.
8171   // Similarly, we create a new latch condition when setting up the structure
8172   // of the new loop, so the old one can become dead.
8173   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DeadInstructions;
8174   collectTriviallyDeadInstructions(DeadInstructions);
8175
8176   // Hold a mapping from predicated instructions to their recipes, in order to
8177   // fix their AlsoPack behavior if a user is determined to replicate and use a
8178   // scalar instead of vector value.
8179   DenseMap<Instruction *, VPReplicateRecipe *> PredInst2Recipe;
8180
8181   // Create a dummy pre-entry VPBasicBlock to start building the VPlan.
8182   VPBasicBlock *VPBB = new VPBasicBlock("Pre-Entry");
8183   auto Plan = llvm::make_unique<VPlan>(VPBB);
8184
8185   // Represent values that will have defs inside VPlan.
8186   for (Value *V : NeedDef)
8187     Plan->addVPValue(V);
8188
8189   // Scan the body of the loop in a topological order to visit each basic block
8190   // after having visited its predecessor basic blocks.
8191   LoopBlocksDFS DFS(OrigLoop);
8192   DFS.perform(LI);
8193
8194   for (BasicBlock *BB : make_range(DFS.beginRPO(), DFS.endRPO())) {
8195     // Relevant instructions from basic block BB will be grouped into VPRecipe
8196     // ingredients and fill a new VPBasicBlock.
8197     unsigned VPBBsForBB = 0;
8198     auto *FirstVPBBForBB = new VPBasicBlock(BB->getName());
8199     VPBB->setOneSuccessor(FirstVPBBForBB);
8200     VPBB = FirstVPBBForBB;
8201     Builder.setInsertPoint(VPBB);
8202
8203     std::vector<Instruction *> Ingredients;
8204
8205     // Organize the ingredients to vectorize from current basic block in the
8206     // right order.
8207     for (Instruction &I : *BB) {
8208       Instruction *Instr = &I;
8209
8210       // First filter out irrelevant instructions, to ensure no recipes are
8211       // built for them.
8212       if (isa<BranchInst>(Instr) || isa<DbgInfoIntrinsic>(Instr) ||
8213           DeadInstructions.count(Instr))
8214         continue;
8215
8216       // I is a member of an InterleaveGroup for Range.Start. If it's an adjunct
8217       // member of the IG, do not construct any Recipe for it.
8218       const InterleaveGroup *IG = Legal->getInterleavedAccessGroup(Instr);
8219       if (IG && Instr != IG->getInsertPos() &&
8220           Range.Start >= 2 && // Query is illegal for VF == 1
8221           CM.getWideningDecision(Instr, Range.Start) ==
8222               LoopVectorizationCostModel::CM_Interleave) {
8223         if (SinkAfterInverse.count(Instr))
8224           Ingredients.push_back(SinkAfterInverse.find(Instr)->second);
8225         continue;
8226       }
8227
8228       // Move instructions to handle first-order recurrences, step 1: avoid
8229       // handling this instruction until after we've handled the instruction it
8230       // should follow.
8231       auto SAIt = SinkAfter.find(Instr);
8232       if (SAIt != SinkAfter.end()) {
8233         DEBUG(dbgs() << "Sinking" << *SAIt->first << " after" << *SAIt->second
8234                      << " to vectorize a 1st order recurrence.\n");
8235         SinkAfterInverse[SAIt->second] = Instr;
8236         continue;
8237       }
8238
8239       Ingredients.push_back(Instr);
8240
8241       // Move instructions to handle first-order recurrences, step 2: push the
8242       // instruction to be sunk at its insertion point.
8243       auto SAInvIt = SinkAfterInverse.find(Instr);
8244       if (SAInvIt != SinkAfterInverse.end())
8245         Ingredients.push_back(SAInvIt->second);
8246     }
8247
8248     // Introduce each ingredient into VPlan.
8249     for (Instruction *Instr : Ingredients) {
8250       VPRecipeBase *Recipe = nullptr;
8251
8252       // Check if Instr should belong to an interleave memory recipe, or already
8253       // does. In the latter case Instr is irrelevant.
8254       if ((Recipe = tryToInterleaveMemory(Instr, Range))) {
8255         VPBB->appendRecipe(Recipe);
8256         continue;
8257       }
8258
8259       // Check if Instr is a memory operation that should be widened.
8260       if ((Recipe = tryToWidenMemory(Instr, Range, Plan))) {
8261         VPBB->appendRecipe(Recipe);
8262         continue;
8263       }
8264
8265       // Check if Instr should form some PHI recipe.
8266       if ((Recipe = tryToOptimizeInduction(Instr, Range))) {
8267         VPBB->appendRecipe(Recipe);
8268         continue;
8269       }
8270       if ((Recipe = tryToBlend(Instr, Plan))) {
8271         VPBB->appendRecipe(Recipe);
8272         continue;
8273       }
8274       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(Instr)) {
8275         VPBB->appendRecipe(new VPWidenPHIRecipe(Phi));
8276         continue;
8277       }
8278
8279       // Check if Instr is to be widened by a general VPWidenRecipe, after
8280       // having first checked for specific widening recipes that deal with
8281       // Interleave Groups, Inductions and Phi nodes.
8282       if (tryToWiden(Instr, VPBB, Range))
8283         continue;
8284
8285       // Otherwise, if all widening options failed, Instruction is to be
8286       // replicated. This may create a successor for VPBB.
8287       VPBasicBlock *NextVPBB =
8288         handleReplication(Instr, Range, VPBB, PredInst2Recipe, Plan);
8289       if (NextVPBB != VPBB) {
8290         VPBB = NextVPBB;
8291         VPBB->setName(BB->hasName() ? BB->getName() + "." + Twine(VPBBsForBB++)
8292                                     : "");
8293       }
8294     }
8295   }
8296
8297   // Discard empty dummy pre-entry VPBasicBlock. Note that other VPBasicBlocks
8298   // may also be empty, such as the last one VPBB, reflecting original
8299   // basic-blocks with no recipes.
8300   VPBasicBlock *PreEntry = cast<VPBasicBlock>(Plan->getEntry());
8301   assert(PreEntry->empty() && "Expecting empty pre-entry block.");
8302   VPBlockBase *Entry = Plan->setEntry(PreEntry->getSingleSuccessor());
8303   PreEntry->disconnectSuccessor(Entry);
8304   delete PreEntry;
8305
8306   std::string PlanName;
8307   raw_string_ostream RSO(PlanName);
8308   unsigned VF = Range.Start;
8309   Plan->addVF(VF);
8310   RSO << "Initial VPlan for VF={" << VF;
8311   for (VF *= 2; VF < Range.End; VF *= 2) {
8312     Plan->addVF(VF);
8313     RSO << "," << VF;
8314   }
8315   RSO << "},UF>=1";
8316   RSO.flush();
8317   Plan->setName(PlanName);
8318
8319   return Plan;
8320 }
8321
8322 void VPInterleaveRecipe::print(raw_ostream &O, const Twine &Indent) const {
8323   O << " +\n"
8324     << Indent << "\"INTERLEAVE-GROUP with factor " << IG->getFactor() << " at ";
8325   IG->getInsertPos()->printAsOperand(O, false);
8326   O << "\\l\"";
8327   for (unsigned i = 0; i < IG->getFactor(); ++i)
8328     if (Instruction *I = IG->getMember(i))
8329       O << " +\n"
8330         << Indent << "\"  " << VPlanIngredient(I) << " " << i << "\\l\"";
8331 }
8332
8333 void VPWidenRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8334   for (auto &Instr : make_range(Begin, End))
8335     State.ILV->widenInstruction(Instr);
8336 }
8337
8338 void VPWidenIntOrFpInductionRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8339   assert(!State.Instance && "Int or FP induction being replicated.");
8340   State.ILV->widenIntOrFpInduction(IV, Trunc);
8341 }
8342
8343 void VPWidenPHIRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8344   State.ILV->widenPHIInstruction(Phi, State.UF, State.VF);
8345 }
8346
8347 void VPBlendRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8348   State.ILV->setDebugLocFromInst(State.Builder, Phi);
8349   // We know that all PHIs in non-header blocks are converted into
8350   // selects, so we don't have to worry about the insertion order and we
8351   // can just use the builder.
8352   // At this point we generate the predication tree. There may be
8353   // duplications since this is a simple recursive scan, but future
8354   // optimizations will clean it up.
8355
8356   unsigned NumIncoming = Phi->getNumIncomingValues();
8357
8358   assert((User || NumIncoming == 1) &&
8359          "Multiple predecessors with predecessors having a full mask");
8360   // Generate a sequence of selects of the form:
8361   // SELECT(Mask3, In3,
8362   //      SELECT(Mask2, In2,
8363   //                   ( ...)))
8364   InnerLoopVectorizer::VectorParts Entry(State.UF);
8365   for (unsigned In = 0; In < NumIncoming; ++In) {
8366     for (unsigned Part = 0; Part < State.UF; ++Part) {
8367       // We might have single edge PHIs (blocks) - use an identity
8368       // 'select' for the first PHI operand.
8369       Value *In0 =
8370           State.ILV->getOrCreateVectorValue(Phi->getIncomingValue(In), Part);
8371       if (In == 0)
8372         Entry[Part] = In0; // Initialize with the first incoming value.
8373       else {
8374         // Select between the current value and the previous incoming edge
8375         // based on the incoming mask.
8376         Value *Cond = State.get(User->getOperand(In), Part);
8377         Entry[Part] =
8378             State.Builder.CreateSelect(Cond, In0, Entry[Part], "predphi");
8379       }
8380     }
8381   }
8382   for (unsigned Part = 0; Part < State.UF; ++Part)
8383     State.ValueMap.setVectorValue(Phi, Part, Entry[Part]);
8384 }
8385
8386 void VPInterleaveRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8387   assert(!State.Instance && "Interleave group being replicated.");
8388   State.ILV->vectorizeInterleaveGroup(IG->getInsertPos());
8389 }
8390
8391 void VPReplicateRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8392   if (State.Instance) { // Generate a single instance.
8393     State.ILV->scalarizeInstruction(Ingredient, *State.Instance, IsPredicated);
8394     // Insert scalar instance packing it into a vector.
8395     if (AlsoPack && State.VF > 1) {
8396       // If we're constructing lane 0, initialize to start from undef.
8397       if (State.Instance->Lane == 0) {
8398         Value *Undef =
8399             UndefValue::get(VectorType::get(Ingredient->getType(), State.VF));
8400         State.ValueMap.setVectorValue(Ingredient, State.Instance->Part, Undef);
8401       }
8402       State.ILV->packScalarIntoVectorValue(Ingredient, *State.Instance);
8403     }
8404     return;
8405   }
8406
8407   // Generate scalar instances for all VF lanes of all UF parts, unless the
8408   // instruction is uniform inwhich case generate only the first lane for each
8409   // of the UF parts.
8410   unsigned EndLane = IsUniform ? 1 : State.VF;
8411   for (unsigned Part = 0; Part < State.UF; ++Part)
8412     for (unsigned Lane = 0; Lane < EndLane; ++Lane)
8413       State.ILV->scalarizeInstruction(Ingredient, {Part, Lane}, IsPredicated);
8414 }
8415
8416 void VPBranchOnMaskRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8417   assert(State.Instance && "Branch on Mask works only on single instance.");
8418
8419   unsigned Part = State.Instance->Part;
8420   unsigned Lane = State.Instance->Lane;
8421
8422   Value *ConditionBit = nullptr;
8423   if (!User) // Block in mask is all-one.
8424     ConditionBit = State.Builder.getTrue();
8425   else {
8426     VPValue *BlockInMask = User->getOperand(0);
8427     ConditionBit = State.get(BlockInMask, Part);
8428     if (ConditionBit->getType()->isVectorTy())
8429       ConditionBit = State.Builder.CreateExtractElement(
8430           ConditionBit, State.Builder.getInt32(Lane));
8431   }
8432
8433   // Replace the temporary unreachable terminator with a new conditional branch,
8434   // whose two destinations will be set later when they are created.
8435   auto *CurrentTerminator = State.CFG.PrevBB->getTerminator();
8436   assert(isa<UnreachableInst>(CurrentTerminator) &&
8437          "Expected to replace unreachable terminator with conditional branch.");
8438   auto *CondBr = BranchInst::Create(State.CFG.PrevBB, nullptr, ConditionBit);
8439   CondBr->setSuccessor(0, nullptr);
8440   ReplaceInstWithInst(CurrentTerminator, CondBr);
8441 }
8442
8443 void VPPredInstPHIRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8444   assert(State.Instance && "Predicated instruction PHI works per instance.");
8445   Instruction *ScalarPredInst = cast<Instruction>(
8446       State.ValueMap.getScalarValue(PredInst, *State.Instance));
8447   BasicBlock *PredicatedBB = ScalarPredInst->getParent();
8448   BasicBlock *PredicatingBB = PredicatedBB->getSinglePredecessor();
8449   assert(PredicatingBB && "Predicated block has no single predecessor.");
8450
8451   // By current pack/unpack logic we need to generate only a single phi node: if
8452   // a vector value for the predicated instruction exists at this point it means
8453   // the instruction has vector users only, and a phi for the vector value is
8454   // needed. In this case the recipe of the predicated instruction is marked to
8455   // also do that packing, thereby "hoisting" the insert-element sequence.
8456   // Otherwise, a phi node for the scalar value is needed.
8457   unsigned Part = State.Instance->Part;
8458   if (State.ValueMap.hasVectorValue(PredInst, Part)) {
8459     Value *VectorValue = State.ValueMap.getVectorValue(PredInst, Part);
8460     InsertElementInst *IEI = cast<InsertElementInst>(VectorValue);
8461     PHINode *VPhi = State.Builder.CreatePHI(IEI->getType(), 2);
8462     VPhi->addIncoming(IEI->getOperand(0), PredicatingBB); // Unmodified vector.
8463     VPhi->addIncoming(IEI, PredicatedBB); // New vector with inserted element.
8464     State.ValueMap.resetVectorValue(PredInst, Part, VPhi); // Update cache.
8465   } else {
8466     Type *PredInstType = PredInst->getType();
8467     PHINode *Phi = State.Builder.CreatePHI(PredInstType, 2);
8468     Phi->addIncoming(UndefValue::get(ScalarPredInst->getType()), PredicatingBB);
8469     Phi->addIncoming(ScalarPredInst, PredicatedBB);
8470     State.ValueMap.resetScalarValue(PredInst, *State.Instance, Phi);
8471   }
8472 }
8473
8474 void VPWidenMemoryInstructionRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8475   if (!User)
8476     return State.ILV->vectorizeMemoryInstruction(&Instr);
8477
8478   // Last (and currently only) operand is a mask.
8479   InnerLoopVectorizer::VectorParts MaskValues(State.UF);
8480   VPValue *Mask = User->getOperand(User->getNumOperands() - 1);
8481   for (unsigned Part = 0; Part < State.UF; ++Part)
8482     MaskValues[Part] = State.get(Mask, Part);
8483   State.ILV->vectorizeMemoryInstruction(&Instr, &MaskValues);
8484 }
8485
8486 bool LoopVectorizePass::processLoop(Loop *L) {
8487   assert(L->empty() && "Only process inner loops.");
8488
8489 #ifndef NDEBUG
8490   const std::string DebugLocStr = getDebugLocString(L);
8491 #endif /* NDEBUG */
8492
8493   DEBUG(dbgs() << "\nLV: Checking a loop in \""
8494                << L->getHeader()->getParent()->getName() << "\" from "
8495                << DebugLocStr << "\n");
8496
8497   LoopVectorizeHints Hints(L, DisableUnrolling, *ORE);
8498
8499   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints:"
8500                << " force="
8501                << (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled
8502                        ? "disabled"
8503                        : (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled
8504                               ? "enabled"
8505                               : "?"))
8506                << " width=" << Hints.getWidth()
8507                << " unroll=" << Hints.getInterleave() << "\n");
8508
8509   // Function containing loop
8510   Function *F = L->getHeader()->getParent();
8511
8512   // Looking at the diagnostic output is the only way to determine if a loop
8513   // was vectorized (other than looking at the IR or machine code), so it
8514   // is important to generate an optimization remark for each loop. Most of
8515   // these messages are generated as OptimizationRemarkAnalysis. Remarks
8516   // generated as OptimizationRemark and OptimizationRemarkMissed are
8517   // less verbose reporting vectorized loops and unvectorized loops that may
8518   // benefit from vectorization, respectively.
8519
8520   if (!Hints.allowVectorization(F, L, AlwaysVectorize)) {
8521     DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints prevent vectorization.\n");
8522     return false;
8523   }
8524
8525   PredicatedScalarEvolution PSE(*SE, *L);
8526
8527   // Check if it is legal to vectorize the loop.
8528   LoopVectorizationRequirements Requirements(*ORE);
8529   LoopVectorizationLegality LVL(L, PSE, DT, TLI, AA, F, TTI, GetLAA, LI, ORE,
8530                                 &Requirements, &Hints);
8531   if (!LVL.canVectorize()) {
8532     DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Cannot prove legality.\n");
8533     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
8534     return false;
8535   }
8536
8537   // Check the function attributes to find out if this function should be
8538   // optimized for size.
8539   bool OptForSize =
8540       Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled && F->optForSize();
8541
8542   // Check the loop for a trip count threshold: vectorize loops with a tiny trip
8543   // count by optimizing for size, to minimize overheads.
8544   unsigned ExpectedTC = SE->getSmallConstantMaxTripCount(L);
8545   bool HasExpectedTC = (ExpectedTC > 0);
8546
8547   if (!HasExpectedTC && LoopVectorizeWithBlockFrequency) {
8548     auto EstimatedTC = getLoopEstimatedTripCount(L);
8549     if (EstimatedTC) {
8550       ExpectedTC = *EstimatedTC;
8551       HasExpectedTC = true;
8552     }
8553   }
8554
8555   if (HasExpectedTC && ExpectedTC < TinyTripCountVectorThreshold) {
8556     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop with a very small trip count. "
8557                  << "This loop is worth vectorizing only if no scalar "
8558                  << "iteration overheads are incurred.");
8559     if (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled)
8560       DEBUG(dbgs() << " But vectorizing was explicitly forced.\n");
8561     else {
8562       DEBUG(dbgs() << "\n");
8563       // Loops with a very small trip count are considered for vectorization
8564       // under OptForSize, thereby making sure the cost of their loop body is
8565       // dominant, free of runtime guards and scalar iteration overheads.
8566       OptForSize = true;
8567     }
8568   }
8569
8570   // Check the function attributes to see if implicit floats are allowed.
8571   // FIXME: This check doesn't seem possibly correct -- what if the loop is
8572   // an integer loop and the vector instructions selected are purely integer
8573   // vector instructions?
8574   if (F->hasFnAttribute(Attribute::NoImplicitFloat)) {
8575     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize when the NoImplicitFloat"
8576                     "attribute is used.\n");
8577     ORE->emit(createMissedAnalysis(Hints.vectorizeAnalysisPassName(),
8578                                    "NoImplicitFloat", L)
8579               << "loop not vectorized due to NoImplicitFloat attribute");
8580     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
8581     return false;
8582   }
8583
8584   // Check if the target supports potentially unsafe FP vectorization.
8585   // FIXME: Add a check for the type of safety issue (denormal, signaling)
8586   // for the target we're vectorizing for, to make sure none of the
8587   // additional fp-math flags can help.
8588   if (Hints.isPotentiallyUnsafe() &&
8589       TTI->isFPVectorizationPotentiallyUnsafe()) {
8590     DEBUG(dbgs() << "LV: Potentially unsafe FP op prevents vectorization.\n");
8591     ORE->emit(
8592         createMissedAnalysis(Hints.vectorizeAnalysisPassName(), "UnsafeFP", L)
8593         << "loop not vectorized due to unsafe FP support.");
8594     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
8595     return false;
8596   }
8597
8598   // Use the cost model.
8599   LoopVectorizationCostModel CM(L, PSE, LI, &LVL, *TTI, TLI, DB, AC, ORE, F,
8600                                 &Hints);
8601   CM.collectValuesToIgnore();
8602
8603   // Use the planner for vectorization.
8604   LoopVectorizationPlanner LVP(L, LI, TLI, TTI, &LVL, CM);
8605
8606   // Get user vectorization factor.
8607   unsigned UserVF = Hints.getWidth();
8608
8609   // Plan how to best vectorize, return the best VF and its cost.
8610   LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor VF =
8611       LVP.plan(OptForSize, UserVF);
8612
8613   // Select the interleave count.
8614   unsigned IC = CM.selectInterleaveCount(OptForSize, VF.Width, VF.Cost);
8615
8616   // Get user interleave count.
8617   unsigned UserIC = Hints.getInterleave();
8618
8619   // Identify the diagnostic messages that should be produced.
8620   std::pair<StringRef, std::string> VecDiagMsg, IntDiagMsg;
8621   bool VectorizeLoop = true, InterleaveLoop = true;
8622   if (Requirements.doesNotMeet(F, L, Hints)) {
8623     DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: loop did not meet vectorization "
8624                     "requirements.\n");
8625     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
8626     return false;
8627   }
8628
8629   if (VF.Width == 1) {
8630     DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial.\n");
8631     VecDiagMsg = std::make_pair(
8632         "VectorizationNotBeneficial",
8633         "the cost-model indicates that vectorization is not beneficial");
8634     VectorizeLoop = false;
8635   }
8636
8637   if (IC == 1 && UserIC <= 1) {
8638     // Tell the user interleaving is not beneficial.
8639     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving is not beneficial.\n");
8640     IntDiagMsg = std::make_pair(
8641         "InterleavingNotBeneficial",
8642         "the cost-model indicates that interleaving is not beneficial");
8643     InterleaveLoop = false;
8644     if (UserIC == 1) {
8645       IntDiagMsg.first = "InterleavingNotBeneficialAndDisabled";
8646       IntDiagMsg.second +=
8647           " and is explicitly disabled or interleave count is set to 1";
8648     }
8649   } else if (IC > 1 && UserIC == 1) {
8650     // Tell the user interleaving is beneficial, but it explicitly disabled.
8651     DEBUG(dbgs()
8652           << "LV: Interleaving is beneficial but is explicitly disabled.");
8653     IntDiagMsg = std::make_pair(
8654         "InterleavingBeneficialButDisabled",
8655         "the cost-model indicates that interleaving is beneficial "
8656         "but is explicitly disabled or interleave count is set to 1");
8657     InterleaveLoop = false;
8658   }
8659
8660   // Override IC if user provided an interleave count.
8661   IC = UserIC > 0 ? UserIC : IC;
8662
8663   // Emit diagnostic messages, if any.
8664   const char *VAPassName = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
8665   if (!VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
8666     // Do not vectorize or interleaving the loop.
8667     ORE->emit([&]() {
8668       return OptimizationRemarkMissed(VAPassName, VecDiagMsg.first,
8669                                       L->getStartLoc(), L->getHeader())
8670              << VecDiagMsg.second;
8671     });
8672     ORE->emit([&]() {
8673       return OptimizationRemarkMissed(LV_NAME, IntDiagMsg.first,
8674                                       L->getStartLoc(), L->getHeader())
8675              << IntDiagMsg.second;
8676     });
8677     return false;
8678   } else if (!VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
8679     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
8680     ORE->emit([&]() {
8681       return OptimizationRemarkAnalysis(VAPassName, VecDiagMsg.first,
8682                                         L->getStartLoc(), L->getHeader())
8683              << VecDiagMsg.second;
8684     });
8685   } else if (VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
8686     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
8687                  << DebugLocStr << '\n');
8688     ORE->emit([&]() {
8689       return OptimizationRemarkAnalysis(LV_NAME, IntDiagMsg.first,
8690                                         L->getStartLoc(), L->getHeader())
8691              << IntDiagMsg.second;
8692     });
8693   } else if (VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
8694     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
8695                  << DebugLocStr << '\n');
8696     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
8697   }
8698
8699   LVP.setBestPlan(VF.Width, IC);
8700
8701   using namespace ore;
8702
8703   if (!VectorizeLoop) {
8704     assert(IC > 1 && "interleave count should not be 1 or 0");
8705     // If we decided that it is not legal to vectorize the loop, then
8706     // interleave it.
8707     InnerLoopUnroller Unroller(L, PSE, LI, DT, TLI, TTI, AC, ORE, IC, &LVL,
8708                                &CM);
8709     LVP.executePlan(Unroller, DT);
8710
8711     ORE->emit([&]() {
8712       return OptimizationRemark(LV_NAME, "Interleaved", L->getStartLoc(),
8713                                 L->getHeader())
8714              << "interleaved loop (interleaved count: "
8715              << NV("InterleaveCount", IC) << ")";
8716     });
8717   } else {
8718     // If we decided that it is *legal* to vectorize the loop, then do it.
8719     InnerLoopVectorizer LB(L, PSE, LI, DT, TLI, TTI, AC, ORE, VF.Width, IC,
8720                            &LVL, &CM);
8721     LVP.executePlan(LB, DT);
8722     ++LoopsVectorized;
8723
8724     // Add metadata to disable runtime unrolling a scalar loop when there are
8725     // no runtime checks about strides and memory. A scalar loop that is
8726     // rarely used is not worth unrolling.
8727     if (!LB.areSafetyChecksAdded())
8728       AddRuntimeUnrollDisableMetaData(L);
8729
8730     // Report the vectorization decision.
8731     ORE->emit([&]() {
8732       return OptimizationRemark(LV_NAME, "Vectorized", L->getStartLoc(),
8733                                 L->getHeader())
8734              << "vectorized loop (vectorization width: "
8735              << NV("VectorizationFactor", VF.Width)
8736              << ", interleaved count: " << NV("InterleaveCount", IC) << ")";
8737     });
8738   }
8739
8740   // Mark the loop as already vectorized to avoid vectorizing again.
8741   Hints.setAlreadyVectorized();
8742
8743   DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
8744   return true;
8745 }
8746
8747 bool LoopVectorizePass::runImpl(
8748     Function &F, ScalarEvolution &SE_, LoopInfo &LI_, TargetTransformInfo &TTI_,
8749     DominatorTree &DT_, BlockFrequencyInfo &BFI_, TargetLibraryInfo *TLI_,
8750     DemandedBits &DB_, AliasAnalysis &AA_, AssumptionCache &AC_,
8751     std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> &GetLAA_,
8752     OptimizationRemarkEmitter &ORE_) {
8753   SE = &SE_;
8754   LI = &LI_;
8755   TTI = &TTI_;
8756   DT = &DT_;
8757   BFI = &BFI_;
8758   TLI = TLI_;
8759   AA = &AA_;
8760   AC = &AC_;
8761   GetLAA = &GetLAA_;
8762   DB = &DB_;
8763   ORE = &ORE_;
8764
8765   // Don't attempt if
8766   // 1. the target claims to have no vector registers, and
8767   // 2. interleaving won't help ILP.
8768   //
8769   // The second condition is necessary because, even if the target has no
8770   // vector registers, loop vectorization may still enable scalar
8771   // interleaving.
8772   if (!TTI->getNumberOfRegisters(true) && TTI->getMaxInterleaveFactor(1) < 2)
8773     return false;
8774
8775   bool Changed = false;
8776
8777   // The vectorizer requires loops to be in simplified form.
8778   // Since simplification may add new inner loops, it has to run before the
8779   // legality and profitability checks. This means running the loop vectorizer
8780   // will simplify all loops, regardless of whether anything end up being
8781   // vectorized.
8782   for (auto &L : *LI)
8783     Changed |= simplifyLoop(L, DT, LI, SE, AC, false /* PreserveLCSSA */);
8784
8785   // Build up a worklist of inner-loops to vectorize. This is necessary as
8786   // the act of vectorizing or partially unrolling a loop creates new loops
8787   // and can invalidate iterators across the loops.
8788   SmallVector<Loop *, 8> Worklist;
8789
8790   for (Loop *L : *LI)
8791     addAcyclicInnerLoop(*L, Worklist);
8792
8793   LoopsAnalyzed += Worklist.size();
8794
8795   // Now walk the identified inner loops.
8796   while (!Worklist.empty()) {
8797     Loop *L = Worklist.pop_back_val();
8798
8799     // For the inner loops we actually process, form LCSSA to simplify the
8800     // transform.
8801     Changed |= formLCSSARecursively(*L, *DT, LI, SE);
8802
8803     Changed |= processLoop(L);
8804   }
8805
8806   // Process each loop nest in the function.
8807   return Changed;
8808 }
8809
8810 PreservedAnalyses LoopVectorizePass::run(Function &F,
8811                                          FunctionAnalysisManager &AM) {
8812     auto &SE = AM.getResult<ScalarEvolutionAnalysis>(F);
8813     auto &LI = AM.getResult<LoopAnalysis>(F);
8814     auto &TTI = AM.getResult<TargetIRAnalysis>(F);
8815     auto &DT = AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
8816     auto &BFI = AM.getResult<BlockFrequencyAnalysis>(F);
8817     auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
8818     auto &AA = AM.getResult<AAManager>(F);
8819     auto &AC = AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
8820     auto &DB = AM.getResult<DemandedBitsAnalysis>(F);
8821     auto &ORE = AM.getResult<OptimizationRemarkEmitterAnalysis>(F);
8822
8823     auto &LAM = AM.getResult<LoopAnalysisManagerFunctionProxy>(F).getManager();
8824     std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> GetLAA =
8825         [&](Loop &L) -> const LoopAccessInfo & {
8826       LoopStandardAnalysisResults AR = {AA, AC, DT, LI, SE, TLI, TTI, nullptr};
8827       return LAM.getResult<LoopAccessAnalysis>(L, AR);
8828     };
8829     bool Changed =
8830         runImpl(F, SE, LI, TTI, DT, BFI, &TLI, DB, AA, AC, GetLAA, ORE);
8831     if (!Changed)
8832       return PreservedAnalyses::all();
8833     PreservedAnalyses PA;
8834     PA.preserve<LoopAnalysis>();
8835     PA.preserve<DominatorTreeAnalysis>();
8836     PA.preserve<BasicAA>();
8837     PA.preserve<GlobalsAA>();
8838     return PA;
8839 }