]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Vectorize/LoopVectorize.cpp
Pull in r337861 from upstream llvm trunk (by Hideki Saito):
[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, DemandedBits *DB, AssumptionCache *AC)
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         DB(DB), AC(AC) {}
1549
1550   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
1551   /// of the reductions that were found in the loop.
1552   using ReductionList = DenseMap<PHINode *, RecurrenceDescriptor>;
1553
1554   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
1555   /// induction descriptor.
1556   using InductionList = MapVector<PHINode *, InductionDescriptor>;
1557
1558   /// RecurrenceSet contains the phi nodes that are recurrences other than
1559   /// inductions and reductions.
1560   using RecurrenceSet = SmallPtrSet<const PHINode *, 8>;
1561
1562   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
1563   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
1564   /// loop, only that it is legal to do so.
1565   bool canVectorize();
1566
1567   /// Returns the primary induction variable.
1568   PHINode *getPrimaryInduction() { return PrimaryInduction; }
1569
1570   /// Returns the reduction variables found in the loop.
1571   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
1572
1573   /// Returns the induction variables found in the loop.
1574   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
1575
1576   /// Return the first-order recurrences found in the loop.
1577   RecurrenceSet *getFirstOrderRecurrences() { return &FirstOrderRecurrences; }
1578
1579   /// Return the set of instructions to sink to handle first-order recurrences.
1580   DenseMap<Instruction *, Instruction *> &getSinkAfter() { return SinkAfter; }
1581
1582   /// Returns the widest induction type.
1583   Type *getWidestInductionType() { return WidestIndTy; }
1584
1585   /// Returns True if V is a Phi node of an induction variable in this loop.
1586   bool isInductionPhi(const Value *V);
1587
1588   /// Returns True if V is a cast that is part of an induction def-use chain,
1589   /// and had been proven to be redundant under a runtime guard (in other
1590   /// words, the cast has the same SCEV expression as the induction phi).
1591   bool isCastedInductionVariable(const Value *V);
1592
1593   /// Returns True if V can be considered as an induction variable in this 
1594   /// loop. V can be the induction phi, or some redundant cast in the def-use
1595   /// chain of the inducion phi.
1596   bool isInductionVariable(const Value *V);
1597
1598   /// Returns True if PN is a reduction variable in this loop.
1599   bool isReductionVariable(PHINode *PN) { return Reductions.count(PN); }
1600
1601   /// Returns True if Phi is a first-order recurrence in this loop.
1602   bool isFirstOrderRecurrence(const PHINode *Phi);
1603
1604   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
1605   /// to be vectorized.
1606   bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB);
1607
1608   /// Check if this pointer is consecutive when vectorizing. This happens
1609   /// when the last index of the GEP is the induction variable, or that the
1610   /// pointer itself is an induction variable.
1611   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
1612   /// Returns:
1613   /// 0 - Stride is unknown or non-consecutive.
1614   /// 1 - Address is consecutive.
1615   /// -1 - Address is consecutive, and decreasing.
1616   /// NOTE: This method must only be used before modifying the original scalar
1617   /// loop. Do not use after invoking 'createVectorizedLoopSkeleton' (PR34965).
1618   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
1619
1620   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
1621   bool isUniform(Value *V);
1622
1623   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
1624   const RuntimePointerChecking *getRuntimePointerChecking() const {
1625     return LAI->getRuntimePointerChecking();
1626   }
1627
1628   const LoopAccessInfo *getLAI() const { return LAI; }
1629
1630   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleaved access group.
1631   bool isAccessInterleaved(Instruction *Instr) {
1632     return InterleaveInfo.isInterleaved(Instr);
1633   }
1634
1635   /// \brief Get the interleaved access group that \p Instr belongs to.
1636   const InterleaveGroup *getInterleavedAccessGroup(Instruction *Instr) {
1637     return InterleaveInfo.getInterleaveGroup(Instr);
1638   }
1639
1640   /// \brief Returns true if an interleaved group requires a scalar iteration
1641   /// to handle accesses with gaps.
1642   bool requiresScalarEpilogue() const {
1643     return InterleaveInfo.requiresScalarEpilogue();
1644   }
1645
1646   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return LAI->getMaxSafeDepDistBytes(); }
1647
1648   uint64_t getMaxSafeRegisterWidth() const {
1649           return LAI->getDepChecker().getMaxSafeRegisterWidth();
1650   }
1651
1652   bool hasStride(Value *V) { return LAI->hasStride(V); }
1653
1654   /// Returns true if the target machine supports masked store operation
1655   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1656   bool isLegalMaskedStore(Type *DataType, Value *Ptr) {
1657     return isConsecutivePtr(Ptr) && TTI->isLegalMaskedStore(DataType);
1658   }
1659
1660   /// Returns true if the target machine supports masked load operation
1661   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1662   bool isLegalMaskedLoad(Type *DataType, Value *Ptr) {
1663     return isConsecutivePtr(Ptr) && TTI->isLegalMaskedLoad(DataType);
1664   }
1665
1666   /// Returns true if the target machine supports masked scatter operation
1667   /// for the given \p DataType.
1668   bool isLegalMaskedScatter(Type *DataType) {
1669     return TTI->isLegalMaskedScatter(DataType);
1670   }
1671
1672   /// Returns true if the target machine supports masked gather operation
1673   /// for the given \p DataType.
1674   bool isLegalMaskedGather(Type *DataType) {
1675     return TTI->isLegalMaskedGather(DataType);
1676   }
1677
1678   /// Returns true if the target machine can represent \p V as a masked gather
1679   /// or scatter operation.
1680   bool isLegalGatherOrScatter(Value *V) {
1681     auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(V);
1682     auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(V);
1683     if (!LI && !SI)
1684       return false;
1685     auto *Ptr = getPointerOperand(V);
1686     auto *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType();
1687     return (LI && isLegalMaskedGather(Ty)) || (SI && isLegalMaskedScatter(Ty));
1688   }
1689
1690   /// Returns true if vector representation of the instruction \p I
1691   /// requires mask.
1692   bool isMaskRequired(const Instruction *I) { return (MaskedOp.count(I) != 0); }
1693
1694   unsigned getNumStores() const { return LAI->getNumStores(); }
1695   unsigned getNumLoads() const { return LAI->getNumLoads(); }
1696   unsigned getNumPredStores() const { return NumPredStores; }
1697
1698   /// Returns true if \p I is an instruction that will be scalarized with
1699   /// predication. Such instructions include conditional stores and
1700   /// instructions that may divide by zero.
1701   bool isScalarWithPredication(Instruction *I);
1702
1703   /// Returns true if \p I is a memory instruction with consecutive memory
1704   /// access that can be widened.
1705   bool memoryInstructionCanBeWidened(Instruction *I, unsigned VF = 1);
1706
1707   // Returns true if the NoNaN attribute is set on the function.
1708   bool hasFunNoNaNAttr() const { return HasFunNoNaNAttr; }
1709
1710 private:
1711   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
1712   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
1713   /// and we only need to check individual instructions.
1714   bool canVectorizeInstrs();
1715
1716   /// When we vectorize loops we may change the order in which
1717   /// we read and write from memory. This method checks if it is
1718   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
1719   /// Returns true if the loop is vectorizable
1720   bool canVectorizeMemory();
1721
1722   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
1723   /// transformation.
1724   bool canVectorizeWithIfConvert();
1725
1726   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
1727   /// executed. \p SafePtrs is a list of addresses that are known to be legal
1728   /// and we know that we can read from them without segfault.
1729   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs);
1730
1731   /// Updates the vectorization state by adding \p Phi to the inductions list.
1732   /// This can set \p Phi as the main induction of the loop if \p Phi is a
1733   /// better choice for the main induction than the existing one.
1734   void addInductionPhi(PHINode *Phi, const InductionDescriptor &ID,
1735                        SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit);
1736
1737   /// Create an analysis remark that explains why vectorization failed
1738   ///
1739   /// \p RemarkName is the identifier for the remark.  If \p I is passed it is
1740   /// an instruction that prevents vectorization.  Otherwise the loop is used
1741   /// for the location of the remark.  \return the remark object that can be
1742   /// streamed to.
1743   OptimizationRemarkAnalysis
1744   createMissedAnalysis(StringRef RemarkName, Instruction *I = nullptr) const {
1745     return ::createMissedAnalysis(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
1746                                   RemarkName, TheLoop, I);
1747   }
1748
1749   /// \brief If an access has a symbolic strides, this maps the pointer value to
1750   /// the stride symbol.
1751   const ValueToValueMap *getSymbolicStrides() {
1752     // FIXME: Currently, the set of symbolic strides is sometimes queried before
1753     // it's collected.  This happens from canVectorizeWithIfConvert, when the
1754     // pointer is checked to reference consecutive elements suitable for a
1755     // masked access.
1756     return LAI ? &LAI->getSymbolicStrides() : nullptr;
1757   }
1758
1759   unsigned NumPredStores = 0;
1760
1761   /// The loop that we evaluate.
1762   Loop *TheLoop;
1763
1764   /// A wrapper around ScalarEvolution used to add runtime SCEV checks.
1765   /// Applies dynamic knowledge to simplify SCEV expressions in the context
1766   /// of existing SCEV assumptions. The analysis will also add a minimal set
1767   /// of new predicates if this is required to enable vectorization and
1768   /// unrolling.
1769   PredicatedScalarEvolution &PSE;
1770
1771   /// Target Library Info.
1772   TargetLibraryInfo *TLI;
1773
1774   /// Target Transform Info
1775   const TargetTransformInfo *TTI;
1776
1777   /// Dominator Tree.
1778   DominatorTree *DT;
1779
1780   // LoopAccess analysis.
1781   std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> *GetLAA;
1782
1783   // And the loop-accesses info corresponding to this loop.  This pointer is
1784   // null until canVectorizeMemory sets it up.
1785   const LoopAccessInfo *LAI = nullptr;
1786
1787   /// Interface to emit optimization remarks.
1788   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
1789
1790   /// The interleave access information contains groups of interleaved accesses
1791   /// with the same stride and close to each other.
1792   InterleavedAccessInfo InterleaveInfo;
1793
1794   //  ---  vectorization state --- //
1795
1796   /// Holds the primary induction variable. This is the counter of the
1797   /// loop.
1798   PHINode *PrimaryInduction = nullptr;
1799
1800   /// Holds the reduction variables.
1801   ReductionList Reductions;
1802
1803   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
1804   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
1805   /// variables can be pointers.
1806   InductionList Inductions;
1807
1808   /// Holds all the casts that participate in the update chain of the induction 
1809   /// variables, and that have been proven to be redundant (possibly under a 
1810   /// runtime guard). These casts can be ignored when creating the vectorized 
1811   /// loop body.
1812   SmallPtrSet<Instruction *, 4> InductionCastsToIgnore;
1813
1814   /// Holds the phi nodes that are first-order recurrences.
1815   RecurrenceSet FirstOrderRecurrences;
1816
1817   /// Holds instructions that need to sink past other instructions to handle
1818   /// first-order recurrences.
1819   DenseMap<Instruction *, Instruction *> SinkAfter;
1820
1821   /// Holds the widest induction type encountered.
1822   Type *WidestIndTy = nullptr;
1823
1824   /// Allowed outside users. This holds the induction and reduction
1825   /// vars which can be accessed from outside the loop.
1826   SmallPtrSet<Value *, 4> AllowedExit;
1827
1828   /// Can we assume the absence of NaNs.
1829   bool HasFunNoNaNAttr = false;
1830
1831   /// Vectorization requirements that will go through late-evaluation.
1832   LoopVectorizationRequirements *Requirements;
1833
1834   /// Used to emit an analysis of any legality issues.
1835   LoopVectorizeHints *Hints;
1836
1837   /// The demanded bits analsyis is used to compute the minimum type size in
1838   /// which a reduction can be computed.
1839   DemandedBits *DB;
1840
1841   /// The assumption cache analysis is used to compute the minimum type size in
1842   /// which a reduction can be computed.
1843   AssumptionCache *AC;
1844
1845   /// While vectorizing these instructions we have to generate a
1846   /// call to the appropriate masked intrinsic
1847   SmallPtrSet<const Instruction *, 8> MaskedOp;
1848 };
1849
1850 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
1851 /// vectorization.
1852 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because of
1853 /// a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict the
1854 /// expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set. We use the
1855 /// TargetTransformInfo to query the different backends for the cost of
1856 /// different operations.
1857 class LoopVectorizationCostModel {
1858 public:
1859   LoopVectorizationCostModel(Loop *L, PredicatedScalarEvolution &PSE,
1860                              LoopInfo *LI, LoopVectorizationLegality *Legal,
1861                              const TargetTransformInfo &TTI,
1862                              const TargetLibraryInfo *TLI, DemandedBits *DB,
1863                              AssumptionCache *AC,
1864                              OptimizationRemarkEmitter *ORE, const Function *F,
1865                              const LoopVectorizeHints *Hints)
1866       : TheLoop(L), PSE(PSE), LI(LI), Legal(Legal), TTI(TTI), TLI(TLI), DB(DB),
1867         AC(AC), ORE(ORE), TheFunction(F), Hints(Hints) {}
1868
1869   /// \return An upper bound for the vectorization factor, or None if
1870   /// vectorization should be avoided up front.
1871   Optional<unsigned> computeMaxVF(bool OptForSize);
1872
1873   /// Information about vectorization costs
1874   struct VectorizationFactor {
1875     // Vector width with best cost
1876     unsigned Width;
1877
1878     // Cost of the loop with that width
1879     unsigned Cost;
1880   };
1881
1882   /// \return The most profitable vectorization factor and the cost of that VF.
1883   /// This method checks every power of two up to MaxVF. If UserVF is not ZERO
1884   /// then this vectorization factor will be selected if vectorization is
1885   /// possible.
1886   VectorizationFactor selectVectorizationFactor(unsigned MaxVF);
1887
1888   /// Setup cost-based decisions for user vectorization factor.
1889   void selectUserVectorizationFactor(unsigned UserVF) {
1890     collectUniformsAndScalars(UserVF);
1891     collectInstsToScalarize(UserVF);
1892   }
1893
1894   /// \return The size (in bits) of the smallest and widest types in the code
1895   /// that needs to be vectorized. We ignore values that remain scalar such as
1896   /// 64 bit loop indices.
1897   std::pair<unsigned, unsigned> getSmallestAndWidestTypes();
1898
1899   /// \return The desired interleave count.
1900   /// If interleave count has been specified by metadata it will be returned.
1901   /// Otherwise, the interleave count is computed and returned. VF and LoopCost
1902   /// are the selected vectorization factor and the cost of the selected VF.
1903   unsigned selectInterleaveCount(bool OptForSize, unsigned VF,
1904                                  unsigned LoopCost);
1905
1906   /// Memory access instruction may be vectorized in more than one way.
1907   /// Form of instruction after vectorization depends on cost.
1908   /// This function takes cost-based decisions for Load/Store instructions
1909   /// and collects them in a map. This decisions map is used for building
1910   /// the lists of loop-uniform and loop-scalar instructions.
1911   /// The calculated cost is saved with widening decision in order to
1912   /// avoid redundant calculations.
1913   void setCostBasedWideningDecision(unsigned VF);
1914
1915   /// \brief A struct that represents some properties of the register usage
1916   /// of a loop.
1917   struct RegisterUsage {
1918     /// Holds the number of loop invariant values that are used in the loop.
1919     unsigned LoopInvariantRegs;
1920
1921     /// Holds the maximum number of concurrent live intervals in the loop.
1922     unsigned MaxLocalUsers;
1923
1924     /// Holds the number of instructions in the loop.
1925     unsigned NumInstructions;
1926   };
1927
1928   /// \return Returns information about the register usages of the loop for the
1929   /// given vectorization factors.
1930   SmallVector<RegisterUsage, 8> calculateRegisterUsage(ArrayRef<unsigned> VFs);
1931
1932   /// Collect values we want to ignore in the cost model.
1933   void collectValuesToIgnore();
1934
1935   /// \returns The smallest bitwidth each instruction can be represented with.
1936   /// The vector equivalents of these instructions should be truncated to this
1937   /// type.
1938   const MapVector<Instruction *, uint64_t> &getMinimalBitwidths() const {
1939     return MinBWs;
1940   }
1941
1942   /// \returns True if it is more profitable to scalarize instruction \p I for
1943   /// vectorization factor \p VF.
1944   bool isProfitableToScalarize(Instruction *I, unsigned VF) const {
1945     assert(VF > 1 && "Profitable to scalarize relevant only for VF > 1.");
1946     auto Scalars = InstsToScalarize.find(VF);
1947     assert(Scalars != InstsToScalarize.end() &&
1948            "VF not yet analyzed for scalarization profitability");
1949     return Scalars->second.count(I);
1950   }
1951
1952   /// Returns true if \p I is known to be uniform after vectorization.
1953   bool isUniformAfterVectorization(Instruction *I, unsigned VF) const {
1954     if (VF == 1)
1955       return true;
1956     assert(Uniforms.count(VF) && "VF not yet analyzed for uniformity");
1957     auto UniformsPerVF = Uniforms.find(VF);
1958     return UniformsPerVF->second.count(I);
1959   }
1960
1961   /// Returns true if \p I is known to be scalar after vectorization.
1962   bool isScalarAfterVectorization(Instruction *I, unsigned VF) const {
1963     if (VF == 1)
1964       return true;
1965     assert(Scalars.count(VF) && "Scalar values are not calculated for VF");
1966     auto ScalarsPerVF = Scalars.find(VF);
1967     return ScalarsPerVF->second.count(I);
1968   }
1969
1970   /// \returns True if instruction \p I can be truncated to a smaller bitwidth
1971   /// for vectorization factor \p VF.
1972   bool canTruncateToMinimalBitwidth(Instruction *I, unsigned VF) const {
1973     return VF > 1 && MinBWs.count(I) && !isProfitableToScalarize(I, VF) &&
1974            !isScalarAfterVectorization(I, VF);
1975   }
1976
1977   /// Decision that was taken during cost calculation for memory instruction.
1978   enum InstWidening {
1979     CM_Unknown,
1980     CM_Widen,         // For consecutive accesses with stride +1.
1981     CM_Widen_Reverse, // For consecutive accesses with stride -1.
1982     CM_Interleave,
1983     CM_GatherScatter,
1984     CM_Scalarize
1985   };
1986
1987   /// Save vectorization decision \p W and \p Cost taken by the cost model for
1988   /// instruction \p I and vector width \p VF.
1989   void setWideningDecision(Instruction *I, unsigned VF, InstWidening W,
1990                            unsigned Cost) {
1991     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
1992     WideningDecisions[std::make_pair(I, VF)] = std::make_pair(W, Cost);
1993   }
1994
1995   /// Save vectorization decision \p W and \p Cost taken by the cost model for
1996   /// interleaving group \p Grp and vector width \p VF.
1997   void setWideningDecision(const InterleaveGroup *Grp, unsigned VF,
1998                            InstWidening W, unsigned Cost) {
1999     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
2000     /// Broadcast this decicion to all instructions inside the group.
2001     /// But the cost will be assigned to one instruction only.
2002     for (unsigned i = 0; i < Grp->getFactor(); ++i) {
2003       if (auto *I = Grp->getMember(i)) {
2004         if (Grp->getInsertPos() == I)
2005           WideningDecisions[std::make_pair(I, VF)] = std::make_pair(W, Cost);
2006         else
2007           WideningDecisions[std::make_pair(I, VF)] = std::make_pair(W, 0);
2008       }
2009     }
2010   }
2011
2012   /// Return the cost model decision for the given instruction \p I and vector
2013   /// width \p VF. Return CM_Unknown if this instruction did not pass
2014   /// through the cost modeling.
2015   InstWidening getWideningDecision(Instruction *I, unsigned VF) {
2016     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
2017     std::pair<Instruction *, unsigned> InstOnVF = std::make_pair(I, VF);
2018     auto Itr = WideningDecisions.find(InstOnVF);
2019     if (Itr == WideningDecisions.end())
2020       return CM_Unknown;
2021     return Itr->second.first;
2022   }
2023
2024   /// Return the vectorization cost for the given instruction \p I and vector
2025   /// width \p VF.
2026   unsigned getWideningCost(Instruction *I, unsigned VF) {
2027     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
2028     std::pair<Instruction *, unsigned> InstOnVF = std::make_pair(I, VF);
2029     assert(WideningDecisions.count(InstOnVF) && "The cost is not calculated");
2030     return WideningDecisions[InstOnVF].second;
2031   }
2032
2033   /// Return True if instruction \p I is an optimizable truncate whose operand
2034   /// is an induction variable. Such a truncate will be removed by adding a new
2035   /// induction variable with the destination type.
2036   bool isOptimizableIVTruncate(Instruction *I, unsigned VF) {
2037     // If the instruction is not a truncate, return false.
2038     auto *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(I);
2039     if (!Trunc)
2040       return false;
2041
2042     // Get the source and destination types of the truncate.
2043     Type *SrcTy = ToVectorTy(cast<CastInst>(I)->getSrcTy(), VF);
2044     Type *DestTy = ToVectorTy(cast<CastInst>(I)->getDestTy(), VF);
2045
2046     // If the truncate is free for the given types, return false. Replacing a
2047     // free truncate with an induction variable would add an induction variable
2048     // update instruction to each iteration of the loop. We exclude from this
2049     // check the primary induction variable since it will need an update
2050     // instruction regardless.
2051     Value *Op = Trunc->getOperand(0);
2052     if (Op != Legal->getPrimaryInduction() && TTI.isTruncateFree(SrcTy, DestTy))
2053       return false;
2054
2055     // If the truncated value is not an induction variable, return false.
2056     return Legal->isInductionPhi(Op);
2057   }
2058
2059   /// Collects the instructions to scalarize for each predicated instruction in
2060   /// the loop.
2061   void collectInstsToScalarize(unsigned VF);
2062
2063   /// Collect Uniform and Scalar values for the given \p VF.
2064   /// The sets depend on CM decision for Load/Store instructions
2065   /// that may be vectorized as interleave, gather-scatter or scalarized.
2066   void collectUniformsAndScalars(unsigned VF) {
2067     // Do the analysis once.
2068     if (VF == 1 || Uniforms.count(VF))
2069       return;
2070     setCostBasedWideningDecision(VF);
2071     collectLoopUniforms(VF);
2072     collectLoopScalars(VF);
2073   }
2074
2075 private:
2076   /// \return An upper bound for the vectorization factor, larger than zero.
2077   /// One is returned if vectorization should best be avoided due to cost.
2078   unsigned computeFeasibleMaxVF(bool OptForSize, unsigned ConstTripCount);
2079
2080   /// The vectorization cost is a combination of the cost itself and a boolean
2081   /// indicating whether any of the contributing operations will actually
2082   /// operate on
2083   /// vector values after type legalization in the backend. If this latter value
2084   /// is
2085   /// false, then all operations will be scalarized (i.e. no vectorization has
2086   /// actually taken place).
2087   using VectorizationCostTy = std::pair<unsigned, bool>;
2088
2089   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
2090   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
2091   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
2092   /// the factor width.
2093   VectorizationCostTy expectedCost(unsigned VF);
2094
2095   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
2096   /// width. Vector width of one means scalar.
2097   VectorizationCostTy getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
2098
2099   /// The cost-computation logic from getInstructionCost which provides
2100   /// the vector type as an output parameter.
2101   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF, Type *&VectorTy);
2102
2103   /// Calculate vectorization cost of memory instruction \p I.
2104   unsigned getMemoryInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
2105
2106   /// The cost computation for scalarized memory instruction.
2107   unsigned getMemInstScalarizationCost(Instruction *I, unsigned VF);
2108
2109   /// The cost computation for interleaving group of memory instructions.
2110   unsigned getInterleaveGroupCost(Instruction *I, unsigned VF);
2111
2112   /// The cost computation for Gather/Scatter instruction.
2113   unsigned getGatherScatterCost(Instruction *I, unsigned VF);
2114
2115   /// The cost computation for widening instruction \p I with consecutive
2116   /// memory access.
2117   unsigned getConsecutiveMemOpCost(Instruction *I, unsigned VF);
2118
2119   /// The cost calculation for Load instruction \p I with uniform pointer -
2120   /// scalar load + broadcast.
2121   unsigned getUniformMemOpCost(Instruction *I, unsigned VF);
2122
2123   /// Returns whether the instruction is a load or store and will be a emitted
2124   /// as a vector operation.
2125   bool isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *I);
2126
2127   /// Create an analysis remark that explains why vectorization failed
2128   ///
2129   /// \p RemarkName is the identifier for the remark.  \return the remark object
2130   /// that can be streamed to.
2131   OptimizationRemarkAnalysis createMissedAnalysis(StringRef RemarkName) {
2132     return ::createMissedAnalysis(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
2133                                   RemarkName, TheLoop);
2134   }
2135
2136   /// Map of scalar integer values to the smallest bitwidth they can be legally
2137   /// represented as. The vector equivalents of these values should be truncated
2138   /// to this type.
2139   MapVector<Instruction *, uint64_t> MinBWs;
2140
2141   /// A type representing the costs for instructions if they were to be
2142   /// scalarized rather than vectorized. The entries are Instruction-Cost
2143   /// pairs.
2144   using ScalarCostsTy = DenseMap<Instruction *, unsigned>;
2145
2146   /// A set containing all BasicBlocks that are known to present after
2147   /// vectorization as a predicated block.
2148   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> PredicatedBBsAfterVectorization;
2149
2150   /// A map holding scalar costs for different vectorization factors. The
2151   /// presence of a cost for an instruction in the mapping indicates that the
2152   /// instruction will be scalarized when vectorizing with the associated
2153   /// vectorization factor. The entries are VF-ScalarCostTy pairs.
2154   DenseMap<unsigned, ScalarCostsTy> InstsToScalarize;
2155
2156   /// Holds the instructions known to be uniform after vectorization.
2157   /// The data is collected per VF.
2158   DenseMap<unsigned, SmallPtrSet<Instruction *, 4>> Uniforms;
2159
2160   /// Holds the instructions known to be scalar after vectorization.
2161   /// The data is collected per VF.
2162   DenseMap<unsigned, SmallPtrSet<Instruction *, 4>> Scalars;
2163
2164   /// Holds the instructions (address computations) that are forced to be
2165   /// scalarized.
2166   DenseMap<unsigned, SmallPtrSet<Instruction *, 4>> ForcedScalars;
2167
2168   /// Returns the expected difference in cost from scalarizing the expression
2169   /// feeding a predicated instruction \p PredInst. The instructions to
2170   /// scalarize and their scalar costs are collected in \p ScalarCosts. A
2171   /// non-negative return value implies the expression will be scalarized.
2172   /// Currently, only single-use chains are considered for scalarization.
2173   int computePredInstDiscount(Instruction *PredInst, ScalarCostsTy &ScalarCosts,
2174                               unsigned VF);
2175
2176   /// Collect the instructions that are uniform after vectorization. An
2177   /// instruction is uniform if we represent it with a single scalar value in
2178   /// the vectorized loop corresponding to each vector iteration. Examples of
2179   /// uniform instructions include pointer operands of consecutive or
2180   /// interleaved memory accesses. Note that although uniformity implies an
2181   /// instruction will be scalar, the reverse is not true. In general, a
2182   /// scalarized instruction will be represented by VF scalar values in the
2183   /// vectorized loop, each corresponding to an iteration of the original
2184   /// scalar loop.
2185   void collectLoopUniforms(unsigned VF);
2186
2187   /// Collect the instructions that are scalar after vectorization. An
2188   /// instruction is scalar if it is known to be uniform or will be scalarized
2189   /// during vectorization. Non-uniform scalarized instructions will be
2190   /// represented by VF values in the vectorized loop, each corresponding to an
2191   /// iteration of the original scalar loop.
2192   void collectLoopScalars(unsigned VF);
2193
2194   /// Keeps cost model vectorization decision and cost for instructions.
2195   /// Right now it is used for memory instructions only.
2196   using DecisionList = DenseMap<std::pair<Instruction *, unsigned>,
2197                                 std::pair<InstWidening, unsigned>>;
2198
2199   DecisionList WideningDecisions;
2200
2201 public:
2202   /// The loop that we evaluate.
2203   Loop *TheLoop;
2204
2205   /// Predicated scalar evolution analysis.
2206   PredicatedScalarEvolution &PSE;
2207
2208   /// Loop Info analysis.
2209   LoopInfo *LI;
2210
2211   /// Vectorization legality.
2212   LoopVectorizationLegality *Legal;
2213
2214   /// Vector target information.
2215   const TargetTransformInfo &TTI;
2216
2217   /// Target Library Info.
2218   const TargetLibraryInfo *TLI;
2219
2220   /// Demanded bits analysis.
2221   DemandedBits *DB;
2222
2223   /// Assumption cache.
2224   AssumptionCache *AC;
2225
2226   /// Interface to emit optimization remarks.
2227   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
2228
2229   const Function *TheFunction;
2230
2231   /// Loop Vectorize Hint.
2232   const LoopVectorizeHints *Hints;
2233
2234   /// Values to ignore in the cost model.
2235   SmallPtrSet<const Value *, 16> ValuesToIgnore;
2236
2237   /// Values to ignore in the cost model when VF > 1.
2238   SmallPtrSet<const Value *, 16> VecValuesToIgnore;
2239 };
2240
2241 } // end anonymous namespace
2242
2243 namespace llvm {
2244
2245 /// InnerLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
2246 /// LoopVectorizationPlanner - drives the vectorization process after having
2247 /// passed Legality checks.
2248 /// The planner builds and optimizes the Vectorization Plans which record the
2249 /// decisions how to vectorize the given loop. In particular, represent the
2250 /// control-flow of the vectorized version, the replication of instructions that
2251 /// are to be scalarized, and interleave access groups.
2252 class LoopVectorizationPlanner {
2253   /// The loop that we evaluate.
2254   Loop *OrigLoop;
2255
2256   /// Loop Info analysis.
2257   LoopInfo *LI;
2258
2259   /// Target Library Info.
2260   const TargetLibraryInfo *TLI;
2261
2262   /// Target Transform Info.
2263   const TargetTransformInfo *TTI;
2264
2265   /// The legality analysis.
2266   LoopVectorizationLegality *Legal;
2267
2268   /// The profitablity analysis.
2269   LoopVectorizationCostModel &CM;
2270
2271   using VPlanPtr = std::unique_ptr<VPlan>;
2272
2273   SmallVector<VPlanPtr, 4> VPlans;
2274
2275   /// This class is used to enable the VPlan to invoke a method of ILV. This is
2276   /// needed until the method is refactored out of ILV and becomes reusable.
2277   struct VPCallbackILV : public VPCallback {
2278     InnerLoopVectorizer &ILV;
2279
2280     VPCallbackILV(InnerLoopVectorizer &ILV) : ILV(ILV) {}
2281
2282     Value *getOrCreateVectorValues(Value *V, unsigned Part) override {
2283       return ILV.getOrCreateVectorValue(V, Part);
2284     }
2285   };
2286
2287   /// A builder used to construct the current plan.
2288   VPBuilder Builder;
2289
2290   /// When we if-convert we need to create edge masks. We have to cache values
2291   /// so that we don't end up with exponential recursion/IR. Note that
2292   /// if-conversion currently takes place during VPlan-construction, so these
2293   /// caches are only used at that stage.
2294   using EdgeMaskCacheTy =
2295       DenseMap<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>, VPValue *>;
2296   using BlockMaskCacheTy = DenseMap<BasicBlock *, VPValue *>;
2297   EdgeMaskCacheTy EdgeMaskCache;
2298   BlockMaskCacheTy BlockMaskCache;
2299
2300   unsigned BestVF = 0;
2301   unsigned BestUF = 0;
2302
2303 public:
2304   LoopVectorizationPlanner(Loop *L, LoopInfo *LI, const TargetLibraryInfo *TLI,
2305                            const TargetTransformInfo *TTI,
2306                            LoopVectorizationLegality *Legal,
2307                            LoopVectorizationCostModel &CM)
2308       : OrigLoop(L), LI(LI), TLI(TLI), TTI(TTI), Legal(Legal), CM(CM) {}
2309
2310   /// Plan how to best vectorize, return the best VF and its cost.
2311   LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor plan(bool OptForSize,
2312                                                        unsigned UserVF);
2313
2314   /// Finalize the best decision and dispose of all other VPlans.
2315   void setBestPlan(unsigned VF, unsigned UF);
2316
2317   /// Generate the IR code for the body of the vectorized loop according to the
2318   /// best selected VPlan.
2319   void executePlan(InnerLoopVectorizer &LB, DominatorTree *DT);
2320
2321   void printPlans(raw_ostream &O) {
2322     for (const auto &Plan : VPlans)
2323       O << *Plan;
2324   }
2325
2326 protected:
2327   /// Collect the instructions from the original loop that would be trivially
2328   /// dead in the vectorized loop if generated.
2329   void collectTriviallyDeadInstructions(
2330       SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DeadInstructions);
2331
2332   /// A range of powers-of-2 vectorization factors with fixed start and
2333   /// adjustable end. The range includes start and excludes end, e.g.,:
2334   /// [1, 9) = {1, 2, 4, 8}
2335   struct VFRange {
2336     // A power of 2.
2337     const unsigned Start;
2338
2339     // Need not be a power of 2. If End <= Start range is empty.
2340     unsigned End;
2341   };
2342
2343   /// Test a \p Predicate on a \p Range of VF's. Return the value of applying
2344   /// \p Predicate on Range.Start, possibly decreasing Range.End such that the
2345   /// returned value holds for the entire \p Range.
2346   bool getDecisionAndClampRange(const std::function<bool(unsigned)> &Predicate,
2347                                 VFRange &Range);
2348
2349   /// Build VPlans for power-of-2 VF's between \p MinVF and \p MaxVF inclusive,
2350   /// according to the information gathered by Legal when it checked if it is
2351   /// legal to vectorize the loop.
2352   void buildVPlans(unsigned MinVF, unsigned MaxVF);
2353
2354 private:
2355   /// A helper function that computes the predicate of the block BB, assuming
2356   /// that the header block of the loop is set to True. It returns the *entry*
2357   /// mask for the block BB.
2358   VPValue *createBlockInMask(BasicBlock *BB, VPlanPtr &Plan);
2359
2360   /// A helper function that computes the predicate of the edge between SRC
2361   /// and DST.
2362   VPValue *createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst, VPlanPtr &Plan);
2363
2364   /// Check if \I belongs to an Interleave Group within the given VF \p Range,
2365   /// \return true in the first returned value if so and false otherwise.
2366   /// Build a new VPInterleaveGroup Recipe if \I is the primary member of an IG
2367   /// for \p Range.Start, and provide it as the second returned value.
2368   /// Note that if \I is an adjunct member of an IG for \p Range.Start, the
2369   /// \return value is <true, nullptr>, as it is handled by another recipe.
2370   /// \p Range.End may be decreased to ensure same decision from \p Range.Start
2371   /// to \p Range.End.
2372   VPInterleaveRecipe *tryToInterleaveMemory(Instruction *I, VFRange &Range);
2373
2374   // Check if \I is a memory instruction to be widened for \p Range.Start and
2375   // potentially masked. Such instructions are handled by a recipe that takes an
2376   // additional VPInstruction for the mask.
2377   VPWidenMemoryInstructionRecipe *tryToWidenMemory(Instruction *I,
2378                                                    VFRange &Range,
2379                                                    VPlanPtr &Plan);
2380
2381   /// Check if an induction recipe should be constructed for \I within the given
2382   /// VF \p Range. If so build and return it. If not, return null. \p Range.End
2383   /// may be decreased to ensure same decision from \p Range.Start to
2384   /// \p Range.End.
2385   VPWidenIntOrFpInductionRecipe *tryToOptimizeInduction(Instruction *I,
2386                                                         VFRange &Range);
2387
2388   /// Handle non-loop phi nodes. Currently all such phi nodes are turned into
2389   /// a sequence of select instructions as the vectorizer currently performs
2390   /// full if-conversion.
2391   VPBlendRecipe *tryToBlend(Instruction *I, VPlanPtr &Plan);
2392
2393   /// Check if \p I can be widened within the given VF \p Range. If \p I can be
2394   /// widened for \p Range.Start, check if the last recipe of \p VPBB can be
2395   /// extended to include \p I or else build a new VPWidenRecipe for it and
2396   /// append it to \p VPBB. Return true if \p I can be widened for Range.Start,
2397   /// false otherwise. Range.End may be decreased to ensure same decision from
2398   /// \p Range.Start to \p Range.End.
2399   bool tryToWiden(Instruction *I, VPBasicBlock *VPBB, VFRange &Range);
2400
2401   /// Build a VPReplicationRecipe for \p I and enclose it within a Region if it
2402   /// is predicated. \return \p VPBB augmented with this new recipe if \p I is
2403   /// not predicated, otherwise \return a new VPBasicBlock that succeeds the new
2404   /// Region. Update the packing decision of predicated instructions if they
2405   /// feed \p I. Range.End may be decreased to ensure same recipe behavior from
2406   /// \p Range.Start to \p Range.End.
2407   VPBasicBlock *handleReplication(
2408       Instruction *I, VFRange &Range, VPBasicBlock *VPBB,
2409       DenseMap<Instruction *, VPReplicateRecipe *> &PredInst2Recipe,
2410       VPlanPtr &Plan);
2411
2412   /// Create a replicating region for instruction \p I that requires
2413   /// predication. \p PredRecipe is a VPReplicateRecipe holding \p I.
2414   VPRegionBlock *createReplicateRegion(Instruction *I, VPRecipeBase *PredRecipe,
2415                                        VPlanPtr &Plan);
2416
2417   /// Build a VPlan according to the information gathered by Legal. \return a
2418   /// VPlan for vectorization factors \p Range.Start and up to \p Range.End
2419   /// exclusive, possibly decreasing \p Range.End.
2420   VPlanPtr buildVPlan(VFRange &Range,
2421                                     const SmallPtrSetImpl<Value *> &NeedDef);
2422 };
2423
2424 } // end namespace llvm
2425
2426 namespace {
2427
2428 /// \brief This holds vectorization requirements that must be verified late in
2429 /// the process. The requirements are set by legalize and costmodel. Once
2430 /// vectorization has been determined to be possible and profitable the
2431 /// requirements can be verified by looking for metadata or compiler options.
2432 /// For example, some loops require FP commutativity which is only allowed if
2433 /// vectorization is explicitly specified or if the fast-math compiler option
2434 /// has been provided.
2435 /// Late evaluation of these requirements allows helpful diagnostics to be
2436 /// composed that tells the user what need to be done to vectorize the loop. For
2437 /// example, by specifying #pragma clang loop vectorize or -ffast-math. Late
2438 /// evaluation should be used only when diagnostics can generated that can be
2439 /// followed by a non-expert user.
2440 class LoopVectorizationRequirements {
2441 public:
2442   LoopVectorizationRequirements(OptimizationRemarkEmitter &ORE) : ORE(ORE) {}
2443
2444   void addUnsafeAlgebraInst(Instruction *I) {
2445     // First unsafe algebra instruction.
2446     if (!UnsafeAlgebraInst)
2447       UnsafeAlgebraInst = I;
2448   }
2449
2450   void addRuntimePointerChecks(unsigned Num) { NumRuntimePointerChecks = Num; }
2451
2452   bool doesNotMeet(Function *F, Loop *L, const LoopVectorizeHints &Hints) {
2453     const char *PassName = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
2454     bool Failed = false;
2455     if (UnsafeAlgebraInst && !Hints.allowReordering()) {
2456       ORE.emit([&]() {
2457         return OptimizationRemarkAnalysisFPCommute(
2458                    PassName, "CantReorderFPOps",
2459                    UnsafeAlgebraInst->getDebugLoc(),
2460                    UnsafeAlgebraInst->getParent())
2461                << "loop not vectorized: cannot prove it is safe to reorder "
2462                   "floating-point operations";
2463       });
2464       Failed = true;
2465     }
2466
2467     // Test if runtime memcheck thresholds are exceeded.
2468     bool PragmaThresholdReached =
2469         NumRuntimePointerChecks > PragmaVectorizeMemoryCheckThreshold;
2470     bool ThresholdReached =
2471         NumRuntimePointerChecks > VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold;
2472     if ((ThresholdReached && !Hints.allowReordering()) ||
2473         PragmaThresholdReached) {
2474       ORE.emit([&]() {
2475         return OptimizationRemarkAnalysisAliasing(PassName, "CantReorderMemOps",
2476                                                   L->getStartLoc(),
2477                                                   L->getHeader())
2478                << "loop not vectorized: cannot prove it is safe to reorder "
2479                   "memory operations";
2480       });
2481       DEBUG(dbgs() << "LV: Too many memory checks needed.\n");
2482       Failed = true;
2483     }
2484
2485     return Failed;
2486   }
2487
2488 private:
2489   unsigned NumRuntimePointerChecks = 0;
2490   Instruction *UnsafeAlgebraInst = nullptr;
2491
2492   /// Interface to emit optimization remarks.
2493   OptimizationRemarkEmitter &ORE;
2494 };
2495
2496 } // end anonymous namespace
2497
2498 static void addAcyclicInnerLoop(Loop &L, SmallVectorImpl<Loop *> &V) {
2499   if (L.empty()) {
2500     if (!hasCyclesInLoopBody(L))
2501       V.push_back(&L);
2502     return;
2503   }
2504   for (Loop *InnerL : L)
2505     addAcyclicInnerLoop(*InnerL, V);
2506 }
2507
2508 namespace {
2509
2510 /// The LoopVectorize Pass.
2511 struct LoopVectorize : public FunctionPass {
2512   /// Pass identification, replacement for typeid
2513   static char ID;
2514
2515   LoopVectorizePass Impl;
2516
2517   explicit LoopVectorize(bool NoUnrolling = false, bool AlwaysVectorize = true)
2518       : FunctionPass(ID) {
2519     Impl.DisableUnrolling = NoUnrolling;
2520     Impl.AlwaysVectorize = AlwaysVectorize;
2521     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2522   }
2523
2524   bool runOnFunction(Function &F) override {
2525     if (skipFunction(F))
2526       return false;
2527
2528     auto *SE = &getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
2529     auto *LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
2530     auto *TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2531     auto *DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
2532     auto *BFI = &getAnalysis<BlockFrequencyInfoWrapperPass>().getBFI();
2533     auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
2534     auto *TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
2535     auto *AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
2536     auto *AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
2537     auto *LAA = &getAnalysis<LoopAccessLegacyAnalysis>();
2538     auto *DB = &getAnalysis<DemandedBitsWrapperPass>().getDemandedBits();
2539     auto *ORE = &getAnalysis<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>().getORE();
2540
2541     std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> GetLAA =
2542         [&](Loop &L) -> const LoopAccessInfo & { return LAA->getInfo(&L); };
2543
2544     return Impl.runImpl(F, *SE, *LI, *TTI, *DT, *BFI, TLI, *DB, *AA, *AC,
2545                         GetLAA, *ORE);
2546   }
2547
2548   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
2549     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
2550     AU.addRequired<BlockFrequencyInfoWrapperPass>();
2551     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
2552     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
2553     AU.addRequired<ScalarEvolutionWrapperPass>();
2554     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
2555     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
2556     AU.addRequired<LoopAccessLegacyAnalysis>();
2557     AU.addRequired<DemandedBitsWrapperPass>();
2558     AU.addRequired<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>();
2559     AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
2560     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
2561     AU.addPreserved<BasicAAWrapperPass>();
2562     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
2563   }
2564 };
2565
2566 } // end anonymous namespace
2567
2568 //===----------------------------------------------------------------------===//
2569 // Implementation of LoopVectorizationLegality, InnerLoopVectorizer and
2570 // LoopVectorizationCostModel and LoopVectorizationPlanner.
2571 //===----------------------------------------------------------------------===//
2572
2573 Value *InnerLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
2574   // We need to place the broadcast of invariant variables outside the loop.
2575   Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(V);
2576   bool NewInstr = (Instr && Instr->getParent() == LoopVectorBody);
2577   bool Invariant = OrigLoop->isLoopInvariant(V) && !NewInstr;
2578
2579   // Place the code for broadcasting invariant variables in the new preheader.
2580   IRBuilder<>::InsertPointGuard Guard(Builder);
2581   if (Invariant)
2582     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
2583
2584   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
2585   Value *Shuf = Builder.CreateVectorSplat(VF, V, "broadcast");
2586
2587   return Shuf;
2588 }
2589
2590 void InnerLoopVectorizer::createVectorIntOrFpInductionPHI(
2591     const InductionDescriptor &II, Value *Step, Instruction *EntryVal) {
2592   Value *Start = II.getStartValue();
2593
2594   // Construct the initial value of the vector IV in the vector loop preheader
2595   auto CurrIP = Builder.saveIP();
2596   Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
2597   if (isa<TruncInst>(EntryVal)) {
2598     assert(Start->getType()->isIntegerTy() &&
2599            "Truncation requires an integer type");
2600     auto *TruncType = cast<IntegerType>(EntryVal->getType());
2601     Step = Builder.CreateTrunc(Step, TruncType);
2602     Start = Builder.CreateCast(Instruction::Trunc, Start, TruncType);
2603   }
2604   Value *SplatStart = Builder.CreateVectorSplat(VF, Start);
2605   Value *SteppedStart =
2606       getStepVector(SplatStart, 0, Step, II.getInductionOpcode());
2607
2608   // We create vector phi nodes for both integer and floating-point induction
2609   // variables. Here, we determine the kind of arithmetic we will perform.
2610   Instruction::BinaryOps AddOp;
2611   Instruction::BinaryOps MulOp;
2612   if (Step->getType()->isIntegerTy()) {
2613     AddOp = Instruction::Add;
2614     MulOp = Instruction::Mul;
2615   } else {
2616     AddOp = II.getInductionOpcode();
2617     MulOp = Instruction::FMul;
2618   }
2619
2620   // Multiply the vectorization factor by the step using integer or
2621   // floating-point arithmetic as appropriate.
2622   Value *ConstVF = getSignedIntOrFpConstant(Step->getType(), VF);
2623   Value *Mul = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(MulOp, Step, ConstVF));
2624
2625   // Create a vector splat to use in the induction update.
2626   //
2627   // FIXME: If the step is non-constant, we create the vector splat with
2628   //        IRBuilder. IRBuilder can constant-fold the multiply, but it doesn't
2629   //        handle a constant vector splat.
2630   Value *SplatVF = isa<Constant>(Mul)
2631                        ? ConstantVector::getSplat(VF, cast<Constant>(Mul))
2632                        : Builder.CreateVectorSplat(VF, Mul);
2633   Builder.restoreIP(CurrIP);
2634
2635   // We may need to add the step a number of times, depending on the unroll
2636   // factor. The last of those goes into the PHI.
2637   PHINode *VecInd = PHINode::Create(SteppedStart->getType(), 2, "vec.ind",
2638                                     &*LoopVectorBody->getFirstInsertionPt());
2639   Instruction *LastInduction = VecInd;
2640   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2641     VectorLoopValueMap.setVectorValue(EntryVal, Part, LastInduction);
2642
2643     if (isa<TruncInst>(EntryVal))
2644       addMetadata(LastInduction, EntryVal);
2645     else
2646       recordVectorLoopValueForInductionCast(II, LastInduction, Part);
2647
2648     LastInduction = cast<Instruction>(addFastMathFlag(
2649         Builder.CreateBinOp(AddOp, LastInduction, SplatVF, "step.add")));
2650   }
2651
2652   // Move the last step to the end of the latch block. This ensures consistent
2653   // placement of all induction updates.
2654   auto *LoopVectorLatch = LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch();
2655   auto *Br = cast<BranchInst>(LoopVectorLatch->getTerminator());
2656   auto *ICmp = cast<Instruction>(Br->getCondition());
2657   LastInduction->moveBefore(ICmp);
2658   LastInduction->setName("vec.ind.next");
2659
2660   VecInd->addIncoming(SteppedStart, LoopVectorPreHeader);
2661   VecInd->addIncoming(LastInduction, LoopVectorLatch);
2662 }
2663
2664 bool InnerLoopVectorizer::shouldScalarizeInstruction(Instruction *I) const {
2665   return Cost->isScalarAfterVectorization(I, VF) ||
2666          Cost->isProfitableToScalarize(I, VF);
2667 }
2668
2669 bool InnerLoopVectorizer::needsScalarInduction(Instruction *IV) const {
2670   if (shouldScalarizeInstruction(IV))
2671     return true;
2672   auto isScalarInst = [&](User *U) -> bool {
2673     auto *I = cast<Instruction>(U);
2674     return (OrigLoop->contains(I) && shouldScalarizeInstruction(I));
2675   };
2676   return llvm::any_of(IV->users(), isScalarInst);
2677 }
2678
2679 void InnerLoopVectorizer::recordVectorLoopValueForInductionCast(
2680     const InductionDescriptor &ID, Value *VectorLoopVal, unsigned Part,
2681     unsigned Lane) {
2682   const SmallVectorImpl<Instruction *> &Casts = ID.getCastInsts();
2683   if (Casts.empty())
2684     return;
2685   // Only the first Cast instruction in the Casts vector is of interest.
2686   // The rest of the Casts (if exist) have no uses outside the
2687   // induction update chain itself.
2688   Instruction *CastInst = *Casts.begin();
2689   if (Lane < UINT_MAX)
2690     VectorLoopValueMap.setScalarValue(CastInst, {Part, Lane}, VectorLoopVal);
2691   else
2692     VectorLoopValueMap.setVectorValue(CastInst, Part, VectorLoopVal);
2693 }
2694
2695 void InnerLoopVectorizer::widenIntOrFpInduction(PHINode *IV, TruncInst *Trunc) {
2696   assert((IV->getType()->isIntegerTy() || IV != OldInduction) &&
2697          "Primary induction variable must have an integer type");
2698
2699   auto II = Legal->getInductionVars()->find(IV);
2700   assert(II != Legal->getInductionVars()->end() && "IV is not an induction");
2701
2702   auto ID = II->second;
2703   assert(IV->getType() == ID.getStartValue()->getType() && "Types must match");
2704
2705   // The scalar value to broadcast. This will be derived from the canonical
2706   // induction variable.
2707   Value *ScalarIV = nullptr;
2708
2709   // The value from the original loop to which we are mapping the new induction
2710   // variable.
2711   Instruction *EntryVal = Trunc ? cast<Instruction>(Trunc) : IV;
2712
2713   // True if we have vectorized the induction variable.
2714   auto VectorizedIV = false;
2715
2716   // Determine if we want a scalar version of the induction variable. This is
2717   // true if the induction variable itself is not widened, or if it has at
2718   // least one user in the loop that is not widened.
2719   auto NeedsScalarIV = VF > 1 && needsScalarInduction(EntryVal);
2720
2721   // Generate code for the induction step. Note that induction steps are
2722   // required to be loop-invariant
2723   assert(PSE.getSE()->isLoopInvariant(ID.getStep(), OrigLoop) &&
2724          "Induction step should be loop invariant");
2725   auto &DL = OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
2726   Value *Step = nullptr;
2727   if (PSE.getSE()->isSCEVable(IV->getType())) {
2728     SCEVExpander Exp(*PSE.getSE(), DL, "induction");
2729     Step = Exp.expandCodeFor(ID.getStep(), ID.getStep()->getType(),
2730                              LoopVectorPreHeader->getTerminator());
2731   } else {
2732     Step = cast<SCEVUnknown>(ID.getStep())->getValue();
2733   }
2734
2735   // Try to create a new independent vector induction variable. If we can't
2736   // create the phi node, we will splat the scalar induction variable in each
2737   // loop iteration.
2738   if (VF > 1 && !shouldScalarizeInstruction(EntryVal)) {
2739     createVectorIntOrFpInductionPHI(ID, Step, EntryVal);
2740     VectorizedIV = true;
2741   }
2742
2743   // If we haven't yet vectorized the induction variable, or if we will create
2744   // a scalar one, we need to define the scalar induction variable and step
2745   // values. If we were given a truncation type, truncate the canonical
2746   // induction variable and step. Otherwise, derive these values from the
2747   // induction descriptor.
2748   if (!VectorizedIV || NeedsScalarIV) {
2749     ScalarIV = Induction;
2750     if (IV != OldInduction) {
2751       ScalarIV = IV->getType()->isIntegerTy()
2752                      ? Builder.CreateSExtOrTrunc(Induction, IV->getType())
2753                      : Builder.CreateCast(Instruction::SIToFP, Induction,
2754                                           IV->getType());
2755       ScalarIV = ID.transform(Builder, ScalarIV, PSE.getSE(), DL);
2756       ScalarIV->setName("offset.idx");
2757     }
2758     if (Trunc) {
2759       auto *TruncType = cast<IntegerType>(Trunc->getType());
2760       assert(Step->getType()->isIntegerTy() &&
2761              "Truncation requires an integer step");
2762       ScalarIV = Builder.CreateTrunc(ScalarIV, TruncType);
2763       Step = Builder.CreateTrunc(Step, TruncType);
2764     }
2765   }
2766
2767   // If we haven't yet vectorized the induction variable, splat the scalar
2768   // induction variable, and build the necessary step vectors.
2769   // TODO: Don't do it unless the vectorized IV is really required.
2770   if (!VectorizedIV) {
2771     Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ScalarIV);
2772     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2773       Value *EntryPart =
2774           getStepVector(Broadcasted, VF * Part, Step, ID.getInductionOpcode());
2775       VectorLoopValueMap.setVectorValue(EntryVal, Part, EntryPart);
2776       if (Trunc)
2777         addMetadata(EntryPart, Trunc);
2778       else
2779         recordVectorLoopValueForInductionCast(ID, EntryPart, Part);
2780     }
2781   }
2782
2783   // If an induction variable is only used for counting loop iterations or
2784   // calculating addresses, it doesn't need to be widened. Create scalar steps
2785   // that can be used by instructions we will later scalarize. Note that the
2786   // addition of the scalar steps will not increase the number of instructions
2787   // in the loop in the common case prior to InstCombine. We will be trading
2788   // one vector extract for each scalar step.
2789   if (NeedsScalarIV)
2790     buildScalarSteps(ScalarIV, Step, EntryVal, ID);
2791 }
2792
2793 Value *InnerLoopVectorizer::getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
2794                                           Instruction::BinaryOps BinOp) {
2795   // Create and check the types.
2796   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
2797   int VLen = Val->getType()->getVectorNumElements();
2798
2799   Type *STy = Val->getType()->getScalarType();
2800   assert((STy->isIntegerTy() || STy->isFloatingPointTy()) &&
2801          "Induction Step must be an integer or FP");
2802   assert(Step->getType() == STy && "Step has wrong type");
2803
2804   SmallVector<Constant *, 8> Indices;
2805
2806   if (STy->isIntegerTy()) {
2807     // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
2808     for (int i = 0; i < VLen; ++i)
2809       Indices.push_back(ConstantInt::get(STy, StartIdx + i));
2810
2811     // Add the consecutive indices to the vector value.
2812     Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
2813     assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
2814     Step = Builder.CreateVectorSplat(VLen, Step);
2815     assert(Step->getType() == Val->getType() && "Invalid step vec");
2816     // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
2817     // which can be found from the original scalar operations.
2818     Step = Builder.CreateMul(Cv, Step);
2819     return Builder.CreateAdd(Val, Step, "induction");
2820   }
2821
2822   // Floating point induction.
2823   assert((BinOp == Instruction::FAdd || BinOp == Instruction::FSub) &&
2824          "Binary Opcode should be specified for FP induction");
2825   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
2826   for (int i = 0; i < VLen; ++i)
2827     Indices.push_back(ConstantFP::get(STy, (double)(StartIdx + i)));
2828
2829   // Add the consecutive indices to the vector value.
2830   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
2831
2832   Step = Builder.CreateVectorSplat(VLen, Step);
2833
2834   // Floating point operations had to be 'fast' to enable the induction.
2835   FastMathFlags Flags;
2836   Flags.setFast();
2837
2838   Value *MulOp = Builder.CreateFMul(Cv, Step);
2839   if (isa<Instruction>(MulOp))
2840     // Have to check, MulOp may be a constant
2841     cast<Instruction>(MulOp)->setFastMathFlags(Flags);
2842
2843   Value *BOp = Builder.CreateBinOp(BinOp, Val, MulOp, "induction");
2844   if (isa<Instruction>(BOp))
2845     cast<Instruction>(BOp)->setFastMathFlags(Flags);
2846   return BOp;
2847 }
2848
2849 void InnerLoopVectorizer::buildScalarSteps(Value *ScalarIV, Value *Step,
2850                                            Value *EntryVal,
2851                                            const InductionDescriptor &ID) {
2852   // We shouldn't have to build scalar steps if we aren't vectorizing.
2853   assert(VF > 1 && "VF should be greater than one");
2854
2855   // Get the value type and ensure it and the step have the same integer type.
2856   Type *ScalarIVTy = ScalarIV->getType()->getScalarType();
2857   assert(ScalarIVTy == Step->getType() &&
2858          "Val and Step should have the same type");
2859
2860   // We build scalar steps for both integer and floating-point induction
2861   // variables. Here, we determine the kind of arithmetic we will perform.
2862   Instruction::BinaryOps AddOp;
2863   Instruction::BinaryOps MulOp;
2864   if (ScalarIVTy->isIntegerTy()) {
2865     AddOp = Instruction::Add;
2866     MulOp = Instruction::Mul;
2867   } else {
2868     AddOp = ID.getInductionOpcode();
2869     MulOp = Instruction::FMul;
2870   }
2871
2872   // Determine the number of scalars we need to generate for each unroll
2873   // iteration. If EntryVal is uniform, we only need to generate the first
2874   // lane. Otherwise, we generate all VF values.
2875   unsigned Lanes =
2876       Cost->isUniformAfterVectorization(cast<Instruction>(EntryVal), VF) ? 1
2877                                                                          : VF;
2878   // Compute the scalar steps and save the results in VectorLoopValueMap.
2879   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2880     for (unsigned Lane = 0; Lane < Lanes; ++Lane) {
2881       auto *StartIdx = getSignedIntOrFpConstant(ScalarIVTy, VF * Part + Lane);
2882       auto *Mul = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(MulOp, StartIdx, Step));
2883       auto *Add = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(AddOp, ScalarIV, Mul));
2884       VectorLoopValueMap.setScalarValue(EntryVal, {Part, Lane}, Add);
2885       recordVectorLoopValueForInductionCast(ID, Add, Part, Lane);
2886     }
2887   }
2888 }
2889
2890 int LoopVectorizationLegality::isConsecutivePtr(Value *Ptr) {
2891   const ValueToValueMap &Strides = getSymbolicStrides() ? *getSymbolicStrides() :
2892     ValueToValueMap();
2893
2894   int Stride = getPtrStride(PSE, Ptr, TheLoop, Strides, true, false);
2895   if (Stride == 1 || Stride == -1)
2896     return Stride;
2897   return 0;
2898 }
2899
2900 bool LoopVectorizationLegality::isUniform(Value *V) {
2901   return LAI->isUniform(V);
2902 }
2903
2904 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateVectorValue(Value *V, unsigned Part) {
2905   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
2906   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
2907   assert(!V->getType()->isVoidTy() && "Type does not produce a value");
2908
2909   // If we have a stride that is replaced by one, do it here.
2910   if (Legal->hasStride(V))
2911     V = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
2912
2913   // If we have a vector mapped to this value, return it.
2914   if (VectorLoopValueMap.hasVectorValue(V, Part))
2915     return VectorLoopValueMap.getVectorValue(V, Part);
2916
2917   // If the value has not been vectorized, check if it has been scalarized
2918   // instead. If it has been scalarized, and we actually need the value in
2919   // vector form, we will construct the vector values on demand.
2920   if (VectorLoopValueMap.hasAnyScalarValue(V)) {
2921     Value *ScalarValue = VectorLoopValueMap.getScalarValue(V, {Part, 0});
2922
2923     // If we've scalarized a value, that value should be an instruction.
2924     auto *I = cast<Instruction>(V);
2925
2926     // If we aren't vectorizing, we can just copy the scalar map values over to
2927     // the vector map.
2928     if (VF == 1) {
2929       VectorLoopValueMap.setVectorValue(V, Part, ScalarValue);
2930       return ScalarValue;
2931     }
2932
2933     // Get the last scalar instruction we generated for V and Part. If the value
2934     // is known to be uniform after vectorization, this corresponds to lane zero
2935     // of the Part unroll iteration. Otherwise, the last instruction is the one
2936     // we created for the last vector lane of the Part unroll iteration.
2937     unsigned LastLane = Cost->isUniformAfterVectorization(I, VF) ? 0 : VF - 1;
2938     auto *LastInst = cast<Instruction>(
2939         VectorLoopValueMap.getScalarValue(V, {Part, LastLane}));
2940
2941     // Set the insert point after the last scalarized instruction. This ensures
2942     // the insertelement sequence will directly follow the scalar definitions.
2943     auto OldIP = Builder.saveIP();
2944     auto NewIP = std::next(BasicBlock::iterator(LastInst));
2945     Builder.SetInsertPoint(&*NewIP);
2946
2947     // However, if we are vectorizing, we need to construct the vector values.
2948     // If the value is known to be uniform after vectorization, we can just
2949     // broadcast the scalar value corresponding to lane zero for each unroll
2950     // iteration. Otherwise, we construct the vector values using insertelement
2951     // instructions. Since the resulting vectors are stored in
2952     // VectorLoopValueMap, we will only generate the insertelements once.
2953     Value *VectorValue = nullptr;
2954     if (Cost->isUniformAfterVectorization(I, VF)) {
2955       VectorValue = getBroadcastInstrs(ScalarValue);
2956       VectorLoopValueMap.setVectorValue(V, Part, VectorValue);
2957     } else {
2958       // Initialize packing with insertelements to start from undef.
2959       Value *Undef = UndefValue::get(VectorType::get(V->getType(), VF));
2960       VectorLoopValueMap.setVectorValue(V, Part, Undef);
2961       for (unsigned Lane = 0; Lane < VF; ++Lane)
2962         packScalarIntoVectorValue(V, {Part, Lane});
2963       VectorValue = VectorLoopValueMap.getVectorValue(V, Part);
2964     }
2965     Builder.restoreIP(OldIP);
2966     return VectorValue;
2967   }
2968
2969   // If this scalar is unknown, assume that it is a constant or that it is
2970   // loop invariant. Broadcast V and save the value for future uses.
2971   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
2972   VectorLoopValueMap.setVectorValue(V, Part, B);
2973   return B;
2974 }
2975
2976 Value *
2977 InnerLoopVectorizer::getOrCreateScalarValue(Value *V,
2978                                             const VPIteration &Instance) {
2979   // If the value is not an instruction contained in the loop, it should
2980   // already be scalar.
2981   if (OrigLoop->isLoopInvariant(V))
2982     return V;
2983
2984   assert(Instance.Lane > 0
2985              ? !Cost->isUniformAfterVectorization(cast<Instruction>(V), VF)
2986              : true && "Uniform values only have lane zero");
2987
2988   // If the value from the original loop has not been vectorized, it is
2989   // represented by UF x VF scalar values in the new loop. Return the requested
2990   // scalar value.
2991   if (VectorLoopValueMap.hasScalarValue(V, Instance))
2992     return VectorLoopValueMap.getScalarValue(V, Instance);
2993
2994   // If the value has not been scalarized, get its entry in VectorLoopValueMap
2995   // for the given unroll part. If this entry is not a vector type (i.e., the
2996   // vectorization factor is one), there is no need to generate an
2997   // extractelement instruction.
2998   auto *U = getOrCreateVectorValue(V, Instance.Part);
2999   if (!U->getType()->isVectorTy()) {
3000     assert(VF == 1 && "Value not scalarized has non-vector type");
3001     return U;
3002   }
3003
3004   // Otherwise, the value from the original loop has been vectorized and is
3005   // represented by UF vector values. Extract and return the requested scalar
3006   // value from the appropriate vector lane.
3007   return Builder.CreateExtractElement(U, Builder.getInt32(Instance.Lane));
3008 }
3009
3010 void InnerLoopVectorizer::packScalarIntoVectorValue(
3011     Value *V, const VPIteration &Instance) {
3012   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
3013   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't pack a vector");
3014   assert(!V->getType()->isVoidTy() && "Type does not produce a value");
3015
3016   Value *ScalarInst = VectorLoopValueMap.getScalarValue(V, Instance);
3017   Value *VectorValue = VectorLoopValueMap.getVectorValue(V, Instance.Part);
3018   VectorValue = Builder.CreateInsertElement(VectorValue, ScalarInst,
3019                                             Builder.getInt32(Instance.Lane));
3020   VectorLoopValueMap.resetVectorValue(V, Instance.Part, VectorValue);
3021 }
3022
3023 Value *InnerLoopVectorizer::reverseVector(Value *Vec) {
3024   assert(Vec->getType()->isVectorTy() && "Invalid type");
3025   SmallVector<Constant *, 8> ShuffleMask;
3026   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
3027     ShuffleMask.push_back(Builder.getInt32(VF - i - 1));
3028
3029   return Builder.CreateShuffleVector(Vec, UndefValue::get(Vec->getType()),
3030                                      ConstantVector::get(ShuffleMask),
3031                                      "reverse");
3032 }
3033
3034 // Try to vectorize the interleave group that \p Instr belongs to.
3035 //
3036 // E.g. Translate following interleaved load group (factor = 3):
3037 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
3038 //     R = Pic[i];             // Member of index 0
3039 //     G = Pic[i+1];           // Member of index 1
3040 //     B = Pic[i+2];           // Member of index 2
3041 //     ... // do something to R, G, B
3042 //   }
3043 // To:
3044 //   %wide.vec = load <12 x i32>                       ; Read 4 tuples of R,G,B
3045 //   %R.vec = shuffle %wide.vec, undef, <0, 3, 6, 9>   ; R elements
3046 //   %G.vec = shuffle %wide.vec, undef, <1, 4, 7, 10>  ; G elements
3047 //   %B.vec = shuffle %wide.vec, undef, <2, 5, 8, 11>  ; B elements
3048 //
3049 // Or translate following interleaved store group (factor = 3):
3050 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
3051 //     ... do something to R, G, B
3052 //     Pic[i]   = R;           // Member of index 0
3053 //     Pic[i+1] = G;           // Member of index 1
3054 //     Pic[i+2] = B;           // Member of index 2
3055 //   }
3056 // To:
3057 //   %R_G.vec = shuffle %R.vec, %G.vec, <0, 1, 2, ..., 7>
3058 //   %B_U.vec = shuffle %B.vec, undef, <0, 1, 2, 3, u, u, u, u>
3059 //   %interleaved.vec = shuffle %R_G.vec, %B_U.vec,
3060 //        <0, 4, 8, 1, 5, 9, 2, 6, 10, 3, 7, 11>    ; Interleave R,G,B elements
3061 //   store <12 x i32> %interleaved.vec              ; Write 4 tuples of R,G,B
3062 void InnerLoopVectorizer::vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr) {
3063   const InterleaveGroup *Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(Instr);
3064   assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
3065
3066   // Skip if current instruction is not the insert position.
3067   if (Instr != Group->getInsertPos())
3068     return;
3069
3070   const DataLayout &DL = Instr->getModule()->getDataLayout();
3071   Value *Ptr = getPointerOperand(Instr);
3072
3073   // Prepare for the vector type of the interleaved load/store.
3074   Type *ScalarTy = getMemInstValueType(Instr);
3075   unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
3076   Type *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, InterleaveFactor * VF);
3077   Type *PtrTy = VecTy->getPointerTo(getMemInstAddressSpace(Instr));
3078
3079   // Prepare for the new pointers.
3080   setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
3081   SmallVector<Value *, 2> NewPtrs;
3082   unsigned Index = Group->getIndex(Instr);
3083
3084   // If the group is reverse, adjust the index to refer to the last vector lane
3085   // instead of the first. We adjust the index from the first vector lane,
3086   // rather than directly getting the pointer for lane VF - 1, because the
3087   // pointer operand of the interleaved access is supposed to be uniform. For
3088   // uniform instructions, we're only required to generate a value for the
3089   // first vector lane in each unroll iteration.
3090   if (Group->isReverse())
3091     Index += (VF - 1) * Group->getFactor();
3092
3093   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
3094     Value *NewPtr = getOrCreateScalarValue(Ptr, {Part, 0});
3095
3096     // Notice current instruction could be any index. Need to adjust the address
3097     // to the member of index 0.
3098     //
3099     // E.g.  a = A[i+1];     // Member of index 1 (Current instruction)
3100     //       b = A[i];       // Member of index 0
3101     // Current pointer is pointed to A[i+1], adjust it to A[i].
3102     //
3103     // E.g.  A[i+1] = a;     // Member of index 1
3104     //       A[i]   = b;     // Member of index 0
3105     //       A[i+2] = c;     // Member of index 2 (Current instruction)
3106     // Current pointer is pointed to A[i+2], adjust it to A[i].
3107     NewPtr = Builder.CreateGEP(NewPtr, Builder.getInt32(-Index));
3108
3109     // Cast to the vector pointer type.
3110     NewPtrs.push_back(Builder.CreateBitCast(NewPtr, PtrTy));
3111   }
3112
3113   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
3114   Value *UndefVec = UndefValue::get(VecTy);
3115
3116   // Vectorize the interleaved load group.
3117   if (isa<LoadInst>(Instr)) {
3118     // For each unroll part, create a wide load for the group.
3119     SmallVector<Value *, 2> NewLoads;
3120     for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
3121       auto *NewLoad = Builder.CreateAlignedLoad(
3122           NewPtrs[Part], Group->getAlignment(), "wide.vec");
3123       Group->addMetadata(NewLoad);
3124       NewLoads.push_back(NewLoad);
3125     }
3126
3127     // For each member in the group, shuffle out the appropriate data from the
3128     // wide loads.
3129     for (unsigned I = 0; I < InterleaveFactor; ++I) {
3130       Instruction *Member = Group->getMember(I);
3131
3132       // Skip the gaps in the group.
3133       if (!Member)
3134         continue;
3135
3136       Constant *StrideMask = createStrideMask(Builder, I, InterleaveFactor, VF);
3137       for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
3138         Value *StridedVec = Builder.CreateShuffleVector(
3139             NewLoads[Part], UndefVec, StrideMask, "strided.vec");
3140
3141         // If this member has different type, cast the result type.
3142         if (Member->getType() != ScalarTy) {
3143           VectorType *OtherVTy = VectorType::get(Member->getType(), VF);
3144           StridedVec = createBitOrPointerCast(StridedVec, OtherVTy, DL);
3145         }
3146
3147         if (Group->isReverse())
3148           StridedVec = reverseVector(StridedVec);
3149
3150         VectorLoopValueMap.setVectorValue(Member, Part, StridedVec);
3151       }
3152     }
3153     return;
3154   }
3155
3156   // The sub vector type for current instruction.
3157   VectorType *SubVT = VectorType::get(ScalarTy, VF);
3158
3159   // Vectorize the interleaved store group.
3160   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
3161     // Collect the stored vector from each member.
3162     SmallVector<Value *, 4> StoredVecs;
3163     for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++) {
3164       // Interleaved store group doesn't allow a gap, so each index has a member
3165       Instruction *Member = Group->getMember(i);
3166       assert(Member && "Fail to get a member from an interleaved store group");
3167
3168       Value *StoredVec = getOrCreateVectorValue(
3169           cast<StoreInst>(Member)->getValueOperand(), Part);
3170       if (Group->isReverse())
3171         StoredVec = reverseVector(StoredVec);
3172
3173       // If this member has different type, cast it to a unified type.
3174
3175       if (StoredVec->getType() != SubVT)
3176         StoredVec = createBitOrPointerCast(StoredVec, SubVT, DL);
3177
3178       StoredVecs.push_back(StoredVec);
3179     }
3180
3181     // Concatenate all vectors into a wide vector.
3182     Value *WideVec = concatenateVectors(Builder, StoredVecs);
3183
3184     // Interleave the elements in the wide vector.
3185     Constant *IMask = createInterleaveMask(Builder, VF, InterleaveFactor);
3186     Value *IVec = Builder.CreateShuffleVector(WideVec, UndefVec, IMask,
3187                                               "interleaved.vec");
3188
3189     Instruction *NewStoreInstr =
3190         Builder.CreateAlignedStore(IVec, NewPtrs[Part], Group->getAlignment());
3191
3192     Group->addMetadata(NewStoreInstr);
3193   }
3194 }
3195
3196 void InnerLoopVectorizer::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr,
3197                                                      VectorParts *BlockInMask) {
3198   // Attempt to issue a wide load.
3199   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
3200   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
3201
3202   assert((LI || SI) && "Invalid Load/Store instruction");
3203
3204   LoopVectorizationCostModel::InstWidening Decision =
3205       Cost->getWideningDecision(Instr, VF);
3206   assert(Decision != LoopVectorizationCostModel::CM_Unknown &&
3207          "CM decision should be taken at this point");
3208   if (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_Interleave)
3209     return vectorizeInterleaveGroup(Instr);
3210
3211   Type *ScalarDataTy = getMemInstValueType(Instr);
3212   Type *DataTy = VectorType::get(ScalarDataTy, VF);
3213   Value *Ptr = getPointerOperand(Instr);
3214   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(Instr);
3215   // An alignment of 0 means target abi alignment. We need to use the scalar's
3216   // target abi alignment in such a case.
3217   const DataLayout &DL = Instr->getModule()->getDataLayout();
3218   if (!Alignment)
3219     Alignment = DL.getABITypeAlignment(ScalarDataTy);
3220   unsigned AddressSpace = getMemInstAddressSpace(Instr);
3221
3222   // Determine if the pointer operand of the access is either consecutive or
3223   // reverse consecutive.
3224   bool Reverse = (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_Widen_Reverse);
3225   bool ConsecutiveStride =
3226       Reverse || (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_Widen);
3227   bool CreateGatherScatter =
3228       (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_GatherScatter);
3229
3230   // Either Ptr feeds a vector load/store, or a vector GEP should feed a vector
3231   // gather/scatter. Otherwise Decision should have been to Scalarize.
3232   assert((ConsecutiveStride || CreateGatherScatter) &&
3233          "The instruction should be scalarized");
3234
3235   // Handle consecutive loads/stores.
3236   if (ConsecutiveStride)
3237     Ptr = getOrCreateScalarValue(Ptr, {0, 0});
3238
3239   VectorParts Mask;
3240   bool isMaskRequired = BlockInMask;
3241   if (isMaskRequired)
3242     Mask = *BlockInMask;
3243
3244   // Handle Stores:
3245   if (SI) {
3246     assert(!Legal->isUniform(SI->getPointerOperand()) &&
3247            "We do not allow storing to uniform addresses");
3248     setDebugLocFromInst(Builder, SI);
3249
3250     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3251       Instruction *NewSI = nullptr;
3252       Value *StoredVal = getOrCreateVectorValue(SI->getValueOperand(), Part);
3253       if (CreateGatherScatter) {
3254         Value *MaskPart = isMaskRequired ? Mask[Part] : nullptr;
3255         Value *VectorGep = getOrCreateVectorValue(Ptr, Part);
3256         NewSI = Builder.CreateMaskedScatter(StoredVal, VectorGep, Alignment,
3257                                             MaskPart);
3258       } else {
3259         // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
3260         Value *PartPtr =
3261             Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
3262
3263         if (Reverse) {
3264           // If we store to reverse consecutive memory locations, then we need
3265           // to reverse the order of elements in the stored value.
3266           StoredVal = reverseVector(StoredVal);
3267           // We don't want to update the value in the map as it might be used in
3268           // another expression. So don't call resetVectorValue(StoredVal).
3269
3270           // If the address is consecutive but reversed, then the
3271           // wide store needs to start at the last vector element.
3272           PartPtr =
3273               Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
3274           PartPtr =
3275               Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
3276           if (isMaskRequired) // Reverse of a null all-one mask is a null mask.
3277             Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
3278         }
3279
3280         Value *VecPtr =
3281             Builder.CreateBitCast(PartPtr, DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
3282
3283         if (isMaskRequired)
3284           NewSI = Builder.CreateMaskedStore(StoredVal, VecPtr, Alignment,
3285                                             Mask[Part]);
3286         else
3287           NewSI = Builder.CreateAlignedStore(StoredVal, VecPtr, Alignment);
3288       }
3289       addMetadata(NewSI, SI);
3290     }
3291     return;
3292   }
3293
3294   // Handle loads.
3295   assert(LI && "Must have a load instruction");
3296   setDebugLocFromInst(Builder, LI);
3297   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3298     Value *NewLI;
3299     if (CreateGatherScatter) {
3300       Value *MaskPart = isMaskRequired ? Mask[Part] : nullptr;
3301       Value *VectorGep = getOrCreateVectorValue(Ptr, Part);
3302       NewLI = Builder.CreateMaskedGather(VectorGep, Alignment, MaskPart,
3303                                          nullptr, "wide.masked.gather");
3304       addMetadata(NewLI, LI);
3305     } else {
3306       // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
3307       Value *PartPtr =
3308           Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
3309
3310       if (Reverse) {
3311         // If the address is consecutive but reversed, then the
3312         // wide load needs to start at the last vector element.
3313         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
3314         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
3315         if (isMaskRequired) // Reverse of a null all-one mask is a null mask.
3316           Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
3317       }
3318
3319       Value *VecPtr =
3320           Builder.CreateBitCast(PartPtr, DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
3321       if (isMaskRequired)
3322         NewLI = Builder.CreateMaskedLoad(VecPtr, Alignment, Mask[Part],
3323                                          UndefValue::get(DataTy),
3324                                          "wide.masked.load");
3325       else
3326         NewLI = Builder.CreateAlignedLoad(VecPtr, Alignment, "wide.load");
3327
3328       // Add metadata to the load, but setVectorValue to the reverse shuffle.
3329       addMetadata(NewLI, LI);
3330       if (Reverse)
3331         NewLI = reverseVector(NewLI);
3332     }
3333     VectorLoopValueMap.setVectorValue(Instr, Part, NewLI);
3334   }
3335 }
3336
3337 void InnerLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
3338                                                const VPIteration &Instance,
3339                                                bool IfPredicateInstr) {
3340   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
3341
3342   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
3343
3344   // Does this instruction return a value ?
3345   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
3346
3347   Instruction *Cloned = Instr->clone();
3348   if (!IsVoidRetTy)
3349     Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
3350
3351   // Replace the operands of the cloned instructions with their scalar
3352   // equivalents in the new loop.
3353   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
3354     auto *NewOp = getOrCreateScalarValue(Instr->getOperand(op), Instance);
3355     Cloned->setOperand(op, NewOp);
3356   }
3357   addNewMetadata(Cloned, Instr);
3358
3359   // Place the cloned scalar in the new loop.
3360   Builder.Insert(Cloned);
3361
3362   // Add the cloned scalar to the scalar map entry.
3363   VectorLoopValueMap.setScalarValue(Instr, Instance, Cloned);
3364
3365   // If we just cloned a new assumption, add it the assumption cache.
3366   if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Cloned))
3367     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
3368       AC->registerAssumption(II);
3369
3370   // End if-block.
3371   if (IfPredicateInstr)
3372     PredicatedInstructions.push_back(Cloned);
3373 }
3374
3375 PHINode *InnerLoopVectorizer::createInductionVariable(Loop *L, Value *Start,
3376                                                       Value *End, Value *Step,
3377                                                       Instruction *DL) {
3378   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3379   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
3380   // As we're just creating this loop, it's possible no latch exists
3381   // yet. If so, use the header as this will be a single block loop.
3382   if (!Latch)
3383     Latch = Header;
3384
3385   IRBuilder<> Builder(&*Header->getFirstInsertionPt());
3386   Instruction *OldInst = getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction);
3387   setDebugLocFromInst(Builder, OldInst);
3388   auto *Induction = Builder.CreatePHI(Start->getType(), 2, "index");
3389
3390   Builder.SetInsertPoint(Latch->getTerminator());
3391   setDebugLocFromInst(Builder, OldInst);
3392
3393   // Create i+1 and fill the PHINode.
3394   Value *Next = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
3395   Induction->addIncoming(Start, L->getLoopPreheader());
3396   Induction->addIncoming(Next, Latch);
3397   // Create the compare.
3398   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(Next, End);
3399   Builder.CreateCondBr(ICmp, L->getExitBlock(), Header);
3400
3401   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
3402   Latch->getTerminator()->eraseFromParent();
3403
3404   return Induction;
3405 }
3406
3407 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateTripCount(Loop *L) {
3408   if (TripCount)
3409     return TripCount;
3410
3411   IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3412   // Find the loop boundaries.
3413   ScalarEvolution *SE = PSE.getSE();
3414   const SCEV *BackedgeTakenCount = PSE.getBackedgeTakenCount();
3415   assert(BackedgeTakenCount != SE->getCouldNotCompute() &&
3416          "Invalid loop count");
3417
3418   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
3419
3420   // The exit count might have the type of i64 while the phi is i32. This can
3421   // happen if we have an induction variable that is sign extended before the
3422   // compare. The only way that we get a backedge taken count is that the
3423   // induction variable was signed and as such will not overflow. In such a case
3424   // truncation is legal.
3425   if (BackedgeTakenCount->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
3426       IdxTy->getPrimitiveSizeInBits())
3427     BackedgeTakenCount = SE->getTruncateOrNoop(BackedgeTakenCount, IdxTy);
3428   BackedgeTakenCount = SE->getNoopOrZeroExtend(BackedgeTakenCount, IdxTy);
3429
3430   // Get the total trip count from the count by adding 1.
3431   const SCEV *ExitCount = SE->getAddExpr(
3432       BackedgeTakenCount, SE->getOne(BackedgeTakenCount->getType()));
3433
3434   const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
3435
3436   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
3437   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
3438   SCEVExpander Exp(*SE, DL, "induction");
3439
3440   // Count holds the overall loop count (N).
3441   TripCount = Exp.expandCodeFor(ExitCount, ExitCount->getType(),
3442                                 L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3443
3444   if (TripCount->getType()->isPointerTy())
3445     TripCount =
3446         CastInst::CreatePointerCast(TripCount, IdxTy, "exitcount.ptrcnt.to.int",
3447                                     L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3448
3449   return TripCount;
3450 }
3451
3452 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateVectorTripCount(Loop *L) {
3453   if (VectorTripCount)
3454     return VectorTripCount;
3455
3456   Value *TC = getOrCreateTripCount(L);
3457   IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3458
3459   // Now we need to generate the expression for the part of the loop that the
3460   // vectorized body will execute. This is equal to N - (N % Step) if scalar
3461   // iterations are not required for correctness, or N - Step, otherwise. Step
3462   // is equal to the vectorization factor (number of SIMD elements) times the
3463   // unroll factor (number of SIMD instructions).
3464   Constant *Step = ConstantInt::get(TC->getType(), VF * UF);
3465   Value *R = Builder.CreateURem(TC, Step, "n.mod.vf");
3466
3467   // If there is a non-reversed interleaved group that may speculatively access
3468   // memory out-of-bounds, we need to ensure that there will be at least one
3469   // iteration of the scalar epilogue loop. Thus, if the step evenly divides
3470   // the trip count, we set the remainder to be equal to the step. If the step
3471   // does not evenly divide the trip count, no adjustment is necessary since
3472   // there will already be scalar iterations. Note that the minimum iterations
3473   // check ensures that N >= Step.
3474   if (VF > 1 && Legal->requiresScalarEpilogue()) {
3475     auto *IsZero = Builder.CreateICmpEQ(R, ConstantInt::get(R->getType(), 0));
3476     R = Builder.CreateSelect(IsZero, Step, R);
3477   }
3478
3479   VectorTripCount = Builder.CreateSub(TC, R, "n.vec");
3480
3481   return VectorTripCount;
3482 }
3483
3484 Value *InnerLoopVectorizer::createBitOrPointerCast(Value *V, VectorType *DstVTy,
3485                                                    const DataLayout &DL) {
3486   // Verify that V is a vector type with same number of elements as DstVTy.
3487   unsigned VF = DstVTy->getNumElements();
3488   VectorType *SrcVecTy = cast<VectorType>(V->getType());
3489   assert((VF == SrcVecTy->getNumElements()) && "Vector dimensions do not match");
3490   Type *SrcElemTy = SrcVecTy->getElementType();
3491   Type *DstElemTy = DstVTy->getElementType();
3492   assert((DL.getTypeSizeInBits(SrcElemTy) == DL.getTypeSizeInBits(DstElemTy)) &&
3493          "Vector elements must have same size");
3494
3495   // Do a direct cast if element types are castable.
3496   if (CastInst::isBitOrNoopPointerCastable(SrcElemTy, DstElemTy, DL)) {
3497     return Builder.CreateBitOrPointerCast(V, DstVTy);
3498   }
3499   // V cannot be directly casted to desired vector type.
3500   // May happen when V is a floating point vector but DstVTy is a vector of
3501   // pointers or vice-versa. Handle this using a two-step bitcast using an
3502   // intermediate Integer type for the bitcast i.e. Ptr <-> Int <-> Float.
3503   assert((DstElemTy->isPointerTy() != SrcElemTy->isPointerTy()) &&
3504          "Only one type should be a pointer type");
3505   assert((DstElemTy->isFloatingPointTy() != SrcElemTy->isFloatingPointTy()) &&
3506          "Only one type should be a floating point type");
3507   Type *IntTy =
3508       IntegerType::getIntNTy(V->getContext(), DL.getTypeSizeInBits(SrcElemTy));
3509   VectorType *VecIntTy = VectorType::get(IntTy, VF);
3510   Value *CastVal = Builder.CreateBitOrPointerCast(V, VecIntTy);
3511   return Builder.CreateBitOrPointerCast(CastVal, DstVTy);
3512 }
3513
3514 void InnerLoopVectorizer::emitMinimumIterationCountCheck(Loop *L,
3515                                                          BasicBlock *Bypass) {
3516   Value *Count = getOrCreateTripCount(L);
3517   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3518   IRBuilder<> Builder(BB->getTerminator());
3519
3520   // Generate code to check if the loop's trip count is less than VF * UF, or
3521   // equal to it in case a scalar epilogue is required; this implies that the
3522   // vector trip count is zero. This check also covers the case where adding one
3523   // to the backedge-taken count overflowed leading to an incorrect trip count
3524   // of zero. In this case we will also jump to the scalar loop.
3525   auto P = Legal->requiresScalarEpilogue() ? ICmpInst::ICMP_ULE
3526                                            : ICmpInst::ICMP_ULT;
3527   Value *CheckMinIters = Builder.CreateICmp(
3528       P, Count, ConstantInt::get(Count->getType(), VF * UF), "min.iters.check");
3529
3530   BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
3531   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3532   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3533   // checks may query it before the current function is finished.
3534   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3535   if (L->getParentLoop())
3536     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3537   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3538                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, CheckMinIters));
3539   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3540 }
3541
3542 void InnerLoopVectorizer::emitSCEVChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass) {
3543   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3544
3545   // Generate the code to check that the SCEV assumptions that we made.
3546   // We want the new basic block to start at the first instruction in a
3547   // sequence of instructions that form a check.
3548   SCEVExpander Exp(*PSE.getSE(), Bypass->getModule()->getDataLayout(),
3549                    "scev.check");
3550   Value *SCEVCheck =
3551       Exp.expandCodeForPredicate(&PSE.getUnionPredicate(), BB->getTerminator());
3552
3553   if (auto *C = dyn_cast<ConstantInt>(SCEVCheck))
3554     if (C->isZero())
3555       return;
3556
3557   // Create a new block containing the stride check.
3558   BB->setName("vector.scevcheck");
3559   auto *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
3560   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3561   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3562   // checks may query it before the current function is finished.
3563   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3564   if (L->getParentLoop())
3565     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3566   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3567                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, SCEVCheck));
3568   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3569   AddedSafetyChecks = true;
3570 }
3571
3572 void InnerLoopVectorizer::emitMemRuntimeChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass) {
3573   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3574
3575   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
3576   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
3577   // faster.
3578   Instruction *FirstCheckInst;
3579   Instruction *MemRuntimeCheck;
3580   std::tie(FirstCheckInst, MemRuntimeCheck) =
3581       Legal->getLAI()->addRuntimeChecks(BB->getTerminator());
3582   if (!MemRuntimeCheck)
3583     return;
3584
3585   // Create a new block containing the memory check.
3586   BB->setName("vector.memcheck");
3587   auto *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
3588   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3589   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3590   // checks may query it before the current function is finished.
3591   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3592   if (L->getParentLoop())
3593     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3594   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3595                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, MemRuntimeCheck));
3596   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3597   AddedSafetyChecks = true;
3598
3599   // We currently don't use LoopVersioning for the actual loop cloning but we
3600   // still use it to add the noalias metadata.
3601   LVer = llvm::make_unique<LoopVersioning>(*Legal->getLAI(), OrigLoop, LI, DT,
3602                                            PSE.getSE());
3603   LVer->prepareNoAliasMetadata();
3604 }
3605
3606 BasicBlock *InnerLoopVectorizer::createVectorizedLoopSkeleton() {
3607   /*
3608    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
3609    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
3610    scalar remainder.
3611
3612        [ ] <-- loop iteration number check.
3613     /   |
3614    /    v
3615   |    [ ] <-- vector loop bypass (may consist of multiple blocks).
3616   |  /  |
3617   | /   v
3618   ||   [ ]     <-- vector pre header.
3619   |/    |
3620   |     v
3621   |    [  ] \
3622   |    [  ]_|   <-- vector loop.
3623   |     |
3624   |     v
3625   |   -[ ]   <--- middle-block.
3626   |  /  |
3627   | /   v
3628   -|- >[ ]     <--- new preheader.
3629    |    |
3630    |    v
3631    |   [ ] \
3632    |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
3633     \   |
3634      \  v
3635       >[ ]     <-- exit block.
3636    ...
3637    */
3638
3639   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
3640   BasicBlock *VectorPH = OrigLoop->getLoopPreheader();
3641   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
3642   assert(VectorPH && "Invalid loop structure");
3643   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
3644
3645   // Some loops have a single integer induction variable, while other loops
3646   // don't. One example is c++ iterators that often have multiple pointer
3647   // induction variables. In the code below we also support a case where we
3648   // don't have a single induction variable.
3649   //
3650   // We try to obtain an induction variable from the original loop as hard
3651   // as possible. However if we don't find one that:
3652   //   - is an integer
3653   //   - counts from zero, stepping by one
3654   //   - is the size of the widest induction variable type
3655   // then we create a new one.
3656   OldInduction = Legal->getPrimaryInduction();
3657   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
3658
3659   // Split the single block loop into the two loop structure described above.
3660   BasicBlock *VecBody =
3661       VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.body");
3662   BasicBlock *MiddleBlock =
3663       VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(), "middle.block");
3664   BasicBlock *ScalarPH =
3665       MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(), "scalar.ph");
3666
3667   // Create and register the new vector loop.
3668   Loop *Lp = LI->AllocateLoop();
3669   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
3670
3671   // Insert the new loop into the loop nest and register the new basic blocks
3672   // before calling any utilities such as SCEV that require valid LoopInfo.
3673   if (ParentLoop) {
3674     ParentLoop->addChildLoop(Lp);
3675     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, *LI);
3676     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, *LI);
3677   } else {
3678     LI->addTopLevelLoop(Lp);
3679   }
3680   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, *LI);
3681
3682   // Find the loop boundaries.
3683   Value *Count = getOrCreateTripCount(Lp);
3684
3685   Value *StartIdx = ConstantInt::get(IdxTy, 0);
3686
3687   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
3688   // jump to the scalar loop. This check also covers the case where the
3689   // backedge-taken count is uint##_max: adding one to it will overflow leading
3690   // to an incorrect trip count of zero. In this (rare) case we will also jump
3691   // to the scalar loop.
3692   emitMinimumIterationCountCheck(Lp, ScalarPH);
3693
3694   // Generate the code to check any assumptions that we've made for SCEV
3695   // expressions.
3696   emitSCEVChecks(Lp, ScalarPH);
3697
3698   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
3699   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
3700   // faster.
3701   emitMemRuntimeChecks(Lp, ScalarPH);
3702
3703   // Generate the induction variable.
3704   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
3705   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
3706   Value *CountRoundDown = getOrCreateVectorTripCount(Lp);
3707   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF * UF);
3708   Induction =
3709       createInductionVariable(Lp, StartIdx, CountRoundDown, Step,
3710                               getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
3711
3712   // We are going to resume the execution of the scalar loop.
3713   // Go over all of the induction variables that we found and fix the
3714   // PHIs that are left in the scalar version of the loop.
3715   // The starting values of PHI nodes depend on the counter of the last
3716   // iteration in the vectorized loop.
3717   // If we come from a bypass edge then we need to start from the original
3718   // start value.
3719
3720   // This variable saves the new starting index for the scalar loop. It is used
3721   // to test if there are any tail iterations left once the vector loop has
3722   // completed.
3723   LoopVectorizationLegality::InductionList *List = Legal->getInductionVars();
3724   for (auto &InductionEntry : *List) {
3725     PHINode *OrigPhi = InductionEntry.first;
3726     InductionDescriptor II = InductionEntry.second;
3727
3728     // Create phi nodes to merge from the  backedge-taken check block.
3729     PHINode *BCResumeVal = PHINode::Create(
3730         OrigPhi->getType(), 3, "bc.resume.val", ScalarPH->getTerminator());
3731     Value *&EndValue = IVEndValues[OrigPhi];
3732     if (OrigPhi == OldInduction) {
3733       // We know what the end value is.
3734       EndValue = CountRoundDown;
3735     } else {
3736       IRBuilder<> B(Lp->getLoopPreheader()->getTerminator());
3737       Type *StepType = II.getStep()->getType();
3738       Instruction::CastOps CastOp =
3739         CastInst::getCastOpcode(CountRoundDown, true, StepType, true);
3740       Value *CRD = B.CreateCast(CastOp, CountRoundDown, StepType, "cast.crd");
3741       const DataLayout &DL = OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
3742       EndValue = II.transform(B, CRD, PSE.getSE(), DL);
3743       EndValue->setName("ind.end");
3744     }
3745
3746     // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
3747     // or the value at the end of the vectorized loop.
3748     BCResumeVal->addIncoming(EndValue, MiddleBlock);
3749
3750     // Fix the scalar body counter (PHI node).
3751     unsigned BlockIdx = OrigPhi->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
3752
3753     // The old induction's phi node in the scalar body needs the truncated
3754     // value.
3755     for (BasicBlock *BB : LoopBypassBlocks)
3756       BCResumeVal->addIncoming(II.getStartValue(), BB);
3757     OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, BCResumeVal);
3758   }
3759
3760   // Add a check in the middle block to see if we have completed
3761   // all of the iterations in the first vector loop.
3762   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
3763   Value *CmpN =
3764       CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, Count,
3765                       CountRoundDown, "cmp.n", MiddleBlock->getTerminator());
3766   ReplaceInstWithInst(MiddleBlock->getTerminator(),
3767                       BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN));
3768
3769   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
3770   Builder.SetInsertPoint(&*VecBody->getFirstInsertionPt());
3771
3772   // Save the state.
3773   LoopVectorPreHeader = Lp->getLoopPreheader();
3774   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
3775   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
3776   LoopExitBlock = ExitBlock;
3777   LoopVectorBody = VecBody;
3778   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
3779
3780   // Keep all loop hints from the original loop on the vector loop (we'll
3781   // replace the vectorizer-specific hints below).
3782   if (MDNode *LID = OrigLoop->getLoopID())
3783     Lp->setLoopID(LID);
3784
3785   LoopVectorizeHints Hints(Lp, true, *ORE);
3786   Hints.setAlreadyVectorized();
3787
3788   return LoopVectorPreHeader;
3789 }
3790
3791 // Fix up external users of the induction variable. At this point, we are
3792 // in LCSSA form, with all external PHIs that use the IV having one input value,
3793 // coming from the remainder loop. We need those PHIs to also have a correct
3794 // value for the IV when arriving directly from the middle block.
3795 void InnerLoopVectorizer::fixupIVUsers(PHINode *OrigPhi,
3796                                        const InductionDescriptor &II,
3797                                        Value *CountRoundDown, Value *EndValue,
3798                                        BasicBlock *MiddleBlock) {
3799   // There are two kinds of external IV usages - those that use the value
3800   // computed in the last iteration (the PHI) and those that use the penultimate
3801   // value (the value that feeds into the phi from the loop latch).
3802   // We allow both, but they, obviously, have different values.
3803
3804   assert(OrigLoop->getExitBlock() && "Expected a single exit block");
3805
3806   DenseMap<Value *, Value *> MissingVals;
3807
3808   // An external user of the last iteration's value should see the value that
3809   // the remainder loop uses to initialize its own IV.
3810   Value *PostInc = OrigPhi->getIncomingValueForBlock(OrigLoop->getLoopLatch());
3811   for (User *U : PostInc->users()) {
3812     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3813     if (!OrigLoop->contains(UI)) {
3814       assert(isa<PHINode>(UI) && "Expected LCSSA form");
3815       MissingVals[UI] = EndValue;
3816     }
3817   }
3818
3819   // An external user of the penultimate value need to see EndValue - Step.
3820   // The simplest way to get this is to recompute it from the constituent SCEVs,
3821   // that is Start + (Step * (CRD - 1)).
3822   for (User *U : OrigPhi->users()) {
3823     auto *UI = cast<Instruction>(U);
3824     if (!OrigLoop->contains(UI)) {
3825       const DataLayout &DL =
3826           OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
3827       assert(isa<PHINode>(UI) && "Expected LCSSA form");
3828
3829       IRBuilder<> B(MiddleBlock->getTerminator());
3830       Value *CountMinusOne = B.CreateSub(
3831           CountRoundDown, ConstantInt::get(CountRoundDown->getType(), 1));
3832       Value *CMO =
3833           !II.getStep()->getType()->isIntegerTy()
3834               ? B.CreateCast(Instruction::SIToFP, CountMinusOne,
3835                              II.getStep()->getType())
3836               : B.CreateSExtOrTrunc(CountMinusOne, II.getStep()->getType());
3837       CMO->setName("cast.cmo");
3838       Value *Escape = II.transform(B, CMO, PSE.getSE(), DL);
3839       Escape->setName("ind.escape");
3840       MissingVals[UI] = Escape;
3841     }
3842   }
3843
3844   for (auto &I : MissingVals) {
3845     PHINode *PHI = cast<PHINode>(I.first);
3846     // One corner case we have to handle is two IVs "chasing" each-other,
3847     // that is %IV2 = phi [...], [ %IV1, %latch ]
3848     // In this case, if IV1 has an external use, we need to avoid adding both
3849     // "last value of IV1" and "penultimate value of IV2". So, verify that we
3850     // don't already have an incoming value for the middle block.
3851     if (PHI->getBasicBlockIndex(MiddleBlock) == -1)
3852       PHI->addIncoming(I.second, MiddleBlock);
3853   }
3854 }
3855
3856 namespace {
3857
3858 struct CSEDenseMapInfo {
3859   static bool canHandle(const Instruction *I) {
3860     return isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
3861            isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I);
3862   }
3863
3864   static inline Instruction *getEmptyKey() {
3865     return DenseMapInfo<Instruction *>::getEmptyKey();
3866   }
3867
3868   static inline Instruction *getTombstoneKey() {
3869     return DenseMapInfo<Instruction *>::getTombstoneKey();
3870   }
3871
3872   static unsigned getHashValue(const Instruction *I) {
3873     assert(canHandle(I) && "Unknown instruction!");
3874     return hash_combine(I->getOpcode(), hash_combine_range(I->value_op_begin(),
3875                                                            I->value_op_end()));
3876   }
3877
3878   static bool isEqual(const Instruction *LHS, const Instruction *RHS) {
3879     if (LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey() ||
3880         LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey())
3881       return LHS == RHS;
3882     return LHS->isIdenticalTo(RHS);
3883   }
3884 };
3885
3886 } // end anonymous namespace
3887
3888 ///\brief Perform cse of induction variable instructions.
3889 static void cse(BasicBlock *BB) {
3890   // Perform simple cse.
3891   SmallDenseMap<Instruction *, Instruction *, 4, CSEDenseMapInfo> CSEMap;
3892   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
3893     Instruction *In = &*I++;
3894
3895     if (!CSEDenseMapInfo::canHandle(In))
3896       continue;
3897
3898     // Check if we can replace this instruction with any of the
3899     // visited instructions.
3900     if (Instruction *V = CSEMap.lookup(In)) {
3901       In->replaceAllUsesWith(V);
3902       In->eraseFromParent();
3903       continue;
3904     }
3905
3906     CSEMap[In] = In;
3907   }
3908 }
3909
3910 /// \brief Estimate the overhead of scalarizing an instruction. This is a
3911 /// convenience wrapper for the type-based getScalarizationOverhead API.
3912 static unsigned getScalarizationOverhead(Instruction *I, unsigned VF,
3913                                          const TargetTransformInfo &TTI) {
3914   if (VF == 1)
3915     return 0;
3916
3917   unsigned Cost = 0;
3918   Type *RetTy = ToVectorTy(I->getType(), VF);
3919   if (!RetTy->isVoidTy() &&
3920       (!isa<LoadInst>(I) ||
3921        !TTI.supportsEfficientVectorElementLoadStore()))
3922     Cost += TTI.getScalarizationOverhead(RetTy, true, false);
3923
3924   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
3925     SmallVector<const Value *, 4> Operands(CI->arg_operands());
3926     Cost += TTI.getOperandsScalarizationOverhead(Operands, VF);
3927   }
3928   else if (!isa<StoreInst>(I) ||
3929            !TTI.supportsEfficientVectorElementLoadStore()) {
3930     SmallVector<const Value *, 4> Operands(I->operand_values());
3931     Cost += TTI.getOperandsScalarizationOverhead(Operands, VF);
3932   }
3933
3934   return Cost;
3935 }
3936
3937 // Estimate cost of a call instruction CI if it were vectorized with factor VF.
3938 // Return the cost of the instruction, including scalarization overhead if it's
3939 // needed. The flag NeedToScalarize shows if the call needs to be scalarized -
3940 // i.e. either vector version isn't available, or is too expensive.
3941 static unsigned getVectorCallCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3942                                   const TargetTransformInfo &TTI,
3943                                   const TargetLibraryInfo *TLI,
3944                                   bool &NeedToScalarize) {
3945   Function *F = CI->getCalledFunction();
3946   StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
3947   Type *ScalarRetTy = CI->getType();
3948   SmallVector<Type *, 4> Tys, ScalarTys;
3949   for (auto &ArgOp : CI->arg_operands())
3950     ScalarTys.push_back(ArgOp->getType());
3951
3952   // Estimate cost of scalarized vector call. The source operands are assumed
3953   // to be vectors, so we need to extract individual elements from there,
3954   // execute VF scalar calls, and then gather the result into the vector return
3955   // value.
3956   unsigned ScalarCallCost = TTI.getCallInstrCost(F, ScalarRetTy, ScalarTys);
3957   if (VF == 1)
3958     return ScalarCallCost;
3959
3960   // Compute corresponding vector type for return value and arguments.
3961   Type *RetTy = ToVectorTy(ScalarRetTy, VF);
3962   for (Type *ScalarTy : ScalarTys)
3963     Tys.push_back(ToVectorTy(ScalarTy, VF));
3964
3965   // Compute costs of unpacking argument values for the scalar calls and
3966   // packing the return values to a vector.
3967   unsigned ScalarizationCost = getScalarizationOverhead(CI, VF, TTI);
3968
3969   unsigned Cost = ScalarCallCost * VF + ScalarizationCost;
3970
3971   // If we can't emit a vector call for this function, then the currently found
3972   // cost is the cost we need to return.
3973   NeedToScalarize = true;
3974   if (!TLI || !TLI->isFunctionVectorizable(FnName, VF) || CI->isNoBuiltin())
3975     return Cost;
3976
3977   // If the corresponding vector cost is cheaper, return its cost.
3978   unsigned VectorCallCost = TTI.getCallInstrCost(nullptr, RetTy, Tys);
3979   if (VectorCallCost < Cost) {
3980     NeedToScalarize = false;
3981     return VectorCallCost;
3982   }
3983   return Cost;
3984 }
3985
3986 // Estimate cost of an intrinsic call instruction CI if it were vectorized with
3987 // factor VF.  Return the cost of the instruction, including scalarization
3988 // overhead if it's needed.
3989 static unsigned getVectorIntrinsicCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3990                                        const TargetTransformInfo &TTI,
3991                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
3992   Intrinsic::ID ID = getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3993   assert(ID && "Expected intrinsic call!");
3994
3995   FastMathFlags FMF;
3996   if (auto *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(CI))
3997     FMF = FPMO->getFastMathFlags();
3998
3999   SmallVector<Value *, 4> Operands(CI->arg_operands());
4000   return TTI.getIntrinsicInstrCost(ID, CI->getType(), Operands, FMF, VF);
4001 }
4002
4003 static Type *smallestIntegerVectorType(Type *T1, Type *T2) {
4004   auto *I1 = cast<IntegerType>(T1->getVectorElementType());
4005   auto *I2 = cast<IntegerType>(T2->getVectorElementType());
4006   return I1->getBitWidth() < I2->getBitWidth() ? T1 : T2;
4007 }
4008 static Type *largestIntegerVectorType(Type *T1, Type *T2) {
4009   auto *I1 = cast<IntegerType>(T1->getVectorElementType());
4010   auto *I2 = cast<IntegerType>(T2->getVectorElementType());
4011   return I1->getBitWidth() > I2->getBitWidth() ? T1 : T2;
4012 }
4013
4014 void InnerLoopVectorizer::truncateToMinimalBitwidths() {
4015   // For every instruction `I` in MinBWs, truncate the operands, create a
4016   // truncated version of `I` and reextend its result. InstCombine runs
4017   // later and will remove any ext/trunc pairs.
4018   SmallPtrSet<Value *, 4> Erased;
4019   for (const auto &KV : Cost->getMinimalBitwidths()) {
4020     // If the value wasn't vectorized, we must maintain the original scalar
4021     // type. The absence of the value from VectorLoopValueMap indicates that it
4022     // wasn't vectorized.
4023     if (!VectorLoopValueMap.hasAnyVectorValue(KV.first))
4024       continue;
4025     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4026       Value *I = getOrCreateVectorValue(KV.first, Part);
4027       if (Erased.count(I) || I->use_empty() || !isa<Instruction>(I))
4028         continue;
4029       Type *OriginalTy = I->getType();
4030       Type *ScalarTruncatedTy =
4031           IntegerType::get(OriginalTy->getContext(), KV.second);
4032       Type *TruncatedTy = VectorType::get(ScalarTruncatedTy,
4033                                           OriginalTy->getVectorNumElements());
4034       if (TruncatedTy == OriginalTy)
4035         continue;
4036
4037       IRBuilder<> B(cast<Instruction>(I));
4038       auto ShrinkOperand = [&](Value *V) -> Value * {
4039         if (auto *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
4040           if (ZI->getSrcTy() == TruncatedTy)
4041             return ZI->getOperand(0);
4042         return B.CreateZExtOrTrunc(V, TruncatedTy);
4043       };
4044
4045       // The actual instruction modification depends on the instruction type,
4046       // unfortunately.
4047       Value *NewI = nullptr;
4048       if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
4049         NewI = B.CreateBinOp(BO->getOpcode(), ShrinkOperand(BO->getOperand(0)),
4050                              ShrinkOperand(BO->getOperand(1)));
4051
4052         // Any wrapping introduced by shrinking this operation shouldn't be
4053         // considered undefined behavior. So, we can't unconditionally copy
4054         // arithmetic wrapping flags to NewI.
4055         cast<BinaryOperator>(NewI)->copyIRFlags(I, /*IncludeWrapFlags=*/false);
4056       } else if (auto *CI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
4057         NewI =
4058             B.CreateICmp(CI->getPredicate(), ShrinkOperand(CI->getOperand(0)),
4059                          ShrinkOperand(CI->getOperand(1)));
4060       } else if (auto *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
4061         NewI = B.CreateSelect(SI->getCondition(),
4062                               ShrinkOperand(SI->getTrueValue()),
4063                               ShrinkOperand(SI->getFalseValue()));
4064       } else if (auto *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
4065         switch (CI->getOpcode()) {
4066         default:
4067           llvm_unreachable("Unhandled cast!");
4068         case Instruction::Trunc:
4069           NewI = ShrinkOperand(CI->getOperand(0));
4070           break;
4071         case Instruction::SExt:
4072           NewI = B.CreateSExtOrTrunc(
4073               CI->getOperand(0),
4074               smallestIntegerVectorType(OriginalTy, TruncatedTy));
4075           break;
4076         case Instruction::ZExt:
4077           NewI = B.CreateZExtOrTrunc(
4078               CI->getOperand(0),
4079               smallestIntegerVectorType(OriginalTy, TruncatedTy));
4080           break;
4081         }
4082       } else if (auto *SI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I)) {
4083         auto Elements0 = SI->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
4084         auto *O0 = B.CreateZExtOrTrunc(
4085             SI->getOperand(0), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements0));
4086         auto Elements1 = SI->getOperand(1)->getType()->getVectorNumElements();
4087         auto *O1 = B.CreateZExtOrTrunc(
4088             SI->getOperand(1), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements1));
4089
4090         NewI = B.CreateShuffleVector(O0, O1, SI->getMask());
4091       } else if (isa<LoadInst>(I) || isa<PHINode>(I)) {
4092         // Don't do anything with the operands, just extend the result.
4093         continue;
4094       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(I)) {
4095         auto Elements = IE->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
4096         auto *O0 = B.CreateZExtOrTrunc(
4097             IE->getOperand(0), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements));
4098         auto *O1 = B.CreateZExtOrTrunc(IE->getOperand(1), ScalarTruncatedTy);
4099         NewI = B.CreateInsertElement(O0, O1, IE->getOperand(2));
4100       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(I)) {
4101         auto Elements = EE->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
4102         auto *O0 = B.CreateZExtOrTrunc(
4103             EE->getOperand(0), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements));
4104         NewI = B.CreateExtractElement(O0, EE->getOperand(2));
4105       } else {
4106         // If we don't know what to do, be conservative and don't do anything.
4107         continue;
4108       }
4109
4110       // Lastly, extend the result.
4111       NewI->takeName(cast<Instruction>(I));
4112       Value *Res = B.CreateZExtOrTrunc(NewI, OriginalTy);
4113       I->replaceAllUsesWith(Res);
4114       cast<Instruction>(I)->eraseFromParent();
4115       Erased.insert(I);
4116       VectorLoopValueMap.resetVectorValue(KV.first, Part, Res);
4117     }
4118   }
4119
4120   // We'll have created a bunch of ZExts that are now parentless. Clean up.
4121   for (const auto &KV : Cost->getMinimalBitwidths()) {
4122     // If the value wasn't vectorized, we must maintain the original scalar
4123     // type. The absence of the value from VectorLoopValueMap indicates that it
4124     // wasn't vectorized.
4125     if (!VectorLoopValueMap.hasAnyVectorValue(KV.first))
4126       continue;
4127     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4128       Value *I = getOrCreateVectorValue(KV.first, Part);
4129       ZExtInst *Inst = dyn_cast<ZExtInst>(I);
4130       if (Inst && Inst->use_empty()) {
4131         Value *NewI = Inst->getOperand(0);
4132         Inst->eraseFromParent();
4133         VectorLoopValueMap.resetVectorValue(KV.first, Part, NewI);
4134       }
4135     }
4136   }
4137 }
4138
4139 void InnerLoopVectorizer::fixVectorizedLoop() {
4140   // Insert truncates and extends for any truncated instructions as hints to
4141   // InstCombine.
4142   if (VF > 1)
4143     truncateToMinimalBitwidths();
4144
4145   // At this point every instruction in the original loop is widened to a
4146   // vector form. Now we need to fix the recurrences in the loop. These PHI
4147   // nodes are currently empty because we did not want to introduce cycles.
4148   // This is the second stage of vectorizing recurrences.
4149   fixCrossIterationPHIs();
4150
4151   // Update the dominator tree.
4152   //
4153   // FIXME: After creating the structure of the new loop, the dominator tree is
4154   //        no longer up-to-date, and it remains that way until we update it
4155   //        here. An out-of-date dominator tree is problematic for SCEV,
4156   //        because SCEVExpander uses it to guide code generation. The
4157   //        vectorizer use SCEVExpanders in several places. Instead, we should
4158   //        keep the dominator tree up-to-date as we go.
4159   updateAnalysis();
4160
4161   // Fix-up external users of the induction variables.
4162   for (auto &Entry : *Legal->getInductionVars())
4163     fixupIVUsers(Entry.first, Entry.second,
4164                  getOrCreateVectorTripCount(LI->getLoopFor(LoopVectorBody)),
4165                  IVEndValues[Entry.first], LoopMiddleBlock);
4166
4167   fixLCSSAPHIs();
4168   for (Instruction *PI : PredicatedInstructions)
4169     sinkScalarOperands(&*PI);
4170
4171   // Remove redundant induction instructions.
4172   cse(LoopVectorBody);
4173 }
4174
4175 void InnerLoopVectorizer::fixCrossIterationPHIs() {
4176   // In order to support recurrences we need to be able to vectorize Phi nodes.
4177   // Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two stages. This is
4178   // stage #2: We now need to fix the recurrences by adding incoming edges to
4179   // the currently empty PHI nodes. At this point every instruction in the
4180   // original loop is widened to a vector form so we can use them to construct
4181   // the incoming edges.
4182   for (PHINode &Phi : OrigLoop->getHeader()->phis()) {
4183     // Handle first-order recurrences and reductions that need to be fixed.
4184     if (Legal->isFirstOrderRecurrence(&Phi))
4185       fixFirstOrderRecurrence(&Phi);
4186     else if (Legal->isReductionVariable(&Phi))
4187       fixReduction(&Phi);
4188   }
4189 }
4190
4191 void InnerLoopVectorizer::fixFirstOrderRecurrence(PHINode *Phi) {
4192   // This is the second phase of vectorizing first-order recurrences. An
4193   // overview of the transformation is described below. Suppose we have the
4194   // following loop.
4195   //
4196   //   for (int i = 0; i < n; ++i)
4197   //     b[i] = a[i] - a[i - 1];
4198   //
4199   // There is a first-order recurrence on "a". For this loop, the shorthand
4200   // scalar IR looks like:
4201   //
4202   //   scalar.ph:
4203   //     s_init = a[-1]
4204   //     br scalar.body
4205   //
4206   //   scalar.body:
4207   //     i = phi [0, scalar.ph], [i+1, scalar.body]
4208   //     s1 = phi [s_init, scalar.ph], [s2, scalar.body]
4209   //     s2 = a[i]
4210   //     b[i] = s2 - s1
4211   //     br cond, scalar.body, ...
4212   //
4213   // In this example, s1 is a recurrence because it's value depends on the
4214   // previous iteration. In the first phase of vectorization, we created a
4215   // temporary value for s1. We now complete the vectorization and produce the
4216   // shorthand vector IR shown below (for VF = 4, UF = 1).
4217   //
4218   //   vector.ph:
4219   //     v_init = vector(..., ..., ..., a[-1])
4220   //     br vector.body
4221   //
4222   //   vector.body
4223   //     i = phi [0, vector.ph], [i+4, vector.body]
4224   //     v1 = phi [v_init, vector.ph], [v2, vector.body]
4225   //     v2 = a[i, i+1, i+2, i+3];
4226   //     v3 = vector(v1(3), v2(0, 1, 2))
4227   //     b[i, i+1, i+2, i+3] = v2 - v3
4228   //     br cond, vector.body, middle.block
4229   //
4230   //   middle.block:
4231   //     x = v2(3)
4232   //     br scalar.ph
4233   //
4234   //   scalar.ph:
4235   //     s_init = phi [x, middle.block], [a[-1], otherwise]
4236   //     br scalar.body
4237   //
4238   // After execution completes the vector loop, we extract the next value of
4239   // the recurrence (x) to use as the initial value in the scalar loop.
4240
4241   // Get the original loop preheader and single loop latch.
4242   auto *Preheader = OrigLoop->getLoopPreheader();
4243   auto *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
4244
4245   // Get the initial and previous values of the scalar recurrence.
4246   auto *ScalarInit = Phi->getIncomingValueForBlock(Preheader);
4247   auto *Previous = Phi->getIncomingValueForBlock(Latch);
4248
4249   // Create a vector from the initial value.
4250   auto *VectorInit = ScalarInit;
4251   if (VF > 1) {
4252     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
4253     VectorInit = Builder.CreateInsertElement(
4254         UndefValue::get(VectorType::get(VectorInit->getType(), VF)), VectorInit,
4255         Builder.getInt32(VF - 1), "vector.recur.init");
4256   }
4257
4258   // We constructed a temporary phi node in the first phase of vectorization.
4259   // This phi node will eventually be deleted.
4260   Builder.SetInsertPoint(
4261       cast<Instruction>(VectorLoopValueMap.getVectorValue(Phi, 0)));
4262
4263   // Create a phi node for the new recurrence. The current value will either be
4264   // the initial value inserted into a vector or loop-varying vector value.
4265   auto *VecPhi = Builder.CreatePHI(VectorInit->getType(), 2, "vector.recur");
4266   VecPhi->addIncoming(VectorInit, LoopVectorPreHeader);
4267
4268   // Get the vectorized previous value of the last part UF - 1. It appears last
4269   // among all unrolled iterations, due to the order of their construction.
4270   Value *PreviousLastPart = getOrCreateVectorValue(Previous, UF - 1);
4271
4272   // Set the insertion point after the previous value if it is an instruction.
4273   // Note that the previous value may have been constant-folded so it is not
4274   // guaranteed to be an instruction in the vector loop. Also, if the previous
4275   // value is a phi node, we should insert after all the phi nodes to avoid
4276   // breaking basic block verification.
4277   if (LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->isLoopInvariant(PreviousLastPart) ||
4278       isa<PHINode>(PreviousLastPart))
4279     Builder.SetInsertPoint(&*LoopVectorBody->getFirstInsertionPt());
4280   else
4281     Builder.SetInsertPoint(
4282         &*++BasicBlock::iterator(cast<Instruction>(PreviousLastPart)));
4283
4284   // We will construct a vector for the recurrence by combining the values for
4285   // the current and previous iterations. This is the required shuffle mask.
4286   SmallVector<Constant *, 8> ShuffleMask(VF);
4287   ShuffleMask[0] = Builder.getInt32(VF - 1);
4288   for (unsigned I = 1; I < VF; ++I)
4289     ShuffleMask[I] = Builder.getInt32(I + VF - 1);
4290
4291   // The vector from which to take the initial value for the current iteration
4292   // (actual or unrolled). Initially, this is the vector phi node.
4293   Value *Incoming = VecPhi;
4294
4295   // Shuffle the current and previous vector and update the vector parts.
4296   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4297     Value *PreviousPart = getOrCreateVectorValue(Previous, Part);
4298     Value *PhiPart = VectorLoopValueMap.getVectorValue(Phi, Part);
4299     auto *Shuffle =
4300         VF > 1 ? Builder.CreateShuffleVector(Incoming, PreviousPart,
4301                                              ConstantVector::get(ShuffleMask))
4302                : Incoming;
4303     PhiPart->replaceAllUsesWith(Shuffle);
4304     cast<Instruction>(PhiPart)->eraseFromParent();
4305     VectorLoopValueMap.resetVectorValue(Phi, Part, Shuffle);
4306     Incoming = PreviousPart;
4307   }
4308
4309   // Fix the latch value of the new recurrence in the vector loop.
4310   VecPhi->addIncoming(Incoming, LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch());
4311
4312   // Extract the last vector element in the middle block. This will be the
4313   // initial value for the recurrence when jumping to the scalar loop.
4314   auto *ExtractForScalar = Incoming;
4315   if (VF > 1) {
4316     Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getTerminator());
4317     ExtractForScalar = Builder.CreateExtractElement(
4318         ExtractForScalar, Builder.getInt32(VF - 1), "vector.recur.extract");
4319   }
4320   // Extract the second last element in the middle block if the
4321   // Phi is used outside the loop. We need to extract the phi itself
4322   // and not the last element (the phi update in the current iteration). This
4323   // will be the value when jumping to the exit block from the LoopMiddleBlock,
4324   // when the scalar loop is not run at all.
4325   Value *ExtractForPhiUsedOutsideLoop = nullptr;
4326   if (VF > 1)
4327     ExtractForPhiUsedOutsideLoop = Builder.CreateExtractElement(
4328         Incoming, Builder.getInt32(VF - 2), "vector.recur.extract.for.phi");
4329   // When loop is unrolled without vectorizing, initialize
4330   // ExtractForPhiUsedOutsideLoop with the value just prior to unrolled value of
4331   // `Incoming`. This is analogous to the vectorized case above: extracting the
4332   // second last element when VF > 1.
4333   else if (UF > 1)
4334     ExtractForPhiUsedOutsideLoop = getOrCreateVectorValue(Previous, UF - 2);
4335
4336   // Fix the initial value of the original recurrence in the scalar loop.
4337   Builder.SetInsertPoint(&*LoopScalarPreHeader->begin());
4338   auto *Start = Builder.CreatePHI(Phi->getType(), 2, "scalar.recur.init");
4339   for (auto *BB : predecessors(LoopScalarPreHeader)) {
4340     auto *Incoming = BB == LoopMiddleBlock ? ExtractForScalar : ScalarInit;
4341     Start->addIncoming(Incoming, BB);
4342   }
4343
4344   Phi->setIncomingValue(Phi->getBasicBlockIndex(LoopScalarPreHeader), Start);
4345   Phi->setName("scalar.recur");
4346
4347   // Finally, fix users of the recurrence outside the loop. The users will need
4348   // either the last value of the scalar recurrence or the last value of the
4349   // vector recurrence we extracted in the middle block. Since the loop is in
4350   // LCSSA form, we just need to find the phi node for the original scalar
4351   // recurrence in the exit block, and then add an edge for the middle block.
4352   for (PHINode &LCSSAPhi : LoopExitBlock->phis()) {
4353     if (LCSSAPhi.getIncomingValue(0) == Phi) {
4354       LCSSAPhi.addIncoming(ExtractForPhiUsedOutsideLoop, LoopMiddleBlock);
4355       break;
4356     }
4357   }
4358 }
4359
4360 void InnerLoopVectorizer::fixReduction(PHINode *Phi) {
4361   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
4362
4363   // Get it's reduction variable descriptor.
4364   assert(Legal->isReductionVariable(Phi) &&
4365          "Unable to find the reduction variable");
4366   RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[Phi];
4367
4368   RecurrenceDescriptor::RecurrenceKind RK = RdxDesc.getRecurrenceKind();
4369   TrackingVH<Value> ReductionStartValue = RdxDesc.getRecurrenceStartValue();
4370   Instruction *LoopExitInst = RdxDesc.getLoopExitInstr();
4371   RecurrenceDescriptor::MinMaxRecurrenceKind MinMaxKind =
4372     RdxDesc.getMinMaxRecurrenceKind();
4373   setDebugLocFromInst(Builder, ReductionStartValue);
4374
4375   // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
4376   // To do so, we need to generate the 'identity' vector and override
4377   // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
4378   // to do it in the vector-loop preheader.
4379   Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
4380
4381   // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
4382   Type *VecTy = getOrCreateVectorValue(LoopExitInst, 0)->getType();
4383
4384   // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
4385   // one for multiplication, -1 for And.
4386   Value *Identity;
4387   Value *VectorStart;
4388   if (RK == RecurrenceDescriptor::RK_IntegerMinMax ||
4389       RK == RecurrenceDescriptor::RK_FloatMinMax) {
4390     // MinMax reduction have the start value as their identify.
4391     if (VF == 1) {
4392       VectorStart = Identity = ReductionStartValue;
4393     } else {
4394       VectorStart = Identity =
4395         Builder.CreateVectorSplat(VF, ReductionStartValue, "minmax.ident");
4396     }
4397   } else {
4398     // Handle other reduction kinds:
4399     Constant *Iden = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceIdentity(
4400         RK, VecTy->getScalarType());
4401     if (VF == 1) {
4402       Identity = Iden;
4403       // This vector is the Identity vector where the first element is the
4404       // incoming scalar reduction.
4405       VectorStart = ReductionStartValue;
4406     } else {
4407       Identity = ConstantVector::getSplat(VF, Iden);
4408
4409       // This vector is the Identity vector where the first element is the
4410       // incoming scalar reduction.
4411       VectorStart =
4412         Builder.CreateInsertElement(Identity, ReductionStartValue, Zero);
4413     }
4414   }
4415
4416   // Fix the vector-loop phi.
4417
4418   // Reductions do not have to start at zero. They can start with
4419   // any loop invariant values.
4420   BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
4421   Value *LoopVal = Phi->getIncomingValueForBlock(Latch);
4422   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4423     Value *VecRdxPhi = getOrCreateVectorValue(Phi, Part);
4424     Value *Val = getOrCreateVectorValue(LoopVal, Part);
4425     // Make sure to add the reduction stat value only to the
4426     // first unroll part.
4427     Value *StartVal = (Part == 0) ? VectorStart : Identity;
4428     cast<PHINode>(VecRdxPhi)->addIncoming(StartVal, LoopVectorPreHeader);
4429     cast<PHINode>(VecRdxPhi)
4430       ->addIncoming(Val, LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch());
4431   }
4432
4433   // Before each round, move the insertion point right between
4434   // the PHIs and the values we are going to write.
4435   // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
4436   // instructions.
4437   Builder.SetInsertPoint(&*LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
4438
4439   setDebugLocFromInst(Builder, LoopExitInst);
4440
4441   // If the vector reduction can be performed in a smaller type, we truncate
4442   // then extend the loop exit value to enable InstCombine to evaluate the
4443   // entire expression in the smaller type.
4444   if (VF > 1 && Phi->getType() != RdxDesc.getRecurrenceType()) {
4445     Type *RdxVecTy = VectorType::get(RdxDesc.getRecurrenceType(), VF);
4446     Builder.SetInsertPoint(
4447         LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch()->getTerminator());
4448     VectorParts RdxParts(UF);
4449     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4450       RdxParts[Part] = VectorLoopValueMap.getVectorValue(LoopExitInst, Part);
4451       Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(RdxParts[Part], RdxVecTy);
4452       Value *Extnd = RdxDesc.isSigned() ? Builder.CreateSExt(Trunc, VecTy)
4453                                         : Builder.CreateZExt(Trunc, VecTy);
4454       for (Value::user_iterator UI = RdxParts[Part]->user_begin();
4455            UI != RdxParts[Part]->user_end();)
4456         if (*UI != Trunc) {
4457           (*UI++)->replaceUsesOfWith(RdxParts[Part], Extnd);
4458           RdxParts[Part] = Extnd;
4459         } else {
4460           ++UI;
4461         }
4462     }
4463     Builder.SetInsertPoint(&*LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
4464     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4465       RdxParts[Part] = Builder.CreateTrunc(RdxParts[Part], RdxVecTy);
4466       VectorLoopValueMap.resetVectorValue(LoopExitInst, Part, RdxParts[Part]);
4467     }
4468   }
4469
4470   // Reduce all of the unrolled parts into a single vector.
4471   Value *ReducedPartRdx = VectorLoopValueMap.getVectorValue(LoopExitInst, 0);
4472   unsigned Op = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceBinOp(RK);
4473   setDebugLocFromInst(Builder, ReducedPartRdx);
4474   for (unsigned Part = 1; Part < UF; ++Part) {
4475     Value *RdxPart = VectorLoopValueMap.getVectorValue(LoopExitInst, Part);
4476     if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
4477       // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
4478       ReducedPartRdx = addFastMathFlag(
4479           Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Op, RdxPart,
4480                               ReducedPartRdx, "bin.rdx"));
4481     else
4482       ReducedPartRdx = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(
4483           Builder, MinMaxKind, ReducedPartRdx, RdxPart);
4484   }
4485
4486   if (VF > 1) {
4487     bool NoNaN = Legal->hasFunNoNaNAttr();
4488     ReducedPartRdx =
4489         createTargetReduction(Builder, TTI, RdxDesc, ReducedPartRdx, NoNaN);
4490     // If the reduction can be performed in a smaller type, we need to extend
4491     // the reduction to the wider type before we branch to the original loop.
4492     if (Phi->getType() != RdxDesc.getRecurrenceType())
4493       ReducedPartRdx =
4494         RdxDesc.isSigned()
4495         ? Builder.CreateSExt(ReducedPartRdx, Phi->getType())
4496         : Builder.CreateZExt(ReducedPartRdx, Phi->getType());
4497   }
4498
4499   // Create a phi node that merges control-flow from the backedge-taken check
4500   // block and the middle block.
4501   PHINode *BCBlockPhi = PHINode::Create(Phi->getType(), 2, "bc.merge.rdx",
4502                                         LoopScalarPreHeader->getTerminator());
4503   for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
4504     BCBlockPhi->addIncoming(ReductionStartValue, LoopBypassBlocks[I]);
4505   BCBlockPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
4506
4507   // Now, we need to fix the users of the reduction variable
4508   // inside and outside of the scalar remainder loop.
4509   // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
4510   // PHI nodes in the exit blocks.
4511   for (PHINode &LCSSAPhi : LoopExitBlock->phis()) {
4512     // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
4513     // we already fixed them.
4514     assert(LCSSAPhi.getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
4515
4516     // We found a reduction value exit-PHI. Update it with the
4517     // incoming bypass edge.
4518     if (LCSSAPhi.getIncomingValue(0) == LoopExitInst)
4519       LCSSAPhi.addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
4520   } // end of the LCSSA phi scan.
4521
4522     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
4523     // from the vector body and from the backedge value.
4524   int IncomingEdgeBlockIdx =
4525     Phi->getBasicBlockIndex(OrigLoop->getLoopLatch());
4526   assert(IncomingEdgeBlockIdx >= 0 && "Invalid block index");
4527   // Pick the other block.
4528   int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1);
4529   Phi->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, BCBlockPhi);
4530   Phi->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, LoopExitInst);
4531 }
4532
4533 void InnerLoopVectorizer::fixLCSSAPHIs() {
4534   for (PHINode &LCSSAPhi : LoopExitBlock->phis()) {
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 (PHINode &Phi : BB->phis()) {
4985     for (Value *V : Phi.incoming_values())
4986       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V))
4987         if (C->canTrap())
4988           return false;
4989   }
4990   return true;
4991 }
4992
4993 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeWithIfConvert() {
4994   if (!EnableIfConversion) {
4995     ORE->emit(createMissedAnalysis("IfConversionDisabled")
4996               << "if-conversion is disabled");
4997     return false;
4998   }
4999
5000   assert(TheLoop->getNumBlocks() > 1 && "Single block loops are vectorizable");
5001
5002   // A list of pointers that we can safely read and write to.
5003   SmallPtrSet<Value *, 8> SafePointes;
5004
5005   // Collect safe addresses.
5006   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
5007     if (blockNeedsPredication(BB))
5008       continue;
5009
5010     for (Instruction &I : *BB)
5011       if (auto *Ptr = getPointerOperand(&I))
5012         SafePointes.insert(Ptr);
5013   }
5014
5015   // Collect the blocks that need predication.
5016   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
5017   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
5018     // We don't support switch statements inside loops.
5019     if (!isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
5020       ORE->emit(createMissedAnalysis("LoopContainsSwitch", BB->getTerminator())
5021                 << "loop contains a switch statement");
5022       return false;
5023     }
5024
5025     // We must be able to predicate all blocks that need to be predicated.
5026     if (blockNeedsPredication(BB)) {
5027       if (!blockCanBePredicated(BB, SafePointes)) {
5028         ORE->emit(createMissedAnalysis("NoCFGForSelect", BB->getTerminator())
5029                   << "control flow cannot be substituted for a select");
5030         return false;
5031       }
5032     } else if (BB != Header && !canIfConvertPHINodes(BB)) {
5033       ORE->emit(createMissedAnalysis("NoCFGForSelect", BB->getTerminator())
5034                 << "control flow cannot be substituted for a select");
5035       return false;
5036     }
5037   }
5038
5039   // We can if-convert this loop.
5040   return true;
5041 }
5042
5043 bool LoopVectorizationLegality::canVectorize() {
5044   // Store the result and return it at the end instead of exiting early, in case
5045   // allowExtraAnalysis is used to report multiple reasons for not vectorizing.
5046   bool Result = true;
5047   
5048   bool DoExtraAnalysis = ORE->allowExtraAnalysis(DEBUG_TYPE);
5049   // We must have a loop in canonical form. Loops with indirectbr in them cannot
5050   // be canonicalized.
5051   if (!TheLoop->getLoopPreheader()) {
5052     DEBUG(dbgs() << "LV: Loop doesn't have a legal pre-header.\n");
5053     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5054               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5055     if (DoExtraAnalysis)
5056       Result = false;
5057     else
5058       return false;
5059   }
5060
5061   // FIXME: The code is currently dead, since the loop gets sent to
5062   // LoopVectorizationLegality is already an innermost loop.
5063   //
5064   // We can only vectorize innermost loops.
5065   if (!TheLoop->empty()) {
5066     ORE->emit(createMissedAnalysis("NotInnermostLoop")
5067               << "loop is not the innermost loop");
5068     if (DoExtraAnalysis)
5069       Result = false;
5070     else
5071       return false;
5072   }
5073
5074   // We must have a single backedge.
5075   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1) {
5076     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5077               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5078     if (DoExtraAnalysis)
5079       Result = false;
5080     else
5081       return false;
5082   }
5083
5084   // We must have a single exiting block.
5085   if (!TheLoop->getExitingBlock()) {
5086     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5087               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5088     if (DoExtraAnalysis)
5089       Result = false;
5090     else
5091       return false;
5092   }
5093
5094   // We only handle bottom-tested loops, i.e. loop in which the condition is
5095   // checked at the end of each iteration. With that we can assume that all
5096   // instructions in the loop are executed the same number of times.
5097   if (TheLoop->getExitingBlock() != TheLoop->getLoopLatch()) {
5098     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5099               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5100     if (DoExtraAnalysis)
5101       Result = false;
5102     else
5103       return false;
5104   }
5105
5106   // We need to have a loop header.
5107   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop: " << TheLoop->getHeader()->getName()
5108                << '\n');
5109
5110   // Check if we can if-convert non-single-bb loops.
5111   unsigned NumBlocks = TheLoop->getNumBlocks();
5112   if (NumBlocks != 1 && !canVectorizeWithIfConvert()) {
5113     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't if-convert the loop.\n");
5114     if (DoExtraAnalysis)
5115       Result = false;
5116     else
5117       return false;
5118   }
5119
5120   // Check if we can vectorize the instructions and CFG in this loop.
5121   if (!canVectorizeInstrs()) {
5122     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize the instructions or CFG\n");
5123     if (DoExtraAnalysis)
5124       Result = false;
5125     else
5126       return false;
5127   }
5128
5129   // Go over each instruction and look at memory deps.
5130   if (!canVectorizeMemory()) {
5131     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize due to memory conflicts\n");
5132     if (DoExtraAnalysis)
5133       Result = false;
5134     else
5135       return false;
5136   }
5137
5138   DEBUG(dbgs() << "LV: We can vectorize this loop"
5139                << (LAI->getRuntimePointerChecking()->Need
5140                        ? " (with a runtime bound check)"
5141                        : "")
5142                << "!\n");
5143
5144   bool UseInterleaved = TTI->enableInterleavedAccessVectorization();
5145
5146   // If an override option has been passed in for interleaved accesses, use it.
5147   if (EnableInterleavedMemAccesses.getNumOccurrences() > 0)
5148     UseInterleaved = EnableInterleavedMemAccesses;
5149
5150   // Analyze interleaved memory accesses.
5151   if (UseInterleaved)
5152     InterleaveInfo.analyzeInterleaving(*getSymbolicStrides());
5153
5154   unsigned SCEVThreshold = VectorizeSCEVCheckThreshold;
5155   if (Hints->getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled)
5156     SCEVThreshold = PragmaVectorizeSCEVCheckThreshold;
5157
5158   if (PSE.getUnionPredicate().getComplexity() > SCEVThreshold) {
5159     ORE->emit(createMissedAnalysis("TooManySCEVRunTimeChecks")
5160               << "Too many SCEV assumptions need to be made and checked "
5161               << "at runtime");
5162     DEBUG(dbgs() << "LV: Too many SCEV checks needed.\n");
5163     if (DoExtraAnalysis)
5164       Result = false;
5165     else
5166       return false;
5167   }
5168
5169   // Okay! We've done all the tests. If any have failed, return false. Otherwise
5170   // we can vectorize, and at this point we don't have any other mem analysis
5171   // which may limit our maximum vectorization factor, so just return true with
5172   // no restrictions.
5173   return Result;
5174 }
5175
5176 static Type *convertPointerToIntegerType(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
5177   if (Ty->isPointerTy())
5178     return DL.getIntPtrType(Ty);
5179
5180   // It is possible that char's or short's overflow when we ask for the loop's
5181   // trip count, work around this by changing the type size.
5182   if (Ty->getScalarSizeInBits() < 32)
5183     return Type::getInt32Ty(Ty->getContext());
5184
5185   return Ty;
5186 }
5187
5188 static Type *getWiderType(const DataLayout &DL, Type *Ty0, Type *Ty1) {
5189   Ty0 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty0);
5190   Ty1 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty1);
5191   if (Ty0->getScalarSizeInBits() > Ty1->getScalarSizeInBits())
5192     return Ty0;
5193   return Ty1;
5194 }
5195
5196 /// \brief Check that the instruction has outside loop users and is not an
5197 /// identified reduction variable.
5198 static bool hasOutsideLoopUser(const Loop *TheLoop, Instruction *Inst,
5199                                SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit) {
5200   // Reduction and Induction instructions are allowed to have exit users. All
5201   // other instructions must not have external users.
5202   if (!AllowedExit.count(Inst))
5203     // Check that all of the users of the loop are inside the BB.
5204     for (User *U : Inst->users()) {
5205       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
5206       // This user may be a reduction exit value.
5207       if (!TheLoop->contains(UI)) {
5208         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an outside user for : " << *UI << '\n');
5209         return true;
5210       }
5211     }
5212   return false;
5213 }
5214
5215 void LoopVectorizationLegality::addInductionPhi(
5216     PHINode *Phi, const InductionDescriptor &ID,
5217     SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit) {
5218   Inductions[Phi] = ID;
5219
5220   // In case this induction also comes with casts that we know we can ignore
5221   // in the vectorized loop body, record them here. All casts could be recorded
5222   // here for ignoring, but suffices to record only the first (as it is the
5223   // only one that may bw used outside the cast sequence).
5224   const SmallVectorImpl<Instruction *> &Casts = ID.getCastInsts();
5225   if (!Casts.empty())
5226     InductionCastsToIgnore.insert(*Casts.begin());
5227
5228   Type *PhiTy = Phi->getType();
5229   const DataLayout &DL = Phi->getModule()->getDataLayout();
5230
5231   // Get the widest type.
5232   if (!PhiTy->isFloatingPointTy()) {
5233     if (!WidestIndTy)
5234       WidestIndTy = convertPointerToIntegerType(DL, PhiTy);
5235     else
5236       WidestIndTy = getWiderType(DL, PhiTy, WidestIndTy);
5237   }
5238
5239   // Int inductions are special because we only allow one IV.
5240   if (ID.getKind() == InductionDescriptor::IK_IntInduction &&
5241       ID.getConstIntStepValue() &&
5242       ID.getConstIntStepValue()->isOne() &&
5243       isa<Constant>(ID.getStartValue()) &&
5244       cast<Constant>(ID.getStartValue())->isNullValue()) {
5245
5246     // Use the phi node with the widest type as induction. Use the last
5247     // one if there are multiple (no good reason for doing this other
5248     // than it is expedient). We've checked that it begins at zero and
5249     // steps by one, so this is a canonical induction variable.
5250     if (!PrimaryInduction || PhiTy == WidestIndTy)
5251       PrimaryInduction = Phi;
5252   }
5253
5254   // Both the PHI node itself, and the "post-increment" value feeding
5255   // back into the PHI node may have external users.
5256   // We can allow those uses, except if the SCEVs we have for them rely
5257   // on predicates that only hold within the loop, since allowing the exit
5258   // currently means re-using this SCEV outside the loop.
5259   if (PSE.getUnionPredicate().isAlwaysTrue()) {
5260     AllowedExit.insert(Phi);
5261     AllowedExit.insert(Phi->getIncomingValueForBlock(TheLoop->getLoopLatch()));
5262   }
5263
5264   DEBUG(dbgs() << "LV: Found an induction variable.\n");
5265 }
5266
5267 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeInstrs() {
5268   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
5269
5270   // Look for the attribute signaling the absence of NaNs.
5271   Function &F = *Header->getParent();
5272   HasFunNoNaNAttr =
5273       F.getFnAttribute("no-nans-fp-math").getValueAsString() == "true";
5274
5275   // For each block in the loop.
5276   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
5277     // Scan the instructions in the block and look for hazards.
5278     for (Instruction &I : *BB) {
5279       if (auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
5280         Type *PhiTy = Phi->getType();
5281         // Check that this PHI type is allowed.
5282         if (!PhiTy->isIntegerTy() && !PhiTy->isFloatingPointTy() &&
5283             !PhiTy->isPointerTy()) {
5284           ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood", Phi)
5285                     << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5286           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an non-int non-pointer PHI.\n");
5287           return false;
5288         }
5289
5290         // If this PHINode is not in the header block, then we know that we
5291         // can convert it to select during if-conversion. No need to check if
5292         // the PHIs in this block are induction or reduction variables.
5293         if (BB != Header) {
5294           // Check that this instruction has no outside users or is an
5295           // identified reduction value with an outside user.
5296           if (!hasOutsideLoopUser(TheLoop, Phi, AllowedExit))
5297             continue;
5298           ORE->emit(createMissedAnalysis("NeitherInductionNorReduction", Phi)
5299                     << "value could not be identified as "
5300                        "an induction or reduction variable");
5301           return false;
5302         }
5303
5304         // We only allow if-converted PHIs with exactly two incoming values.
5305         if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
5306           ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood", Phi)
5307                     << "control flow not understood by vectorizer");
5308           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an invalid PHI.\n");
5309           return false;
5310         }
5311
5312         RecurrenceDescriptor RedDes;
5313         if (RecurrenceDescriptor::isReductionPHI(Phi, TheLoop, RedDes, DB, AC,
5314                                                  DT)) {
5315           if (RedDes.hasUnsafeAlgebra())
5316             Requirements->addUnsafeAlgebraInst(RedDes.getUnsafeAlgebraInst());
5317           AllowedExit.insert(RedDes.getLoopExitInstr());
5318           Reductions[Phi] = RedDes;
5319           continue;
5320         }
5321
5322         InductionDescriptor ID;
5323         if (InductionDescriptor::isInductionPHI(Phi, TheLoop, PSE, ID)) {
5324           addInductionPhi(Phi, ID, AllowedExit);
5325           if (ID.hasUnsafeAlgebra() && !HasFunNoNaNAttr)
5326             Requirements->addUnsafeAlgebraInst(ID.getUnsafeAlgebraInst());
5327           continue;
5328         }
5329
5330         if (RecurrenceDescriptor::isFirstOrderRecurrence(Phi, TheLoop,
5331                                                          SinkAfter, DT)) {
5332           FirstOrderRecurrences.insert(Phi);
5333           continue;
5334         }
5335
5336         // As a last resort, coerce the PHI to a AddRec expression
5337         // and re-try classifying it a an induction PHI.
5338         if (InductionDescriptor::isInductionPHI(Phi, TheLoop, PSE, ID, true)) {
5339           addInductionPhi(Phi, ID, AllowedExit);
5340           continue;
5341         }
5342
5343         ORE->emit(createMissedAnalysis("NonReductionValueUsedOutsideLoop", Phi)
5344                   << "value that could not be identified as "
5345                      "reduction is used outside the loop");
5346         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified PHI." << *Phi << "\n");
5347         return false;
5348       } // end of PHI handling
5349
5350       // We handle calls that:
5351       //   * Are debug info intrinsics.
5352       //   * Have a mapping to an IR intrinsic.
5353       //   * Have a vector version available.
5354       auto *CI = dyn_cast<CallInst>(&I);
5355       if (CI && !getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI) &&
5356           !isa<DbgInfoIntrinsic>(CI) &&
5357           !(CI->getCalledFunction() && TLI &&
5358             TLI->isFunctionVectorizable(CI->getCalledFunction()->getName()))) {
5359         ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeCall", CI)
5360                   << "call instruction cannot be vectorized");
5361         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-intrinsic, non-libfunc callsite.\n");
5362         return false;
5363       }
5364
5365       // Intrinsics such as powi,cttz and ctlz are legal to vectorize if the
5366       // second argument is the same (i.e. loop invariant)
5367       if (CI && hasVectorInstrinsicScalarOpd(
5368                     getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI), 1)) {
5369         auto *SE = PSE.getSE();
5370         if (!SE->isLoopInvariant(PSE.getSCEV(CI->getOperand(1)), TheLoop)) {
5371           ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeIntrinsic", CI)
5372                     << "intrinsic instruction cannot be vectorized");
5373           DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable intrinsic " << *CI << "\n");
5374           return false;
5375         }
5376       }
5377
5378       // Check that the instruction return type is vectorizable.
5379       // Also, we can't vectorize extractelement instructions.
5380       if ((!VectorType::isValidElementType(I.getType()) &&
5381            !I.getType()->isVoidTy()) ||
5382           isa<ExtractElementInst>(I)) {
5383         ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeInstructionReturnType", &I)
5384                   << "instruction return type cannot be vectorized");
5385         DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable type.\n");
5386         return false;
5387       }
5388
5389       // Check that the stored type is vectorizable.
5390       if (auto *ST = dyn_cast<StoreInst>(&I)) {
5391         Type *T = ST->getValueOperand()->getType();
5392         if (!VectorType::isValidElementType(T)) {
5393           ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeStore", ST)
5394                     << "store instruction cannot be vectorized");
5395           return false;
5396         }
5397
5398         // FP instructions can allow unsafe algebra, thus vectorizable by
5399         // non-IEEE-754 compliant SIMD units.
5400         // This applies to floating-point math operations and calls, not memory
5401         // operations, shuffles, or casts, as they don't change precision or
5402         // semantics.
5403       } else if (I.getType()->isFloatingPointTy() && (CI || I.isBinaryOp()) &&
5404                  !I.isFast()) {
5405         DEBUG(dbgs() << "LV: Found FP op with unsafe algebra.\n");
5406         Hints->setPotentiallyUnsafe();
5407       }
5408
5409       // Reduction instructions are allowed to have exit users.
5410       // All other instructions must not have external users.
5411       if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, &I, AllowedExit)) {
5412         ORE->emit(createMissedAnalysis("ValueUsedOutsideLoop", &I)
5413                   << "value cannot be used outside the loop");
5414         return false;
5415       }
5416     } // next instr.
5417   }
5418
5419   if (!PrimaryInduction) {
5420     DEBUG(dbgs() << "LV: Did not find one integer induction var.\n");
5421     if (Inductions.empty()) {
5422       ORE->emit(createMissedAnalysis("NoInductionVariable")
5423                 << "loop induction variable could not be identified");
5424       return false;
5425     }
5426   }
5427
5428   // Now we know the widest induction type, check if our found induction
5429   // is the same size. If it's not, unset it here and InnerLoopVectorizer
5430   // will create another.
5431   if (PrimaryInduction && WidestIndTy != PrimaryInduction->getType())
5432     PrimaryInduction = nullptr;
5433
5434   return true;
5435 }
5436
5437 void LoopVectorizationCostModel::collectLoopScalars(unsigned VF) {
5438   // We should not collect Scalars more than once per VF. Right now, this
5439   // function is called from collectUniformsAndScalars(), which already does
5440   // this check. Collecting Scalars for VF=1 does not make any sense.
5441   assert(VF >= 2 && !Scalars.count(VF) &&
5442          "This function should not be visited twice for the same VF");
5443
5444   SmallSetVector<Instruction *, 8> Worklist;
5445
5446   // These sets are used to seed the analysis with pointers used by memory
5447   // accesses that will remain scalar.
5448   SmallSetVector<Instruction *, 8> ScalarPtrs;
5449   SmallPtrSet<Instruction *, 8> PossibleNonScalarPtrs;
5450
5451   // A helper that returns true if the use of Ptr by MemAccess will be scalar.
5452   // The pointer operands of loads and stores will be scalar as long as the
5453   // memory access is not a gather or scatter operation. The value operand of a
5454   // store will remain scalar if the store is scalarized.
5455   auto isScalarUse = [&](Instruction *MemAccess, Value *Ptr) {
5456     InstWidening WideningDecision = getWideningDecision(MemAccess, VF);
5457     assert(WideningDecision != CM_Unknown &&
5458            "Widening decision should be ready at this moment");
5459     if (auto *Store = dyn_cast<StoreInst>(MemAccess))
5460       if (Ptr == Store->getValueOperand())
5461         return WideningDecision == CM_Scalarize;
5462     assert(Ptr == getPointerOperand(MemAccess) &&
5463            "Ptr is neither a value or pointer operand");
5464     return WideningDecision != CM_GatherScatter;
5465   };
5466
5467   // A helper that returns true if the given value is a bitcast or
5468   // getelementptr instruction contained in the loop.
5469   auto isLoopVaryingBitCastOrGEP = [&](Value *V) {
5470     return ((isa<BitCastInst>(V) && V->getType()->isPointerTy()) ||
5471             isa<GetElementPtrInst>(V)) &&
5472            !TheLoop->isLoopInvariant(V);
5473   };
5474
5475   // A helper that evaluates a memory access's use of a pointer. If the use
5476   // will be a scalar use, and the pointer is only used by memory accesses, we
5477   // place the pointer in ScalarPtrs. Otherwise, the pointer is placed in
5478   // PossibleNonScalarPtrs.
5479   auto evaluatePtrUse = [&](Instruction *MemAccess, Value *Ptr) {
5480     // We only care about bitcast and getelementptr instructions contained in
5481     // the loop.
5482     if (!isLoopVaryingBitCastOrGEP(Ptr))
5483       return;
5484
5485     // If the pointer has already been identified as scalar (e.g., if it was
5486     // also identified as uniform), there's nothing to do.
5487     auto *I = cast<Instruction>(Ptr);
5488     if (Worklist.count(I))
5489       return;
5490
5491     // If the use of the pointer will be a scalar use, and all users of the
5492     // pointer are memory accesses, place the pointer in ScalarPtrs. Otherwise,
5493     // place the pointer in PossibleNonScalarPtrs.
5494     if (isScalarUse(MemAccess, Ptr) && llvm::all_of(I->users(), [&](User *U) {
5495           return isa<LoadInst>(U) || isa<StoreInst>(U);
5496         }))
5497       ScalarPtrs.insert(I);
5498     else
5499       PossibleNonScalarPtrs.insert(I);
5500   };
5501
5502   // We seed the scalars analysis with three classes of instructions: (1)
5503   // instructions marked uniform-after-vectorization, (2) bitcast and
5504   // getelementptr instructions used by memory accesses requiring a scalar use,
5505   // and (3) pointer induction variables and their update instructions (we
5506   // currently only scalarize these).
5507   //
5508   // (1) Add to the worklist all instructions that have been identified as
5509   // uniform-after-vectorization.
5510   Worklist.insert(Uniforms[VF].begin(), Uniforms[VF].end());
5511
5512   // (2) Add to the worklist all bitcast and getelementptr instructions used by
5513   // memory accesses requiring a scalar use. The pointer operands of loads and
5514   // stores will be scalar as long as the memory accesses is not a gather or
5515   // scatter operation. The value operand of a store will remain scalar if the
5516   // store is scalarized.
5517   for (auto *BB : TheLoop->blocks())
5518     for (auto &I : *BB) {
5519       if (auto *Load = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
5520         evaluatePtrUse(Load, Load->getPointerOperand());
5521       } else if (auto *Store = dyn_cast<StoreInst>(&I)) {
5522         evaluatePtrUse(Store, Store->getPointerOperand());
5523         evaluatePtrUse(Store, Store->getValueOperand());
5524       }
5525     }
5526   for (auto *I : ScalarPtrs)
5527     if (!PossibleNonScalarPtrs.count(I)) {
5528       DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *I << "\n");
5529       Worklist.insert(I);
5530     }
5531
5532   // (3) Add to the worklist all pointer induction variables and their update
5533   // instructions.
5534   //
5535   // TODO: Once we are able to vectorize pointer induction variables we should
5536   //       no longer insert them into the worklist here.
5537   auto *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
5538   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
5539     auto *Ind = Induction.first;
5540     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
5541     if (Induction.second.getKind() != InductionDescriptor::IK_PtrInduction)
5542       continue;
5543     Worklist.insert(Ind);
5544     Worklist.insert(IndUpdate);
5545     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *Ind << "\n");
5546     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *IndUpdate << "\n");
5547   }
5548
5549   // Insert the forced scalars.
5550   // FIXME: Currently widenPHIInstruction() often creates a dead vector
5551   // induction variable when the PHI user is scalarized.
5552   if (ForcedScalars.count(VF))
5553     for (auto *I : ForcedScalars.find(VF)->second)
5554       Worklist.insert(I);
5555
5556   // Expand the worklist by looking through any bitcasts and getelementptr
5557   // instructions we've already identified as scalar. This is similar to the
5558   // expansion step in collectLoopUniforms(); however, here we're only
5559   // expanding to include additional bitcasts and getelementptr instructions.
5560   unsigned Idx = 0;
5561   while (Idx != Worklist.size()) {
5562     Instruction *Dst = Worklist[Idx++];
5563     if (!isLoopVaryingBitCastOrGEP(Dst->getOperand(0)))
5564       continue;
5565     auto *Src = cast<Instruction>(Dst->getOperand(0));
5566     if (llvm::all_of(Src->users(), [&](User *U) -> bool {
5567           auto *J = cast<Instruction>(U);
5568           return !TheLoop->contains(J) || Worklist.count(J) ||
5569                  ((isa<LoadInst>(J) || isa<StoreInst>(J)) &&
5570                   isScalarUse(J, Src));
5571         })) {
5572       Worklist.insert(Src);
5573       DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *Src << "\n");
5574     }
5575   }
5576
5577   // An induction variable will remain scalar if all users of the induction
5578   // variable and induction variable update remain scalar.
5579   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
5580     auto *Ind = Induction.first;
5581     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
5582
5583     // We already considered pointer induction variables, so there's no reason
5584     // to look at their users again.
5585     //
5586     // TODO: Once we are able to vectorize pointer induction variables we
5587     //       should no longer skip over them here.
5588     if (Induction.second.getKind() == InductionDescriptor::IK_PtrInduction)
5589       continue;
5590
5591     // Determine if all users of the induction variable are scalar after
5592     // vectorization.
5593     auto ScalarInd = llvm::all_of(Ind->users(), [&](User *U) -> bool {
5594       auto *I = cast<Instruction>(U);
5595       return I == IndUpdate || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I);
5596     });
5597     if (!ScalarInd)
5598       continue;
5599
5600     // Determine if all users of the induction variable update instruction are
5601     // scalar after vectorization.
5602     auto ScalarIndUpdate =
5603         llvm::all_of(IndUpdate->users(), [&](User *U) -> bool {
5604           auto *I = cast<Instruction>(U);
5605           return I == Ind || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I);
5606         });
5607     if (!ScalarIndUpdate)
5608       continue;
5609
5610     // The induction variable and its update instruction will remain scalar.
5611     Worklist.insert(Ind);
5612     Worklist.insert(IndUpdate);
5613     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *Ind << "\n");
5614     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *IndUpdate << "\n");
5615   }
5616
5617   Scalars[VF].insert(Worklist.begin(), Worklist.end());
5618 }
5619
5620 bool LoopVectorizationLegality::isScalarWithPredication(Instruction *I) {
5621   if (!blockNeedsPredication(I->getParent()))
5622     return false;
5623   switch(I->getOpcode()) {
5624   default:
5625     break;
5626   case Instruction::Store:
5627     return !isMaskRequired(I);
5628   case Instruction::UDiv:
5629   case Instruction::SDiv:
5630   case Instruction::SRem:
5631   case Instruction::URem:
5632     return mayDivideByZero(*I);
5633   }
5634   return false;
5635 }
5636
5637 bool LoopVectorizationLegality::memoryInstructionCanBeWidened(Instruction *I,
5638                                                               unsigned VF) {
5639   // Get and ensure we have a valid memory instruction.
5640   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
5641   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
5642   assert((LI || SI) && "Invalid memory instruction");
5643
5644   auto *Ptr = getPointerOperand(I);
5645
5646   // In order to be widened, the pointer should be consecutive, first of all.
5647   if (!isConsecutivePtr(Ptr))
5648     return false;
5649
5650   // If the instruction is a store located in a predicated block, it will be
5651   // scalarized.
5652   if (isScalarWithPredication(I))
5653     return false;
5654
5655   // If the instruction's allocated size doesn't equal it's type size, it
5656   // requires padding and will be scalarized.
5657   auto &DL = I->getModule()->getDataLayout();
5658   auto *ScalarTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
5659   if (hasIrregularType(ScalarTy, DL, VF))
5660     return false;
5661
5662   return true;
5663 }
5664
5665 void LoopVectorizationCostModel::collectLoopUniforms(unsigned VF) {
5666   // We should not collect Uniforms more than once per VF. Right now,
5667   // this function is called from collectUniformsAndScalars(), which
5668   // already does this check. Collecting Uniforms for VF=1 does not make any
5669   // sense.
5670
5671   assert(VF >= 2 && !Uniforms.count(VF) &&
5672          "This function should not be visited twice for the same VF");
5673
5674   // Visit the list of Uniforms. If we'll not find any uniform value, we'll
5675   // not analyze again.  Uniforms.count(VF) will return 1.
5676   Uniforms[VF].clear();
5677
5678   // We now know that the loop is vectorizable!
5679   // Collect instructions inside the loop that will remain uniform after
5680   // vectorization.
5681
5682   // Global values, params and instructions outside of current loop are out of
5683   // scope.
5684   auto isOutOfScope = [&](Value *V) -> bool {
5685     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5686     return (!I || !TheLoop->contains(I));
5687   };
5688
5689   SetVector<Instruction *> Worklist;
5690   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
5691
5692   // Start with the conditional branch. If the branch condition is an
5693   // instruction contained in the loop that is only used by the branch, it is
5694   // uniform.
5695   auto *Cmp = dyn_cast<Instruction>(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
5696   if (Cmp && TheLoop->contains(Cmp) && Cmp->hasOneUse()) {
5697     Worklist.insert(Cmp);
5698     DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *Cmp << "\n");
5699   }
5700
5701   // Holds consecutive and consecutive-like pointers. Consecutive-like pointers
5702   // are pointers that are treated like consecutive pointers during
5703   // vectorization. The pointer operands of interleaved accesses are an
5704   // example.
5705   SmallSetVector<Instruction *, 8> ConsecutiveLikePtrs;
5706
5707   // Holds pointer operands of instructions that are possibly non-uniform.
5708   SmallPtrSet<Instruction *, 8> PossibleNonUniformPtrs;
5709
5710   auto isUniformDecision = [&](Instruction *I, unsigned VF) {
5711     InstWidening WideningDecision = getWideningDecision(I, VF);
5712     assert(WideningDecision != CM_Unknown &&
5713            "Widening decision should be ready at this moment");
5714
5715     return (WideningDecision == CM_Widen ||
5716             WideningDecision == CM_Widen_Reverse ||
5717             WideningDecision == CM_Interleave);
5718   };
5719   // Iterate over the instructions in the loop, and collect all
5720   // consecutive-like pointer operands in ConsecutiveLikePtrs. If it's possible
5721   // that a consecutive-like pointer operand will be scalarized, we collect it
5722   // in PossibleNonUniformPtrs instead. We use two sets here because a single
5723   // getelementptr instruction can be used by both vectorized and scalarized
5724   // memory instructions. For example, if a loop loads and stores from the same
5725   // location, but the store is conditional, the store will be scalarized, and
5726   // the getelementptr won't remain uniform.
5727   for (auto *BB : TheLoop->blocks())
5728     for (auto &I : *BB) {
5729       // If there's no pointer operand, there's nothing to do.
5730       auto *Ptr = dyn_cast_or_null<Instruction>(getPointerOperand(&I));
5731       if (!Ptr)
5732         continue;
5733
5734       // True if all users of Ptr are memory accesses that have Ptr as their
5735       // pointer operand.
5736       auto UsersAreMemAccesses =
5737           llvm::all_of(Ptr->users(), [&](User *U) -> bool {
5738             return getPointerOperand(U) == Ptr;
5739           });
5740
5741       // Ensure the memory instruction will not be scalarized or used by
5742       // gather/scatter, making its pointer operand non-uniform. If the pointer
5743       // operand is used by any instruction other than a memory access, we
5744       // conservatively assume the pointer operand may be non-uniform.
5745       if (!UsersAreMemAccesses || !isUniformDecision(&I, VF))
5746         PossibleNonUniformPtrs.insert(Ptr);
5747
5748       // If the memory instruction will be vectorized and its pointer operand
5749       // is consecutive-like, or interleaving - the pointer operand should
5750       // remain uniform.
5751       else
5752         ConsecutiveLikePtrs.insert(Ptr);
5753     }
5754
5755   // Add to the Worklist all consecutive and consecutive-like pointers that
5756   // aren't also identified as possibly non-uniform.
5757   for (auto *V : ConsecutiveLikePtrs)
5758     if (!PossibleNonUniformPtrs.count(V)) {
5759       DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *V << "\n");
5760       Worklist.insert(V);
5761     }
5762
5763   // Expand Worklist in topological order: whenever a new instruction
5764   // is added , its users should be either already inside Worklist, or
5765   // out of scope. It ensures a uniform instruction will only be used
5766   // by uniform instructions or out of scope instructions.
5767   unsigned idx = 0;
5768   while (idx != Worklist.size()) {
5769     Instruction *I = Worklist[idx++];
5770
5771     for (auto OV : I->operand_values()) {
5772       if (isOutOfScope(OV))
5773         continue;
5774       auto *OI = cast<Instruction>(OV);
5775       if (llvm::all_of(OI->users(), [&](User *U) -> bool {
5776             auto *J = cast<Instruction>(U);
5777             return !TheLoop->contains(J) || Worklist.count(J) ||
5778                    (OI == getPointerOperand(J) && isUniformDecision(J, VF));
5779           })) {
5780         Worklist.insert(OI);
5781         DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *OI << "\n");
5782       }
5783     }
5784   }
5785
5786   // Returns true if Ptr is the pointer operand of a memory access instruction
5787   // I, and I is known to not require scalarization.
5788   auto isVectorizedMemAccessUse = [&](Instruction *I, Value *Ptr) -> bool {
5789     return getPointerOperand(I) == Ptr && isUniformDecision(I, VF);
5790   };
5791
5792   // For an instruction to be added into Worklist above, all its users inside
5793   // the loop should also be in Worklist. However, this condition cannot be
5794   // true for phi nodes that form a cyclic dependence. We must process phi
5795   // nodes separately. An induction variable will remain uniform if all users
5796   // of the induction variable and induction variable update remain uniform.
5797   // The code below handles both pointer and non-pointer induction variables.
5798   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
5799     auto *Ind = Induction.first;
5800     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
5801
5802     // Determine if all users of the induction variable are uniform after
5803     // vectorization.
5804     auto UniformInd = llvm::all_of(Ind->users(), [&](User *U) -> bool {
5805       auto *I = cast<Instruction>(U);
5806       return I == IndUpdate || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I) ||
5807              isVectorizedMemAccessUse(I, Ind);
5808     });
5809     if (!UniformInd)
5810       continue;
5811
5812     // Determine if all users of the induction variable update instruction are
5813     // uniform after vectorization.
5814     auto UniformIndUpdate =
5815         llvm::all_of(IndUpdate->users(), [&](User *U) -> bool {
5816           auto *I = cast<Instruction>(U);
5817           return I == Ind || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I) ||
5818                  isVectorizedMemAccessUse(I, IndUpdate);
5819         });
5820     if (!UniformIndUpdate)
5821       continue;
5822
5823     // The induction variable and its update instruction will remain uniform.
5824     Worklist.insert(Ind);
5825     Worklist.insert(IndUpdate);
5826     DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *Ind << "\n");
5827     DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *IndUpdate << "\n");
5828   }
5829
5830   Uniforms[VF].insert(Worklist.begin(), Worklist.end());
5831 }
5832
5833 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeMemory() {
5834   LAI = &(*GetLAA)(*TheLoop);
5835   InterleaveInfo.setLAI(LAI);
5836   const OptimizationRemarkAnalysis *LAR = LAI->getReport();
5837   if (LAR) {
5838     ORE->emit([&]() {
5839       return OptimizationRemarkAnalysis(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
5840                                         "loop not vectorized: ", *LAR);
5841     });
5842   }
5843   if (!LAI->canVectorizeMemory())
5844     return false;
5845
5846   if (LAI->hasStoreToLoopInvariantAddress()) {
5847     ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeStoreToLoopInvariantAddress")
5848               << "write to a loop invariant address could not be vectorized");
5849     DEBUG(dbgs() << "LV: We don't allow storing to uniform addresses\n");
5850     return false;
5851   }
5852
5853   Requirements->addRuntimePointerChecks(LAI->getNumRuntimePointerChecks());
5854   PSE.addPredicate(LAI->getPSE().getUnionPredicate());
5855
5856   return true;
5857 }
5858
5859 bool LoopVectorizationLegality::isInductionPhi(const Value *V) {
5860   Value *In0 = const_cast<Value *>(V);
5861   PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(In0);
5862   if (!PN)
5863     return false;
5864
5865   return Inductions.count(PN);
5866 }
5867
5868 bool LoopVectorizationLegality::isCastedInductionVariable(const Value *V) {
5869   auto *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
5870   return (Inst && InductionCastsToIgnore.count(Inst));
5871 }
5872
5873 bool LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(const Value *V) {
5874   return isInductionPhi(V) || isCastedInductionVariable(V);
5875 }
5876
5877 bool LoopVectorizationLegality::isFirstOrderRecurrence(const PHINode *Phi) {
5878   return FirstOrderRecurrences.count(Phi);
5879 }
5880
5881 bool LoopVectorizationLegality::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB) {
5882   return LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
5883 }
5884
5885 bool LoopVectorizationLegality::blockCanBePredicated(
5886     BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs) {
5887   const bool IsAnnotatedParallel = TheLoop->isAnnotatedParallel();
5888
5889   for (Instruction &I : *BB) {
5890     // Check that we don't have a constant expression that can trap as operand.
5891     for (Value *Operand : I.operands()) {
5892       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(Operand))
5893         if (C->canTrap())
5894           return false;
5895     }
5896     // We might be able to hoist the load.
5897     if (I.mayReadFromMemory()) {
5898       auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I);
5899       if (!LI)
5900         return false;
5901       if (!SafePtrs.count(LI->getPointerOperand())) {
5902         if (isLegalMaskedLoad(LI->getType(), LI->getPointerOperand()) ||
5903             isLegalMaskedGather(LI->getType())) {
5904           MaskedOp.insert(LI);
5905           continue;
5906         }
5907         // !llvm.mem.parallel_loop_access implies if-conversion safety.
5908         if (IsAnnotatedParallel)
5909           continue;
5910         return false;
5911       }
5912     }
5913
5914     if (I.mayWriteToMemory()) {
5915       auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I);
5916       // We only support predication of stores in basic blocks with one
5917       // predecessor.
5918       if (!SI)
5919         return false;
5920
5921       // Build a masked store if it is legal for the target.
5922       if (isLegalMaskedStore(SI->getValueOperand()->getType(),
5923                              SI->getPointerOperand()) ||
5924           isLegalMaskedScatter(SI->getValueOperand()->getType())) {
5925         MaskedOp.insert(SI);
5926         continue;
5927       }
5928
5929       bool isSafePtr = (SafePtrs.count(SI->getPointerOperand()) != 0);
5930       bool isSinglePredecessor = SI->getParent()->getSinglePredecessor();
5931
5932       if (++NumPredStores > NumberOfStoresToPredicate || !isSafePtr ||
5933           !isSinglePredecessor)
5934         return false;
5935     }
5936     if (I.mayThrow())
5937       return false;
5938   }
5939
5940   return true;
5941 }
5942
5943 void InterleavedAccessInfo::collectConstStrideAccesses(
5944     MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &AccessStrideInfo,
5945     const ValueToValueMap &Strides) {
5946   auto &DL = TheLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
5947
5948   // Since it's desired that the load/store instructions be maintained in
5949   // "program order" for the interleaved access analysis, we have to visit the
5950   // blocks in the loop in reverse postorder (i.e., in a topological order).
5951   // Such an ordering will ensure that any load/store that may be executed
5952   // before a second load/store will precede the second load/store in
5953   // AccessStrideInfo.
5954   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
5955   DFS.perform(LI);
5956   for (BasicBlock *BB : make_range(DFS.beginRPO(), DFS.endRPO()))
5957     for (auto &I : *BB) {
5958       auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I);
5959       auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I);
5960       if (!LI && !SI)
5961         continue;
5962
5963       Value *Ptr = getPointerOperand(&I);
5964       // We don't check wrapping here because we don't know yet if Ptr will be
5965       // part of a full group or a group with gaps. Checking wrapping for all
5966       // pointers (even those that end up in groups with no gaps) will be overly
5967       // conservative. For full groups, wrapping should be ok since if we would
5968       // wrap around the address space we would do a memory access at nullptr
5969       // even without the transformation. The wrapping checks are therefore
5970       // deferred until after we've formed the interleaved groups.
5971       int64_t Stride = getPtrStride(PSE, Ptr, TheLoop, Strides,
5972                                     /*Assume=*/true, /*ShouldCheckWrap=*/false);
5973
5974       const SCEV *Scev = replaceSymbolicStrideSCEV(PSE, Strides, Ptr);
5975       PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(Ptr->getType());
5976       uint64_t Size = DL.getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
5977
5978       // An alignment of 0 means target ABI alignment.
5979       unsigned Align = getMemInstAlignment(&I);
5980       if (!Align)
5981         Align = DL.getABITypeAlignment(PtrTy->getElementType());
5982
5983       AccessStrideInfo[&I] = StrideDescriptor(Stride, Scev, Size, Align);
5984     }
5985 }
5986
5987 // Analyze interleaved accesses and collect them into interleaved load and
5988 // store groups.
5989 //
5990 // When generating code for an interleaved load group, we effectively hoist all
5991 // loads in the group to the location of the first load in program order. When
5992 // generating code for an interleaved store group, we sink all stores to the
5993 // location of the last store. This code motion can change the order of load
5994 // and store instructions and may break dependences.
5995 //
5996 // The code generation strategy mentioned above ensures that we won't violate
5997 // any write-after-read (WAR) dependences.
5998 //
5999 // E.g., for the WAR dependence:  a = A[i];      // (1)
6000 //                                A[i] = b;      // (2)
6001 //
6002 // The store group of (2) is always inserted at or below (2), and the load
6003 // group of (1) is always inserted at or above (1). Thus, the instructions will
6004 // never be reordered. All other dependences are checked to ensure the
6005 // correctness of the instruction reordering.
6006 //
6007 // The algorithm visits all memory accesses in the loop in bottom-up program
6008 // order. Program order is established by traversing the blocks in the loop in
6009 // reverse postorder when collecting the accesses.
6010 //
6011 // We visit the memory accesses in bottom-up order because it can simplify the
6012 // construction of store groups in the presence of write-after-write (WAW)
6013 // dependences.
6014 //
6015 // E.g., for the WAW dependence:  A[i] = a;      // (1)
6016 //                                A[i] = b;      // (2)
6017 //                                A[i + 1] = c;  // (3)
6018 //
6019 // We will first create a store group with (3) and (2). (1) can't be added to
6020 // this group because it and (2) are dependent. However, (1) can be grouped
6021 // with other accesses that may precede it in program order. Note that a
6022 // bottom-up order does not imply that WAW dependences should not be checked.
6023 void InterleavedAccessInfo::analyzeInterleaving(
6024     const ValueToValueMap &Strides) {
6025   DEBUG(dbgs() << "LV: Analyzing interleaved accesses...\n");
6026
6027   // Holds all accesses with a constant stride.
6028   MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> AccessStrideInfo;
6029   collectConstStrideAccesses(AccessStrideInfo, Strides);
6030
6031   if (AccessStrideInfo.empty())
6032     return;
6033
6034   // Collect the dependences in the loop.
6035   collectDependences();
6036
6037   // Holds all interleaved store groups temporarily.
6038   SmallSetVector<InterleaveGroup *, 4> StoreGroups;
6039   // Holds all interleaved load groups temporarily.
6040   SmallSetVector<InterleaveGroup *, 4> LoadGroups;
6041
6042   // Search in bottom-up program order for pairs of accesses (A and B) that can
6043   // form interleaved load or store groups. In the algorithm below, access A
6044   // precedes access B in program order. We initialize a group for B in the
6045   // outer loop of the algorithm, and then in the inner loop, we attempt to
6046   // insert each A into B's group if:
6047   //
6048   //  1. A and B have the same stride,
6049   //  2. A and B have the same memory object size, and
6050   //  3. A belongs in B's group according to its distance from B.
6051   //
6052   // Special care is taken to ensure group formation will not break any
6053   // dependences.
6054   for (auto BI = AccessStrideInfo.rbegin(), E = AccessStrideInfo.rend();
6055        BI != E; ++BI) {
6056     Instruction *B = BI->first;
6057     StrideDescriptor DesB = BI->second;
6058
6059     // Initialize a group for B if it has an allowable stride. Even if we don't
6060     // create a group for B, we continue with the bottom-up algorithm to ensure
6061     // we don't break any of B's dependences.
6062     InterleaveGroup *Group = nullptr;
6063     if (isStrided(DesB.Stride)) {
6064       Group = getInterleaveGroup(B);
6065       if (!Group) {
6066         DEBUG(dbgs() << "LV: Creating an interleave group with:" << *B << '\n');
6067         Group = createInterleaveGroup(B, DesB.Stride, DesB.Align);
6068       }
6069       if (B->mayWriteToMemory())
6070         StoreGroups.insert(Group);
6071       else
6072         LoadGroups.insert(Group);
6073     }
6074
6075     for (auto AI = std::next(BI); AI != E; ++AI) {
6076       Instruction *A = AI->first;
6077       StrideDescriptor DesA = AI->second;
6078
6079       // Our code motion strategy implies that we can't have dependences
6080       // between accesses in an interleaved group and other accesses located
6081       // between the first and last member of the group. Note that this also
6082       // means that a group can't have more than one member at a given offset.
6083       // The accesses in a group can have dependences with other accesses, but
6084       // we must ensure we don't extend the boundaries of the group such that
6085       // we encompass those dependent accesses.
6086       //
6087       // For example, assume we have the sequence of accesses shown below in a
6088       // stride-2 loop:
6089       //
6090       //  (1, 2) is a group | A[i]   = a;  // (1)
6091       //                    | A[i-1] = b;  // (2) |
6092       //                      A[i-3] = c;  // (3)
6093       //                      A[i]   = d;  // (4) | (2, 4) is not a group
6094       //
6095       // Because accesses (2) and (3) are dependent, we can group (2) with (1)
6096       // but not with (4). If we did, the dependent access (3) would be within
6097       // the boundaries of the (2, 4) group.
6098       if (!canReorderMemAccessesForInterleavedGroups(&*AI, &*BI)) {
6099         // If a dependence exists and A is already in a group, we know that A
6100         // must be a store since A precedes B and WAR dependences are allowed.
6101         // Thus, A would be sunk below B. We release A's group to prevent this
6102         // illegal code motion. A will then be free to form another group with
6103         // instructions that precede it.
6104         if (isInterleaved(A)) {
6105           InterleaveGroup *StoreGroup = getInterleaveGroup(A);
6106           StoreGroups.remove(StoreGroup);
6107           releaseGroup(StoreGroup);
6108         }
6109
6110         // If a dependence exists and A is not already in a group (or it was
6111         // and we just released it), B might be hoisted above A (if B is a
6112         // load) or another store might be sunk below A (if B is a store). In
6113         // either case, we can't add additional instructions to B's group. B
6114         // will only form a group with instructions that it precedes.
6115         break;
6116       }
6117
6118       // At this point, we've checked for illegal code motion. If either A or B
6119       // isn't strided, there's nothing left to do.
6120       if (!isStrided(DesA.Stride) || !isStrided(DesB.Stride))
6121         continue;
6122
6123       // Ignore A if it's already in a group or isn't the same kind of memory
6124       // operation as B.
6125       if (isInterleaved(A) || A->mayReadFromMemory() != B->mayReadFromMemory())
6126         continue;
6127
6128       // Check rules 1 and 2. Ignore A if its stride or size is different from
6129       // that of B.
6130       if (DesA.Stride != DesB.Stride || DesA.Size != DesB.Size)
6131         continue;
6132
6133       // Ignore A if the memory object of A and B don't belong to the same
6134       // address space
6135       if (getMemInstAddressSpace(A) != getMemInstAddressSpace(B))
6136         continue;
6137
6138       // Calculate the distance from A to B.
6139       const SCEVConstant *DistToB = dyn_cast<SCEVConstant>(
6140           PSE.getSE()->getMinusSCEV(DesA.Scev, DesB.Scev));
6141       if (!DistToB)
6142         continue;
6143       int64_t DistanceToB = DistToB->getAPInt().getSExtValue();
6144
6145       // Check rule 3. Ignore A if its distance to B is not a multiple of the
6146       // size.
6147       if (DistanceToB % static_cast<int64_t>(DesB.Size))
6148         continue;
6149
6150       // Ignore A if either A or B is in a predicated block. Although we
6151       // currently prevent group formation for predicated accesses, we may be
6152       // able to relax this limitation in the future once we handle more
6153       // complicated blocks.
6154       if (isPredicated(A->getParent()) || isPredicated(B->getParent()))
6155         continue;
6156
6157       // The index of A is the index of B plus A's distance to B in multiples
6158       // of the size.
6159       int IndexA =
6160           Group->getIndex(B) + DistanceToB / static_cast<int64_t>(DesB.Size);
6161
6162       // Try to insert A into B's group.
6163       if (Group->insertMember(A, IndexA, DesA.Align)) {
6164         DEBUG(dbgs() << "LV: Inserted:" << *A << '\n'
6165                      << "    into the interleave group with" << *B << '\n');
6166         InterleaveGroupMap[A] = Group;
6167
6168         // Set the first load in program order as the insert position.
6169         if (A->mayReadFromMemory())
6170           Group->setInsertPos(A);
6171       }
6172     } // Iteration over A accesses.
6173   } // Iteration over B accesses.
6174
6175   // Remove interleaved store groups with gaps.
6176   for (InterleaveGroup *Group : StoreGroups)
6177     if (Group->getNumMembers() != Group->getFactor()) {
6178       DEBUG(dbgs() << "LV: Invalidate candidate interleaved store group due "
6179                       "to gaps.\n");
6180       releaseGroup(Group);
6181     }
6182   // Remove interleaved groups with gaps (currently only loads) whose memory
6183   // accesses may wrap around. We have to revisit the getPtrStride analysis,
6184   // this time with ShouldCheckWrap=true, since collectConstStrideAccesses does
6185   // not check wrapping (see documentation there).
6186   // FORNOW we use Assume=false;
6187   // TODO: Change to Assume=true but making sure we don't exceed the threshold
6188   // of runtime SCEV assumptions checks (thereby potentially failing to
6189   // vectorize altogether).
6190   // Additional optional optimizations:
6191   // TODO: If we are peeling the loop and we know that the first pointer doesn't
6192   // wrap then we can deduce that all pointers in the group don't wrap.
6193   // This means that we can forcefully peel the loop in order to only have to
6194   // check the first pointer for no-wrap. When we'll change to use Assume=true
6195   // we'll only need at most one runtime check per interleaved group.
6196   for (InterleaveGroup *Group : LoadGroups) {
6197     // Case 1: A full group. Can Skip the checks; For full groups, if the wide
6198     // load would wrap around the address space we would do a memory access at
6199     // nullptr even without the transformation.
6200     if (Group->getNumMembers() == Group->getFactor())
6201       continue;
6202
6203     // Case 2: If first and last members of the group don't wrap this implies
6204     // that all the pointers in the group don't wrap.
6205     // So we check only group member 0 (which is always guaranteed to exist),
6206     // and group member Factor - 1; If the latter doesn't exist we rely on
6207     // peeling (if it is a non-reveresed accsess -- see Case 3).
6208     Value *FirstMemberPtr = getPointerOperand(Group->getMember(0));
6209     if (!getPtrStride(PSE, FirstMemberPtr, TheLoop, Strides, /*Assume=*/false,
6210                       /*ShouldCheckWrap=*/true)) {
6211       DEBUG(dbgs() << "LV: Invalidate candidate interleaved group due to "
6212                       "first group member potentially pointer-wrapping.\n");
6213       releaseGroup(Group);
6214       continue;
6215     }
6216     Instruction *LastMember = Group->getMember(Group->getFactor() - 1);
6217     if (LastMember) {
6218       Value *LastMemberPtr = getPointerOperand(LastMember);
6219       if (!getPtrStride(PSE, LastMemberPtr, TheLoop, Strides, /*Assume=*/false,
6220                         /*ShouldCheckWrap=*/true)) {
6221         DEBUG(dbgs() << "LV: Invalidate candidate interleaved group due to "
6222                         "last group member potentially pointer-wrapping.\n");
6223         releaseGroup(Group);
6224       }
6225     } else {
6226       // Case 3: A non-reversed interleaved load group with gaps: We need
6227       // to execute at least one scalar epilogue iteration. This will ensure
6228       // we don't speculatively access memory out-of-bounds. We only need
6229       // to look for a member at index factor - 1, since every group must have
6230       // a member at index zero.
6231       if (Group->isReverse()) {
6232         DEBUG(dbgs() << "LV: Invalidate candidate interleaved group due to "
6233                         "a reverse access with gaps.\n");
6234         releaseGroup(Group);
6235         continue;
6236       }
6237       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaved group requires epilogue iteration.\n");
6238       RequiresScalarEpilogue = true;
6239     }
6240   }
6241 }
6242
6243 Optional<unsigned> LoopVectorizationCostModel::computeMaxVF(bool OptForSize) {
6244   if (!EnableCondStoresVectorization && Legal->getNumPredStores()) {
6245     ORE->emit(createMissedAnalysis("ConditionalStore")
6246               << "store that is conditionally executed prevents vectorization");
6247     DEBUG(dbgs() << "LV: No vectorization. There are conditional stores.\n");
6248     return None;
6249   }
6250
6251   if (Legal->getRuntimePointerChecking()->Need && TTI.hasBranchDivergence()) {
6252     // TODO: It may by useful to do since it's still likely to be dynamically
6253     // uniform if the target can skip.
6254     DEBUG(dbgs() << "LV: Not inserting runtime ptr check for divergent target");
6255
6256     ORE->emit(
6257       createMissedAnalysis("CantVersionLoopWithDivergentTarget")
6258       << "runtime pointer checks needed. Not enabled for divergent target");
6259
6260     return None;
6261   }
6262
6263   unsigned TC = PSE.getSE()->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
6264   if (!OptForSize) // Remaining checks deal with scalar loop when OptForSize.
6265     return computeFeasibleMaxVF(OptForSize, TC);
6266
6267   if (Legal->getRuntimePointerChecking()->Need) {
6268     ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVersionLoopWithOptForSize")
6269               << "runtime pointer checks needed. Enable vectorization of this "
6270                  "loop with '#pragma clang loop vectorize(enable)' when "
6271                  "compiling with -Os/-Oz");
6272     DEBUG(dbgs()
6273           << "LV: Aborting. Runtime ptr check is required with -Os/-Oz.\n");
6274     return None;
6275   }
6276
6277   // If we optimize the program for size, avoid creating the tail loop.
6278   DEBUG(dbgs() << "LV: Found trip count: " << TC << '\n');
6279
6280   // If we don't know the precise trip count, don't try to vectorize.
6281   if (TC < 2) {
6282     ORE->emit(
6283         createMissedAnalysis("UnknownLoopCountComplexCFG")
6284         << "unable to calculate the loop count due to complex control flow");
6285     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required with -Os/-Oz.\n");
6286     return None;
6287   }
6288
6289   unsigned MaxVF = computeFeasibleMaxVF(OptForSize, TC);
6290
6291   if (TC % MaxVF != 0) {
6292     // If the trip count that we found modulo the vectorization factor is not
6293     // zero then we require a tail.
6294     // FIXME: look for a smaller MaxVF that does divide TC rather than give up.
6295     // FIXME: return None if loop requiresScalarEpilog(<MaxVF>), or look for a
6296     //        smaller MaxVF that does not require a scalar epilog.
6297
6298     ORE->emit(createMissedAnalysis("NoTailLoopWithOptForSize")
6299               << "cannot optimize for size and vectorize at the "
6300                  "same time. Enable vectorization of this loop "
6301                  "with '#pragma clang loop vectorize(enable)' "
6302                  "when compiling with -Os/-Oz");
6303     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required with -Os/-Oz.\n");
6304     return None;
6305   }
6306
6307   return MaxVF;
6308 }
6309
6310 unsigned
6311 LoopVectorizationCostModel::computeFeasibleMaxVF(bool OptForSize,
6312                                                  unsigned ConstTripCount) {
6313   MinBWs = computeMinimumValueSizes(TheLoop->getBlocks(), *DB, &TTI);
6314   unsigned SmallestType, WidestType;
6315   std::tie(SmallestType, WidestType) = getSmallestAndWidestTypes();
6316   unsigned WidestRegister = TTI.getRegisterBitWidth(true);
6317
6318   // Get the maximum safe dependence distance in bits computed by LAA.
6319   // It is computed by MaxVF * sizeOf(type) * 8, where type is taken from
6320   // the memory accesses that is most restrictive (involved in the smallest
6321   // dependence distance).
6322   unsigned MaxSafeRegisterWidth = Legal->getMaxSafeRegisterWidth();
6323
6324   WidestRegister = std::min(WidestRegister, MaxSafeRegisterWidth);
6325
6326   unsigned MaxVectorSize = WidestRegister / WidestType;
6327
6328   DEBUG(dbgs() << "LV: The Smallest and Widest types: " << SmallestType << " / "
6329                << WidestType << " bits.\n");
6330   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest register safe to use is: " << WidestRegister
6331                << " bits.\n");
6332
6333   assert(MaxVectorSize <= 64 && "Did not expect to pack so many elements"
6334                                 " into one vector!");
6335   if (MaxVectorSize == 0) {
6336     DEBUG(dbgs() << "LV: The target has no vector registers.\n");
6337     MaxVectorSize = 1;
6338     return MaxVectorSize;
6339   } else if (ConstTripCount && ConstTripCount < MaxVectorSize &&
6340              isPowerOf2_32(ConstTripCount)) {
6341     // We need to clamp the VF to be the ConstTripCount. There is no point in
6342     // choosing a higher viable VF as done in the loop below.
6343     DEBUG(dbgs() << "LV: Clamping the MaxVF to the constant trip count: "
6344                  << ConstTripCount << "\n");
6345     MaxVectorSize = ConstTripCount;
6346     return MaxVectorSize;
6347   }
6348
6349   unsigned MaxVF = MaxVectorSize;
6350   if (MaximizeBandwidth && !OptForSize) {
6351     // Collect all viable vectorization factors larger than the default MaxVF
6352     // (i.e. MaxVectorSize).
6353     SmallVector<unsigned, 8> VFs;
6354     unsigned NewMaxVectorSize = WidestRegister / SmallestType;
6355     for (unsigned VS = MaxVectorSize * 2; VS <= NewMaxVectorSize; VS *= 2)
6356       VFs.push_back(VS);
6357
6358     // For each VF calculate its register usage.
6359     auto RUs = calculateRegisterUsage(VFs);
6360
6361     // Select the largest VF which doesn't require more registers than existing
6362     // ones.
6363     unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(true);
6364     for (int i = RUs.size() - 1; i >= 0; --i) {
6365       if (RUs[i].MaxLocalUsers <= TargetNumRegisters) {
6366         MaxVF = VFs[i];
6367         break;
6368       }
6369     }
6370   }
6371   return MaxVF;
6372 }
6373
6374 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
6375 LoopVectorizationCostModel::selectVectorizationFactor(unsigned MaxVF) {
6376   float Cost = expectedCost(1).first;
6377 #ifndef NDEBUG
6378   const float ScalarCost = Cost;
6379 #endif /* NDEBUG */
6380   unsigned Width = 1;
6381   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalar loop costs: " << (int)ScalarCost << ".\n");
6382
6383   bool ForceVectorization = Hints->getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled;
6384   // Ignore scalar width, because the user explicitly wants vectorization.
6385   if (ForceVectorization && MaxVF > 1) {
6386     Width = 2;
6387     Cost = expectedCost(Width).first / (float)Width;
6388   }
6389
6390   for (unsigned i = 2; i <= MaxVF; i *= 2) {
6391     // Notice that the vector loop needs to be executed less times, so
6392     // we need to divide the cost of the vector loops by the width of
6393     // the vector elements.
6394     VectorizationCostTy C = expectedCost(i);
6395     float VectorCost = C.first / (float)i;
6396     DEBUG(dbgs() << "LV: Vector loop of width " << i
6397                  << " costs: " << (int)VectorCost << ".\n");
6398     if (!C.second && !ForceVectorization) {
6399       DEBUG(
6400           dbgs() << "LV: Not considering vector loop of width " << i
6401                  << " because it will not generate any vector instructions.\n");
6402       continue;
6403     }
6404     if (VectorCost < Cost) {
6405       Cost = VectorCost;
6406       Width = i;
6407     }
6408   }
6409
6410   DEBUG(if (ForceVectorization && Width > 1 && Cost >= ScalarCost) dbgs()
6411         << "LV: Vectorization seems to be not beneficial, "
6412         << "but was forced by a user.\n");
6413   DEBUG(dbgs() << "LV: Selecting VF: " << Width << ".\n");
6414   VectorizationFactor Factor = {Width, (unsigned)(Width * Cost)};
6415   return Factor;
6416 }
6417
6418 std::pair<unsigned, unsigned>
6419 LoopVectorizationCostModel::getSmallestAndWidestTypes() {
6420   unsigned MinWidth = -1U;
6421   unsigned MaxWidth = 8;
6422   const DataLayout &DL = TheFunction->getParent()->getDataLayout();
6423
6424   // For each block.
6425   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
6426     // For each instruction in the loop.
6427     for (Instruction &I : *BB) {
6428       Type *T = I.getType();
6429
6430       // Skip ignored values.
6431       if (ValuesToIgnore.count(&I))
6432         continue;
6433
6434       // Only examine Loads, Stores and PHINodes.
6435       if (!isa<LoadInst>(I) && !isa<StoreInst>(I) && !isa<PHINode>(I))
6436         continue;
6437
6438       // Examine PHI nodes that are reduction variables. Update the type to
6439       // account for the recurrence type.
6440       if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
6441         if (!Legal->isReductionVariable(PN))
6442           continue;
6443         RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[PN];
6444         T = RdxDesc.getRecurrenceType();
6445       }
6446
6447       // Examine the stored values.
6448       if (auto *ST = dyn_cast<StoreInst>(&I))
6449         T = ST->getValueOperand()->getType();
6450
6451       // Ignore loaded pointer types and stored pointer types that are not
6452       // vectorizable.
6453       //
6454       // FIXME: The check here attempts to predict whether a load or store will
6455       //        be vectorized. We only know this for certain after a VF has
6456       //        been selected. Here, we assume that if an access can be
6457       //        vectorized, it will be. We should also look at extending this
6458       //        optimization to non-pointer types.
6459       //
6460       if (T->isPointerTy() && !isConsecutiveLoadOrStore(&I) &&
6461           !Legal->isAccessInterleaved(&I) && !Legal->isLegalGatherOrScatter(&I))
6462         continue;
6463
6464       MinWidth = std::min(MinWidth,
6465                           (unsigned)DL.getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
6466       MaxWidth = std::max(MaxWidth,
6467                           (unsigned)DL.getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
6468     }
6469   }
6470
6471   return {MinWidth, MaxWidth};
6472 }
6473
6474 unsigned LoopVectorizationCostModel::selectInterleaveCount(bool OptForSize,
6475                                                            unsigned VF,
6476                                                            unsigned LoopCost) {
6477   // -- The interleave heuristics --
6478   // We interleave the loop in order to expose ILP and reduce the loop overhead.
6479   // There are many micro-architectural considerations that we can't predict
6480   // at this level. For example, frontend pressure (on decode or fetch) due to
6481   // code size, or the number and capabilities of the execution ports.
6482   //
6483   // We use the following heuristics to select the interleave count:
6484   // 1. If the code has reductions, then we interleave to break the cross
6485   // iteration dependency.
6486   // 2. If the loop is really small, then we interleave to reduce the loop
6487   // overhead.
6488   // 3. We don't interleave if we think that we will spill registers to memory
6489   // due to the increased register pressure.
6490
6491   // When we optimize for size, we don't interleave.
6492   if (OptForSize)
6493     return 1;
6494
6495   // We used the distance for the interleave count.
6496   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
6497     return 1;
6498
6499   // Do not interleave loops with a relatively small trip count.
6500   unsigned TC = PSE.getSE()->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
6501   if (TC > 1 && TC < TinyTripCountInterleaveThreshold)
6502     return 1;
6503
6504   unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(VF > 1);
6505   DEBUG(dbgs() << "LV: The target has " << TargetNumRegisters
6506                << " registers\n");
6507
6508   if (VF == 1) {
6509     if (ForceTargetNumScalarRegs.getNumOccurrences() > 0)
6510       TargetNumRegisters = ForceTargetNumScalarRegs;
6511   } else {
6512     if (ForceTargetNumVectorRegs.getNumOccurrences() > 0)
6513       TargetNumRegisters = ForceTargetNumVectorRegs;
6514   }
6515
6516   RegisterUsage R = calculateRegisterUsage({VF})[0];
6517   // We divide by these constants so assume that we have at least one
6518   // instruction that uses at least one register.
6519   R.MaxLocalUsers = std::max(R.MaxLocalUsers, 1U);
6520   R.NumInstructions = std::max(R.NumInstructions, 1U);
6521
6522   // We calculate the interleave count using the following formula.
6523   // Subtract the number of loop invariants from the number of available
6524   // registers. These registers are used by all of the interleaved instances.
6525   // Next, divide the remaining registers by the number of registers that is
6526   // required by the loop, in order to estimate how many parallel instances
6527   // fit without causing spills. All of this is rounded down if necessary to be
6528   // a power of two. We want power of two interleave count to simplify any
6529   // addressing operations or alignment considerations.
6530   unsigned IC = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs) /
6531                               R.MaxLocalUsers);
6532
6533   // Don't count the induction variable as interleaved.
6534   if (EnableIndVarRegisterHeur)
6535     IC = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs - 1) /
6536                        std::max(1U, (R.MaxLocalUsers - 1)));
6537
6538   // Clamp the interleave ranges to reasonable counts.
6539   unsigned MaxInterleaveCount = TTI.getMaxInterleaveFactor(VF);
6540
6541   // Check if the user has overridden the max.
6542   if (VF == 1) {
6543     if (ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
6544       MaxInterleaveCount = ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor;
6545   } else {
6546     if (ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
6547       MaxInterleaveCount = ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor;
6548   }
6549
6550   // If we did not calculate the cost for VF (because the user selected the VF)
6551   // then we calculate the cost of VF here.
6552   if (LoopCost == 0)
6553     LoopCost = expectedCost(VF).first;
6554
6555   // Clamp the calculated IC to be between the 1 and the max interleave count
6556   // that the target allows.
6557   if (IC > MaxInterleaveCount)
6558     IC = MaxInterleaveCount;
6559   else if (IC < 1)
6560     IC = 1;
6561
6562   // Interleave if we vectorized this loop and there is a reduction that could
6563   // benefit from interleaving.
6564   if (VF > 1 && !Legal->getReductionVars()->empty()) {
6565     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving because of reductions.\n");
6566     return IC;
6567   }
6568
6569   // Note that if we've already vectorized the loop we will have done the
6570   // runtime check and so interleaving won't require further checks.
6571   bool InterleavingRequiresRuntimePointerCheck =
6572       (VF == 1 && Legal->getRuntimePointerChecking()->Need);
6573
6574   // We want to interleave small loops in order to reduce the loop overhead and
6575   // potentially expose ILP opportunities.
6576   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop cost is " << LoopCost << '\n');
6577   if (!InterleavingRequiresRuntimePointerCheck && LoopCost < SmallLoopCost) {
6578     // We assume that the cost overhead is 1 and we use the cost model
6579     // to estimate the cost of the loop and interleave until the cost of the
6580     // loop overhead is about 5% of the cost of the loop.
6581     unsigned SmallIC =
6582         std::min(IC, (unsigned)PowerOf2Floor(SmallLoopCost / LoopCost));
6583
6584     // Interleave until store/load ports (estimated by max interleave count) are
6585     // saturated.
6586     unsigned NumStores = Legal->getNumStores();
6587     unsigned NumLoads = Legal->getNumLoads();
6588     unsigned StoresIC = IC / (NumStores ? NumStores : 1);
6589     unsigned LoadsIC = IC / (NumLoads ? NumLoads : 1);
6590
6591     // If we have a scalar reduction (vector reductions are already dealt with
6592     // by this point), we can increase the critical path length if the loop
6593     // we're interleaving is inside another loop. Limit, by default to 2, so the
6594     // critical path only gets increased by one reduction operation.
6595     if (!Legal->getReductionVars()->empty() && TheLoop->getLoopDepth() > 1) {
6596       unsigned F = static_cast<unsigned>(MaxNestedScalarReductionIC);
6597       SmallIC = std::min(SmallIC, F);
6598       StoresIC = std::min(StoresIC, F);
6599       LoadsIC = std::min(LoadsIC, F);
6600     }
6601
6602     if (EnableLoadStoreRuntimeInterleave &&
6603         std::max(StoresIC, LoadsIC) > SmallIC) {
6604       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to saturate store or load ports.\n");
6605       return std::max(StoresIC, LoadsIC);
6606     }
6607
6608     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to reduce branch cost.\n");
6609     return SmallIC;
6610   }
6611
6612   // Interleave if this is a large loop (small loops are already dealt with by
6613   // this point) that could benefit from interleaving.
6614   bool HasReductions = !Legal->getReductionVars()->empty();
6615   if (TTI.enableAggressiveInterleaving(HasReductions)) {
6616     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to expose ILP.\n");
6617     return IC;
6618   }
6619
6620   DEBUG(dbgs() << "LV: Not Interleaving.\n");
6621   return 1;
6622 }
6623
6624 SmallVector<LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage, 8>
6625 LoopVectorizationCostModel::calculateRegisterUsage(ArrayRef<unsigned> VFs) {
6626   // This function calculates the register usage by measuring the highest number
6627   // of values that are alive at a single location. Obviously, this is a very
6628   // rough estimation. We scan the loop in a topological order in order and
6629   // assign a number to each instruction. We use RPO to ensure that defs are
6630   // met before their users. We assume that each instruction that has in-loop
6631   // users starts an interval. We record every time that an in-loop value is
6632   // used, so we have a list of the first and last occurrences of each
6633   // instruction. Next, we transpose this data structure into a multi map that
6634   // holds the list of intervals that *end* at a specific location. This multi
6635   // map allows us to perform a linear search. We scan the instructions linearly
6636   // and record each time that a new interval starts, by placing it in a set.
6637   // If we find this value in the multi-map then we remove it from the set.
6638   // The max register usage is the maximum size of the set.
6639   // We also search for instructions that are defined outside the loop, but are
6640   // used inside the loop. We need this number separately from the max-interval
6641   // usage number because when we unroll, loop-invariant values do not take
6642   // more register.
6643   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
6644   DFS.perform(LI);
6645
6646   RegisterUsage RU;
6647   RU.NumInstructions = 0;
6648
6649   // Each 'key' in the map opens a new interval. The values
6650   // of the map are the index of the 'last seen' usage of the
6651   // instruction that is the key.
6652   using IntervalMap = DenseMap<Instruction *, unsigned>;
6653
6654   // Maps instruction to its index.
6655   DenseMap<unsigned, Instruction *> IdxToInstr;
6656   // Marks the end of each interval.
6657   IntervalMap EndPoint;
6658   // Saves the list of instruction indices that are used in the loop.
6659   SmallSet<Instruction *, 8> Ends;
6660   // Saves the list of values that are used in the loop but are
6661   // defined outside the loop, such as arguments and constants.
6662   SmallPtrSet<Value *, 8> LoopInvariants;
6663
6664   unsigned Index = 0;
6665   for (BasicBlock *BB : make_range(DFS.beginRPO(), DFS.endRPO())) {
6666     RU.NumInstructions += BB->size();
6667     for (Instruction &I : *BB) {
6668       IdxToInstr[Index++] = &I;
6669
6670       // Save the end location of each USE.
6671       for (Value *U : I.operands()) {
6672         auto *Instr = dyn_cast<Instruction>(U);
6673
6674         // Ignore non-instruction values such as arguments, constants, etc.
6675         if (!Instr)
6676           continue;
6677
6678         // If this instruction is outside the loop then record it and continue.
6679         if (!TheLoop->contains(Instr)) {
6680           LoopInvariants.insert(Instr);
6681           continue;
6682         }
6683
6684         // Overwrite previous end points.
6685         EndPoint[Instr] = Index;
6686         Ends.insert(Instr);
6687       }
6688     }
6689   }
6690
6691   // Saves the list of intervals that end with the index in 'key'.
6692   using InstrList = SmallVector<Instruction *, 2>;
6693   DenseMap<unsigned, InstrList> TransposeEnds;
6694
6695   // Transpose the EndPoints to a list of values that end at each index.
6696   for (auto &Interval : EndPoint)
6697     TransposeEnds[Interval.second].push_back(Interval.first);
6698
6699   SmallSet<Instruction *, 8> OpenIntervals;
6700
6701   // Get the size of the widest register.
6702   unsigned MaxSafeDepDist = -1U;
6703   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
6704     MaxSafeDepDist = Legal->getMaxSafeDepDistBytes() * 8;
6705   unsigned WidestRegister =
6706       std::min(TTI.getRegisterBitWidth(true), MaxSafeDepDist);
6707   const DataLayout &DL = TheFunction->getParent()->getDataLayout();
6708
6709   SmallVector<RegisterUsage, 8> RUs(VFs.size());
6710   SmallVector<unsigned, 8> MaxUsages(VFs.size(), 0);
6711
6712   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Calculating max register usage:\n");
6713
6714   // A lambda that gets the register usage for the given type and VF.
6715   auto GetRegUsage = [&DL, WidestRegister](Type *Ty, unsigned VF) {
6716     if (Ty->isTokenTy())
6717       return 0U;
6718     unsigned TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
6719     return std::max<unsigned>(1, VF * TypeSize / WidestRegister);
6720   };
6721
6722   for (unsigned int i = 0; i < Index; ++i) {
6723     Instruction *I = IdxToInstr[i];
6724
6725     // Remove all of the instructions that end at this location.
6726     InstrList &List = TransposeEnds[i];
6727     for (Instruction *ToRemove : List)
6728       OpenIntervals.erase(ToRemove);
6729
6730     // Ignore instructions that are never used within the loop.
6731     if (!Ends.count(I))
6732       continue;
6733
6734     // Skip ignored values.
6735     if (ValuesToIgnore.count(I))
6736       continue;
6737
6738     // For each VF find the maximum usage of registers.
6739     for (unsigned j = 0, e = VFs.size(); j < e; ++j) {
6740       if (VFs[j] == 1) {
6741         MaxUsages[j] = std::max(MaxUsages[j], OpenIntervals.size());
6742         continue;
6743       }
6744       collectUniformsAndScalars(VFs[j]);
6745       // Count the number of live intervals.
6746       unsigned RegUsage = 0;
6747       for (auto Inst : OpenIntervals) {
6748         // Skip ignored values for VF > 1.
6749         if (VecValuesToIgnore.count(Inst) ||
6750             isScalarAfterVectorization(Inst, VFs[j]))
6751           continue;
6752         RegUsage += GetRegUsage(Inst->getType(), VFs[j]);
6753       }
6754       MaxUsages[j] = std::max(MaxUsages[j], RegUsage);
6755     }
6756
6757     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): At #" << i << " Interval # "
6758                  << OpenIntervals.size() << '\n');
6759
6760     // Add the current instruction to the list of open intervals.
6761     OpenIntervals.insert(I);
6762   }
6763
6764   for (unsigned i = 0, e = VFs.size(); i < e; ++i) {
6765     unsigned Invariant = 0;
6766     if (VFs[i] == 1)
6767       Invariant = LoopInvariants.size();
6768     else {
6769       for (auto Inst : LoopInvariants)
6770         Invariant += GetRegUsage(Inst->getType(), VFs[i]);
6771     }
6772
6773     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): VF = " << VFs[i] << '\n');
6774     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found max usage: " << MaxUsages[i] << '\n');
6775     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found invariant usage: " << Invariant << '\n');
6776     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): LoopSize: " << RU.NumInstructions << '\n');
6777
6778     RU.LoopInvariantRegs = Invariant;
6779     RU.MaxLocalUsers = MaxUsages[i];
6780     RUs[i] = RU;
6781   }
6782
6783   return RUs;
6784 }
6785
6786 void LoopVectorizationCostModel::collectInstsToScalarize(unsigned VF) {
6787   // If we aren't vectorizing the loop, or if we've already collected the
6788   // instructions to scalarize, there's nothing to do. Collection may already
6789   // have occurred if we have a user-selected VF and are now computing the
6790   // expected cost for interleaving.
6791   if (VF < 2 || InstsToScalarize.count(VF))
6792     return;
6793
6794   // Initialize a mapping for VF in InstsToScalalarize. If we find that it's
6795   // not profitable to scalarize any instructions, the presence of VF in the
6796   // map will indicate that we've analyzed it already.
6797   ScalarCostsTy &ScalarCostsVF = InstsToScalarize[VF];
6798
6799   // Find all the instructions that are scalar with predication in the loop and
6800   // determine if it would be better to not if-convert the blocks they are in.
6801   // If so, we also record the instructions to scalarize.
6802   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
6803     if (!Legal->blockNeedsPredication(BB))
6804       continue;
6805     for (Instruction &I : *BB)
6806       if (Legal->isScalarWithPredication(&I)) {
6807         ScalarCostsTy ScalarCosts;
6808         if (computePredInstDiscount(&I, ScalarCosts, VF) >= 0)
6809           ScalarCostsVF.insert(ScalarCosts.begin(), ScalarCosts.end());
6810
6811         // Remember that BB will remain after vectorization.
6812         PredicatedBBsAfterVectorization.insert(BB);
6813       }
6814   }
6815 }
6816
6817 int LoopVectorizationCostModel::computePredInstDiscount(
6818     Instruction *PredInst, DenseMap<Instruction *, unsigned> &ScalarCosts,
6819     unsigned VF) {
6820   assert(!isUniformAfterVectorization(PredInst, VF) &&
6821          "Instruction marked uniform-after-vectorization will be predicated");
6822
6823   // Initialize the discount to zero, meaning that the scalar version and the
6824   // vector version cost the same.
6825   int Discount = 0;
6826
6827   // Holds instructions to analyze. The instructions we visit are mapped in
6828   // ScalarCosts. Those instructions are the ones that would be scalarized if
6829   // we find that the scalar version costs less.
6830   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
6831
6832   // Returns true if the given instruction can be scalarized.
6833   auto canBeScalarized = [&](Instruction *I) -> bool {
6834     // We only attempt to scalarize instructions forming a single-use chain
6835     // from the original predicated block that would otherwise be vectorized.
6836     // Although not strictly necessary, we give up on instructions we know will
6837     // already be scalar to avoid traversing chains that are unlikely to be
6838     // beneficial.
6839     if (!I->hasOneUse() || PredInst->getParent() != I->getParent() ||
6840         isScalarAfterVectorization(I, VF))
6841       return false;
6842
6843     // If the instruction is scalar with predication, it will be analyzed
6844     // separately. We ignore it within the context of PredInst.
6845     if (Legal->isScalarWithPredication(I))
6846       return false;
6847
6848     // If any of the instruction's operands are uniform after vectorization,
6849     // the instruction cannot be scalarized. This prevents, for example, a
6850     // masked load from being scalarized.
6851     //
6852     // We assume we will only emit a value for lane zero of an instruction
6853     // marked uniform after vectorization, rather than VF identical values.
6854     // Thus, if we scalarize an instruction that uses a uniform, we would
6855     // create uses of values corresponding to the lanes we aren't emitting code
6856     // for. This behavior can be changed by allowing getScalarValue to clone
6857     // the lane zero values for uniforms rather than asserting.
6858     for (Use &U : I->operands())
6859       if (auto *J = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
6860         if (isUniformAfterVectorization(J, VF))
6861           return false;
6862
6863     // Otherwise, we can scalarize the instruction.
6864     return true;
6865   };
6866
6867   // Returns true if an operand that cannot be scalarized must be extracted
6868   // from a vector. We will account for this scalarization overhead below. Note
6869   // that the non-void predicated instructions are placed in their own blocks,
6870   // and their return values are inserted into vectors. Thus, an extract would
6871   // still be required.
6872   auto needsExtract = [&](Instruction *I) -> bool {
6873     return TheLoop->contains(I) && !isScalarAfterVectorization(I, VF);
6874   };
6875
6876   // Compute the expected cost discount from scalarizing the entire expression
6877   // feeding the predicated instruction. We currently only consider expressions
6878   // that are single-use instruction chains.
6879   Worklist.push_back(PredInst);
6880   while (!Worklist.empty()) {
6881     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
6882
6883     // If we've already analyzed the instruction, there's nothing to do.
6884     if (ScalarCosts.count(I))
6885       continue;
6886
6887     // Compute the cost of the vector instruction. Note that this cost already
6888     // includes the scalarization overhead of the predicated instruction.
6889     unsigned VectorCost = getInstructionCost(I, VF).first;
6890
6891     // Compute the cost of the scalarized instruction. This cost is the cost of
6892     // the instruction as if it wasn't if-converted and instead remained in the
6893     // predicated block. We will scale this cost by block probability after
6894     // computing the scalarization overhead.
6895     unsigned ScalarCost = VF * getInstructionCost(I, 1).first;
6896
6897     // Compute the scalarization overhead of needed insertelement instructions
6898     // and phi nodes.
6899     if (Legal->isScalarWithPredication(I) && !I->getType()->isVoidTy()) {
6900       ScalarCost += TTI.getScalarizationOverhead(ToVectorTy(I->getType(), VF),
6901                                                  true, false);
6902       ScalarCost += VF * TTI.getCFInstrCost(Instruction::PHI);
6903     }
6904
6905     // Compute the scalarization overhead of needed extractelement
6906     // instructions. For each of the instruction's operands, if the operand can
6907     // be scalarized, add it to the worklist; otherwise, account for the
6908     // overhead.
6909     for (Use &U : I->operands())
6910       if (auto *J = dyn_cast<Instruction>(U.get())) {
6911         assert(VectorType::isValidElementType(J->getType()) &&
6912                "Instruction has non-scalar type");
6913         if (canBeScalarized(J))
6914           Worklist.push_back(J);
6915         else if (needsExtract(J))
6916           ScalarCost += TTI.getScalarizationOverhead(
6917                               ToVectorTy(J->getType(),VF), false, true);
6918       }
6919
6920     // Scale the total scalar cost by block probability.
6921     ScalarCost /= getReciprocalPredBlockProb();
6922
6923     // Compute the discount. A non-negative discount means the vector version
6924     // of the instruction costs more, and scalarizing would be beneficial.
6925     Discount += VectorCost - ScalarCost;
6926     ScalarCosts[I] = ScalarCost;
6927   }
6928
6929   return Discount;
6930 }
6931
6932 LoopVectorizationCostModel::VectorizationCostTy
6933 LoopVectorizationCostModel::expectedCost(unsigned VF) {
6934   VectorizationCostTy Cost;
6935
6936   // For each block.
6937   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
6938     VectorizationCostTy BlockCost;
6939
6940     // For each instruction in the old loop.
6941     for (Instruction &I : *BB) {
6942       // Skip dbg intrinsics.
6943       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
6944         continue;
6945
6946       // Skip ignored values.
6947       if (ValuesToIgnore.count(&I) ||
6948           (VF > 1 && VecValuesToIgnore.count(&I)))
6949         continue;
6950
6951       VectorizationCostTy C = getInstructionCost(&I, VF);
6952
6953       // Check if we should override the cost.
6954       if (ForceTargetInstructionCost.getNumOccurrences() > 0)
6955         C.first = ForceTargetInstructionCost;
6956
6957       BlockCost.first += C.first;
6958       BlockCost.second |= C.second;
6959       DEBUG(dbgs() << "LV: Found an estimated cost of " << C.first << " for VF "
6960                    << VF << " For instruction: " << I << '\n');
6961     }
6962
6963     // If we are vectorizing a predicated block, it will have been
6964     // if-converted. This means that the block's instructions (aside from
6965     // stores and instructions that may divide by zero) will now be
6966     // unconditionally executed. For the scalar case, we may not always execute
6967     // the predicated block. Thus, scale the block's cost by the probability of
6968     // executing it.
6969     if (VF == 1 && Legal->blockNeedsPredication(BB))
6970       BlockCost.first /= getReciprocalPredBlockProb();
6971
6972     Cost.first += BlockCost.first;
6973     Cost.second |= BlockCost.second;
6974   }
6975
6976   return Cost;
6977 }
6978
6979 /// \brief Gets Address Access SCEV after verifying that the access pattern
6980 /// is loop invariant except the induction variable dependence.
6981 ///
6982 /// This SCEV can be sent to the Target in order to estimate the address
6983 /// calculation cost.
6984 static const SCEV *getAddressAccessSCEV(
6985               Value *Ptr,
6986               LoopVectorizationLegality *Legal,
6987               PredicatedScalarEvolution &PSE,
6988               const Loop *TheLoop) {
6989
6990   auto *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
6991   if (!Gep)
6992     return nullptr;
6993
6994   // We are looking for a gep with all loop invariant indices except for one
6995   // which should be an induction variable.
6996   auto SE = PSE.getSE();
6997   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
6998   for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i) {
6999     Value *Opd = Gep->getOperand(i);
7000     if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Opd), TheLoop) &&
7001         !Legal->isInductionVariable(Opd))
7002       return nullptr;
7003   }
7004
7005   // Now we know we have a GEP ptr, %inv, %ind, %inv. return the Ptr SCEV.
7006   return PSE.getSCEV(Ptr);
7007 }
7008
7009 static bool isStrideMul(Instruction *I, LoopVectorizationLegality *Legal) {
7010   return Legal->hasStride(I->getOperand(0)) ||
7011          Legal->hasStride(I->getOperand(1));
7012 }
7013
7014 unsigned LoopVectorizationCostModel::getMemInstScalarizationCost(Instruction *I,
7015                                                                  unsigned VF) {
7016   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7017   auto SE = PSE.getSE();
7018
7019   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7020   unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7021   Value *Ptr = getPointerOperand(I);
7022   Type *PtrTy = ToVectorTy(Ptr->getType(), VF);
7023
7024   // Figure out whether the access is strided and get the stride value
7025   // if it's known in compile time
7026   const SCEV *PtrSCEV = getAddressAccessSCEV(Ptr, Legal, PSE, TheLoop);
7027
7028   // Get the cost of the scalar memory instruction and address computation.
7029   unsigned Cost = VF * TTI.getAddressComputationCost(PtrTy, SE, PtrSCEV);
7030
7031   Cost += VF *
7032           TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy->getScalarType(), Alignment,
7033                               AS, I);
7034
7035   // Get the overhead of the extractelement and insertelement instructions
7036   // we might create due to scalarization.
7037   Cost += getScalarizationOverhead(I, VF, TTI);
7038
7039   // If we have a predicated store, it may not be executed for each vector
7040   // lane. Scale the cost by the probability of executing the predicated
7041   // block.
7042   if (Legal->isScalarWithPredication(I))
7043     Cost /= getReciprocalPredBlockProb();
7044
7045   return Cost;
7046 }
7047
7048 unsigned LoopVectorizationCostModel::getConsecutiveMemOpCost(Instruction *I,
7049                                                              unsigned VF) {
7050   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7051   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7052   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7053   Value *Ptr = getPointerOperand(I);
7054   unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7055   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
7056
7057   assert((ConsecutiveStride == 1 || ConsecutiveStride == -1) &&
7058          "Stride should be 1 or -1 for consecutive memory access");
7059   unsigned Cost = 0;
7060   if (Legal->isMaskRequired(I))
7061     Cost += TTI.getMaskedMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
7062   else
7063     Cost += TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS, I);
7064
7065   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
7066   if (Reverse)
7067     Cost += TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse, VectorTy, 0);
7068   return Cost;
7069 }
7070
7071 unsigned LoopVectorizationCostModel::getUniformMemOpCost(Instruction *I,
7072                                                          unsigned VF) {
7073   LoadInst *LI = cast<LoadInst>(I);
7074   Type *ValTy = LI->getType();
7075   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7076   unsigned Alignment = LI->getAlignment();
7077   unsigned AS = LI->getPointerAddressSpace();
7078
7079   return TTI.getAddressComputationCost(ValTy) +
7080          TTI.getMemoryOpCost(Instruction::Load, ValTy, Alignment, AS) +
7081          TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Broadcast, VectorTy);
7082 }
7083
7084 unsigned LoopVectorizationCostModel::getGatherScatterCost(Instruction *I,
7085                                                           unsigned VF) {
7086   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7087   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7088   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7089   Value *Ptr = getPointerOperand(I);
7090
7091   return TTI.getAddressComputationCost(VectorTy) +
7092          TTI.getGatherScatterOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Ptr,
7093                                     Legal->isMaskRequired(I), Alignment);
7094 }
7095
7096 unsigned LoopVectorizationCostModel::getInterleaveGroupCost(Instruction *I,
7097                                                             unsigned VF) {
7098   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7099   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7100   unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7101
7102   auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(I);
7103   assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
7104
7105   unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
7106   Type *WideVecTy = VectorType::get(ValTy, VF * InterleaveFactor);
7107
7108   // Holds the indices of existing members in an interleaved load group.
7109   // An interleaved store group doesn't need this as it doesn't allow gaps.
7110   SmallVector<unsigned, 4> Indices;
7111   if (isa<LoadInst>(I)) {
7112     for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++)
7113       if (Group->getMember(i))
7114         Indices.push_back(i);
7115   }
7116
7117   // Calculate the cost of the whole interleaved group.
7118   unsigned Cost = TTI.getInterleavedMemoryOpCost(I->getOpcode(), WideVecTy,
7119                                                  Group->getFactor(), Indices,
7120                                                  Group->getAlignment(), AS);
7121
7122   if (Group->isReverse())
7123     Cost += Group->getNumMembers() *
7124             TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse, VectorTy, 0);
7125   return Cost;
7126 }
7127
7128 unsigned LoopVectorizationCostModel::getMemoryInstructionCost(Instruction *I,
7129                                                               unsigned VF) {
7130   // Calculate scalar cost only. Vectorization cost should be ready at this
7131   // moment.
7132   if (VF == 1) {
7133     Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7134     unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7135     unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7136
7137     return TTI.getAddressComputationCost(ValTy) +
7138            TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy, Alignment, AS, I);
7139   }
7140   return getWideningCost(I, VF);
7141 }
7142
7143 LoopVectorizationCostModel::VectorizationCostTy
7144 LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF) {
7145   // If we know that this instruction will remain uniform, check the cost of
7146   // the scalar version.
7147   if (isUniformAfterVectorization(I, VF))
7148     VF = 1;
7149
7150   if (VF > 1 && isProfitableToScalarize(I, VF))
7151     return VectorizationCostTy(InstsToScalarize[VF][I], false);
7152
7153   // Forced scalars do not have any scalarization overhead.
7154   if (VF > 1 && ForcedScalars.count(VF) &&
7155       ForcedScalars.find(VF)->second.count(I))
7156     return VectorizationCostTy((getInstructionCost(I, 1).first * VF), false);
7157
7158   Type *VectorTy;
7159   unsigned C = getInstructionCost(I, VF, VectorTy);
7160
7161   bool TypeNotScalarized =
7162       VF > 1 && VectorTy->isVectorTy() && TTI.getNumberOfParts(VectorTy) < VF;
7163   return VectorizationCostTy(C, TypeNotScalarized);
7164 }
7165
7166 void LoopVectorizationCostModel::setCostBasedWideningDecision(unsigned VF) {
7167   if (VF == 1)
7168     return;
7169   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
7170     // For each instruction in the old loop.
7171     for (Instruction &I : *BB) {
7172       Value *Ptr = getPointerOperand(&I);
7173       if (!Ptr)
7174         continue;
7175
7176       if (isa<LoadInst>(&I) && Legal->isUniform(Ptr)) {
7177         // Scalar load + broadcast
7178         unsigned Cost = getUniformMemOpCost(&I, VF);
7179         setWideningDecision(&I, VF, CM_Scalarize, Cost);
7180         continue;
7181       }
7182
7183       // We assume that widening is the best solution when possible.
7184       if (Legal->memoryInstructionCanBeWidened(&I, VF)) {
7185         unsigned Cost = getConsecutiveMemOpCost(&I, VF);
7186         int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(getPointerOperand(&I));
7187         assert((ConsecutiveStride == 1 || ConsecutiveStride == -1) &&
7188                "Expected consecutive stride.");
7189         InstWidening Decision =
7190             ConsecutiveStride == 1 ? CM_Widen : CM_Widen_Reverse;
7191         setWideningDecision(&I, VF, Decision, Cost);
7192         continue;
7193       }
7194
7195       // Choose between Interleaving, Gather/Scatter or Scalarization.
7196       unsigned InterleaveCost = std::numeric_limits<unsigned>::max();
7197       unsigned NumAccesses = 1;
7198       if (Legal->isAccessInterleaved(&I)) {
7199         auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(&I);
7200         assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
7201
7202         // Make one decision for the whole group.
7203         if (getWideningDecision(&I, VF) != CM_Unknown)
7204           continue;
7205
7206         NumAccesses = Group->getNumMembers();
7207         InterleaveCost = getInterleaveGroupCost(&I, VF);
7208       }
7209
7210       unsigned GatherScatterCost =
7211           Legal->isLegalGatherOrScatter(&I)
7212               ? getGatherScatterCost(&I, VF) * NumAccesses
7213               : std::numeric_limits<unsigned>::max();
7214
7215       unsigned ScalarizationCost =
7216           getMemInstScalarizationCost(&I, VF) * NumAccesses;
7217
7218       // Choose better solution for the current VF,
7219       // write down this decision and use it during vectorization.
7220       unsigned Cost;
7221       InstWidening Decision;
7222       if (InterleaveCost <= GatherScatterCost &&
7223           InterleaveCost < ScalarizationCost) {
7224         Decision = CM_Interleave;
7225         Cost = InterleaveCost;
7226       } else if (GatherScatterCost < ScalarizationCost) {
7227         Decision = CM_GatherScatter;
7228         Cost = GatherScatterCost;
7229       } else {
7230         Decision = CM_Scalarize;
7231         Cost = ScalarizationCost;
7232       }
7233       // If the instructions belongs to an interleave group, the whole group
7234       // receives the same decision. The whole group receives the cost, but
7235       // the cost will actually be assigned to one instruction.
7236       if (auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(&I))
7237         setWideningDecision(Group, VF, Decision, Cost);
7238       else
7239         setWideningDecision(&I, VF, Decision, Cost);
7240     }
7241   }
7242
7243   // Make sure that any load of address and any other address computation
7244   // remains scalar unless there is gather/scatter support. This avoids
7245   // inevitable extracts into address registers, and also has the benefit of
7246   // activating LSR more, since that pass can't optimize vectorized
7247   // addresses.
7248   if (TTI.prefersVectorizedAddressing())
7249     return;
7250
7251   // Start with all scalar pointer uses.
7252   SmallPtrSet<Instruction *, 8> AddrDefs;
7253   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks())
7254     for (Instruction &I : *BB) {
7255       Instruction *PtrDef =
7256         dyn_cast_or_null<Instruction>(getPointerOperand(&I));
7257       if (PtrDef && TheLoop->contains(PtrDef) &&
7258           getWideningDecision(&I, VF) != CM_GatherScatter)
7259         AddrDefs.insert(PtrDef);
7260     }
7261
7262   // Add all instructions used to generate the addresses.
7263   SmallVector<Instruction *, 4> Worklist;
7264   for (auto *I : AddrDefs)
7265     Worklist.push_back(I);
7266   while (!Worklist.empty()) {
7267     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
7268     for (auto &Op : I->operands())
7269       if (auto *InstOp = dyn_cast<Instruction>(Op))
7270         if ((InstOp->getParent() == I->getParent()) && !isa<PHINode>(InstOp) &&
7271             AddrDefs.insert(InstOp).second)
7272           Worklist.push_back(InstOp);
7273   }
7274
7275   for (auto *I : AddrDefs) {
7276     if (isa<LoadInst>(I)) {
7277       // Setting the desired widening decision should ideally be handled in
7278       // by cost functions, but since this involves the task of finding out
7279       // if the loaded register is involved in an address computation, it is
7280       // instead changed here when we know this is the case.
7281       InstWidening Decision = getWideningDecision(I, VF);
7282       if (Decision == CM_Widen || Decision == CM_Widen_Reverse)
7283         // Scalarize a widened load of address.
7284         setWideningDecision(I, VF, CM_Scalarize,
7285                             (VF * getMemoryInstructionCost(I, 1)));
7286       else if (auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(I)) {
7287         // Scalarize an interleave group of address loads.
7288         for (unsigned I = 0; I < Group->getFactor(); ++I) {
7289           if (Instruction *Member = Group->getMember(I))
7290             setWideningDecision(Member, VF, CM_Scalarize,
7291                                 (VF * getMemoryInstructionCost(Member, 1)));
7292         }
7293       }
7294     } else
7295       // Make sure I gets scalarized and a cost estimate without
7296       // scalarization overhead.
7297       ForcedScalars[VF].insert(I);
7298   }
7299 }
7300
7301 unsigned LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I,
7302                                                         unsigned VF,
7303                                                         Type *&VectorTy) {
7304   Type *RetTy = I->getType();
7305   if (canTruncateToMinimalBitwidth(I, VF))
7306     RetTy = IntegerType::get(RetTy->getContext(), MinBWs[I]);
7307   VectorTy = isScalarAfterVectorization(I, VF) ? RetTy : ToVectorTy(RetTy, VF);
7308   auto SE = PSE.getSE();
7309
7310   // TODO: We need to estimate the cost of intrinsic calls.
7311   switch (I->getOpcode()) {
7312   case Instruction::GetElementPtr:
7313     // We mark this instruction as zero-cost because the cost of GEPs in
7314     // vectorized code depends on whether the corresponding memory instruction
7315     // is scalarized or not. Therefore, we handle GEPs with the memory
7316     // instruction cost.
7317     return 0;
7318   case Instruction::Br: {
7319     // In cases of scalarized and predicated instructions, there will be VF
7320     // predicated blocks in the vectorized loop. Each branch around these
7321     // blocks requires also an extract of its vector compare i1 element.
7322     bool ScalarPredicatedBB = false;
7323     BranchInst *BI = cast<BranchInst>(I);
7324     if (VF > 1 && BI->isConditional() &&
7325         (PredicatedBBsAfterVectorization.count(BI->getSuccessor(0)) ||
7326          PredicatedBBsAfterVectorization.count(BI->getSuccessor(1))))
7327       ScalarPredicatedBB = true;
7328
7329     if (ScalarPredicatedBB) {
7330       // Return cost for branches around scalarized and predicated blocks.
7331       Type *Vec_i1Ty =
7332           VectorType::get(IntegerType::getInt1Ty(RetTy->getContext()), VF);
7333       return (TTI.getScalarizationOverhead(Vec_i1Ty, false, true) +
7334               (TTI.getCFInstrCost(Instruction::Br) * VF));
7335     } else if (I->getParent() == TheLoop->getLoopLatch() || VF == 1)
7336       // The back-edge branch will remain, as will all scalar branches.
7337       return TTI.getCFInstrCost(Instruction::Br);
7338     else
7339       // This branch will be eliminated by if-conversion.
7340       return 0;
7341     // Note: We currently assume zero cost for an unconditional branch inside
7342     // a predicated block since it will become a fall-through, although we
7343     // may decide in the future to call TTI for all branches.
7344   }
7345   case Instruction::PHI: {
7346     auto *Phi = cast<PHINode>(I);
7347
7348     // First-order recurrences are replaced by vector shuffles inside the loop.
7349     if (VF > 1 && Legal->isFirstOrderRecurrence(Phi))
7350       return TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_ExtractSubvector,
7351                                 VectorTy, VF - 1, VectorTy);
7352
7353     // Phi nodes in non-header blocks (not inductions, reductions, etc.) are
7354     // converted into select instructions. We require N - 1 selects per phi
7355     // node, where N is the number of incoming values.
7356     if (VF > 1 && Phi->getParent() != TheLoop->getHeader())
7357       return (Phi->getNumIncomingValues() - 1) *
7358              TTI.getCmpSelInstrCost(
7359                  Instruction::Select, ToVectorTy(Phi->getType(), VF),
7360                  ToVectorTy(Type::getInt1Ty(Phi->getContext()), VF));
7361
7362     return TTI.getCFInstrCost(Instruction::PHI);
7363   }
7364   case Instruction::UDiv:
7365   case Instruction::SDiv:
7366   case Instruction::URem:
7367   case Instruction::SRem:
7368     // If we have a predicated instruction, it may not be executed for each
7369     // vector lane. Get the scalarization cost and scale this amount by the
7370     // probability of executing the predicated block. If the instruction is not
7371     // predicated, we fall through to the next case.
7372     if (VF > 1 && Legal->isScalarWithPredication(I)) {
7373       unsigned Cost = 0;
7374
7375       // These instructions have a non-void type, so account for the phi nodes
7376       // that we will create. This cost is likely to be zero. The phi node
7377       // cost, if any, should be scaled by the block probability because it
7378       // models a copy at the end of each predicated block.
7379       Cost += VF * TTI.getCFInstrCost(Instruction::PHI);
7380
7381       // The cost of the non-predicated instruction.
7382       Cost += VF * TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), RetTy);
7383
7384       // The cost of insertelement and extractelement instructions needed for
7385       // scalarization.
7386       Cost += getScalarizationOverhead(I, VF, TTI);
7387
7388       // Scale the cost by the probability of executing the predicated blocks.
7389       // This assumes the predicated block for each vector lane is equally
7390       // likely.
7391       return Cost / getReciprocalPredBlockProb();
7392     }
7393     LLVM_FALLTHROUGH;
7394   case Instruction::Add:
7395   case Instruction::FAdd:
7396   case Instruction::Sub:
7397   case Instruction::FSub:
7398   case Instruction::Mul:
7399   case Instruction::FMul:
7400   case Instruction::FDiv:
7401   case Instruction::FRem:
7402   case Instruction::Shl:
7403   case Instruction::LShr:
7404   case Instruction::AShr:
7405   case Instruction::And:
7406   case Instruction::Or:
7407   case Instruction::Xor: {
7408     // Since we will replace the stride by 1 the multiplication should go away.
7409     if (I->getOpcode() == Instruction::Mul && isStrideMul(I, Legal))
7410       return 0;
7411     // Certain instructions can be cheaper to vectorize if they have a constant
7412     // second vector operand. One example of this are shifts on x86.
7413     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
7414         TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
7415     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
7416         TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
7417     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op1VP =
7418         TargetTransformInfo::OP_None;
7419     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op2VP =
7420         TargetTransformInfo::OP_None;
7421     Value *Op2 = I->getOperand(1);
7422
7423     // Check for a splat or for a non uniform vector of constants.
7424     if (isa<ConstantInt>(Op2)) {
7425       ConstantInt *CInt = cast<ConstantInt>(Op2);
7426       if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
7427         Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
7428       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
7429     } else if (isa<ConstantVector>(Op2) || isa<ConstantDataVector>(Op2)) {
7430       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_NonUniformConstantValue;
7431       Constant *SplatValue = cast<Constant>(Op2)->getSplatValue();
7432       if (SplatValue) {
7433         ConstantInt *CInt = dyn_cast<ConstantInt>(SplatValue);
7434         if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
7435           Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
7436         Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
7437       }
7438     } else if (Legal->isUniform(Op2)) {
7439       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformValue;
7440     }
7441     SmallVector<const Value *, 4> Operands(I->operand_values());
7442     unsigned N = isScalarAfterVectorization(I, VF) ? VF : 1;
7443     return N * TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, Op1VK,
7444                                           Op2VK, Op1VP, Op2VP, Operands);
7445   }
7446   case Instruction::Select: {
7447     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
7448     const SCEV *CondSCEV = SE->getSCEV(SI->getCondition());
7449     bool ScalarCond = (SE->isLoopInvariant(CondSCEV, TheLoop));
7450     Type *CondTy = SI->getCondition()->getType();
7451     if (!ScalarCond)
7452       CondTy = VectorType::get(CondTy, VF);
7453
7454     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, CondTy, I);
7455   }
7456   case Instruction::ICmp:
7457   case Instruction::FCmp: {
7458     Type *ValTy = I->getOperand(0)->getType();
7459     Instruction *Op0AsInstruction = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
7460     if (canTruncateToMinimalBitwidth(Op0AsInstruction, VF))
7461       ValTy = IntegerType::get(ValTy->getContext(), MinBWs[Op0AsInstruction]);
7462     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7463     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, nullptr, I);
7464   }
7465   case Instruction::Store:
7466   case Instruction::Load: {
7467     unsigned Width = VF;
7468     if (Width > 1) {
7469       InstWidening Decision = getWideningDecision(I, Width);
7470       assert(Decision != CM_Unknown &&
7471              "CM decision should be taken at this point");
7472       if (Decision == CM_Scalarize)
7473         Width = 1;
7474     }
7475     VectorTy = ToVectorTy(getMemInstValueType(I), Width);
7476     return getMemoryInstructionCost(I, VF);
7477   }
7478   case Instruction::ZExt:
7479   case Instruction::SExt:
7480   case Instruction::FPToUI:
7481   case Instruction::FPToSI:
7482   case Instruction::FPExt:
7483   case Instruction::PtrToInt:
7484   case Instruction::IntToPtr:
7485   case Instruction::SIToFP:
7486   case Instruction::UIToFP:
7487   case Instruction::Trunc:
7488   case Instruction::FPTrunc:
7489   case Instruction::BitCast: {
7490     // We optimize the truncation of induction variables having constant
7491     // integer steps. The cost of these truncations is the same as the scalar
7492     // operation.
7493     if (isOptimizableIVTruncate(I, VF)) {
7494       auto *Trunc = cast<TruncInst>(I);
7495       return TTI.getCastInstrCost(Instruction::Trunc, Trunc->getDestTy(),
7496                                   Trunc->getSrcTy(), Trunc);
7497     }
7498
7499     Type *SrcScalarTy = I->getOperand(0)->getType();
7500     Type *SrcVecTy =
7501         VectorTy->isVectorTy() ? ToVectorTy(SrcScalarTy, VF) : SrcScalarTy;
7502     if (canTruncateToMinimalBitwidth(I, VF)) {
7503       // This cast is going to be shrunk. This may remove the cast or it might
7504       // turn it into slightly different cast. For example, if MinBW == 16,
7505       // "zext i8 %1 to i32" becomes "zext i8 %1 to i16".
7506       //
7507       // Calculate the modified src and dest types.
7508       Type *MinVecTy = VectorTy;
7509       if (I->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
7510         SrcVecTy = smallestIntegerVectorType(SrcVecTy, MinVecTy);
7511         VectorTy =
7512             largestIntegerVectorType(ToVectorTy(I->getType(), VF), MinVecTy);
7513       } else if (I->getOpcode() == Instruction::ZExt ||
7514                  I->getOpcode() == Instruction::SExt) {
7515         SrcVecTy = largestIntegerVectorType(SrcVecTy, MinVecTy);
7516         VectorTy =
7517             smallestIntegerVectorType(ToVectorTy(I->getType(), VF), MinVecTy);
7518       }
7519     }
7520
7521     unsigned N = isScalarAfterVectorization(I, VF) ? VF : 1;
7522     return N * TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, SrcVecTy, I);
7523   }
7524   case Instruction::Call: {
7525     bool NeedToScalarize;
7526     CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
7527     unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, TTI, TLI, NeedToScalarize);
7528     if (getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI))
7529       return std::min(CallCost, getVectorIntrinsicCost(CI, VF, TTI, TLI));
7530     return CallCost;
7531   }
7532   default:
7533     // The cost of executing VF copies of the scalar instruction. This opcode
7534     // is unknown. Assume that it is the same as 'mul'.
7535     return VF * TTI.getArithmeticInstrCost(Instruction::Mul, VectorTy) +
7536            getScalarizationOverhead(I, VF, TTI);
7537   } // end of switch.
7538 }
7539
7540 char LoopVectorize::ID = 0;
7541
7542 static const char lv_name[] = "Loop Vectorization";
7543
7544 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
7545 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
7546 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BasicAAWrapperPass)
7547 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
7548 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
7549 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
7550 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BlockFrequencyInfoWrapperPass)
7551 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
7552 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolutionWrapperPass)
7553 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
7554 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopAccessLegacyAnalysis)
7555 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DemandedBitsWrapperPass)
7556 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(OptimizationRemarkEmitterWrapperPass)
7557 INITIALIZE_PASS_END(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
7558
7559 namespace llvm {
7560
7561 Pass *createLoopVectorizePass(bool NoUnrolling, bool AlwaysVectorize) {
7562   return new LoopVectorize(NoUnrolling, AlwaysVectorize);
7563 }
7564
7565 } // end namespace llvm
7566
7567 bool LoopVectorizationCostModel::isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *Inst) {
7568   // Check if the pointer operand of a load or store instruction is
7569   // consecutive.
7570   if (auto *Ptr = getPointerOperand(Inst))
7571     return Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
7572   return false;
7573 }
7574
7575 void LoopVectorizationCostModel::collectValuesToIgnore() {
7576   // Ignore ephemeral values.
7577   CodeMetrics::collectEphemeralValues(TheLoop, AC, ValuesToIgnore);
7578
7579   // Ignore type-promoting instructions we identified during reduction
7580   // detection.
7581   for (auto &Reduction : *Legal->getReductionVars()) {
7582     RecurrenceDescriptor &RedDes = Reduction.second;
7583     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Casts = RedDes.getCastInsts();
7584     VecValuesToIgnore.insert(Casts.begin(), Casts.end());
7585   }
7586   // Ignore type-casting instructions we identified during induction
7587   // detection.
7588   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
7589     InductionDescriptor &IndDes = Induction.second;
7590     const SmallVectorImpl<Instruction *> &Casts = IndDes.getCastInsts();
7591     VecValuesToIgnore.insert(Casts.begin(), Casts.end());
7592   }
7593 }
7594
7595 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
7596 LoopVectorizationPlanner::plan(bool OptForSize, unsigned UserVF) {
7597   // Width 1 means no vectorize, cost 0 means uncomputed cost.
7598   const LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor NoVectorization = {1U,
7599                                                                            0U};
7600   Optional<unsigned> MaybeMaxVF = CM.computeMaxVF(OptForSize);
7601   if (!MaybeMaxVF.hasValue()) // Cases considered too costly to vectorize.
7602     return NoVectorization;
7603
7604   if (UserVF) {
7605     DEBUG(dbgs() << "LV: Using user VF " << UserVF << ".\n");
7606     assert(isPowerOf2_32(UserVF) && "VF needs to be a power of two");
7607     // Collect the instructions (and their associated costs) that will be more
7608     // profitable to scalarize.
7609     CM.selectUserVectorizationFactor(UserVF);
7610     buildVPlans(UserVF, UserVF);
7611     DEBUG(printPlans(dbgs()));
7612     return {UserVF, 0};
7613   }
7614
7615   unsigned MaxVF = MaybeMaxVF.getValue();
7616   assert(MaxVF != 0 && "MaxVF is zero.");
7617
7618   for (unsigned VF = 1; VF <= MaxVF; VF *= 2) {
7619     // Collect Uniform and Scalar instructions after vectorization with VF.
7620     CM.collectUniformsAndScalars(VF);
7621
7622     // Collect the instructions (and their associated costs) that will be more
7623     // profitable to scalarize.
7624     if (VF > 1)
7625       CM.collectInstsToScalarize(VF);
7626   }
7627
7628   buildVPlans(1, MaxVF);
7629   DEBUG(printPlans(dbgs()));
7630   if (MaxVF == 1)
7631     return NoVectorization;
7632
7633   // Select the optimal vectorization factor.
7634   return CM.selectVectorizationFactor(MaxVF);
7635 }
7636
7637 void LoopVectorizationPlanner::setBestPlan(unsigned VF, unsigned UF) {
7638   DEBUG(dbgs() << "Setting best plan to VF=" << VF << ", UF=" << UF << '\n');
7639   BestVF = VF;
7640   BestUF = UF;
7641
7642   erase_if(VPlans, [VF](const VPlanPtr &Plan) {
7643     return !Plan->hasVF(VF);
7644   });
7645   assert(VPlans.size() == 1 && "Best VF has not a single VPlan.");
7646 }
7647
7648 void LoopVectorizationPlanner::executePlan(InnerLoopVectorizer &ILV,
7649                                            DominatorTree *DT) {
7650   // Perform the actual loop transformation.
7651
7652   // 1. Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
7653   VPCallbackILV CallbackILV(ILV);
7654
7655   VPTransformState State{BestVF, BestUF,      LI,
7656                          DT,     ILV.Builder, ILV.VectorLoopValueMap,
7657                          &ILV,   CallbackILV};
7658   State.CFG.PrevBB = ILV.createVectorizedLoopSkeleton();
7659
7660   //===------------------------------------------------===//
7661   //
7662   // Notice: any optimization or new instruction that go
7663   // into the code below should also be implemented in
7664   // the cost-model.
7665   //
7666   //===------------------------------------------------===//
7667
7668   // 2. Copy and widen instructions from the old loop into the new loop.
7669   assert(VPlans.size() == 1 && "Not a single VPlan to execute.");
7670   VPlans.front()->execute(&State);
7671
7672   // 3. Fix the vectorized code: take care of header phi's, live-outs,
7673   //    predication, updating analyses.
7674   ILV.fixVectorizedLoop();
7675 }
7676
7677 void LoopVectorizationPlanner::collectTriviallyDeadInstructions(
7678     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DeadInstructions) {
7679   BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
7680
7681   // We create new control-flow for the vectorized loop, so the original
7682   // condition will be dead after vectorization if it's only used by the
7683   // branch.
7684   auto *Cmp = dyn_cast<Instruction>(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
7685   if (Cmp && Cmp->hasOneUse())
7686     DeadInstructions.insert(Cmp);
7687
7688   // We create new "steps" for induction variable updates to which the original
7689   // induction variables map. An original update instruction will be dead if
7690   // all its users except the induction variable are dead.
7691   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
7692     PHINode *Ind = Induction.first;
7693     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
7694     if (llvm::all_of(IndUpdate->users(), [&](User *U) -> bool {
7695           return U == Ind || DeadInstructions.count(cast<Instruction>(U));
7696         }))
7697       DeadInstructions.insert(IndUpdate);
7698
7699     // We record as "Dead" also the type-casting instructions we had identified 
7700     // during induction analysis. We don't need any handling for them in the
7701     // vectorized loop because we have proven that, under a proper runtime 
7702     // test guarding the vectorized loop, the value of the phi, and the casted 
7703     // value of the phi, are the same. The last instruction in this casting chain
7704     // will get its scalar/vector/widened def from the scalar/vector/widened def 
7705     // of the respective phi node. Any other casts in the induction def-use chain
7706     // have no other uses outside the phi update chain, and will be ignored.
7707     InductionDescriptor &IndDes = Induction.second;
7708     const SmallVectorImpl<Instruction *> &Casts = IndDes.getCastInsts();
7709     DeadInstructions.insert(Casts.begin(), Casts.end());
7710   }
7711 }
7712
7713 Value *InnerLoopUnroller::reverseVector(Value *Vec) { return Vec; }
7714
7715 Value *InnerLoopUnroller::getBroadcastInstrs(Value *V) { return V; }
7716
7717 Value *InnerLoopUnroller::getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
7718                                         Instruction::BinaryOps BinOp) {
7719   // When unrolling and the VF is 1, we only need to add a simple scalar.
7720   Type *Ty = Val->getType();
7721   assert(!Ty->isVectorTy() && "Val must be a scalar");
7722
7723   if (Ty->isFloatingPointTy()) {
7724     Constant *C = ConstantFP::get(Ty, (double)StartIdx);
7725
7726     // Floating point operations had to be 'fast' to enable the unrolling.
7727     Value *MulOp = addFastMathFlag(Builder.CreateFMul(C, Step));
7728     return addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(BinOp, Val, MulOp));
7729   }
7730   Constant *C = ConstantInt::get(Ty, StartIdx);
7731   return Builder.CreateAdd(Val, Builder.CreateMul(C, Step), "induction");
7732 }
7733
7734 static void AddRuntimeUnrollDisableMetaData(Loop *L) {
7735   SmallVector<Metadata *, 4> MDs;
7736   // Reserve first location for self reference to the LoopID metadata node.
7737   MDs.push_back(nullptr);
7738   bool IsUnrollMetadata = false;
7739   MDNode *LoopID = L->getLoopID();
7740   if (LoopID) {
7741     // First find existing loop unrolling disable metadata.
7742     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
7743       auto *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
7744       if (MD) {
7745         const auto *S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
7746         IsUnrollMetadata =
7747             S && S->getString().startswith("llvm.loop.unroll.disable");
7748       }
7749       MDs.push_back(LoopID->getOperand(i));
7750     }
7751   }
7752
7753   if (!IsUnrollMetadata) {
7754     // Add runtime unroll disable metadata.
7755     LLVMContext &Context = L->getHeader()->getContext();
7756     SmallVector<Metadata *, 1> DisableOperands;
7757     DisableOperands.push_back(
7758         MDString::get(Context, "llvm.loop.unroll.runtime.disable"));
7759     MDNode *DisableNode = MDNode::get(Context, DisableOperands);
7760     MDs.push_back(DisableNode);
7761     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
7762     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
7763     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
7764     L->setLoopID(NewLoopID);
7765   }
7766 }
7767
7768 bool LoopVectorizationPlanner::getDecisionAndClampRange(
7769     const std::function<bool(unsigned)> &Predicate, VFRange &Range) {
7770   assert(Range.End > Range.Start && "Trying to test an empty VF range.");
7771   bool PredicateAtRangeStart = Predicate(Range.Start);
7772
7773   for (unsigned TmpVF = Range.Start * 2; TmpVF < Range.End; TmpVF *= 2)
7774     if (Predicate(TmpVF) != PredicateAtRangeStart) {
7775       Range.End = TmpVF;
7776       break;
7777     }
7778
7779   return PredicateAtRangeStart;
7780 }
7781
7782 /// Build VPlans for the full range of feasible VF's = {\p MinVF, 2 * \p MinVF,
7783 /// 4 * \p MinVF, ..., \p MaxVF} by repeatedly building a VPlan for a sub-range
7784 /// of VF's starting at a given VF and extending it as much as possible. Each
7785 /// vectorization decision can potentially shorten this sub-range during
7786 /// buildVPlan().
7787 void LoopVectorizationPlanner::buildVPlans(unsigned MinVF, unsigned MaxVF) {
7788
7789   // Collect conditions feeding internal conditional branches; they need to be
7790   // represented in VPlan for it to model masking.
7791   SmallPtrSet<Value *, 1> NeedDef;
7792
7793   auto *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
7794   for (BasicBlock *BB : OrigLoop->blocks()) {
7795     if (BB == Latch)
7796       continue;
7797     BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
7798     if (Branch && Branch->isConditional())
7799       NeedDef.insert(Branch->getCondition());
7800   }
7801
7802   for (unsigned VF = MinVF; VF < MaxVF + 1;) {
7803     VFRange SubRange = {VF, MaxVF + 1};
7804     VPlans.push_back(buildVPlan(SubRange, NeedDef));
7805     VF = SubRange.End;
7806   }
7807 }
7808
7809 VPValue *LoopVectorizationPlanner::createEdgeMask(BasicBlock *Src,
7810                                                   BasicBlock *Dst,
7811                                                   VPlanPtr &Plan) {
7812   assert(is_contained(predecessors(Dst), Src) && "Invalid edge");
7813
7814   // Look for cached value.
7815   std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *> Edge(Src, Dst);
7816   EdgeMaskCacheTy::iterator ECEntryIt = EdgeMaskCache.find(Edge);
7817   if (ECEntryIt != EdgeMaskCache.end())
7818     return ECEntryIt->second;
7819
7820   VPValue *SrcMask = createBlockInMask(Src, Plan);
7821
7822   // The terminator has to be a branch inst!
7823   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Src->getTerminator());
7824   assert(BI && "Unexpected terminator found");
7825
7826   if (!BI->isConditional())
7827     return EdgeMaskCache[Edge] = SrcMask;
7828
7829   VPValue *EdgeMask = Plan->getVPValue(BI->getCondition());
7830   assert(EdgeMask && "No Edge Mask found for condition");
7831
7832   if (BI->getSuccessor(0) != Dst)
7833     EdgeMask = Builder.createNot(EdgeMask);
7834
7835   if (SrcMask) // Otherwise block in-mask is all-one, no need to AND.
7836     EdgeMask = Builder.createAnd(EdgeMask, SrcMask);
7837
7838   return EdgeMaskCache[Edge] = EdgeMask;
7839 }
7840
7841 VPValue *LoopVectorizationPlanner::createBlockInMask(BasicBlock *BB,
7842                                                      VPlanPtr &Plan) {
7843   assert(OrigLoop->contains(BB) && "Block is not a part of a loop");
7844
7845   // Look for cached value.
7846   BlockMaskCacheTy::iterator BCEntryIt = BlockMaskCache.find(BB);
7847   if (BCEntryIt != BlockMaskCache.end())
7848     return BCEntryIt->second;
7849
7850   // All-one mask is modelled as no-mask following the convention for masked
7851   // load/store/gather/scatter. Initialize BlockMask to no-mask.
7852   VPValue *BlockMask = nullptr;
7853
7854   // Loop incoming mask is all-one.
7855   if (OrigLoop->getHeader() == BB)
7856     return BlockMaskCache[BB] = BlockMask;
7857
7858   // This is the block mask. We OR all incoming edges.
7859   for (auto *Predecessor : predecessors(BB)) {
7860     VPValue *EdgeMask = createEdgeMask(Predecessor, BB, Plan);
7861     if (!EdgeMask) // Mask of predecessor is all-one so mask of block is too.
7862       return BlockMaskCache[BB] = EdgeMask;
7863
7864     if (!BlockMask) { // BlockMask has its initialized nullptr value.
7865       BlockMask = EdgeMask;
7866       continue;
7867     }
7868
7869     BlockMask = Builder.createOr(BlockMask, EdgeMask);
7870   }
7871
7872   return BlockMaskCache[BB] = BlockMask;
7873 }
7874
7875 VPInterleaveRecipe *
7876 LoopVectorizationPlanner::tryToInterleaveMemory(Instruction *I,
7877                                                 VFRange &Range) {
7878   const InterleaveGroup *IG = Legal->getInterleavedAccessGroup(I);
7879   if (!IG)
7880     return nullptr;
7881
7882   // Now check if IG is relevant for VF's in the given range.
7883   auto isIGMember = [&](Instruction *I) -> std::function<bool(unsigned)> {
7884     return [=](unsigned VF) -> bool {
7885       return (VF >= 2 && // Query is illegal for VF == 1
7886               CM.getWideningDecision(I, VF) ==
7887                   LoopVectorizationCostModel::CM_Interleave);
7888     };
7889   };
7890   if (!getDecisionAndClampRange(isIGMember(I), Range))
7891     return nullptr;
7892
7893   // I is a member of an InterleaveGroup for VF's in the (possibly trimmed)
7894   // range. If it's the primary member of the IG construct a VPInterleaveRecipe.
7895   // Otherwise, it's an adjunct member of the IG, do not construct any Recipe.
7896   assert(I == IG->getInsertPos() &&
7897          "Generating a recipe for an adjunct member of an interleave group");
7898
7899   return new VPInterleaveRecipe(IG);
7900 }
7901
7902 VPWidenMemoryInstructionRecipe *
7903 LoopVectorizationPlanner::tryToWidenMemory(Instruction *I, VFRange &Range,
7904                                            VPlanPtr &Plan) {
7905   if (!isa<LoadInst>(I) && !isa<StoreInst>(I))
7906     return nullptr;
7907
7908   auto willWiden = [&](unsigned VF) -> bool {
7909     if (VF == 1)
7910       return false;
7911     if (CM.isScalarAfterVectorization(I, VF) ||
7912         CM.isProfitableToScalarize(I, VF))
7913       return false;
7914     LoopVectorizationCostModel::InstWidening Decision =
7915         CM.getWideningDecision(I, VF);
7916     assert(Decision != LoopVectorizationCostModel::CM_Unknown &&
7917            "CM decision should be taken at this point.");
7918     assert(Decision != LoopVectorizationCostModel::CM_Interleave &&
7919            "Interleave memory opportunity should be caught earlier.");
7920     return Decision != LoopVectorizationCostModel::CM_Scalarize;
7921   };
7922
7923   if (!getDecisionAndClampRange(willWiden, Range))
7924     return nullptr;
7925
7926   VPValue *Mask = nullptr;
7927   if (Legal->isMaskRequired(I))
7928     Mask = createBlockInMask(I->getParent(), Plan);
7929
7930   return new VPWidenMemoryInstructionRecipe(*I, Mask);
7931 }
7932
7933 VPWidenIntOrFpInductionRecipe *
7934 LoopVectorizationPlanner::tryToOptimizeInduction(Instruction *I,
7935                                                  VFRange &Range) {
7936   if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I)) {
7937     // Check if this is an integer or fp induction. If so, build the recipe that
7938     // produces its scalar and vector values.
7939     InductionDescriptor II = Legal->getInductionVars()->lookup(Phi);
7940     if (II.getKind() == InductionDescriptor::IK_IntInduction ||
7941         II.getKind() == InductionDescriptor::IK_FpInduction)
7942       return new VPWidenIntOrFpInductionRecipe(Phi);
7943
7944     return nullptr;
7945   }
7946
7947   // Optimize the special case where the source is a constant integer
7948   // induction variable. Notice that we can only optimize the 'trunc' case
7949   // because (a) FP conversions lose precision, (b) sext/zext may wrap, and
7950   // (c) other casts depend on pointer size.
7951
7952   // Determine whether \p K is a truncation based on an induction variable that
7953   // can be optimized.
7954   auto isOptimizableIVTruncate =
7955       [&](Instruction *K) -> std::function<bool(unsigned)> {
7956     return
7957         [=](unsigned VF) -> bool { return CM.isOptimizableIVTruncate(K, VF); };
7958   };
7959
7960   if (isa<TruncInst>(I) &&
7961       getDecisionAndClampRange(isOptimizableIVTruncate(I), Range))
7962     return new VPWidenIntOrFpInductionRecipe(cast<PHINode>(I->getOperand(0)),
7963                                              cast<TruncInst>(I));
7964   return nullptr;
7965 }
7966
7967 VPBlendRecipe *
7968 LoopVectorizationPlanner::tryToBlend(Instruction *I, VPlanPtr &Plan) {
7969   PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I);
7970   if (!Phi || Phi->getParent() == OrigLoop->getHeader())
7971     return nullptr;
7972
7973   // We know that all PHIs in non-header blocks are converted into selects, so
7974   // we don't have to worry about the insertion order and we can just use the
7975   // builder. At this point we generate the predication tree. There may be
7976   // duplications since this is a simple recursive scan, but future
7977   // optimizations will clean it up.
7978
7979   SmallVector<VPValue *, 2> Masks;
7980   unsigned NumIncoming = Phi->getNumIncomingValues();
7981   for (unsigned In = 0; In < NumIncoming; In++) {
7982     VPValue *EdgeMask =
7983       createEdgeMask(Phi->getIncomingBlock(In), Phi->getParent(), Plan);
7984     assert((EdgeMask || NumIncoming == 1) &&
7985            "Multiple predecessors with one having a full mask");
7986     if (EdgeMask)
7987       Masks.push_back(EdgeMask);
7988   }
7989   return new VPBlendRecipe(Phi, Masks);
7990 }
7991
7992 bool LoopVectorizationPlanner::tryToWiden(Instruction *I, VPBasicBlock *VPBB,
7993                                           VFRange &Range) {
7994   if (Legal->isScalarWithPredication(I))
7995     return false;
7996
7997   auto IsVectorizableOpcode = [](unsigned Opcode) {
7998     switch (Opcode) {
7999     case Instruction::Add:
8000     case Instruction::And:
8001     case Instruction::AShr:
8002     case Instruction::BitCast:
8003     case Instruction::Br:
8004     case Instruction::Call:
8005     case Instruction::FAdd:
8006     case Instruction::FCmp:
8007     case Instruction::FDiv:
8008     case Instruction::FMul:
8009     case Instruction::FPExt:
8010     case Instruction::FPToSI:
8011     case Instruction::FPToUI:
8012     case Instruction::FPTrunc:
8013     case Instruction::FRem:
8014     case Instruction::FSub:
8015     case Instruction::GetElementPtr:
8016     case Instruction::ICmp:
8017     case Instruction::IntToPtr:
8018     case Instruction::Load:
8019     case Instruction::LShr:
8020     case Instruction::Mul:
8021     case Instruction::Or:
8022     case Instruction::PHI:
8023     case Instruction::PtrToInt:
8024     case Instruction::SDiv:
8025     case Instruction::Select:
8026     case Instruction::SExt:
8027     case Instruction::Shl:
8028     case Instruction::SIToFP:
8029     case Instruction::SRem:
8030     case Instruction::Store:
8031     case Instruction::Sub:
8032     case Instruction::Trunc:
8033     case Instruction::UDiv:
8034     case Instruction::UIToFP:
8035     case Instruction::URem:
8036     case Instruction::Xor:
8037     case Instruction::ZExt:
8038       return true;
8039     }
8040     return false;
8041   };
8042
8043   if (!IsVectorizableOpcode(I->getOpcode()))
8044     return false;
8045
8046   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
8047     Intrinsic::ID ID = getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
8048     if (ID && (ID == Intrinsic::assume || ID == Intrinsic::lifetime_end ||
8049                ID == Intrinsic::lifetime_start || ID == Intrinsic::sideeffect))
8050       return false;
8051   }
8052
8053   auto willWiden = [&](unsigned VF) -> bool {
8054     if (!isa<PHINode>(I) && (CM.isScalarAfterVectorization(I, VF) ||
8055                              CM.isProfitableToScalarize(I, VF)))
8056       return false;
8057     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
8058       Intrinsic::ID ID = getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
8059       // The following case may be scalarized depending on the VF.
8060       // The flag shows whether we use Intrinsic or a usual Call for vectorized
8061       // version of the instruction.
8062       // Is it beneficial to perform intrinsic call compared to lib call?
8063       bool NeedToScalarize;
8064       unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, *TTI, TLI, NeedToScalarize);
8065       bool UseVectorIntrinsic =
8066           ID && getVectorIntrinsicCost(CI, VF, *TTI, TLI) <= CallCost;
8067       return UseVectorIntrinsic || !NeedToScalarize;
8068     }
8069     if (isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I)) {
8070       assert(CM.getWideningDecision(I, VF) ==
8071                  LoopVectorizationCostModel::CM_Scalarize &&
8072              "Memory widening decisions should have been taken care by now");
8073       return false;
8074     }
8075     return true;
8076   };
8077
8078   if (!getDecisionAndClampRange(willWiden, Range))
8079     return false;
8080
8081   // Success: widen this instruction. We optimize the common case where
8082   // consecutive instructions can be represented by a single recipe.
8083   if (!VPBB->empty()) {
8084     VPWidenRecipe *LastWidenRecipe = dyn_cast<VPWidenRecipe>(&VPBB->back());
8085     if (LastWidenRecipe && LastWidenRecipe->appendInstruction(I))
8086       return true;
8087   }
8088
8089   VPBB->appendRecipe(new VPWidenRecipe(I));
8090   return true;
8091 }
8092
8093 VPBasicBlock *LoopVectorizationPlanner::handleReplication(
8094     Instruction *I, VFRange &Range, VPBasicBlock *VPBB,
8095     DenseMap<Instruction *, VPReplicateRecipe *> &PredInst2Recipe,
8096     VPlanPtr &Plan) {
8097   bool IsUniform = getDecisionAndClampRange(
8098       [&](unsigned VF) { return CM.isUniformAfterVectorization(I, VF); },
8099       Range);
8100
8101   bool IsPredicated = Legal->isScalarWithPredication(I);
8102   auto *Recipe = new VPReplicateRecipe(I, IsUniform, IsPredicated);
8103
8104   // Find if I uses a predicated instruction. If so, it will use its scalar
8105   // value. Avoid hoisting the insert-element which packs the scalar value into
8106   // a vector value, as that happens iff all users use the vector value.
8107   for (auto &Op : I->operands())
8108     if (auto *PredInst = dyn_cast<Instruction>(Op))
8109       if (PredInst2Recipe.find(PredInst) != PredInst2Recipe.end())
8110         PredInst2Recipe[PredInst]->setAlsoPack(false);
8111
8112   // Finalize the recipe for Instr, first if it is not predicated.
8113   if (!IsPredicated) {
8114     DEBUG(dbgs() << "LV: Scalarizing:" << *I << "\n");
8115     VPBB->appendRecipe(Recipe);
8116     return VPBB;
8117   }
8118   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalarizing and predicating:" << *I << "\n");
8119   assert(VPBB->getSuccessors().empty() &&
8120          "VPBB has successors when handling predicated replication.");
8121   // Record predicated instructions for above packing optimizations.
8122   PredInst2Recipe[I] = Recipe;
8123   VPBlockBase *Region =
8124     VPBB->setOneSuccessor(createReplicateRegion(I, Recipe, Plan));
8125   return cast<VPBasicBlock>(Region->setOneSuccessor(new VPBasicBlock()));
8126 }
8127
8128 VPRegionBlock *
8129 LoopVectorizationPlanner::createReplicateRegion(Instruction *Instr,
8130                                                 VPRecipeBase *PredRecipe,
8131                                                 VPlanPtr &Plan) {
8132   // Instructions marked for predication are replicated and placed under an
8133   // if-then construct to prevent side-effects.
8134
8135   // Generate recipes to compute the block mask for this region.
8136   VPValue *BlockInMask = createBlockInMask(Instr->getParent(), Plan);
8137
8138   // Build the triangular if-then region.
8139   std::string RegionName = (Twine("pred.") + Instr->getOpcodeName()).str();
8140   assert(Instr->getParent() && "Predicated instruction not in any basic block");
8141   auto *BOMRecipe = new VPBranchOnMaskRecipe(BlockInMask);
8142   auto *Entry = new VPBasicBlock(Twine(RegionName) + ".entry", BOMRecipe);
8143   auto *PHIRecipe =
8144       Instr->getType()->isVoidTy() ? nullptr : new VPPredInstPHIRecipe(Instr);
8145   auto *Exit = new VPBasicBlock(Twine(RegionName) + ".continue", PHIRecipe);
8146   auto *Pred = new VPBasicBlock(Twine(RegionName) + ".if", PredRecipe);
8147   VPRegionBlock *Region = new VPRegionBlock(Entry, Exit, RegionName, true);
8148
8149   // Note: first set Entry as region entry and then connect successors starting
8150   // from it in order, to propagate the "parent" of each VPBasicBlock.
8151   Entry->setTwoSuccessors(Pred, Exit);
8152   Pred->setOneSuccessor(Exit);
8153
8154   return Region;
8155 }
8156
8157 LoopVectorizationPlanner::VPlanPtr
8158 LoopVectorizationPlanner::buildVPlan(VFRange &Range,
8159                                      const SmallPtrSetImpl<Value *> &NeedDef) {
8160   EdgeMaskCache.clear();
8161   BlockMaskCache.clear();
8162   DenseMap<Instruction *, Instruction *> &SinkAfter = Legal->getSinkAfter();
8163   DenseMap<Instruction *, Instruction *> SinkAfterInverse;
8164
8165   // Collect instructions from the original loop that will become trivially dead
8166   // in the vectorized loop. We don't need to vectorize these instructions. For
8167   // example, original induction update instructions can become dead because we
8168   // separately emit induction "steps" when generating code for the new loop.
8169   // Similarly, we create a new latch condition when setting up the structure
8170   // of the new loop, so the old one can become dead.
8171   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DeadInstructions;
8172   collectTriviallyDeadInstructions(DeadInstructions);
8173
8174   // Hold a mapping from predicated instructions to their recipes, in order to
8175   // fix their AlsoPack behavior if a user is determined to replicate and use a
8176   // scalar instead of vector value.
8177   DenseMap<Instruction *, VPReplicateRecipe *> PredInst2Recipe;
8178
8179   // Create a dummy pre-entry VPBasicBlock to start building the VPlan.
8180   VPBasicBlock *VPBB = new VPBasicBlock("Pre-Entry");
8181   auto Plan = llvm::make_unique<VPlan>(VPBB);
8182
8183   // Represent values that will have defs inside VPlan.
8184   for (Value *V : NeedDef)
8185     Plan->addVPValue(V);
8186
8187   // Scan the body of the loop in a topological order to visit each basic block
8188   // after having visited its predecessor basic blocks.
8189   LoopBlocksDFS DFS(OrigLoop);
8190   DFS.perform(LI);
8191
8192   for (BasicBlock *BB : make_range(DFS.beginRPO(), DFS.endRPO())) {
8193     // Relevant instructions from basic block BB will be grouped into VPRecipe
8194     // ingredients and fill a new VPBasicBlock.
8195     unsigned VPBBsForBB = 0;
8196     auto *FirstVPBBForBB = new VPBasicBlock(BB->getName());
8197     VPBB->setOneSuccessor(FirstVPBBForBB);
8198     VPBB = FirstVPBBForBB;
8199     Builder.setInsertPoint(VPBB);
8200
8201     std::vector<Instruction *> Ingredients;
8202
8203     // Organize the ingredients to vectorize from current basic block in the
8204     // right order.
8205     for (Instruction &I : *BB) {
8206       Instruction *Instr = &I;
8207
8208       // First filter out irrelevant instructions, to ensure no recipes are
8209       // built for them.
8210       if (isa<BranchInst>(Instr) || isa<DbgInfoIntrinsic>(Instr) ||
8211           DeadInstructions.count(Instr))
8212         continue;
8213
8214       // I is a member of an InterleaveGroup for Range.Start. If it's an adjunct
8215       // member of the IG, do not construct any Recipe for it.
8216       const InterleaveGroup *IG = Legal->getInterleavedAccessGroup(Instr);
8217       if (IG && Instr != IG->getInsertPos() &&
8218           Range.Start >= 2 && // Query is illegal for VF == 1
8219           CM.getWideningDecision(Instr, Range.Start) ==
8220               LoopVectorizationCostModel::CM_Interleave) {
8221         if (SinkAfterInverse.count(Instr))
8222           Ingredients.push_back(SinkAfterInverse.find(Instr)->second);
8223         continue;
8224       }
8225
8226       // Move instructions to handle first-order recurrences, step 1: avoid
8227       // handling this instruction until after we've handled the instruction it
8228       // should follow.
8229       auto SAIt = SinkAfter.find(Instr);
8230       if (SAIt != SinkAfter.end()) {
8231         DEBUG(dbgs() << "Sinking" << *SAIt->first << " after" << *SAIt->second
8232                      << " to vectorize a 1st order recurrence.\n");
8233         SinkAfterInverse[SAIt->second] = Instr;
8234         continue;
8235       }
8236
8237       Ingredients.push_back(Instr);
8238
8239       // Move instructions to handle first-order recurrences, step 2: push the
8240       // instruction to be sunk at its insertion point.
8241       auto SAInvIt = SinkAfterInverse.find(Instr);
8242       if (SAInvIt != SinkAfterInverse.end())
8243         Ingredients.push_back(SAInvIt->second);
8244     }
8245
8246     // Introduce each ingredient into VPlan.
8247     for (Instruction *Instr : Ingredients) {
8248       VPRecipeBase *Recipe = nullptr;
8249
8250       // Check if Instr should belong to an interleave memory recipe, or already
8251       // does. In the latter case Instr is irrelevant.
8252       if ((Recipe = tryToInterleaveMemory(Instr, Range))) {
8253         VPBB->appendRecipe(Recipe);
8254         continue;
8255       }
8256
8257       // Check if Instr is a memory operation that should be widened.
8258       if ((Recipe = tryToWidenMemory(Instr, Range, Plan))) {
8259         VPBB->appendRecipe(Recipe);
8260         continue;
8261       }
8262
8263       // Check if Instr should form some PHI recipe.
8264       if ((Recipe = tryToOptimizeInduction(Instr, Range))) {
8265         VPBB->appendRecipe(Recipe);
8266         continue;
8267       }
8268       if ((Recipe = tryToBlend(Instr, Plan))) {
8269         VPBB->appendRecipe(Recipe);
8270         continue;
8271       }
8272       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(Instr)) {
8273         VPBB->appendRecipe(new VPWidenPHIRecipe(Phi));
8274         continue;
8275       }
8276
8277       // Check if Instr is to be widened by a general VPWidenRecipe, after
8278       // having first checked for specific widening recipes that deal with
8279       // Interleave Groups, Inductions and Phi nodes.
8280       if (tryToWiden(Instr, VPBB, Range))
8281         continue;
8282
8283       // Otherwise, if all widening options failed, Instruction is to be
8284       // replicated. This may create a successor for VPBB.
8285       VPBasicBlock *NextVPBB =
8286         handleReplication(Instr, Range, VPBB, PredInst2Recipe, Plan);
8287       if (NextVPBB != VPBB) {
8288         VPBB = NextVPBB;
8289         VPBB->setName(BB->hasName() ? BB->getName() + "." + Twine(VPBBsForBB++)
8290                                     : "");
8291       }
8292     }
8293   }
8294
8295   // Discard empty dummy pre-entry VPBasicBlock. Note that other VPBasicBlocks
8296   // may also be empty, such as the last one VPBB, reflecting original
8297   // basic-blocks with no recipes.
8298   VPBasicBlock *PreEntry = cast<VPBasicBlock>(Plan->getEntry());
8299   assert(PreEntry->empty() && "Expecting empty pre-entry block.");
8300   VPBlockBase *Entry = Plan->setEntry(PreEntry->getSingleSuccessor());
8301   PreEntry->disconnectSuccessor(Entry);
8302   delete PreEntry;
8303
8304   std::string PlanName;
8305   raw_string_ostream RSO(PlanName);
8306   unsigned VF = Range.Start;
8307   Plan->addVF(VF);
8308   RSO << "Initial VPlan for VF={" << VF;
8309   for (VF *= 2; VF < Range.End; VF *= 2) {
8310     Plan->addVF(VF);
8311     RSO << "," << VF;
8312   }
8313   RSO << "},UF>=1";
8314   RSO.flush();
8315   Plan->setName(PlanName);
8316
8317   return Plan;
8318 }
8319
8320 void VPInterleaveRecipe::print(raw_ostream &O, const Twine &Indent) const {
8321   O << " +\n"
8322     << Indent << "\"INTERLEAVE-GROUP with factor " << IG->getFactor() << " at ";
8323   IG->getInsertPos()->printAsOperand(O, false);
8324   O << "\\l\"";
8325   for (unsigned i = 0; i < IG->getFactor(); ++i)
8326     if (Instruction *I = IG->getMember(i))
8327       O << " +\n"
8328         << Indent << "\"  " << VPlanIngredient(I) << " " << i << "\\l\"";
8329 }
8330
8331 void VPWidenRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8332   for (auto &Instr : make_range(Begin, End))
8333     State.ILV->widenInstruction(Instr);
8334 }
8335
8336 void VPWidenIntOrFpInductionRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8337   assert(!State.Instance && "Int or FP induction being replicated.");
8338   State.ILV->widenIntOrFpInduction(IV, Trunc);
8339 }
8340
8341 void VPWidenPHIRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8342   State.ILV->widenPHIInstruction(Phi, State.UF, State.VF);
8343 }
8344
8345 void VPBlendRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8346   State.ILV->setDebugLocFromInst(State.Builder, Phi);
8347   // We know that all PHIs in non-header blocks are converted into
8348   // selects, so we don't have to worry about the insertion order and we
8349   // can just use the builder.
8350   // At this point we generate the predication tree. There may be
8351   // duplications since this is a simple recursive scan, but future
8352   // optimizations will clean it up.
8353
8354   unsigned NumIncoming = Phi->getNumIncomingValues();
8355
8356   assert((User || NumIncoming == 1) &&
8357          "Multiple predecessors with predecessors having a full mask");
8358   // Generate a sequence of selects of the form:
8359   // SELECT(Mask3, In3,
8360   //      SELECT(Mask2, In2,
8361   //                   ( ...)))
8362   InnerLoopVectorizer::VectorParts Entry(State.UF);
8363   for (unsigned In = 0; In < NumIncoming; ++In) {
8364     for (unsigned Part = 0; Part < State.UF; ++Part) {
8365       // We might have single edge PHIs (blocks) - use an identity
8366       // 'select' for the first PHI operand.
8367       Value *In0 =
8368           State.ILV->getOrCreateVectorValue(Phi->getIncomingValue(In), Part);
8369       if (In == 0)
8370         Entry[Part] = In0; // Initialize with the first incoming value.
8371       else {
8372         // Select between the current value and the previous incoming edge
8373         // based on the incoming mask.
8374         Value *Cond = State.get(User->getOperand(In), Part);
8375         Entry[Part] =
8376             State.Builder.CreateSelect(Cond, In0, Entry[Part], "predphi");
8377       }
8378     }
8379   }
8380   for (unsigned Part = 0; Part < State.UF; ++Part)
8381     State.ValueMap.setVectorValue(Phi, Part, Entry[Part]);
8382 }
8383
8384 void VPInterleaveRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8385   assert(!State.Instance && "Interleave group being replicated.");
8386   State.ILV->vectorizeInterleaveGroup(IG->getInsertPos());
8387 }
8388
8389 void VPReplicateRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8390   if (State.Instance) { // Generate a single instance.
8391     State.ILV->scalarizeInstruction(Ingredient, *State.Instance, IsPredicated);
8392     // Insert scalar instance packing it into a vector.
8393     if (AlsoPack && State.VF > 1) {
8394       // If we're constructing lane 0, initialize to start from undef.
8395       if (State.Instance->Lane == 0) {
8396         Value *Undef =
8397             UndefValue::get(VectorType::get(Ingredient->getType(), State.VF));
8398         State.ValueMap.setVectorValue(Ingredient, State.Instance->Part, Undef);
8399       }
8400       State.ILV->packScalarIntoVectorValue(Ingredient, *State.Instance);
8401     }
8402     return;
8403   }
8404
8405   // Generate scalar instances for all VF lanes of all UF parts, unless the
8406   // instruction is uniform inwhich case generate only the first lane for each
8407   // of the UF parts.
8408   unsigned EndLane = IsUniform ? 1 : State.VF;
8409   for (unsigned Part = 0; Part < State.UF; ++Part)
8410     for (unsigned Lane = 0; Lane < EndLane; ++Lane)
8411       State.ILV->scalarizeInstruction(Ingredient, {Part, Lane}, IsPredicated);
8412 }
8413
8414 void VPBranchOnMaskRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8415   assert(State.Instance && "Branch on Mask works only on single instance.");
8416
8417   unsigned Part = State.Instance->Part;
8418   unsigned Lane = State.Instance->Lane;
8419
8420   Value *ConditionBit = nullptr;
8421   if (!User) // Block in mask is all-one.
8422     ConditionBit = State.Builder.getTrue();
8423   else {
8424     VPValue *BlockInMask = User->getOperand(0);
8425     ConditionBit = State.get(BlockInMask, Part);
8426     if (ConditionBit->getType()->isVectorTy())
8427       ConditionBit = State.Builder.CreateExtractElement(
8428           ConditionBit, State.Builder.getInt32(Lane));
8429   }
8430
8431   // Replace the temporary unreachable terminator with a new conditional branch,
8432   // whose two destinations will be set later when they are created.
8433   auto *CurrentTerminator = State.CFG.PrevBB->getTerminator();
8434   assert(isa<UnreachableInst>(CurrentTerminator) &&
8435          "Expected to replace unreachable terminator with conditional branch.");
8436   auto *CondBr = BranchInst::Create(State.CFG.PrevBB, nullptr, ConditionBit);
8437   CondBr->setSuccessor(0, nullptr);
8438   ReplaceInstWithInst(CurrentTerminator, CondBr);
8439 }
8440
8441 void VPPredInstPHIRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8442   assert(State.Instance && "Predicated instruction PHI works per instance.");
8443   Instruction *ScalarPredInst = cast<Instruction>(
8444       State.ValueMap.getScalarValue(PredInst, *State.Instance));
8445   BasicBlock *PredicatedBB = ScalarPredInst->getParent();
8446   BasicBlock *PredicatingBB = PredicatedBB->getSinglePredecessor();
8447   assert(PredicatingBB && "Predicated block has no single predecessor.");
8448
8449   // By current pack/unpack logic we need to generate only a single phi node: if
8450   // a vector value for the predicated instruction exists at this point it means
8451   // the instruction has vector users only, and a phi for the vector value is
8452   // needed. In this case the recipe of the predicated instruction is marked to
8453   // also do that packing, thereby "hoisting" the insert-element sequence.
8454   // Otherwise, a phi node for the scalar value is needed.
8455   unsigned Part = State.Instance->Part;
8456   if (State.ValueMap.hasVectorValue(PredInst, Part)) {
8457     Value *VectorValue = State.ValueMap.getVectorValue(PredInst, Part);
8458     InsertElementInst *IEI = cast<InsertElementInst>(VectorValue);
8459     PHINode *VPhi = State.Builder.CreatePHI(IEI->getType(), 2);
8460     VPhi->addIncoming(IEI->getOperand(0), PredicatingBB); // Unmodified vector.
8461     VPhi->addIncoming(IEI, PredicatedBB); // New vector with inserted element.
8462     State.ValueMap.resetVectorValue(PredInst, Part, VPhi); // Update cache.
8463   } else {
8464     Type *PredInstType = PredInst->getType();
8465     PHINode *Phi = State.Builder.CreatePHI(PredInstType, 2);
8466     Phi->addIncoming(UndefValue::get(ScalarPredInst->getType()), PredicatingBB);
8467     Phi->addIncoming(ScalarPredInst, PredicatedBB);
8468     State.ValueMap.resetScalarValue(PredInst, *State.Instance, Phi);
8469   }
8470 }
8471
8472 void VPWidenMemoryInstructionRecipe::execute(VPTransformState &State) {
8473   if (!User)
8474     return State.ILV->vectorizeMemoryInstruction(&Instr);
8475
8476   // Last (and currently only) operand is a mask.
8477   InnerLoopVectorizer::VectorParts MaskValues(State.UF);
8478   VPValue *Mask = User->getOperand(User->getNumOperands() - 1);
8479   for (unsigned Part = 0; Part < State.UF; ++Part)
8480     MaskValues[Part] = State.get(Mask, Part);
8481   State.ILV->vectorizeMemoryInstruction(&Instr, &MaskValues);
8482 }
8483
8484 bool LoopVectorizePass::processLoop(Loop *L) {
8485   assert(L->empty() && "Only process inner loops.");
8486
8487 #ifndef NDEBUG
8488   const std::string DebugLocStr = getDebugLocString(L);
8489 #endif /* NDEBUG */
8490
8491   DEBUG(dbgs() << "\nLV: Checking a loop in \""
8492                << L->getHeader()->getParent()->getName() << "\" from "
8493                << DebugLocStr << "\n");
8494
8495   LoopVectorizeHints Hints(L, DisableUnrolling, *ORE);
8496
8497   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints:"
8498                << " force="
8499                << (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled
8500                        ? "disabled"
8501                        : (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled
8502                               ? "enabled"
8503                               : "?"))
8504                << " width=" << Hints.getWidth()
8505                << " unroll=" << Hints.getInterleave() << "\n");
8506
8507   // Function containing loop
8508   Function *F = L->getHeader()->getParent();
8509
8510   // Looking at the diagnostic output is the only way to determine if a loop
8511   // was vectorized (other than looking at the IR or machine code), so it
8512   // is important to generate an optimization remark for each loop. Most of
8513   // these messages are generated as OptimizationRemarkAnalysis. Remarks
8514   // generated as OptimizationRemark and OptimizationRemarkMissed are
8515   // less verbose reporting vectorized loops and unvectorized loops that may
8516   // benefit from vectorization, respectively.
8517
8518   if (!Hints.allowVectorization(F, L, AlwaysVectorize)) {
8519     DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints prevent vectorization.\n");
8520     return false;
8521   }
8522
8523   PredicatedScalarEvolution PSE(*SE, *L);
8524
8525   // Check if it is legal to vectorize the loop.
8526   LoopVectorizationRequirements Requirements(*ORE);
8527   LoopVectorizationLegality LVL(L, PSE, DT, TLI, AA, F, TTI, GetLAA, LI, ORE,
8528                                 &Requirements, &Hints, DB, AC);
8529   if (!LVL.canVectorize()) {
8530     DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Cannot prove legality.\n");
8531     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
8532     return false;
8533   }
8534
8535   // Check the function attributes to find out if this function should be
8536   // optimized for size.
8537   bool OptForSize =
8538       Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled && F->optForSize();
8539
8540   // Check the loop for a trip count threshold: vectorize loops with a tiny trip
8541   // count by optimizing for size, to minimize overheads.
8542   unsigned ExpectedTC = SE->getSmallConstantMaxTripCount(L);
8543   bool HasExpectedTC = (ExpectedTC > 0);
8544
8545   if (!HasExpectedTC && LoopVectorizeWithBlockFrequency) {
8546     auto EstimatedTC = getLoopEstimatedTripCount(L);
8547     if (EstimatedTC) {
8548       ExpectedTC = *EstimatedTC;
8549       HasExpectedTC = true;
8550     }
8551   }
8552
8553   if (HasExpectedTC && ExpectedTC < TinyTripCountVectorThreshold) {
8554     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop with a very small trip count. "
8555                  << "This loop is worth vectorizing only if no scalar "
8556                  << "iteration overheads are incurred.");
8557     if (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled)
8558       DEBUG(dbgs() << " But vectorizing was explicitly forced.\n");
8559     else {
8560       DEBUG(dbgs() << "\n");
8561       // Loops with a very small trip count are considered for vectorization
8562       // under OptForSize, thereby making sure the cost of their loop body is
8563       // dominant, free of runtime guards and scalar iteration overheads.
8564       OptForSize = true;
8565     }
8566   }
8567
8568   // Check the function attributes to see if implicit floats are allowed.
8569   // FIXME: This check doesn't seem possibly correct -- what if the loop is
8570   // an integer loop and the vector instructions selected are purely integer
8571   // vector instructions?
8572   if (F->hasFnAttribute(Attribute::NoImplicitFloat)) {
8573     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize when the NoImplicitFloat"
8574                     "attribute is used.\n");
8575     ORE->emit(createMissedAnalysis(Hints.vectorizeAnalysisPassName(),
8576                                    "NoImplicitFloat", L)
8577               << "loop not vectorized due to NoImplicitFloat attribute");
8578     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
8579     return false;
8580   }
8581
8582   // Check if the target supports potentially unsafe FP vectorization.
8583   // FIXME: Add a check for the type of safety issue (denormal, signaling)
8584   // for the target we're vectorizing for, to make sure none of the
8585   // additional fp-math flags can help.
8586   if (Hints.isPotentiallyUnsafe() &&
8587       TTI->isFPVectorizationPotentiallyUnsafe()) {
8588     DEBUG(dbgs() << "LV: Potentially unsafe FP op prevents vectorization.\n");
8589     ORE->emit(
8590         createMissedAnalysis(Hints.vectorizeAnalysisPassName(), "UnsafeFP", L)
8591         << "loop not vectorized due to unsafe FP support.");
8592     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
8593     return false;
8594   }
8595
8596   // Use the cost model.
8597   LoopVectorizationCostModel CM(L, PSE, LI, &LVL, *TTI, TLI, DB, AC, ORE, F,
8598                                 &Hints);
8599   CM.collectValuesToIgnore();
8600
8601   // Use the planner for vectorization.
8602   LoopVectorizationPlanner LVP(L, LI, TLI, TTI, &LVL, CM);
8603
8604   // Get user vectorization factor.
8605   unsigned UserVF = Hints.getWidth();
8606
8607   // Plan how to best vectorize, return the best VF and its cost.
8608   LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor VF =
8609       LVP.plan(OptForSize, UserVF);
8610
8611   // Select the interleave count.
8612   unsigned IC = CM.selectInterleaveCount(OptForSize, VF.Width, VF.Cost);
8613
8614   // Get user interleave count.
8615   unsigned UserIC = Hints.getInterleave();
8616
8617   // Identify the diagnostic messages that should be produced.
8618   std::pair<StringRef, std::string> VecDiagMsg, IntDiagMsg;
8619   bool VectorizeLoop = true, InterleaveLoop = true;
8620   if (Requirements.doesNotMeet(F, L, Hints)) {
8621     DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: loop did not meet vectorization "
8622                     "requirements.\n");
8623     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
8624     return false;
8625   }
8626
8627   if (VF.Width == 1) {
8628     DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial.\n");
8629     VecDiagMsg = std::make_pair(
8630         "VectorizationNotBeneficial",
8631         "the cost-model indicates that vectorization is not beneficial");
8632     VectorizeLoop = false;
8633   }
8634
8635   if (IC == 1 && UserIC <= 1) {
8636     // Tell the user interleaving is not beneficial.
8637     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving is not beneficial.\n");
8638     IntDiagMsg = std::make_pair(
8639         "InterleavingNotBeneficial",
8640         "the cost-model indicates that interleaving is not beneficial");
8641     InterleaveLoop = false;
8642     if (UserIC == 1) {
8643       IntDiagMsg.first = "InterleavingNotBeneficialAndDisabled";
8644       IntDiagMsg.second +=
8645           " and is explicitly disabled or interleave count is set to 1";
8646     }
8647   } else if (IC > 1 && UserIC == 1) {
8648     // Tell the user interleaving is beneficial, but it explicitly disabled.
8649     DEBUG(dbgs()
8650           << "LV: Interleaving is beneficial but is explicitly disabled.");
8651     IntDiagMsg = std::make_pair(
8652         "InterleavingBeneficialButDisabled",
8653         "the cost-model indicates that interleaving is beneficial "
8654         "but is explicitly disabled or interleave count is set to 1");
8655     InterleaveLoop = false;
8656   }
8657
8658   // Override IC if user provided an interleave count.
8659   IC = UserIC > 0 ? UserIC : IC;
8660
8661   // Emit diagnostic messages, if any.
8662   const char *VAPassName = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
8663   if (!VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
8664     // Do not vectorize or interleaving the loop.
8665     ORE->emit([&]() {
8666       return OptimizationRemarkMissed(VAPassName, VecDiagMsg.first,
8667                                       L->getStartLoc(), L->getHeader())
8668              << VecDiagMsg.second;
8669     });
8670     ORE->emit([&]() {
8671       return OptimizationRemarkMissed(LV_NAME, IntDiagMsg.first,
8672                                       L->getStartLoc(), L->getHeader())
8673              << IntDiagMsg.second;
8674     });
8675     return false;
8676   } else if (!VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
8677     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
8678     ORE->emit([&]() {
8679       return OptimizationRemarkAnalysis(VAPassName, VecDiagMsg.first,
8680                                         L->getStartLoc(), L->getHeader())
8681              << VecDiagMsg.second;
8682     });
8683   } else if (VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
8684     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
8685                  << DebugLocStr << '\n');
8686     ORE->emit([&]() {
8687       return OptimizationRemarkAnalysis(LV_NAME, IntDiagMsg.first,
8688                                         L->getStartLoc(), L->getHeader())
8689              << IntDiagMsg.second;
8690     });
8691   } else if (VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
8692     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
8693                  << DebugLocStr << '\n');
8694     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
8695   }
8696
8697   LVP.setBestPlan(VF.Width, IC);
8698
8699   using namespace ore;
8700
8701   if (!VectorizeLoop) {
8702     assert(IC > 1 && "interleave count should not be 1 or 0");
8703     // If we decided that it is not legal to vectorize the loop, then
8704     // interleave it.
8705     InnerLoopUnroller Unroller(L, PSE, LI, DT, TLI, TTI, AC, ORE, IC, &LVL,
8706                                &CM);
8707     LVP.executePlan(Unroller, DT);
8708
8709     ORE->emit([&]() {
8710       return OptimizationRemark(LV_NAME, "Interleaved", L->getStartLoc(),
8711                                 L->getHeader())
8712              << "interleaved loop (interleaved count: "
8713              << NV("InterleaveCount", IC) << ")";
8714     });
8715   } else {
8716     // If we decided that it is *legal* to vectorize the loop, then do it.
8717     InnerLoopVectorizer LB(L, PSE, LI, DT, TLI, TTI, AC, ORE, VF.Width, IC,
8718                            &LVL, &CM);
8719     LVP.executePlan(LB, DT);
8720     ++LoopsVectorized;
8721
8722     // Add metadata to disable runtime unrolling a scalar loop when there are
8723     // no runtime checks about strides and memory. A scalar loop that is
8724     // rarely used is not worth unrolling.
8725     if (!LB.areSafetyChecksAdded())
8726       AddRuntimeUnrollDisableMetaData(L);
8727
8728     // Report the vectorization decision.
8729     ORE->emit([&]() {
8730       return OptimizationRemark(LV_NAME, "Vectorized", L->getStartLoc(),
8731                                 L->getHeader())
8732              << "vectorized loop (vectorization width: "
8733              << NV("VectorizationFactor", VF.Width)
8734              << ", interleaved count: " << NV("InterleaveCount", IC) << ")";
8735     });
8736   }
8737
8738   // Mark the loop as already vectorized to avoid vectorizing again.
8739   Hints.setAlreadyVectorized();
8740
8741   DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
8742   return true;
8743 }
8744
8745 bool LoopVectorizePass::runImpl(
8746     Function &F, ScalarEvolution &SE_, LoopInfo &LI_, TargetTransformInfo &TTI_,
8747     DominatorTree &DT_, BlockFrequencyInfo &BFI_, TargetLibraryInfo *TLI_,
8748     DemandedBits &DB_, AliasAnalysis &AA_, AssumptionCache &AC_,
8749     std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> &GetLAA_,
8750     OptimizationRemarkEmitter &ORE_) {
8751   SE = &SE_;
8752   LI = &LI_;
8753   TTI = &TTI_;
8754   DT = &DT_;
8755   BFI = &BFI_;
8756   TLI = TLI_;
8757   AA = &AA_;
8758   AC = &AC_;
8759   GetLAA = &GetLAA_;
8760   DB = &DB_;
8761   ORE = &ORE_;
8762
8763   // Don't attempt if
8764   // 1. the target claims to have no vector registers, and
8765   // 2. interleaving won't help ILP.
8766   //
8767   // The second condition is necessary because, even if the target has no
8768   // vector registers, loop vectorization may still enable scalar
8769   // interleaving.
8770   if (!TTI->getNumberOfRegisters(true) && TTI->getMaxInterleaveFactor(1) < 2)
8771     return false;
8772
8773   bool Changed = false;
8774
8775   // The vectorizer requires loops to be in simplified form.
8776   // Since simplification may add new inner loops, it has to run before the
8777   // legality and profitability checks. This means running the loop vectorizer
8778   // will simplify all loops, regardless of whether anything end up being
8779   // vectorized.
8780   for (auto &L : *LI)
8781     Changed |= simplifyLoop(L, DT, LI, SE, AC, false /* PreserveLCSSA */);
8782
8783   // Build up a worklist of inner-loops to vectorize. This is necessary as
8784   // the act of vectorizing or partially unrolling a loop creates new loops
8785   // and can invalidate iterators across the loops.
8786   SmallVector<Loop *, 8> Worklist;
8787
8788   for (Loop *L : *LI)
8789     addAcyclicInnerLoop(*L, Worklist);
8790
8791   LoopsAnalyzed += Worklist.size();
8792
8793   // Now walk the identified inner loops.
8794   while (!Worklist.empty()) {
8795     Loop *L = Worklist.pop_back_val();
8796
8797     // For the inner loops we actually process, form LCSSA to simplify the
8798     // transform.
8799     Changed |= formLCSSARecursively(*L, *DT, LI, SE);
8800
8801     Changed |= processLoop(L);
8802   }
8803
8804   // Process each loop nest in the function.
8805   return Changed;
8806 }
8807
8808 PreservedAnalyses LoopVectorizePass::run(Function &F,
8809                                          FunctionAnalysisManager &AM) {
8810     auto &SE = AM.getResult<ScalarEvolutionAnalysis>(F);
8811     auto &LI = AM.getResult<LoopAnalysis>(F);
8812     auto &TTI = AM.getResult<TargetIRAnalysis>(F);
8813     auto &DT = AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
8814     auto &BFI = AM.getResult<BlockFrequencyAnalysis>(F);
8815     auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
8816     auto &AA = AM.getResult<AAManager>(F);
8817     auto &AC = AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
8818     auto &DB = AM.getResult<DemandedBitsAnalysis>(F);
8819     auto &ORE = AM.getResult<OptimizationRemarkEmitterAnalysis>(F);
8820
8821     auto &LAM = AM.getResult<LoopAnalysisManagerFunctionProxy>(F).getManager();
8822     std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> GetLAA =
8823         [&](Loop &L) -> const LoopAccessInfo & {
8824       LoopStandardAnalysisResults AR = {AA, AC, DT, LI, SE, TLI, TTI, nullptr};
8825       return LAM.getResult<LoopAccessAnalysis>(L, AR);
8826     };
8827     bool Changed =
8828         runImpl(F, SE, LI, TTI, DT, BFI, &TLI, DB, AA, AC, GetLAA, ORE);
8829     if (!Changed)
8830       return PreservedAnalyses::all();
8831     PreservedAnalyses PA;
8832     PA.preserve<LoopAnalysis>();
8833     PA.preserve<DominatorTreeAnalysis>();
8834     PA.preserve<BasicAA>();
8835     PA.preserve<GlobalsAA>();
8836     return PA;
8837 }