]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Vectorize/LoopVectorize.cpp
Merge clang trunk r300422 and resolve conflicts.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Vectorize / LoopVectorize.cpp
1 //===- LoopVectorize.cpp - A Loop Vectorizer ------------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This is the LLVM loop vectorizer. This pass modifies 'vectorizable' loops
11 // and generates target-independent LLVM-IR.
12 // The vectorizer uses the TargetTransformInfo analysis to estimate the costs
13 // of instructions in order to estimate the profitability of vectorization.
14 //
15 // The loop vectorizer combines consecutive loop iterations into a single
16 // 'wide' iteration. After this transformation the index is incremented
17 // by the SIMD vector width, and not by one.
18 //
19 // This pass has three parts:
20 // 1. The main loop pass that drives the different parts.
21 // 2. LoopVectorizationLegality - A unit that checks for the legality
22 //    of the vectorization.
23 // 3. InnerLoopVectorizer - A unit that performs the actual
24 //    widening of instructions.
25 // 4. LoopVectorizationCostModel - A unit that checks for the profitability
26 //    of vectorization. It decides on the optimal vector width, which
27 //    can be one, if vectorization is not profitable.
28 //
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30 //
31 // The reduction-variable vectorization is based on the paper:
32 //  D. Nuzman and R. Henderson. Multi-platform Auto-vectorization.
33 //
34 // Variable uniformity checks are inspired by:
35 //  Karrenberg, R. and Hack, S. Whole Function Vectorization.
36 //
37 // The interleaved access vectorization is based on the paper:
38 //  Dorit Nuzman, Ira Rosen and Ayal Zaks.  Auto-Vectorization of Interleaved
39 //  Data for SIMD
40 //
41 // Other ideas/concepts are from:
42 //  A. Zaks and D. Nuzman. Autovectorization in GCC-two years later.
43 //
44 //  S. Maleki, Y. Gao, M. Garzaran, T. Wong and D. Padua.  An Evaluation of
45 //  Vectorizing Compilers.
46 //
47 //===----------------------------------------------------------------------===//
48
49 #include "llvm/Transforms/Vectorize/LoopVectorize.h"
50 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
51 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
52 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
53 #include "llvm/ADT/Optional.h"
54 #include "llvm/ADT/SCCIterator.h"
55 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
56 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
57 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
58 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
59 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
60 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
61 #include "llvm/Analysis/CodeMetrics.h"
62 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
63 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
64 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
65 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
66 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
67 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
68 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
69 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
70 #include "llvm/IR/Constants.h"
71 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
72 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
73 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
74 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
75 #include "llvm/IR/Dominators.h"
76 #include "llvm/IR/Function.h"
77 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
78 #include "llvm/IR/Instructions.h"
79 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
80 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
81 #include "llvm/IR/Module.h"
82 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
83 #include "llvm/IR/Type.h"
84 #include "llvm/IR/User.h"
85 #include "llvm/IR/Value.h"
86 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
87 #include "llvm/IR/Verifier.h"
88 #include "llvm/Pass.h"
89 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
90 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
91 #include "llvm/Support/Debug.h"
92 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
93 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
94 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
95 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
96 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopSimplify.h"
97 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
98 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopVersioning.h"
99 #include "llvm/Transforms/Vectorize.h"
100 #include <algorithm>
101 #include <map>
102 #include <tuple>
103
104 using namespace llvm;
105 using namespace llvm::PatternMatch;
106
107 #define LV_NAME "loop-vectorize"
108 #define DEBUG_TYPE LV_NAME
109
110 STATISTIC(LoopsVectorized, "Number of loops vectorized");
111 STATISTIC(LoopsAnalyzed, "Number of loops analyzed for vectorization");
112
113 static cl::opt<bool>
114     EnableIfConversion("enable-if-conversion", cl::init(true), cl::Hidden,
115                        cl::desc("Enable if-conversion during vectorization."));
116
117 /// We don't vectorize loops with a known constant trip count below this number.
118 static cl::opt<unsigned> TinyTripCountVectorThreshold(
119     "vectorizer-min-trip-count", cl::init(16), cl::Hidden,
120     cl::desc("Don't vectorize loops with a constant "
121              "trip count that is smaller than this "
122              "value."));
123
124 static cl::opt<bool> MaximizeBandwidth(
125     "vectorizer-maximize-bandwidth", cl::init(false), cl::Hidden,
126     cl::desc("Maximize bandwidth when selecting vectorization factor which "
127              "will be determined by the smallest type in loop."));
128
129 static cl::opt<bool> EnableInterleavedMemAccesses(
130     "enable-interleaved-mem-accesses", cl::init(false), cl::Hidden,
131     cl::desc("Enable vectorization on interleaved memory accesses in a loop"));
132
133 /// Maximum factor for an interleaved memory access.
134 static cl::opt<unsigned> MaxInterleaveGroupFactor(
135     "max-interleave-group-factor", cl::Hidden,
136     cl::desc("Maximum factor for an interleaved access group (default = 8)"),
137     cl::init(8));
138
139 /// We don't interleave loops with a known constant trip count below this
140 /// number.
141 static const unsigned TinyTripCountInterleaveThreshold = 128;
142
143 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumScalarRegs(
144     "force-target-num-scalar-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
145     cl::desc("A flag that overrides the target's number of scalar registers."));
146
147 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumVectorRegs(
148     "force-target-num-vector-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
149     cl::desc("A flag that overrides the target's number of vector registers."));
150
151 /// Maximum vectorization interleave count.
152 static const unsigned MaxInterleaveFactor = 16;
153
154 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor(
155     "force-target-max-scalar-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
156     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
157              "scalar loops."));
158
159 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor(
160     "force-target-max-vector-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
161     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
162              "vectorized loops."));
163
164 static cl::opt<unsigned> ForceTargetInstructionCost(
165     "force-target-instruction-cost", cl::init(0), cl::Hidden,
166     cl::desc("A flag that overrides the target's expected cost for "
167              "an instruction to a single constant value. Mostly "
168              "useful for getting consistent testing."));
169
170 static cl::opt<unsigned> SmallLoopCost(
171     "small-loop-cost", cl::init(20), cl::Hidden,
172     cl::desc(
173         "The cost of a loop that is considered 'small' by the interleaver."));
174
175 static cl::opt<bool> LoopVectorizeWithBlockFrequency(
176     "loop-vectorize-with-block-frequency", cl::init(false), cl::Hidden,
177     cl::desc("Enable the use of the block frequency analysis to access PGO "
178              "heuristics minimizing code growth in cold regions and being more "
179              "aggressive in hot regions."));
180
181 // Runtime interleave loops for load/store throughput.
182 static cl::opt<bool> EnableLoadStoreRuntimeInterleave(
183     "enable-loadstore-runtime-interleave", cl::init(true), cl::Hidden,
184     cl::desc(
185         "Enable runtime interleaving until load/store ports are saturated"));
186
187 /// The number of stores in a loop that are allowed to need predication.
188 static cl::opt<unsigned> NumberOfStoresToPredicate(
189     "vectorize-num-stores-pred", cl::init(1), cl::Hidden,
190     cl::desc("Max number of stores to be predicated behind an if."));
191
192 static cl::opt<bool> EnableIndVarRegisterHeur(
193     "enable-ind-var-reg-heur", cl::init(true), cl::Hidden,
194     cl::desc("Count the induction variable only once when interleaving"));
195
196 static cl::opt<bool> EnableCondStoresVectorization(
197     "enable-cond-stores-vec", cl::init(true), cl::Hidden,
198     cl::desc("Enable if predication of stores during vectorization."));
199
200 static cl::opt<unsigned> MaxNestedScalarReductionIC(
201     "max-nested-scalar-reduction-interleave", cl::init(2), cl::Hidden,
202     cl::desc("The maximum interleave count to use when interleaving a scalar "
203              "reduction in a nested loop."));
204
205 static cl::opt<unsigned> PragmaVectorizeMemoryCheckThreshold(
206     "pragma-vectorize-memory-check-threshold", cl::init(128), cl::Hidden,
207     cl::desc("The maximum allowed number of runtime memory checks with a "
208              "vectorize(enable) pragma."));
209
210 static cl::opt<unsigned> VectorizeSCEVCheckThreshold(
211     "vectorize-scev-check-threshold", cl::init(16), cl::Hidden,
212     cl::desc("The maximum number of SCEV checks allowed."));
213
214 static cl::opt<unsigned> PragmaVectorizeSCEVCheckThreshold(
215     "pragma-vectorize-scev-check-threshold", cl::init(128), cl::Hidden,
216     cl::desc("The maximum number of SCEV checks allowed with a "
217              "vectorize(enable) pragma"));
218
219 /// Create an analysis remark that explains why vectorization failed
220 ///
221 /// \p PassName is the name of the pass (e.g. can be AlwaysPrint).  \p
222 /// RemarkName is the identifier for the remark.  If \p I is passed it is an
223 /// instruction that prevents vectorization.  Otherwise \p TheLoop is used for
224 /// the location of the remark.  \return the remark object that can be
225 /// streamed to.
226 static OptimizationRemarkAnalysis
227 createMissedAnalysis(const char *PassName, StringRef RemarkName, Loop *TheLoop,
228                      Instruction *I = nullptr) {
229   Value *CodeRegion = TheLoop->getHeader();
230   DebugLoc DL = TheLoop->getStartLoc();
231
232   if (I) {
233     CodeRegion = I->getParent();
234     // If there is no debug location attached to the instruction, revert back to
235     // using the loop's.
236     if (I->getDebugLoc())
237       DL = I->getDebugLoc();
238   }
239
240   OptimizationRemarkAnalysis R(PassName, RemarkName, DL, CodeRegion);
241   R << "loop not vectorized: ";
242   return R;
243 }
244
245 namespace {
246
247 // Forward declarations.
248 class LoopVectorizeHints;
249 class LoopVectorizationLegality;
250 class LoopVectorizationCostModel;
251 class LoopVectorizationRequirements;
252
253 /// Returns true if the given loop body has a cycle, excluding the loop
254 /// itself.
255 static bool hasCyclesInLoopBody(const Loop &L) {
256   if (!L.empty())
257     return true;
258
259   for (const auto &SCC :
260        make_range(scc_iterator<Loop, LoopBodyTraits>::begin(L),
261                   scc_iterator<Loop, LoopBodyTraits>::end(L))) {
262     if (SCC.size() > 1) {
263       DEBUG(dbgs() << "LVL: Detected a cycle in the loop body:\n");
264       DEBUG(L.dump());
265       return true;
266     }
267   }
268   return false;
269 }
270
271 /// A helper function for converting Scalar types to vector types.
272 /// If the incoming type is void, we return void. If the VF is 1, we return
273 /// the scalar type.
274 static Type *ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF) {
275   if (Scalar->isVoidTy() || VF == 1)
276     return Scalar;
277   return VectorType::get(Scalar, VF);
278 }
279
280 // FIXME: The following helper functions have multiple implementations
281 // in the project. They can be effectively organized in a common Load/Store
282 // utilities unit.
283
284 /// A helper function that returns the pointer operand of a load or store
285 /// instruction.
286 static Value *getPointerOperand(Value *I) {
287   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
288     return LI->getPointerOperand();
289   if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
290     return SI->getPointerOperand();
291   return nullptr;
292 }
293
294 /// A helper function that returns the type of loaded or stored value.
295 static Type *getMemInstValueType(Value *I) {
296   assert((isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I)) &&
297          "Expected Load or Store instruction");
298   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
299     return LI->getType();
300   return cast<StoreInst>(I)->getValueOperand()->getType();
301 }
302
303 /// A helper function that returns the alignment of load or store instruction.
304 static unsigned getMemInstAlignment(Value *I) {
305   assert((isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I)) &&
306          "Expected Load or Store instruction");
307   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
308     return LI->getAlignment();
309   return cast<StoreInst>(I)->getAlignment();
310 }
311
312 /// A helper function that returns the address space of the pointer operand of
313 /// load or store instruction.
314 static unsigned getMemInstAddressSpace(Value *I) {
315   assert((isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I)) &&
316          "Expected Load or Store instruction");
317   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
318     return LI->getPointerAddressSpace();
319   return cast<StoreInst>(I)->getPointerAddressSpace();
320 }
321
322 /// A helper function that returns true if the given type is irregular. The
323 /// type is irregular if its allocated size doesn't equal the store size of an
324 /// element of the corresponding vector type at the given vectorization factor.
325 static bool hasIrregularType(Type *Ty, const DataLayout &DL, unsigned VF) {
326
327   // Determine if an array of VF elements of type Ty is "bitcast compatible"
328   // with a <VF x Ty> vector.
329   if (VF > 1) {
330     auto *VectorTy = VectorType::get(Ty, VF);
331     return VF * DL.getTypeAllocSize(Ty) != DL.getTypeStoreSize(VectorTy);
332   }
333
334   // If the vectorization factor is one, we just check if an array of type Ty
335   // requires padding between elements.
336   return DL.getTypeAllocSizeInBits(Ty) != DL.getTypeSizeInBits(Ty);
337 }
338
339 /// A helper function that returns the reciprocal of the block probability of
340 /// predicated blocks. If we return X, we are assuming the predicated block
341 /// will execute once for for every X iterations of the loop header.
342 ///
343 /// TODO: We should use actual block probability here, if available. Currently,
344 ///       we always assume predicated blocks have a 50% chance of executing.
345 static unsigned getReciprocalPredBlockProb() { return 2; }
346
347 /// A helper function that adds a 'fast' flag to floating-point operations.
348 static Value *addFastMathFlag(Value *V) {
349   if (isa<FPMathOperator>(V)) {
350     FastMathFlags Flags;
351     Flags.setUnsafeAlgebra();
352     cast<Instruction>(V)->setFastMathFlags(Flags);
353   }
354   return V;
355 }
356
357 /// A helper function that returns an integer or floating-point constant with
358 /// value C.
359 static Constant *getSignedIntOrFpConstant(Type *Ty, int64_t C) {
360   return Ty->isIntegerTy() ? ConstantInt::getSigned(Ty, C)
361                            : ConstantFP::get(Ty, C);
362 }
363
364 /// InnerLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
365 /// block to a specified vectorization factor (VF).
366 /// This class performs the widening of scalars into vectors, or multiple
367 /// scalars. This class also implements the following features:
368 /// * It inserts an epilogue loop for handling loops that don't have iteration
369 ///   counts that are known to be a multiple of the vectorization factor.
370 /// * It handles the code generation for reduction variables.
371 /// * Scalarization (implementation using scalars) of un-vectorizable
372 ///   instructions.
373 /// InnerLoopVectorizer does not perform any vectorization-legality
374 /// checks, and relies on the caller to check for the different legality
375 /// aspects. The InnerLoopVectorizer relies on the
376 /// LoopVectorizationLegality class to provide information about the induction
377 /// and reduction variables that were found to a given vectorization factor.
378 class InnerLoopVectorizer {
379 public:
380   InnerLoopVectorizer(Loop *OrigLoop, PredicatedScalarEvolution &PSE,
381                       LoopInfo *LI, DominatorTree *DT,
382                       const TargetLibraryInfo *TLI,
383                       const TargetTransformInfo *TTI, AssumptionCache *AC,
384                       OptimizationRemarkEmitter *ORE, unsigned VecWidth,
385                       unsigned UnrollFactor, LoopVectorizationLegality *LVL,
386                       LoopVectorizationCostModel *CM)
387       : OrigLoop(OrigLoop), PSE(PSE), LI(LI), DT(DT), TLI(TLI), TTI(TTI),
388         AC(AC), ORE(ORE), VF(VecWidth), UF(UnrollFactor),
389         Builder(PSE.getSE()->getContext()), Induction(nullptr),
390         OldInduction(nullptr), VectorLoopValueMap(UnrollFactor, VecWidth),
391         TripCount(nullptr), VectorTripCount(nullptr), Legal(LVL), Cost(CM),
392         AddedSafetyChecks(false) {}
393
394   // Perform the actual loop widening (vectorization).
395   void vectorize() {
396     // Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
397     createEmptyLoop();
398     // Widen each instruction in the old loop to a new one in the new loop.
399     vectorizeLoop();
400   }
401
402   // Return true if any runtime check is added.
403   bool areSafetyChecksAdded() { return AddedSafetyChecks; }
404
405   virtual ~InnerLoopVectorizer() {}
406
407 protected:
408   /// A small list of PHINodes.
409   typedef SmallVector<PHINode *, 4> PhiVector;
410
411   /// A type for vectorized values in the new loop. Each value from the
412   /// original loop, when vectorized, is represented by UF vector values in the
413   /// new unrolled loop, where UF is the unroll factor.
414   typedef SmallVector<Value *, 2> VectorParts;
415
416   /// A type for scalarized values in the new loop. Each value from the
417   /// original loop, when scalarized, is represented by UF x VF scalar values
418   /// in the new unrolled loop, where UF is the unroll factor and VF is the
419   /// vectorization factor.
420   typedef SmallVector<SmallVector<Value *, 4>, 2> ScalarParts;
421
422   // When we if-convert we need to create edge masks. We have to cache values
423   // so that we don't end up with exponential recursion/IR.
424   typedef DenseMap<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>, VectorParts>
425       EdgeMaskCache;
426
427   /// Create an empty loop, based on the loop ranges of the old loop.
428   void createEmptyLoop();
429
430   /// Set up the values of the IVs correctly when exiting the vector loop.
431   void fixupIVUsers(PHINode *OrigPhi, const InductionDescriptor &II,
432                     Value *CountRoundDown, Value *EndValue,
433                     BasicBlock *MiddleBlock);
434
435   /// Create a new induction variable inside L.
436   PHINode *createInductionVariable(Loop *L, Value *Start, Value *End,
437                                    Value *Step, Instruction *DL);
438   /// Copy and widen the instructions from the old loop.
439   virtual void vectorizeLoop();
440
441   /// Handle all cross-iteration phis in the header.
442   void fixCrossIterationPHIs();
443
444   /// Fix a first-order recurrence. This is the second phase of vectorizing
445   /// this phi node.
446   void fixFirstOrderRecurrence(PHINode *Phi);
447
448   /// Fix a reduction cross-iteration phi. This is the second phase of
449   /// vectorizing this phi node.
450   void fixReduction(PHINode *Phi);
451
452   /// \brief The Loop exit block may have single value PHI nodes where the
453   /// incoming value is 'Undef'. While vectorizing we only handled real values
454   /// that were defined inside the loop. Here we fix the 'undef case'.
455   /// See PR14725.
456   void fixLCSSAPHIs();
457
458   /// Iteratively sink the scalarized operands of a predicated instruction into
459   /// the block that was created for it.
460   void sinkScalarOperands(Instruction *PredInst);
461
462   /// Predicate conditional instructions that require predication on their
463   /// respective conditions.
464   void predicateInstructions();
465
466   /// Collect the instructions from the original loop that would be trivially
467   /// dead in the vectorized loop if generated.
468   void collectTriviallyDeadInstructions(
469       SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DeadInstructions);
470
471   /// Shrinks vector element sizes to the smallest bitwidth they can be legally
472   /// represented as.
473   void truncateToMinimalBitwidths();
474
475   /// A helper function that computes the predicate of the block BB, assuming
476   /// that the header block of the loop is set to True. It returns the *entry*
477   /// mask for the block BB.
478   VectorParts createBlockInMask(BasicBlock *BB);
479   /// A helper function that computes the predicate of the edge between SRC
480   /// and DST.
481   VectorParts createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst);
482
483   /// A helper function to vectorize a single instruction within the innermost
484   /// loop.
485   void vectorizeInstruction(Instruction &I);
486
487   /// Vectorize a single PHINode in a block. This method handles the induction
488   /// variable canonicalization. It supports both VF = 1 for unrolled loops and
489   /// arbitrary length vectors.
490   void widenPHIInstruction(Instruction *PN, unsigned UF, unsigned VF);
491
492   /// Insert the new loop to the loop hierarchy and pass manager
493   /// and update the analysis passes.
494   void updateAnalysis();
495
496   /// This instruction is un-vectorizable. Implement it as a sequence
497   /// of scalars. If \p IfPredicateInstr is true we need to 'hide' each
498   /// scalarized instruction behind an if block predicated on the control
499   /// dependence of the instruction.
500   virtual void scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
501                                     bool IfPredicateInstr = false);
502
503   /// Vectorize Load and Store instructions,
504   virtual void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr);
505
506   /// Create a broadcast instruction. This method generates a broadcast
507   /// instruction (shuffle) for loop invariant values and for the induction
508   /// value. If this is the induction variable then we extend it to N, N+1, ...
509   /// this is needed because each iteration in the loop corresponds to a SIMD
510   /// element.
511   virtual Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
512
513   /// This function adds (StartIdx, StartIdx + Step, StartIdx + 2*Step, ...)
514   /// to each vector element of Val. The sequence starts at StartIndex.
515   /// \p Opcode is relevant for FP induction variable.
516   virtual Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
517                                Instruction::BinaryOps Opcode =
518                                Instruction::BinaryOpsEnd);
519
520   /// Compute scalar induction steps. \p ScalarIV is the scalar induction
521   /// variable on which to base the steps, \p Step is the size of the step, and
522   /// \p EntryVal is the value from the original loop that maps to the steps.
523   /// Note that \p EntryVal doesn't have to be an induction variable (e.g., it
524   /// can be a truncate instruction).
525   void buildScalarSteps(Value *ScalarIV, Value *Step, Value *EntryVal,
526                         const InductionDescriptor &ID);
527
528   /// Create a vector induction phi node based on an existing scalar one. \p
529   /// EntryVal is the value from the original loop that maps to the vector phi
530   /// node, and \p Step is the loop-invariant step. If \p EntryVal is a
531   /// truncate instruction, instead of widening the original IV, we widen a
532   /// version of the IV truncated to \p EntryVal's type.
533   void createVectorIntOrFpInductionPHI(const InductionDescriptor &II,
534                                        Value *Step, Instruction *EntryVal);
535
536   /// Widen an integer or floating-point induction variable \p IV. If \p Trunc
537   /// is provided, the integer induction variable will first be truncated to
538   /// the corresponding type.
539   void widenIntOrFpInduction(PHINode *IV, TruncInst *Trunc = nullptr);
540
541   /// Returns true if an instruction \p I should be scalarized instead of
542   /// vectorized for the chosen vectorization factor.
543   bool shouldScalarizeInstruction(Instruction *I) const;
544
545   /// Returns true if we should generate a scalar version of \p IV.
546   bool needsScalarInduction(Instruction *IV) const;
547
548   /// Return a constant reference to the VectorParts corresponding to \p V from
549   /// the original loop. If the value has already been vectorized, the
550   /// corresponding vector entry in VectorLoopValueMap is returned. If,
551   /// however, the value has a scalar entry in VectorLoopValueMap, we construct
552   /// new vector values on-demand by inserting the scalar values into vectors
553   /// with an insertelement sequence. If the value has been neither vectorized
554   /// nor scalarized, it must be loop invariant, so we simply broadcast the
555   /// value into vectors.
556   const VectorParts &getVectorValue(Value *V);
557
558   /// Return a value in the new loop corresponding to \p V from the original
559   /// loop at unroll index \p Part and vector index \p Lane. If the value has
560   /// been vectorized but not scalarized, the necessary extractelement
561   /// instruction will be generated.
562   Value *getScalarValue(Value *V, unsigned Part, unsigned Lane);
563
564   /// Try to vectorize the interleaved access group that \p Instr belongs to.
565   void vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr);
566
567   /// Generate a shuffle sequence that will reverse the vector Vec.
568   virtual Value *reverseVector(Value *Vec);
569
570   /// Returns (and creates if needed) the original loop trip count.
571   Value *getOrCreateTripCount(Loop *NewLoop);
572
573   /// Returns (and creates if needed) the trip count of the widened loop.
574   Value *getOrCreateVectorTripCount(Loop *NewLoop);
575
576   /// Emit a bypass check to see if the trip count would overflow, or we
577   /// wouldn't have enough iterations to execute one vector loop.
578   void emitMinimumIterationCountCheck(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
579   /// Emit a bypass check to see if the vector trip count is nonzero.
580   void emitVectorLoopEnteredCheck(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
581   /// Emit a bypass check to see if all of the SCEV assumptions we've
582   /// had to make are correct.
583   void emitSCEVChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
584   /// Emit bypass checks to check any memory assumptions we may have made.
585   void emitMemRuntimeChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
586
587   /// Add additional metadata to \p To that was not present on \p Orig.
588   ///
589   /// Currently this is used to add the noalias annotations based on the
590   /// inserted memchecks.  Use this for instructions that are *cloned* into the
591   /// vector loop.
592   void addNewMetadata(Instruction *To, const Instruction *Orig);
593
594   /// Add metadata from one instruction to another.
595   ///
596   /// This includes both the original MDs from \p From and additional ones (\see
597   /// addNewMetadata).  Use this for *newly created* instructions in the vector
598   /// loop.
599   void addMetadata(Instruction *To, Instruction *From);
600
601   /// \brief Similar to the previous function but it adds the metadata to a
602   /// vector of instructions.
603   void addMetadata(ArrayRef<Value *> To, Instruction *From);
604
605   /// \brief Set the debug location in the builder using the debug location in
606   /// the instruction.
607   void setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr);
608
609   /// This is a helper class for maintaining vectorization state. It's used for
610   /// mapping values from the original loop to their corresponding values in
611   /// the new loop. Two mappings are maintained: one for vectorized values and
612   /// one for scalarized values. Vectorized values are represented with UF
613   /// vector values in the new loop, and scalarized values are represented with
614   /// UF x VF scalar values in the new loop. UF and VF are the unroll and
615   /// vectorization factors, respectively.
616   ///
617   /// Entries can be added to either map with initVector and initScalar, which
618   /// initialize and return a constant reference to the new entry. If a
619   /// non-constant reference to a vector entry is required, getVector can be
620   /// used to retrieve a mutable entry. We currently directly modify the mapped
621   /// values during "fix-up" operations that occur once the first phase of
622   /// widening is complete. These operations include type truncation and the
623   /// second phase of recurrence widening.
624   ///
625   /// Otherwise, entries from either map should be accessed using the
626   /// getVectorValue or getScalarValue functions from InnerLoopVectorizer.
627   /// getVectorValue and getScalarValue coordinate to generate a vector or
628   /// scalar value on-demand if one is not yet available. When vectorizing a
629   /// loop, we visit the definition of an instruction before its uses. When
630   /// visiting the definition, we either vectorize or scalarize the
631   /// instruction, creating an entry for it in the corresponding map. (In some
632   /// cases, such as induction variables, we will create both vector and scalar
633   /// entries.) Then, as we encounter uses of the definition, we derive values
634   /// for each scalar or vector use unless such a value is already available.
635   /// For example, if we scalarize a definition and one of its uses is vector,
636   /// we build the required vector on-demand with an insertelement sequence
637   /// when visiting the use. Otherwise, if the use is scalar, we can use the
638   /// existing scalar definition.
639   struct ValueMap {
640
641     /// Construct an empty map with the given unroll and vectorization factors.
642     ValueMap(unsigned UnrollFactor, unsigned VecWidth)
643         : UF(UnrollFactor), VF(VecWidth) {
644       // The unroll and vectorization factors are only used in asserts builds
645       // to verify map entries are sized appropriately.
646       (void)UF;
647       (void)VF;
648     }
649
650     /// \return True if the map has a vector entry for \p Key.
651     bool hasVector(Value *Key) const { return VectorMapStorage.count(Key); }
652
653     /// \return True if the map has a scalar entry for \p Key.
654     bool hasScalar(Value *Key) const { return ScalarMapStorage.count(Key); }
655
656     /// \brief Map \p Key to the given VectorParts \p Entry, and return a
657     /// constant reference to the new vector map entry. The given key should
658     /// not already be in the map, and the given VectorParts should be
659     /// correctly sized for the current unroll factor.
660     const VectorParts &initVector(Value *Key, const VectorParts &Entry) {
661       assert(!hasVector(Key) && "Vector entry already initialized");
662       assert(Entry.size() == UF && "VectorParts has wrong dimensions");
663       VectorMapStorage[Key] = Entry;
664       return VectorMapStorage[Key];
665     }
666
667     /// \brief Map \p Key to the given ScalarParts \p Entry, and return a
668     /// constant reference to the new scalar map entry. The given key should
669     /// not already be in the map, and the given ScalarParts should be
670     /// correctly sized for the current unroll and vectorization factors.
671     const ScalarParts &initScalar(Value *Key, const ScalarParts &Entry) {
672       assert(!hasScalar(Key) && "Scalar entry already initialized");
673       assert(Entry.size() == UF &&
674              all_of(make_range(Entry.begin(), Entry.end()),
675                     [&](const SmallVectorImpl<Value *> &Values) -> bool {
676                       return Values.size() == VF;
677                     }) &&
678              "ScalarParts has wrong dimensions");
679       ScalarMapStorage[Key] = Entry;
680       return ScalarMapStorage[Key];
681     }
682
683     /// \return A reference to the vector map entry corresponding to \p Key.
684     /// The key should already be in the map. This function should only be used
685     /// when it's necessary to update values that have already been vectorized.
686     /// This is the case for "fix-up" operations including type truncation and
687     /// the second phase of recurrence vectorization. If a non-const reference
688     /// isn't required, getVectorValue should be used instead.
689     VectorParts &getVector(Value *Key) {
690       assert(hasVector(Key) && "Vector entry not initialized");
691       return VectorMapStorage.find(Key)->second;
692     }
693
694     /// Retrieve an entry from the vector or scalar maps. The preferred way to
695     /// access an existing mapped entry is with getVectorValue or
696     /// getScalarValue from InnerLoopVectorizer. Until those functions can be
697     /// moved inside ValueMap, we have to declare them as friends.
698     friend const VectorParts &InnerLoopVectorizer::getVectorValue(Value *V);
699     friend Value *InnerLoopVectorizer::getScalarValue(Value *V, unsigned Part,
700                                                       unsigned Lane);
701
702   private:
703     /// The unroll factor. Each entry in the vector map contains UF vector
704     /// values.
705     unsigned UF;
706
707     /// The vectorization factor. Each entry in the scalar map contains UF x VF
708     /// scalar values.
709     unsigned VF;
710
711     /// The vector and scalar map storage. We use std::map and not DenseMap
712     /// because insertions to DenseMap invalidate its iterators.
713     std::map<Value *, VectorParts> VectorMapStorage;
714     std::map<Value *, ScalarParts> ScalarMapStorage;
715   };
716
717   /// The original loop.
718   Loop *OrigLoop;
719   /// A wrapper around ScalarEvolution used to add runtime SCEV checks. Applies
720   /// dynamic knowledge to simplify SCEV expressions and converts them to a
721   /// more usable form.
722   PredicatedScalarEvolution &PSE;
723   /// Loop Info.
724   LoopInfo *LI;
725   /// Dominator Tree.
726   DominatorTree *DT;
727   /// Alias Analysis.
728   AliasAnalysis *AA;
729   /// Target Library Info.
730   const TargetLibraryInfo *TLI;
731   /// Target Transform Info.
732   const TargetTransformInfo *TTI;
733   /// Assumption Cache.
734   AssumptionCache *AC;
735   /// Interface to emit optimization remarks.
736   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
737
738   /// \brief LoopVersioning.  It's only set up (non-null) if memchecks were
739   /// used.
740   ///
741   /// This is currently only used to add no-alias metadata based on the
742   /// memchecks.  The actually versioning is performed manually.
743   std::unique_ptr<LoopVersioning> LVer;
744
745   /// The vectorization SIMD factor to use. Each vector will have this many
746   /// vector elements.
747   unsigned VF;
748
749 protected:
750   /// The vectorization unroll factor to use. Each scalar is vectorized to this
751   /// many different vector instructions.
752   unsigned UF;
753
754   /// The builder that we use
755   IRBuilder<> Builder;
756
757   // --- Vectorization state ---
758
759   /// The vector-loop preheader.
760   BasicBlock *LoopVectorPreHeader;
761   /// The scalar-loop preheader.
762   BasicBlock *LoopScalarPreHeader;
763   /// Middle Block between the vector and the scalar.
764   BasicBlock *LoopMiddleBlock;
765   /// The ExitBlock of the scalar loop.
766   BasicBlock *LoopExitBlock;
767   /// The vector loop body.
768   BasicBlock *LoopVectorBody;
769   /// The scalar loop body.
770   BasicBlock *LoopScalarBody;
771   /// A list of all bypass blocks. The first block is the entry of the loop.
772   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopBypassBlocks;
773
774   /// The new Induction variable which was added to the new block.
775   PHINode *Induction;
776   /// The induction variable of the old basic block.
777   PHINode *OldInduction;
778
779   /// Maps values from the original loop to their corresponding values in the
780   /// vectorized loop. A key value can map to either vector values, scalar
781   /// values or both kinds of values, depending on whether the key was
782   /// vectorized and scalarized.
783   ValueMap VectorLoopValueMap;
784
785   /// Store instructions that should be predicated, as a pair
786   ///   <StoreInst, Predicate>
787   SmallVector<std::pair<Instruction *, Value *>, 4> PredicatedInstructions;
788   EdgeMaskCache MaskCache;
789   /// Trip count of the original loop.
790   Value *TripCount;
791   /// Trip count of the widened loop (TripCount - TripCount % (VF*UF))
792   Value *VectorTripCount;
793
794   /// The legality analysis.
795   LoopVectorizationLegality *Legal;
796
797   /// The profitablity analysis.
798   LoopVectorizationCostModel *Cost;
799
800   // Record whether runtime checks are added.
801   bool AddedSafetyChecks;
802
803   // Holds the end values for each induction variable. We save the end values
804   // so we can later fix-up the external users of the induction variables.
805   DenseMap<PHINode *, Value *> IVEndValues;
806 };
807
808 class InnerLoopUnroller : public InnerLoopVectorizer {
809 public:
810   InnerLoopUnroller(Loop *OrigLoop, PredicatedScalarEvolution &PSE,
811                     LoopInfo *LI, DominatorTree *DT,
812                     const TargetLibraryInfo *TLI,
813                     const TargetTransformInfo *TTI, AssumptionCache *AC,
814                     OptimizationRemarkEmitter *ORE, unsigned UnrollFactor,
815                     LoopVectorizationLegality *LVL,
816                     LoopVectorizationCostModel *CM)
817       : InnerLoopVectorizer(OrigLoop, PSE, LI, DT, TLI, TTI, AC, ORE, 1,
818                             UnrollFactor, LVL, CM) {}
819
820 private:
821   void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) override;
822   Value *getBroadcastInstrs(Value *V) override;
823   Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
824                        Instruction::BinaryOps Opcode =
825                        Instruction::BinaryOpsEnd) override;
826   Value *reverseVector(Value *Vec) override;
827 };
828
829 /// \brief Look for a meaningful debug location on the instruction or it's
830 /// operands.
831 static Instruction *getDebugLocFromInstOrOperands(Instruction *I) {
832   if (!I)
833     return I;
834
835   DebugLoc Empty;
836   if (I->getDebugLoc() != Empty)
837     return I;
838
839   for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end(); OI != OE; ++OI) {
840     if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OI))
841       if (OpInst->getDebugLoc() != Empty)
842         return OpInst;
843   }
844
845   return I;
846 }
847
848 void InnerLoopVectorizer::setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr) {
849   if (const Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(Ptr)) {
850     const DILocation *DIL = Inst->getDebugLoc();
851     if (DIL && Inst->getFunction()->isDebugInfoForProfiling())
852       B.SetCurrentDebugLocation(DIL->cloneWithDuplicationFactor(UF * VF));
853     else
854       B.SetCurrentDebugLocation(DIL);
855   } else
856     B.SetCurrentDebugLocation(DebugLoc());
857 }
858
859 #ifndef NDEBUG
860 /// \return string containing a file name and a line # for the given loop.
861 static std::string getDebugLocString(const Loop *L) {
862   std::string Result;
863   if (L) {
864     raw_string_ostream OS(Result);
865     if (const DebugLoc LoopDbgLoc = L->getStartLoc())
866       LoopDbgLoc.print(OS);
867     else
868       // Just print the module name.
869       OS << L->getHeader()->getParent()->getParent()->getModuleIdentifier();
870     OS.flush();
871   }
872   return Result;
873 }
874 #endif
875
876 void InnerLoopVectorizer::addNewMetadata(Instruction *To,
877                                          const Instruction *Orig) {
878   // If the loop was versioned with memchecks, add the corresponding no-alias
879   // metadata.
880   if (LVer && (isa<LoadInst>(Orig) || isa<StoreInst>(Orig)))
881     LVer->annotateInstWithNoAlias(To, Orig);
882 }
883
884 void InnerLoopVectorizer::addMetadata(Instruction *To,
885                                       Instruction *From) {
886   propagateMetadata(To, From);
887   addNewMetadata(To, From);
888 }
889
890 void InnerLoopVectorizer::addMetadata(ArrayRef<Value *> To,
891                                       Instruction *From) {
892   for (Value *V : To) {
893     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
894       addMetadata(I, From);
895   }
896 }
897
898 /// \brief The group of interleaved loads/stores sharing the same stride and
899 /// close to each other.
900 ///
901 /// Each member in this group has an index starting from 0, and the largest
902 /// index should be less than interleaved factor, which is equal to the absolute
903 /// value of the access's stride.
904 ///
905 /// E.g. An interleaved load group of factor 4:
906 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
907 ///          a = A[i];                           // Member of index 0
908 ///          b = A[i+1];                         // Member of index 1
909 ///          d = A[i+3];                         // Member of index 3
910 ///          ...
911 ///        }
912 ///
913 ///      An interleaved store group of factor 4:
914 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
915 ///          ...
916 ///          A[i]   = a;                         // Member of index 0
917 ///          A[i+1] = b;                         // Member of index 1
918 ///          A[i+2] = c;                         // Member of index 2
919 ///          A[i+3] = d;                         // Member of index 3
920 ///        }
921 ///
922 /// Note: the interleaved load group could have gaps (missing members), but
923 /// the interleaved store group doesn't allow gaps.
924 class InterleaveGroup {
925 public:
926   InterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride, unsigned Align)
927       : Align(Align), SmallestKey(0), LargestKey(0), InsertPos(Instr) {
928     assert(Align && "The alignment should be non-zero");
929
930     Factor = std::abs(Stride);
931     assert(Factor > 1 && "Invalid interleave factor");
932
933     Reverse = Stride < 0;
934     Members[0] = Instr;
935   }
936
937   bool isReverse() const { return Reverse; }
938   unsigned getFactor() const { return Factor; }
939   unsigned getAlignment() const { return Align; }
940   unsigned getNumMembers() const { return Members.size(); }
941
942   /// \brief Try to insert a new member \p Instr with index \p Index and
943   /// alignment \p NewAlign. The index is related to the leader and it could be
944   /// negative if it is the new leader.
945   ///
946   /// \returns false if the instruction doesn't belong to the group.
947   bool insertMember(Instruction *Instr, int Index, unsigned NewAlign) {
948     assert(NewAlign && "The new member's alignment should be non-zero");
949
950     int Key = Index + SmallestKey;
951
952     // Skip if there is already a member with the same index.
953     if (Members.count(Key))
954       return false;
955
956     if (Key > LargestKey) {
957       // The largest index is always less than the interleave factor.
958       if (Index >= static_cast<int>(Factor))
959         return false;
960
961       LargestKey = Key;
962     } else if (Key < SmallestKey) {
963       // The largest index is always less than the interleave factor.
964       if (LargestKey - Key >= static_cast<int>(Factor))
965         return false;
966
967       SmallestKey = Key;
968     }
969
970     // It's always safe to select the minimum alignment.
971     Align = std::min(Align, NewAlign);
972     Members[Key] = Instr;
973     return true;
974   }
975
976   /// \brief Get the member with the given index \p Index
977   ///
978   /// \returns nullptr if contains no such member.
979   Instruction *getMember(unsigned Index) const {
980     int Key = SmallestKey + Index;
981     if (!Members.count(Key))
982       return nullptr;
983
984     return Members.find(Key)->second;
985   }
986
987   /// \brief Get the index for the given member. Unlike the key in the member
988   /// map, the index starts from 0.
989   unsigned getIndex(Instruction *Instr) const {
990     for (auto I : Members)
991       if (I.second == Instr)
992         return I.first - SmallestKey;
993
994     llvm_unreachable("InterleaveGroup contains no such member");
995   }
996
997   Instruction *getInsertPos() const { return InsertPos; }
998   void setInsertPos(Instruction *Inst) { InsertPos = Inst; }
999
1000 private:
1001   unsigned Factor; // Interleave Factor.
1002   bool Reverse;
1003   unsigned Align;
1004   DenseMap<int, Instruction *> Members;
1005   int SmallestKey;
1006   int LargestKey;
1007
1008   // To avoid breaking dependences, vectorized instructions of an interleave
1009   // group should be inserted at either the first load or the last store in
1010   // program order.
1011   //
1012   // E.g. %even = load i32             // Insert Position
1013   //      %add = add i32 %even         // Use of %even
1014   //      %odd = load i32
1015   //
1016   //      store i32 %even
1017   //      %odd = add i32               // Def of %odd
1018   //      store i32 %odd               // Insert Position
1019   Instruction *InsertPos;
1020 };
1021
1022 /// \brief Drive the analysis of interleaved memory accesses in the loop.
1023 ///
1024 /// Use this class to analyze interleaved accesses only when we can vectorize
1025 /// a loop. Otherwise it's meaningless to do analysis as the vectorization
1026 /// on interleaved accesses is unsafe.
1027 ///
1028 /// The analysis collects interleave groups and records the relationships
1029 /// between the member and the group in a map.
1030 class InterleavedAccessInfo {
1031 public:
1032   InterleavedAccessInfo(PredicatedScalarEvolution &PSE, Loop *L,
1033                         DominatorTree *DT, LoopInfo *LI)
1034       : PSE(PSE), TheLoop(L), DT(DT), LI(LI), LAI(nullptr),
1035         RequiresScalarEpilogue(false) {}
1036
1037   ~InterleavedAccessInfo() {
1038     SmallSet<InterleaveGroup *, 4> DelSet;
1039     // Avoid releasing a pointer twice.
1040     for (auto &I : InterleaveGroupMap)
1041       DelSet.insert(I.second);
1042     for (auto *Ptr : DelSet)
1043       delete Ptr;
1044   }
1045
1046   /// \brief Analyze the interleaved accesses and collect them in interleave
1047   /// groups. Substitute symbolic strides using \p Strides.
1048   void analyzeInterleaving(const ValueToValueMap &Strides);
1049
1050   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleave group.
1051   bool isInterleaved(Instruction *Instr) const {
1052     return InterleaveGroupMap.count(Instr);
1053   }
1054
1055   /// \brief Return the maximum interleave factor of all interleaved groups.
1056   unsigned getMaxInterleaveFactor() const {
1057     unsigned MaxFactor = 1;
1058     for (auto &Entry : InterleaveGroupMap)
1059       MaxFactor = std::max(MaxFactor, Entry.second->getFactor());
1060     return MaxFactor;
1061   }
1062
1063   /// \brief Get the interleave group that \p Instr belongs to.
1064   ///
1065   /// \returns nullptr if doesn't have such group.
1066   InterleaveGroup *getInterleaveGroup(Instruction *Instr) const {
1067     if (InterleaveGroupMap.count(Instr))
1068       return InterleaveGroupMap.find(Instr)->second;
1069     return nullptr;
1070   }
1071
1072   /// \brief Returns true if an interleaved group that may access memory
1073   /// out-of-bounds requires a scalar epilogue iteration for correctness.
1074   bool requiresScalarEpilogue() const { return RequiresScalarEpilogue; }
1075
1076   /// \brief Initialize the LoopAccessInfo used for dependence checking.
1077   void setLAI(const LoopAccessInfo *Info) { LAI = Info; }
1078
1079 private:
1080   /// A wrapper around ScalarEvolution, used to add runtime SCEV checks.
1081   /// Simplifies SCEV expressions in the context of existing SCEV assumptions.
1082   /// The interleaved access analysis can also add new predicates (for example
1083   /// by versioning strides of pointers).
1084   PredicatedScalarEvolution &PSE;
1085   Loop *TheLoop;
1086   DominatorTree *DT;
1087   LoopInfo *LI;
1088   const LoopAccessInfo *LAI;
1089
1090   /// True if the loop may contain non-reversed interleaved groups with
1091   /// out-of-bounds accesses. We ensure we don't speculatively access memory
1092   /// out-of-bounds by executing at least one scalar epilogue iteration.
1093   bool RequiresScalarEpilogue;
1094
1095   /// Holds the relationships between the members and the interleave group.
1096   DenseMap<Instruction *, InterleaveGroup *> InterleaveGroupMap;
1097
1098   /// Holds dependences among the memory accesses in the loop. It maps a source
1099   /// access to a set of dependent sink accesses.
1100   DenseMap<Instruction *, SmallPtrSet<Instruction *, 2>> Dependences;
1101
1102   /// \brief The descriptor for a strided memory access.
1103   struct StrideDescriptor {
1104     StrideDescriptor(int64_t Stride, const SCEV *Scev, uint64_t Size,
1105                      unsigned Align)
1106         : Stride(Stride), Scev(Scev), Size(Size), Align(Align) {}
1107
1108     StrideDescriptor() = default;
1109
1110     // The access's stride. It is negative for a reverse access.
1111     int64_t Stride = 0;
1112     const SCEV *Scev = nullptr; // The scalar expression of this access
1113     uint64_t Size = 0;          // The size of the memory object.
1114     unsigned Align = 0;         // The alignment of this access.
1115   };
1116
1117   /// \brief A type for holding instructions and their stride descriptors.
1118   typedef std::pair<Instruction *, StrideDescriptor> StrideEntry;
1119
1120   /// \brief Create a new interleave group with the given instruction \p Instr,
1121   /// stride \p Stride and alignment \p Align.
1122   ///
1123   /// \returns the newly created interleave group.
1124   InterleaveGroup *createInterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride,
1125                                          unsigned Align) {
1126     assert(!InterleaveGroupMap.count(Instr) &&
1127            "Already in an interleaved access group");
1128     InterleaveGroupMap[Instr] = new InterleaveGroup(Instr, Stride, Align);
1129     return InterleaveGroupMap[Instr];
1130   }
1131
1132   /// \brief Release the group and remove all the relationships.
1133   void releaseGroup(InterleaveGroup *Group) {
1134     for (unsigned i = 0; i < Group->getFactor(); i++)
1135       if (Instruction *Member = Group->getMember(i))
1136         InterleaveGroupMap.erase(Member);
1137
1138     delete Group;
1139   }
1140
1141   /// \brief Collect all the accesses with a constant stride in program order.
1142   void collectConstStrideAccesses(
1143       MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &AccessStrideInfo,
1144       const ValueToValueMap &Strides);
1145
1146   /// \brief Returns true if \p Stride is allowed in an interleaved group.
1147   static bool isStrided(int Stride) {
1148     unsigned Factor = std::abs(Stride);
1149     return Factor >= 2 && Factor <= MaxInterleaveGroupFactor;
1150   }
1151
1152   /// \brief Returns true if \p BB is a predicated block.
1153   bool isPredicated(BasicBlock *BB) const {
1154     return LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
1155   }
1156
1157   /// \brief Returns true if LoopAccessInfo can be used for dependence queries.
1158   bool areDependencesValid() const {
1159     return LAI && LAI->getDepChecker().getDependences();
1160   }
1161
1162   /// \brief Returns true if memory accesses \p A and \p B can be reordered, if
1163   /// necessary, when constructing interleaved groups.
1164   ///
1165   /// \p A must precede \p B in program order. We return false if reordering is
1166   /// not necessary or is prevented because \p A and \p B may be dependent.
1167   bool canReorderMemAccessesForInterleavedGroups(StrideEntry *A,
1168                                                  StrideEntry *B) const {
1169
1170     // Code motion for interleaved accesses can potentially hoist strided loads
1171     // and sink strided stores. The code below checks the legality of the
1172     // following two conditions:
1173     //
1174     // 1. Potentially moving a strided load (B) before any store (A) that
1175     //    precedes B, or
1176     //
1177     // 2. Potentially moving a strided store (A) after any load or store (B)
1178     //    that A precedes.
1179     //
1180     // It's legal to reorder A and B if we know there isn't a dependence from A
1181     // to B. Note that this determination is conservative since some
1182     // dependences could potentially be reordered safely.
1183
1184     // A is potentially the source of a dependence.
1185     auto *Src = A->first;
1186     auto SrcDes = A->second;
1187
1188     // B is potentially the sink of a dependence.
1189     auto *Sink = B->first;
1190     auto SinkDes = B->second;
1191
1192     // Code motion for interleaved accesses can't violate WAR dependences.
1193     // Thus, reordering is legal if the source isn't a write.
1194     if (!Src->mayWriteToMemory())
1195       return true;
1196
1197     // At least one of the accesses must be strided.
1198     if (!isStrided(SrcDes.Stride) && !isStrided(SinkDes.Stride))
1199       return true;
1200
1201     // If dependence information is not available from LoopAccessInfo,
1202     // conservatively assume the instructions can't be reordered.
1203     if (!areDependencesValid())
1204       return false;
1205
1206     // If we know there is a dependence from source to sink, assume the
1207     // instructions can't be reordered. Otherwise, reordering is legal.
1208     return !Dependences.count(Src) || !Dependences.lookup(Src).count(Sink);
1209   }
1210
1211   /// \brief Collect the dependences from LoopAccessInfo.
1212   ///
1213   /// We process the dependences once during the interleaved access analysis to
1214   /// enable constant-time dependence queries.
1215   void collectDependences() {
1216     if (!areDependencesValid())
1217       return;
1218     auto *Deps = LAI->getDepChecker().getDependences();
1219     for (auto Dep : *Deps)
1220       Dependences[Dep.getSource(*LAI)].insert(Dep.getDestination(*LAI));
1221   }
1222 };
1223
1224 /// Utility class for getting and setting loop vectorizer hints in the form
1225 /// of loop metadata.
1226 /// This class keeps a number of loop annotations locally (as member variables)
1227 /// and can, upon request, write them back as metadata on the loop. It will
1228 /// initially scan the loop for existing metadata, and will update the local
1229 /// values based on information in the loop.
1230 /// We cannot write all values to metadata, as the mere presence of some info,
1231 /// for example 'force', means a decision has been made. So, we need to be
1232 /// careful NOT to add them if the user hasn't specifically asked so.
1233 class LoopVectorizeHints {
1234   enum HintKind { HK_WIDTH, HK_UNROLL, HK_FORCE };
1235
1236   /// Hint - associates name and validation with the hint value.
1237   struct Hint {
1238     const char *Name;
1239     unsigned Value; // This may have to change for non-numeric values.
1240     HintKind Kind;
1241
1242     Hint(const char *Name, unsigned Value, HintKind Kind)
1243         : Name(Name), Value(Value), Kind(Kind) {}
1244
1245     bool validate(unsigned Val) {
1246       switch (Kind) {
1247       case HK_WIDTH:
1248         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= VectorizerParams::MaxVectorWidth;
1249       case HK_UNROLL:
1250         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= MaxInterleaveFactor;
1251       case HK_FORCE:
1252         return (Val <= 1);
1253       }
1254       return false;
1255     }
1256   };
1257
1258   /// Vectorization width.
1259   Hint Width;
1260   /// Vectorization interleave factor.
1261   Hint Interleave;
1262   /// Vectorization forced
1263   Hint Force;
1264
1265   /// Return the loop metadata prefix.
1266   static StringRef Prefix() { return "llvm.loop."; }
1267
1268   /// True if there is any unsafe math in the loop.
1269   bool PotentiallyUnsafe;
1270
1271 public:
1272   enum ForceKind {
1273     FK_Undefined = -1, ///< Not selected.
1274     FK_Disabled = 0,   ///< Forcing disabled.
1275     FK_Enabled = 1,    ///< Forcing enabled.
1276   };
1277
1278   LoopVectorizeHints(const Loop *L, bool DisableInterleaving,
1279                      OptimizationRemarkEmitter &ORE)
1280       : Width("vectorize.width", VectorizerParams::VectorizationFactor,
1281               HK_WIDTH),
1282         Interleave("interleave.count", DisableInterleaving, HK_UNROLL),
1283         Force("vectorize.enable", FK_Undefined, HK_FORCE),
1284         PotentiallyUnsafe(false), TheLoop(L), ORE(ORE) {
1285     // Populate values with existing loop metadata.
1286     getHintsFromMetadata();
1287
1288     // force-vector-interleave overrides DisableInterleaving.
1289     if (VectorizerParams::isInterleaveForced())
1290       Interleave.Value = VectorizerParams::VectorizationInterleave;
1291
1292     DEBUG(if (DisableInterleaving && Interleave.Value == 1) dbgs()
1293           << "LV: Interleaving disabled by the pass manager\n");
1294   }
1295
1296   /// Mark the loop L as already vectorized by setting the width to 1.
1297   void setAlreadyVectorized() {
1298     Width.Value = Interleave.Value = 1;
1299     Hint Hints[] = {Width, Interleave};
1300     writeHintsToMetadata(Hints);
1301   }
1302
1303   bool allowVectorization(Function *F, Loop *L, bool AlwaysVectorize) const {
1304     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled) {
1305       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: #pragma vectorize disable.\n");
1306       emitRemarkWithHints();
1307       return false;
1308     }
1309
1310     if (!AlwaysVectorize && getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1311       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: No #pragma vectorize enable.\n");
1312       emitRemarkWithHints();
1313       return false;
1314     }
1315
1316     if (getWidth() == 1 && getInterleave() == 1) {
1317       // FIXME: Add a separate metadata to indicate when the loop has already
1318       // been vectorized instead of setting width and count to 1.
1319       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Disabled/already vectorized.\n");
1320       // FIXME: Add interleave.disable metadata. This will allow
1321       // vectorize.disable to be used without disabling the pass and errors
1322       // to differentiate between disabled vectorization and a width of 1.
1323       ORE.emit(OptimizationRemarkAnalysis(vectorizeAnalysisPassName(),
1324                                           "AllDisabled", L->getStartLoc(),
1325                                           L->getHeader())
1326                << "loop not vectorized: vectorization and interleaving are "
1327                   "explicitly disabled, or vectorize width and interleave "
1328                   "count are both set to 1");
1329       return false;
1330     }
1331
1332     return true;
1333   }
1334
1335   /// Dumps all the hint information.
1336   void emitRemarkWithHints() const {
1337     using namespace ore;
1338     if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Disabled)
1339       ORE.emit(OptimizationRemarkMissed(LV_NAME, "MissedExplicitlyDisabled",
1340                                         TheLoop->getStartLoc(),
1341                                         TheLoop->getHeader())
1342                << "loop not vectorized: vectorization is explicitly disabled");
1343     else {
1344       OptimizationRemarkMissed R(LV_NAME, "MissedDetails",
1345                                  TheLoop->getStartLoc(), TheLoop->getHeader());
1346       R << "loop not vectorized";
1347       if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1348         R << " (Force=" << NV("Force", true);
1349         if (Width.Value != 0)
1350           R << ", Vector Width=" << NV("VectorWidth", Width.Value);
1351         if (Interleave.Value != 0)
1352           R << ", Interleave Count=" << NV("InterleaveCount", Interleave.Value);
1353         R << ")";
1354       }
1355       ORE.emit(R);
1356     }
1357   }
1358
1359   unsigned getWidth() const { return Width.Value; }
1360   unsigned getInterleave() const { return Interleave.Value; }
1361   enum ForceKind getForce() const { return (ForceKind)Force.Value; }
1362
1363   /// \brief If hints are provided that force vectorization, use the AlwaysPrint
1364   /// pass name to force the frontend to print the diagnostic.
1365   const char *vectorizeAnalysisPassName() const {
1366     if (getWidth() == 1)
1367       return LV_NAME;
1368     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled)
1369       return LV_NAME;
1370     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Undefined && getWidth() == 0)
1371       return LV_NAME;
1372     return OptimizationRemarkAnalysis::AlwaysPrint;
1373   }
1374
1375   bool allowReordering() const {
1376     // When enabling loop hints are provided we allow the vectorizer to change
1377     // the order of operations that is given by the scalar loop. This is not
1378     // enabled by default because can be unsafe or inefficient. For example,
1379     // reordering floating-point operations will change the way round-off
1380     // error accumulates in the loop.
1381     return getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled || getWidth() > 1;
1382   }
1383
1384   bool isPotentiallyUnsafe() const {
1385     // Avoid FP vectorization if the target is unsure about proper support.
1386     // This may be related to the SIMD unit in the target not handling
1387     // IEEE 754 FP ops properly, or bad single-to-double promotions.
1388     // Otherwise, a sequence of vectorized loops, even without reduction,
1389     // could lead to different end results on the destination vectors.
1390     return getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled && PotentiallyUnsafe;
1391   }
1392
1393   void setPotentiallyUnsafe() { PotentiallyUnsafe = true; }
1394
1395 private:
1396   /// Find hints specified in the loop metadata and update local values.
1397   void getHintsFromMetadata() {
1398     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1399     if (!LoopID)
1400       return;
1401
1402     // First operand should refer to the loop id itself.
1403     assert(LoopID->getNumOperands() > 0 && "requires at least one operand");
1404     assert(LoopID->getOperand(0) == LoopID && "invalid loop id");
1405
1406     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1407       const MDString *S = nullptr;
1408       SmallVector<Metadata *, 4> Args;
1409
1410       // The expected hint is either a MDString or a MDNode with the first
1411       // operand a MDString.
1412       if (const MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i))) {
1413         if (!MD || MD->getNumOperands() == 0)
1414           continue;
1415         S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
1416         for (unsigned i = 1, ie = MD->getNumOperands(); i < ie; ++i)
1417           Args.push_back(MD->getOperand(i));
1418       } else {
1419         S = dyn_cast<MDString>(LoopID->getOperand(i));
1420         assert(Args.size() == 0 && "too many arguments for MDString");
1421       }
1422
1423       if (!S)
1424         continue;
1425
1426       // Check if the hint starts with the loop metadata prefix.
1427       StringRef Name = S->getString();
1428       if (Args.size() == 1)
1429         setHint(Name, Args[0]);
1430     }
1431   }
1432
1433   /// Checks string hint with one operand and set value if valid.
1434   void setHint(StringRef Name, Metadata *Arg) {
1435     if (!Name.startswith(Prefix()))
1436       return;
1437     Name = Name.substr(Prefix().size(), StringRef::npos);
1438
1439     const ConstantInt *C = mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(Arg);
1440     if (!C)
1441       return;
1442     unsigned Val = C->getZExtValue();
1443
1444     Hint *Hints[] = {&Width, &Interleave, &Force};
1445     for (auto H : Hints) {
1446       if (Name == H->Name) {
1447         if (H->validate(Val))
1448           H->Value = Val;
1449         else
1450           DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid hint '" << Name << "'\n");
1451         break;
1452       }
1453     }
1454   }
1455
1456   /// Create a new hint from name / value pair.
1457   MDNode *createHintMetadata(StringRef Name, unsigned V) const {
1458     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1459     Metadata *MDs[] = {MDString::get(Context, Name),
1460                        ConstantAsMetadata::get(
1461                            ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), V))};
1462     return MDNode::get(Context, MDs);
1463   }
1464
1465   /// Matches metadata with hint name.
1466   bool matchesHintMetadataName(MDNode *Node, ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1467     MDString *Name = dyn_cast<MDString>(Node->getOperand(0));
1468     if (!Name)
1469       return false;
1470
1471     for (auto H : HintTypes)
1472       if (Name->getString().endswith(H.Name))
1473         return true;
1474     return false;
1475   }
1476
1477   /// Sets current hints into loop metadata, keeping other values intact.
1478   void writeHintsToMetadata(ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1479     if (HintTypes.size() == 0)
1480       return;
1481
1482     // Reserve the first element to LoopID (see below).
1483     SmallVector<Metadata *, 4> MDs(1);
1484     // If the loop already has metadata, then ignore the existing operands.
1485     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1486     if (LoopID) {
1487       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1488         MDNode *Node = cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
1489         // If node in update list, ignore old value.
1490         if (!matchesHintMetadataName(Node, HintTypes))
1491           MDs.push_back(Node);
1492       }
1493     }
1494
1495     // Now, add the missing hints.
1496     for (auto H : HintTypes)
1497       MDs.push_back(createHintMetadata(Twine(Prefix(), H.Name).str(), H.Value));
1498
1499     // Replace current metadata node with new one.
1500     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1501     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
1502     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
1503     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
1504
1505     TheLoop->setLoopID(NewLoopID);
1506   }
1507
1508   /// The loop these hints belong to.
1509   const Loop *TheLoop;
1510
1511   /// Interface to emit optimization remarks.
1512   OptimizationRemarkEmitter &ORE;
1513 };
1514
1515 static void emitMissedWarning(Function *F, Loop *L,
1516                               const LoopVectorizeHints &LH,
1517                               OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
1518   LH.emitRemarkWithHints();
1519
1520   if (LH.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1521     if (LH.getWidth() != 1)
1522       ORE->emit(DiagnosticInfoOptimizationFailure(
1523                     DEBUG_TYPE, "FailedRequestedVectorization",
1524                     L->getStartLoc(), L->getHeader())
1525                 << "loop not vectorized: "
1526                 << "failed explicitly specified loop vectorization");
1527     else if (LH.getInterleave() != 1)
1528       ORE->emit(DiagnosticInfoOptimizationFailure(
1529                     DEBUG_TYPE, "FailedRequestedInterleaving", L->getStartLoc(),
1530                     L->getHeader())
1531                 << "loop not interleaved: "
1532                 << "failed explicitly specified loop interleaving");
1533   }
1534 }
1535
1536 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
1537 /// to what vectorization factor.
1538 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
1539 /// legality. This class has two main kinds of checks:
1540 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
1541 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
1542 ///   correctness of the program.
1543 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeInstrs and canVectorizeMemory
1544 /// checks for a number of different conditions, such as the availability of a
1545 /// single induction variable, that all types are supported and vectorize-able,
1546 /// etc. This code reflects the capabilities of InnerLoopVectorizer.
1547 /// This class is also used by InnerLoopVectorizer for identifying
1548 /// induction variable and the different reduction variables.
1549 class LoopVectorizationLegality {
1550 public:
1551   LoopVectorizationLegality(
1552       Loop *L, PredicatedScalarEvolution &PSE, DominatorTree *DT,
1553       TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA, Function *F,
1554       const TargetTransformInfo *TTI,
1555       std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> *GetLAA, LoopInfo *LI,
1556       OptimizationRemarkEmitter *ORE, LoopVectorizationRequirements *R,
1557       LoopVectorizeHints *H)
1558       : NumPredStores(0), TheLoop(L), PSE(PSE), TLI(TLI), TTI(TTI), DT(DT),
1559         GetLAA(GetLAA), LAI(nullptr), ORE(ORE), InterleaveInfo(PSE, L, DT, LI),
1560         PrimaryInduction(nullptr), WidestIndTy(nullptr), HasFunNoNaNAttr(false),
1561         Requirements(R), Hints(H) {}
1562
1563   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
1564   /// of the reductions that were found in the loop.
1565   typedef DenseMap<PHINode *, RecurrenceDescriptor> ReductionList;
1566
1567   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
1568   /// induction descriptor.
1569   typedef MapVector<PHINode *, InductionDescriptor> InductionList;
1570
1571   /// RecurrenceSet contains the phi nodes that are recurrences other than
1572   /// inductions and reductions.
1573   typedef SmallPtrSet<const PHINode *, 8> RecurrenceSet;
1574
1575   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
1576   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
1577   /// loop, only that it is legal to do so.
1578   bool canVectorize();
1579
1580   /// Returns the primary induction variable.
1581   PHINode *getPrimaryInduction() { return PrimaryInduction; }
1582
1583   /// Returns the reduction variables found in the loop.
1584   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
1585
1586   /// Returns the induction variables found in the loop.
1587   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
1588
1589   /// Return the first-order recurrences found in the loop.
1590   RecurrenceSet *getFirstOrderRecurrences() { return &FirstOrderRecurrences; }
1591
1592   /// Returns the widest induction type.
1593   Type *getWidestInductionType() { return WidestIndTy; }
1594
1595   /// Returns True if V is an induction variable in this loop.
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   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
1617
1618   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
1619   bool isUniform(Value *V);
1620
1621   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
1622   const RuntimePointerChecking *getRuntimePointerChecking() const {
1623     return LAI->getRuntimePointerChecking();
1624   }
1625
1626   const LoopAccessInfo *getLAI() const { return LAI; }
1627
1628   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleaved access group.
1629   bool isAccessInterleaved(Instruction *Instr) {
1630     return InterleaveInfo.isInterleaved(Instr);
1631   }
1632
1633   /// \brief Return the maximum interleave factor of all interleaved groups.
1634   unsigned getMaxInterleaveFactor() const {
1635     return InterleaveInfo.getMaxInterleaveFactor();
1636   }
1637
1638   /// \brief Get the interleaved access group that \p Instr belongs to.
1639   const InterleaveGroup *getInterleavedAccessGroup(Instruction *Instr) {
1640     return InterleaveInfo.getInterleaveGroup(Instr);
1641   }
1642
1643   /// \brief Returns true if an interleaved group requires a scalar iteration
1644   /// to handle accesses with gaps.
1645   bool requiresScalarEpilogue() const {
1646     return InterleaveInfo.requiresScalarEpilogue();
1647   }
1648
1649   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return LAI->getMaxSafeDepDistBytes(); }
1650
1651   bool hasStride(Value *V) { return LAI->hasStride(V); }
1652
1653   /// Returns true if the target machine supports masked store operation
1654   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1655   bool isLegalMaskedStore(Type *DataType, Value *Ptr) {
1656     return isConsecutivePtr(Ptr) && TTI->isLegalMaskedStore(DataType);
1657   }
1658   /// Returns true if the target machine supports masked load operation
1659   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1660   bool isLegalMaskedLoad(Type *DataType, Value *Ptr) {
1661     return isConsecutivePtr(Ptr) && TTI->isLegalMaskedLoad(DataType);
1662   }
1663   /// Returns true if the target machine supports masked scatter operation
1664   /// for the given \p DataType.
1665   bool isLegalMaskedScatter(Type *DataType) {
1666     return TTI->isLegalMaskedScatter(DataType);
1667   }
1668   /// Returns true if the target machine supports masked gather operation
1669   /// for the given \p DataType.
1670   bool isLegalMaskedGather(Type *DataType) {
1671     return TTI->isLegalMaskedGather(DataType);
1672   }
1673   /// Returns true if the target machine can represent \p V as a masked gather
1674   /// or scatter operation.
1675   bool isLegalGatherOrScatter(Value *V) {
1676     auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(V);
1677     auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(V);
1678     if (!LI && !SI)
1679       return false;
1680     auto *Ptr = getPointerOperand(V);
1681     auto *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType();
1682     return (LI && isLegalMaskedGather(Ty)) || (SI && isLegalMaskedScatter(Ty));
1683   }
1684
1685   /// Returns true if vector representation of the instruction \p I
1686   /// requires mask.
1687   bool isMaskRequired(const Instruction *I) { return (MaskedOp.count(I) != 0); }
1688   unsigned getNumStores() const { return LAI->getNumStores(); }
1689   unsigned getNumLoads() const { return LAI->getNumLoads(); }
1690   unsigned getNumPredStores() const { return NumPredStores; }
1691
1692   /// Returns true if \p I is an instruction that will be scalarized with
1693   /// predication. Such instructions include conditional stores and
1694   /// instructions that may divide by zero.
1695   bool isScalarWithPredication(Instruction *I);
1696
1697   /// Returns true if \p I is a memory instruction with consecutive memory
1698   /// access that can be widened.
1699   bool memoryInstructionCanBeWidened(Instruction *I, unsigned VF = 1);
1700
1701 private:
1702   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
1703   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
1704   /// and we only need to check individual instructions.
1705   bool canVectorizeInstrs();
1706
1707   /// When we vectorize loops we may change the order in which
1708   /// we read and write from memory. This method checks if it is
1709   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
1710   /// Returns true if the loop is vectorizable
1711   bool canVectorizeMemory();
1712
1713   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
1714   /// transformation.
1715   bool canVectorizeWithIfConvert();
1716
1717   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
1718   /// executed. \p SafePtrs is a list of addresses that are known to be legal
1719   /// and we know that we can read from them without segfault.
1720   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs);
1721
1722   /// Updates the vectorization state by adding \p Phi to the inductions list.
1723   /// This can set \p Phi as the main induction of the loop if \p Phi is a
1724   /// better choice for the main induction than the existing one.
1725   void addInductionPhi(PHINode *Phi, const InductionDescriptor &ID,
1726                        SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit);
1727
1728   /// Create an analysis remark that explains why vectorization failed
1729   ///
1730   /// \p RemarkName is the identifier for the remark.  If \p I is passed it is
1731   /// an instruction that prevents vectorization.  Otherwise the loop is used
1732   /// for the location of the remark.  \return the remark object that can be
1733   /// streamed to.
1734   OptimizationRemarkAnalysis
1735   createMissedAnalysis(StringRef RemarkName, Instruction *I = nullptr) const {
1736     return ::createMissedAnalysis(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
1737                                   RemarkName, TheLoop, I);
1738   }
1739
1740   /// \brief If an access has a symbolic strides, this maps the pointer value to
1741   /// the stride symbol.
1742   const ValueToValueMap *getSymbolicStrides() {
1743     // FIXME: Currently, the set of symbolic strides is sometimes queried before
1744     // it's collected.  This happens from canVectorizeWithIfConvert, when the
1745     // pointer is checked to reference consecutive elements suitable for a
1746     // masked access.
1747     return LAI ? &LAI->getSymbolicStrides() : nullptr;
1748   }
1749
1750   unsigned NumPredStores;
1751
1752   /// The loop that we evaluate.
1753   Loop *TheLoop;
1754   /// A wrapper around ScalarEvolution used to add runtime SCEV checks.
1755   /// Applies dynamic knowledge to simplify SCEV expressions in the context
1756   /// of existing SCEV assumptions. The analysis will also add a minimal set
1757   /// of new predicates if this is required to enable vectorization and
1758   /// unrolling.
1759   PredicatedScalarEvolution &PSE;
1760   /// Target Library Info.
1761   TargetLibraryInfo *TLI;
1762   /// Target Transform Info
1763   const TargetTransformInfo *TTI;
1764   /// Dominator Tree.
1765   DominatorTree *DT;
1766   // LoopAccess analysis.
1767   std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> *GetLAA;
1768   // And the loop-accesses info corresponding to this loop.  This pointer is
1769   // null until canVectorizeMemory sets it up.
1770   const LoopAccessInfo *LAI;
1771   /// Interface to emit optimization remarks.
1772   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
1773
1774   /// The interleave access information contains groups of interleaved accesses
1775   /// with the same stride and close to each other.
1776   InterleavedAccessInfo InterleaveInfo;
1777
1778   //  ---  vectorization state --- //
1779
1780   /// Holds the primary induction variable. This is the counter of the
1781   /// loop.
1782   PHINode *PrimaryInduction;
1783   /// Holds the reduction variables.
1784   ReductionList Reductions;
1785   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
1786   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
1787   /// variables can be pointers.
1788   InductionList Inductions;
1789   /// Holds the phi nodes that are first-order recurrences.
1790   RecurrenceSet FirstOrderRecurrences;
1791   /// Holds the widest induction type encountered.
1792   Type *WidestIndTy;
1793
1794   /// Allowed outside users. This holds the induction and reduction
1795   /// vars which can be accessed from outside the loop.
1796   SmallPtrSet<Value *, 4> AllowedExit;
1797
1798   /// Can we assume the absence of NaNs.
1799   bool HasFunNoNaNAttr;
1800
1801   /// Vectorization requirements that will go through late-evaluation.
1802   LoopVectorizationRequirements *Requirements;
1803
1804   /// Used to emit an analysis of any legality issues.
1805   LoopVectorizeHints *Hints;
1806
1807   /// While vectorizing these instructions we have to generate a
1808   /// call to the appropriate masked intrinsic
1809   SmallPtrSet<const Instruction *, 8> MaskedOp;
1810 };
1811
1812 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
1813 /// vectorization.
1814 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because of
1815 /// a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict the
1816 /// expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set. We use the
1817 /// TargetTransformInfo to query the different backends for the cost of
1818 /// different operations.
1819 class LoopVectorizationCostModel {
1820 public:
1821   LoopVectorizationCostModel(Loop *L, PredicatedScalarEvolution &PSE,
1822                              LoopInfo *LI, LoopVectorizationLegality *Legal,
1823                              const TargetTransformInfo &TTI,
1824                              const TargetLibraryInfo *TLI, DemandedBits *DB,
1825                              AssumptionCache *AC,
1826                              OptimizationRemarkEmitter *ORE, const Function *F,
1827                              const LoopVectorizeHints *Hints)
1828       : TheLoop(L), PSE(PSE), LI(LI), Legal(Legal), TTI(TTI), TLI(TLI), DB(DB),
1829         AC(AC), ORE(ORE), TheFunction(F), Hints(Hints) {}
1830
1831   /// \return An upper bound for the vectorization factor, or None if
1832   /// vectorization should be avoided up front.
1833   Optional<unsigned> computeMaxVF(bool OptForSize);
1834
1835   /// Information about vectorization costs
1836   struct VectorizationFactor {
1837     unsigned Width; // Vector width with best cost
1838     unsigned Cost;  // Cost of the loop with that width
1839   };
1840   /// \return The most profitable vectorization factor and the cost of that VF.
1841   /// This method checks every power of two up to MaxVF. If UserVF is not ZERO
1842   /// then this vectorization factor will be selected if vectorization is
1843   /// possible.
1844   VectorizationFactor selectVectorizationFactor(unsigned MaxVF);
1845
1846   /// Setup cost-based decisions for user vectorization factor.
1847   void selectUserVectorizationFactor(unsigned UserVF) {
1848     collectUniformsAndScalars(UserVF);
1849     collectInstsToScalarize(UserVF);
1850   }
1851
1852   /// \return The size (in bits) of the smallest and widest types in the code
1853   /// that needs to be vectorized. We ignore values that remain scalar such as
1854   /// 64 bit loop indices.
1855   std::pair<unsigned, unsigned> getSmallestAndWidestTypes();
1856
1857   /// \return The desired interleave count.
1858   /// If interleave count has been specified by metadata it will be returned.
1859   /// Otherwise, the interleave count is computed and returned. VF and LoopCost
1860   /// are the selected vectorization factor and the cost of the selected VF.
1861   unsigned selectInterleaveCount(bool OptForSize, unsigned VF,
1862                                  unsigned LoopCost);
1863
1864   /// Memory access instruction may be vectorized in more than one way.
1865   /// Form of instruction after vectorization depends on cost.
1866   /// This function takes cost-based decisions for Load/Store instructions
1867   /// and collects them in a map. This decisions map is used for building
1868   /// the lists of loop-uniform and loop-scalar instructions.
1869   /// The calculated cost is saved with widening decision in order to
1870   /// avoid redundant calculations.
1871   void setCostBasedWideningDecision(unsigned VF);
1872
1873   /// \brief A struct that represents some properties of the register usage
1874   /// of a loop.
1875   struct RegisterUsage {
1876     /// Holds the number of loop invariant values that are used in the loop.
1877     unsigned LoopInvariantRegs;
1878     /// Holds the maximum number of concurrent live intervals in the loop.
1879     unsigned MaxLocalUsers;
1880     /// Holds the number of instructions in the loop.
1881     unsigned NumInstructions;
1882   };
1883
1884   /// \return Returns information about the register usages of the loop for the
1885   /// given vectorization factors.
1886   SmallVector<RegisterUsage, 8> calculateRegisterUsage(ArrayRef<unsigned> VFs);
1887
1888   /// Collect values we want to ignore in the cost model.
1889   void collectValuesToIgnore();
1890
1891   /// \returns The smallest bitwidth each instruction can be represented with.
1892   /// The vector equivalents of these instructions should be truncated to this
1893   /// type.
1894   const MapVector<Instruction *, uint64_t> &getMinimalBitwidths() const {
1895     return MinBWs;
1896   }
1897
1898   /// \returns True if it is more profitable to scalarize instruction \p I for
1899   /// vectorization factor \p VF.
1900   bool isProfitableToScalarize(Instruction *I, unsigned VF) const {
1901     auto Scalars = InstsToScalarize.find(VF);
1902     assert(Scalars != InstsToScalarize.end() &&
1903            "VF not yet analyzed for scalarization profitability");
1904     return Scalars->second.count(I);
1905   }
1906
1907   /// Returns true if \p I is known to be uniform after vectorization.
1908   bool isUniformAfterVectorization(Instruction *I, unsigned VF) const {
1909     if (VF == 1)
1910       return true;
1911     assert(Uniforms.count(VF) && "VF not yet analyzed for uniformity");
1912     auto UniformsPerVF = Uniforms.find(VF);
1913     return UniformsPerVF->second.count(I);
1914   }
1915
1916   /// Returns true if \p I is known to be scalar after vectorization.
1917   bool isScalarAfterVectorization(Instruction *I, unsigned VF) const {
1918     if (VF == 1)
1919       return true;
1920     assert(Scalars.count(VF) && "Scalar values are not calculated for VF");
1921     auto ScalarsPerVF = Scalars.find(VF);
1922     return ScalarsPerVF->second.count(I);
1923   }
1924
1925   /// \returns True if instruction \p I can be truncated to a smaller bitwidth
1926   /// for vectorization factor \p VF.
1927   bool canTruncateToMinimalBitwidth(Instruction *I, unsigned VF) const {
1928     return VF > 1 && MinBWs.count(I) && !isProfitableToScalarize(I, VF) &&
1929            !isScalarAfterVectorization(I, VF);
1930   }
1931
1932   /// Decision that was taken during cost calculation for memory instruction.
1933   enum InstWidening {
1934     CM_Unknown,
1935     CM_Widen,
1936     CM_Interleave,
1937     CM_GatherScatter,
1938     CM_Scalarize
1939   };
1940
1941   /// Save vectorization decision \p W and \p Cost taken by the cost model for
1942   /// instruction \p I and vector width \p VF.
1943   void setWideningDecision(Instruction *I, unsigned VF, InstWidening W,
1944                            unsigned Cost) {
1945     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
1946     WideningDecisions[std::make_pair(I, VF)] = std::make_pair(W, Cost);
1947   }
1948
1949   /// Save vectorization decision \p W and \p Cost taken by the cost model for
1950   /// interleaving group \p Grp and vector width \p VF.
1951   void setWideningDecision(const InterleaveGroup *Grp, unsigned VF,
1952                            InstWidening W, unsigned Cost) {
1953     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
1954     /// Broadcast this decicion to all instructions inside the group.
1955     /// But the cost will be assigned to one instruction only.
1956     for (unsigned i = 0; i < Grp->getFactor(); ++i) {
1957       if (auto *I = Grp->getMember(i)) {
1958         if (Grp->getInsertPos() == I)
1959           WideningDecisions[std::make_pair(I, VF)] = std::make_pair(W, Cost);
1960         else
1961           WideningDecisions[std::make_pair(I, VF)] = std::make_pair(W, 0);
1962       }
1963     }
1964   }
1965
1966   /// Return the cost model decision for the given instruction \p I and vector
1967   /// width \p VF. Return CM_Unknown if this instruction did not pass
1968   /// through the cost modeling.
1969   InstWidening getWideningDecision(Instruction *I, unsigned VF) {
1970     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
1971     std::pair<Instruction *, unsigned> InstOnVF = std::make_pair(I, VF);
1972     auto Itr = WideningDecisions.find(InstOnVF);
1973     if (Itr == WideningDecisions.end())
1974       return CM_Unknown;
1975     return Itr->second.first;
1976   }
1977
1978   /// Return the vectorization cost for the given instruction \p I and vector
1979   /// width \p VF.
1980   unsigned getWideningCost(Instruction *I, unsigned VF) {
1981     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
1982     std::pair<Instruction *, unsigned> InstOnVF = std::make_pair(I, VF);
1983     assert(WideningDecisions.count(InstOnVF) && "The cost is not calculated");
1984     return WideningDecisions[InstOnVF].second;
1985   }
1986
1987   /// Return True if instruction \p I is an optimizable truncate whose operand
1988   /// is an induction variable. Such a truncate will be removed by adding a new
1989   /// induction variable with the destination type.
1990   bool isOptimizableIVTruncate(Instruction *I, unsigned VF) {
1991
1992     // If the instruction is not a truncate, return false.
1993     auto *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(I);
1994     if (!Trunc)
1995       return false;
1996
1997     // Get the source and destination types of the truncate.
1998     Type *SrcTy = ToVectorTy(cast<CastInst>(I)->getSrcTy(), VF);
1999     Type *DestTy = ToVectorTy(cast<CastInst>(I)->getDestTy(), VF);
2000
2001     // If the truncate is free for the given types, return false. Replacing a
2002     // free truncate with an induction variable would add an induction variable
2003     // update instruction to each iteration of the loop. We exclude from this
2004     // check the primary induction variable since it will need an update
2005     // instruction regardless.
2006     Value *Op = Trunc->getOperand(0);
2007     if (Op != Legal->getPrimaryInduction() && TTI.isTruncateFree(SrcTy, DestTy))
2008       return false;
2009
2010     // If the truncated value is not an induction variable, return false.
2011     return Legal->isInductionVariable(Op);
2012   }
2013
2014 private:
2015   /// \return An upper bound for the vectorization factor, larger than zero.
2016   /// One is returned if vectorization should best be avoided due to cost.
2017   unsigned computeFeasibleMaxVF(bool OptForSize);
2018
2019   /// The vectorization cost is a combination of the cost itself and a boolean
2020   /// indicating whether any of the contributing operations will actually
2021   /// operate on
2022   /// vector values after type legalization in the backend. If this latter value
2023   /// is
2024   /// false, then all operations will be scalarized (i.e. no vectorization has
2025   /// actually taken place).
2026   typedef std::pair<unsigned, bool> VectorizationCostTy;
2027
2028   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
2029   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
2030   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
2031   /// the factor width.
2032   VectorizationCostTy expectedCost(unsigned VF);
2033
2034   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
2035   /// width. Vector width of one means scalar.
2036   VectorizationCostTy getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
2037
2038   /// The cost-computation logic from getInstructionCost which provides
2039   /// the vector type as an output parameter.
2040   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF, Type *&VectorTy);
2041
2042   /// Calculate vectorization cost of memory instruction \p I.
2043   unsigned getMemoryInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
2044
2045   /// The cost computation for scalarized memory instruction.
2046   unsigned getMemInstScalarizationCost(Instruction *I, unsigned VF);
2047
2048   /// The cost computation for interleaving group of memory instructions.
2049   unsigned getInterleaveGroupCost(Instruction *I, unsigned VF);
2050
2051   /// The cost computation for Gather/Scatter instruction.
2052   unsigned getGatherScatterCost(Instruction *I, unsigned VF);
2053
2054   /// The cost computation for widening instruction \p I with consecutive
2055   /// memory access.
2056   unsigned getConsecutiveMemOpCost(Instruction *I, unsigned VF);
2057
2058   /// The cost calculation for Load instruction \p I with uniform pointer -
2059   /// scalar load + broadcast.
2060   unsigned getUniformMemOpCost(Instruction *I, unsigned VF);
2061
2062   /// Returns whether the instruction is a load or store and will be a emitted
2063   /// as a vector operation.
2064   bool isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *I);
2065
2066   /// Create an analysis remark that explains why vectorization failed
2067   ///
2068   /// \p RemarkName is the identifier for the remark.  \return the remark object
2069   /// that can be streamed to.
2070   OptimizationRemarkAnalysis createMissedAnalysis(StringRef RemarkName) {
2071     return ::createMissedAnalysis(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
2072                                   RemarkName, TheLoop);
2073   }
2074
2075   /// Map of scalar integer values to the smallest bitwidth they can be legally
2076   /// represented as. The vector equivalents of these values should be truncated
2077   /// to this type.
2078   MapVector<Instruction *, uint64_t> MinBWs;
2079
2080   /// A type representing the costs for instructions if they were to be
2081   /// scalarized rather than vectorized. The entries are Instruction-Cost
2082   /// pairs.
2083   typedef DenseMap<Instruction *, unsigned> ScalarCostsTy;
2084
2085   /// A set containing all BasicBlocks that are known to present after
2086   /// vectorization as a predicated block.
2087   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> PredicatedBBsAfterVectorization;
2088
2089   /// A map holding scalar costs for different vectorization factors. The
2090   /// presence of a cost for an instruction in the mapping indicates that the
2091   /// instruction will be scalarized when vectorizing with the associated
2092   /// vectorization factor. The entries are VF-ScalarCostTy pairs.
2093   DenseMap<unsigned, ScalarCostsTy> InstsToScalarize;
2094
2095   /// Holds the instructions known to be uniform after vectorization.
2096   /// The data is collected per VF.
2097   DenseMap<unsigned, SmallPtrSet<Instruction *, 4>> Uniforms;
2098
2099   /// Holds the instructions known to be scalar after vectorization.
2100   /// The data is collected per VF.
2101   DenseMap<unsigned, SmallPtrSet<Instruction *, 4>> Scalars;
2102
2103   /// Returns the expected difference in cost from scalarizing the expression
2104   /// feeding a predicated instruction \p PredInst. The instructions to
2105   /// scalarize and their scalar costs are collected in \p ScalarCosts. A
2106   /// non-negative return value implies the expression will be scalarized.
2107   /// Currently, only single-use chains are considered for scalarization.
2108   int computePredInstDiscount(Instruction *PredInst, ScalarCostsTy &ScalarCosts,
2109                               unsigned VF);
2110
2111   /// Collects the instructions to scalarize for each predicated instruction in
2112   /// the loop.
2113   void collectInstsToScalarize(unsigned VF);
2114
2115   /// Collect the instructions that are uniform after vectorization. An
2116   /// instruction is uniform if we represent it with a single scalar value in
2117   /// the vectorized loop corresponding to each vector iteration. Examples of
2118   /// uniform instructions include pointer operands of consecutive or
2119   /// interleaved memory accesses. Note that although uniformity implies an
2120   /// instruction will be scalar, the reverse is not true. In general, a
2121   /// scalarized instruction will be represented by VF scalar values in the
2122   /// vectorized loop, each corresponding to an iteration of the original
2123   /// scalar loop.
2124   void collectLoopUniforms(unsigned VF);
2125
2126   /// Collect the instructions that are scalar after vectorization. An
2127   /// instruction is scalar if it is known to be uniform or will be scalarized
2128   /// during vectorization. Non-uniform scalarized instructions will be
2129   /// represented by VF values in the vectorized loop, each corresponding to an
2130   /// iteration of the original scalar loop.
2131   void collectLoopScalars(unsigned VF);
2132
2133   /// Collect Uniform and Scalar values for the given \p VF.
2134   /// The sets depend on CM decision for Load/Store instructions
2135   /// that may be vectorized as interleave, gather-scatter or scalarized.
2136   void collectUniformsAndScalars(unsigned VF) {
2137     // Do the analysis once.
2138     if (VF == 1 || Uniforms.count(VF))
2139       return;
2140     setCostBasedWideningDecision(VF);
2141     collectLoopUniforms(VF);
2142     collectLoopScalars(VF);
2143   }
2144
2145   /// Keeps cost model vectorization decision and cost for instructions.
2146   /// Right now it is used for memory instructions only.
2147   typedef DenseMap<std::pair<Instruction *, unsigned>,
2148                    std::pair<InstWidening, unsigned>>
2149       DecisionList;
2150
2151   DecisionList WideningDecisions;
2152
2153 public:
2154   /// The loop that we evaluate.
2155   Loop *TheLoop;
2156   /// Predicated scalar evolution analysis.
2157   PredicatedScalarEvolution &PSE;
2158   /// Loop Info analysis.
2159   LoopInfo *LI;
2160   /// Vectorization legality.
2161   LoopVectorizationLegality *Legal;
2162   /// Vector target information.
2163   const TargetTransformInfo &TTI;
2164   /// Target Library Info.
2165   const TargetLibraryInfo *TLI;
2166   /// Demanded bits analysis.
2167   DemandedBits *DB;
2168   /// Assumption cache.
2169   AssumptionCache *AC;
2170   /// Interface to emit optimization remarks.
2171   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
2172
2173   const Function *TheFunction;
2174   /// Loop Vectorize Hint.
2175   const LoopVectorizeHints *Hints;
2176   /// Values to ignore in the cost model.
2177   SmallPtrSet<const Value *, 16> ValuesToIgnore;
2178   /// Values to ignore in the cost model when VF > 1.
2179   SmallPtrSet<const Value *, 16> VecValuesToIgnore;
2180 };
2181
2182 /// LoopVectorizationPlanner - drives the vectorization process after having
2183 /// passed Legality checks.
2184 class LoopVectorizationPlanner {
2185 public:
2186   LoopVectorizationPlanner(LoopVectorizationCostModel &CM) : CM(CM) {}
2187
2188   ~LoopVectorizationPlanner() {}
2189
2190   /// Plan how to best vectorize, return the best VF and its cost.
2191   LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor plan(bool OptForSize,
2192                                                        unsigned UserVF);
2193
2194 private:
2195   /// The profitablity analysis.
2196   LoopVectorizationCostModel &CM;
2197 };
2198
2199 /// \brief This holds vectorization requirements that must be verified late in
2200 /// the process. The requirements are set by legalize and costmodel. Once
2201 /// vectorization has been determined to be possible and profitable the
2202 /// requirements can be verified by looking for metadata or compiler options.
2203 /// For example, some loops require FP commutativity which is only allowed if
2204 /// vectorization is explicitly specified or if the fast-math compiler option
2205 /// has been provided.
2206 /// Late evaluation of these requirements allows helpful diagnostics to be
2207 /// composed that tells the user what need to be done to vectorize the loop. For
2208 /// example, by specifying #pragma clang loop vectorize or -ffast-math. Late
2209 /// evaluation should be used only when diagnostics can generated that can be
2210 /// followed by a non-expert user.
2211 class LoopVectorizationRequirements {
2212 public:
2213   LoopVectorizationRequirements(OptimizationRemarkEmitter &ORE)
2214       : NumRuntimePointerChecks(0), UnsafeAlgebraInst(nullptr), ORE(ORE) {}
2215
2216   void addUnsafeAlgebraInst(Instruction *I) {
2217     // First unsafe algebra instruction.
2218     if (!UnsafeAlgebraInst)
2219       UnsafeAlgebraInst = I;
2220   }
2221
2222   void addRuntimePointerChecks(unsigned Num) { NumRuntimePointerChecks = Num; }
2223
2224   bool doesNotMeet(Function *F, Loop *L, const LoopVectorizeHints &Hints) {
2225     const char *PassName = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
2226     bool Failed = false;
2227     if (UnsafeAlgebraInst && !Hints.allowReordering()) {
2228       ORE.emit(
2229           OptimizationRemarkAnalysisFPCommute(PassName, "CantReorderFPOps",
2230                                               UnsafeAlgebraInst->getDebugLoc(),
2231                                               UnsafeAlgebraInst->getParent())
2232           << "loop not vectorized: cannot prove it is safe to reorder "
2233              "floating-point operations");
2234       Failed = true;
2235     }
2236
2237     // Test if runtime memcheck thresholds are exceeded.
2238     bool PragmaThresholdReached =
2239         NumRuntimePointerChecks > PragmaVectorizeMemoryCheckThreshold;
2240     bool ThresholdReached =
2241         NumRuntimePointerChecks > VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold;
2242     if ((ThresholdReached && !Hints.allowReordering()) ||
2243         PragmaThresholdReached) {
2244       ORE.emit(OptimizationRemarkAnalysisAliasing(PassName, "CantReorderMemOps",
2245                                                   L->getStartLoc(),
2246                                                   L->getHeader())
2247                << "loop not vectorized: cannot prove it is safe to reorder "
2248                   "memory operations");
2249       DEBUG(dbgs() << "LV: Too many memory checks needed.\n");
2250       Failed = true;
2251     }
2252
2253     return Failed;
2254   }
2255
2256 private:
2257   unsigned NumRuntimePointerChecks;
2258   Instruction *UnsafeAlgebraInst;
2259
2260   /// Interface to emit optimization remarks.
2261   OptimizationRemarkEmitter &ORE;
2262 };
2263
2264 static void addAcyclicInnerLoop(Loop &L, SmallVectorImpl<Loop *> &V) {
2265   if (L.empty()) {
2266     if (!hasCyclesInLoopBody(L))
2267       V.push_back(&L);
2268     return;
2269   }
2270   for (Loop *InnerL : L)
2271     addAcyclicInnerLoop(*InnerL, V);
2272 }
2273
2274 /// The LoopVectorize Pass.
2275 struct LoopVectorize : public FunctionPass {
2276   /// Pass identification, replacement for typeid
2277   static char ID;
2278
2279   explicit LoopVectorize(bool NoUnrolling = false, bool AlwaysVectorize = true)
2280       : FunctionPass(ID) {
2281     Impl.DisableUnrolling = NoUnrolling;
2282     Impl.AlwaysVectorize = AlwaysVectorize;
2283     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2284   }
2285
2286   LoopVectorizePass Impl;
2287
2288   bool runOnFunction(Function &F) override {
2289     if (skipFunction(F))
2290       return false;
2291
2292     auto *SE = &getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
2293     auto *LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
2294     auto *TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2295     auto *DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
2296     auto *BFI = &getAnalysis<BlockFrequencyInfoWrapperPass>().getBFI();
2297     auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
2298     auto *TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
2299     auto *AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
2300     auto *AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
2301     auto *LAA = &getAnalysis<LoopAccessLegacyAnalysis>();
2302     auto *DB = &getAnalysis<DemandedBitsWrapperPass>().getDemandedBits();
2303     auto *ORE = &getAnalysis<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>().getORE();
2304
2305     std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> GetLAA =
2306         [&](Loop &L) -> const LoopAccessInfo & { return LAA->getInfo(&L); };
2307
2308     return Impl.runImpl(F, *SE, *LI, *TTI, *DT, *BFI, TLI, *DB, *AA, *AC,
2309                         GetLAA, *ORE);
2310   }
2311
2312   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
2313     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
2314     AU.addRequired<BlockFrequencyInfoWrapperPass>();
2315     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
2316     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
2317     AU.addRequired<ScalarEvolutionWrapperPass>();
2318     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
2319     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
2320     AU.addRequired<LoopAccessLegacyAnalysis>();
2321     AU.addRequired<DemandedBitsWrapperPass>();
2322     AU.addRequired<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>();
2323     AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
2324     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
2325     AU.addPreserved<BasicAAWrapperPass>();
2326     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
2327   }
2328 };
2329
2330 } // end anonymous namespace
2331
2332 //===----------------------------------------------------------------------===//
2333 // Implementation of LoopVectorizationLegality, InnerLoopVectorizer and
2334 // LoopVectorizationCostModel and LoopVectorizationPlanner.
2335 //===----------------------------------------------------------------------===//
2336
2337 Value *InnerLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
2338   // We need to place the broadcast of invariant variables outside the loop.
2339   Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(V);
2340   bool NewInstr = (Instr && Instr->getParent() == LoopVectorBody);
2341   bool Invariant = OrigLoop->isLoopInvariant(V) && !NewInstr;
2342
2343   // Place the code for broadcasting invariant variables in the new preheader.
2344   IRBuilder<>::InsertPointGuard Guard(Builder);
2345   if (Invariant)
2346     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
2347
2348   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
2349   Value *Shuf = Builder.CreateVectorSplat(VF, V, "broadcast");
2350
2351   return Shuf;
2352 }
2353
2354 void InnerLoopVectorizer::createVectorIntOrFpInductionPHI(
2355     const InductionDescriptor &II, Value *Step, Instruction *EntryVal) {
2356   Value *Start = II.getStartValue();
2357
2358   // Construct the initial value of the vector IV in the vector loop preheader
2359   auto CurrIP = Builder.saveIP();
2360   Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
2361   if (isa<TruncInst>(EntryVal)) {
2362     assert(Start->getType()->isIntegerTy() &&
2363            "Truncation requires an integer type");
2364     auto *TruncType = cast<IntegerType>(EntryVal->getType());
2365     Step = Builder.CreateTrunc(Step, TruncType);
2366     Start = Builder.CreateCast(Instruction::Trunc, Start, TruncType);
2367   }
2368   Value *SplatStart = Builder.CreateVectorSplat(VF, Start);
2369   Value *SteppedStart =
2370       getStepVector(SplatStart, 0, Step, II.getInductionOpcode());
2371
2372   // We create vector phi nodes for both integer and floating-point induction
2373   // variables. Here, we determine the kind of arithmetic we will perform.
2374   Instruction::BinaryOps AddOp;
2375   Instruction::BinaryOps MulOp;
2376   if (Step->getType()->isIntegerTy()) {
2377     AddOp = Instruction::Add;
2378     MulOp = Instruction::Mul;
2379   } else {
2380     AddOp = II.getInductionOpcode();
2381     MulOp = Instruction::FMul;
2382   }
2383
2384   // Multiply the vectorization factor by the step using integer or
2385   // floating-point arithmetic as appropriate.
2386   Value *ConstVF = getSignedIntOrFpConstant(Step->getType(), VF);
2387   Value *Mul = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(MulOp, Step, ConstVF));
2388
2389   // Create a vector splat to use in the induction update.
2390   //
2391   // FIXME: If the step is non-constant, we create the vector splat with
2392   //        IRBuilder. IRBuilder can constant-fold the multiply, but it doesn't
2393   //        handle a constant vector splat.
2394   Value *SplatVF = isa<Constant>(Mul)
2395                        ? ConstantVector::getSplat(VF, cast<Constant>(Mul))
2396                        : Builder.CreateVectorSplat(VF, Mul);
2397   Builder.restoreIP(CurrIP);
2398
2399   // We may need to add the step a number of times, depending on the unroll
2400   // factor. The last of those goes into the PHI.
2401   PHINode *VecInd = PHINode::Create(SteppedStart->getType(), 2, "vec.ind",
2402                                     &*LoopVectorBody->getFirstInsertionPt());
2403   Instruction *LastInduction = VecInd;
2404   VectorParts Entry(UF);
2405   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2406     Entry[Part] = LastInduction;
2407     LastInduction = cast<Instruction>(addFastMathFlag(
2408         Builder.CreateBinOp(AddOp, LastInduction, SplatVF, "step.add")));
2409   }
2410   VectorLoopValueMap.initVector(EntryVal, Entry);
2411   if (isa<TruncInst>(EntryVal))
2412     addMetadata(Entry, EntryVal);
2413
2414   // Move the last step to the end of the latch block. This ensures consistent
2415   // placement of all induction updates.
2416   auto *LoopVectorLatch = LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch();
2417   auto *Br = cast<BranchInst>(LoopVectorLatch->getTerminator());
2418   auto *ICmp = cast<Instruction>(Br->getCondition());
2419   LastInduction->moveBefore(ICmp);
2420   LastInduction->setName("vec.ind.next");
2421
2422   VecInd->addIncoming(SteppedStart, LoopVectorPreHeader);
2423   VecInd->addIncoming(LastInduction, LoopVectorLatch);
2424 }
2425
2426 bool InnerLoopVectorizer::shouldScalarizeInstruction(Instruction *I) const {
2427   return Cost->isScalarAfterVectorization(I, VF) ||
2428          Cost->isProfitableToScalarize(I, VF);
2429 }
2430
2431 bool InnerLoopVectorizer::needsScalarInduction(Instruction *IV) const {
2432   if (shouldScalarizeInstruction(IV))
2433     return true;
2434   auto isScalarInst = [&](User *U) -> bool {
2435     auto *I = cast<Instruction>(U);
2436     return (OrigLoop->contains(I) && shouldScalarizeInstruction(I));
2437   };
2438   return any_of(IV->users(), isScalarInst);
2439 }
2440
2441 void InnerLoopVectorizer::widenIntOrFpInduction(PHINode *IV, TruncInst *Trunc) {
2442
2443   assert((IV->getType()->isIntegerTy() || IV != OldInduction) &&
2444          "Primary induction variable must have an integer type");
2445
2446   auto II = Legal->getInductionVars()->find(IV);
2447   assert(II != Legal->getInductionVars()->end() && "IV is not an induction");
2448
2449   auto ID = II->second;
2450   assert(IV->getType() == ID.getStartValue()->getType() && "Types must match");
2451
2452   // The scalar value to broadcast. This will be derived from the canonical
2453   // induction variable.
2454   Value *ScalarIV = nullptr;
2455
2456   // The value from the original loop to which we are mapping the new induction
2457   // variable.
2458   Instruction *EntryVal = Trunc ? cast<Instruction>(Trunc) : IV;
2459
2460   // True if we have vectorized the induction variable.
2461   auto VectorizedIV = false;
2462
2463   // Determine if we want a scalar version of the induction variable. This is
2464   // true if the induction variable itself is not widened, or if it has at
2465   // least one user in the loop that is not widened.
2466   auto NeedsScalarIV = VF > 1 && needsScalarInduction(EntryVal);
2467
2468   // Generate code for the induction step. Note that induction steps are
2469   // required to be loop-invariant
2470   assert(PSE.getSE()->isLoopInvariant(ID.getStep(), OrigLoop) &&
2471          "Induction step should be loop invariant");
2472   auto &DL = OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
2473   Value *Step = nullptr;
2474   if (PSE.getSE()->isSCEVable(IV->getType())) {
2475     SCEVExpander Exp(*PSE.getSE(), DL, "induction");
2476     Step = Exp.expandCodeFor(ID.getStep(), ID.getStep()->getType(),
2477                              LoopVectorPreHeader->getTerminator());
2478   } else {
2479     Step = cast<SCEVUnknown>(ID.getStep())->getValue();
2480   }
2481
2482   // Try to create a new independent vector induction variable. If we can't
2483   // create the phi node, we will splat the scalar induction variable in each
2484   // loop iteration.
2485   if (VF > 1 && !shouldScalarizeInstruction(EntryVal)) {
2486     createVectorIntOrFpInductionPHI(ID, Step, EntryVal);
2487     VectorizedIV = true;
2488   }
2489
2490   // If we haven't yet vectorized the induction variable, or if we will create
2491   // a scalar one, we need to define the scalar induction variable and step
2492   // values. If we were given a truncation type, truncate the canonical
2493   // induction variable and step. Otherwise, derive these values from the
2494   // induction descriptor.
2495   if (!VectorizedIV || NeedsScalarIV) {
2496     ScalarIV = Induction;
2497     if (IV != OldInduction) {
2498       ScalarIV = IV->getType()->isIntegerTy()
2499                      ? Builder.CreateSExtOrTrunc(Induction, IV->getType())
2500                      : Builder.CreateCast(Instruction::SIToFP, Induction,
2501                                           IV->getType());
2502       ScalarIV = ID.transform(Builder, ScalarIV, PSE.getSE(), DL);
2503       ScalarIV->setName("offset.idx");
2504     }
2505     if (Trunc) {
2506       auto *TruncType = cast<IntegerType>(Trunc->getType());
2507       assert(Step->getType()->isIntegerTy() &&
2508              "Truncation requires an integer step");
2509       ScalarIV = Builder.CreateTrunc(ScalarIV, TruncType);
2510       Step = Builder.CreateTrunc(Step, TruncType);
2511     }
2512   }
2513
2514   // If we haven't yet vectorized the induction variable, splat the scalar
2515   // induction variable, and build the necessary step vectors.
2516   if (!VectorizedIV) {
2517     Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ScalarIV);
2518     VectorParts Entry(UF);
2519     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
2520       Entry[Part] =
2521           getStepVector(Broadcasted, VF * Part, Step, ID.getInductionOpcode());
2522     VectorLoopValueMap.initVector(EntryVal, Entry);
2523     if (Trunc)
2524       addMetadata(Entry, Trunc);
2525   }
2526
2527   // If an induction variable is only used for counting loop iterations or
2528   // calculating addresses, it doesn't need to be widened. Create scalar steps
2529   // that can be used by instructions we will later scalarize. Note that the
2530   // addition of the scalar steps will not increase the number of instructions
2531   // in the loop in the common case prior to InstCombine. We will be trading
2532   // one vector extract for each scalar step.
2533   if (NeedsScalarIV)
2534     buildScalarSteps(ScalarIV, Step, EntryVal, ID);
2535 }
2536
2537 Value *InnerLoopVectorizer::getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
2538                                           Instruction::BinaryOps BinOp) {
2539   // Create and check the types.
2540   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
2541   int VLen = Val->getType()->getVectorNumElements();
2542
2543   Type *STy = Val->getType()->getScalarType();
2544   assert((STy->isIntegerTy() || STy->isFloatingPointTy()) &&
2545          "Induction Step must be an integer or FP");
2546   assert(Step->getType() == STy && "Step has wrong type");
2547
2548   SmallVector<Constant *, 8> Indices;
2549
2550   if (STy->isIntegerTy()) {
2551     // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
2552     for (int i = 0; i < VLen; ++i)
2553       Indices.push_back(ConstantInt::get(STy, StartIdx + i));
2554
2555     // Add the consecutive indices to the vector value.
2556     Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
2557     assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
2558     Step = Builder.CreateVectorSplat(VLen, Step);
2559     assert(Step->getType() == Val->getType() && "Invalid step vec");
2560     // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
2561     // which can be found from the original scalar operations.
2562     Step = Builder.CreateMul(Cv, Step);
2563     return Builder.CreateAdd(Val, Step, "induction");
2564   }
2565
2566   // Floating point induction.
2567   assert((BinOp == Instruction::FAdd || BinOp == Instruction::FSub) &&
2568          "Binary Opcode should be specified for FP induction");
2569   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
2570   for (int i = 0; i < VLen; ++i)
2571     Indices.push_back(ConstantFP::get(STy, (double)(StartIdx + i)));
2572
2573   // Add the consecutive indices to the vector value.
2574   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
2575
2576   Step = Builder.CreateVectorSplat(VLen, Step);
2577
2578   // Floating point operations had to be 'fast' to enable the induction.
2579   FastMathFlags Flags;
2580   Flags.setUnsafeAlgebra();
2581
2582   Value *MulOp = Builder.CreateFMul(Cv, Step);
2583   if (isa<Instruction>(MulOp))
2584     // Have to check, MulOp may be a constant
2585     cast<Instruction>(MulOp)->setFastMathFlags(Flags);
2586
2587   Value *BOp = Builder.CreateBinOp(BinOp, Val, MulOp, "induction");
2588   if (isa<Instruction>(BOp))
2589     cast<Instruction>(BOp)->setFastMathFlags(Flags);
2590   return BOp;
2591 }
2592
2593 void InnerLoopVectorizer::buildScalarSteps(Value *ScalarIV, Value *Step,
2594                                            Value *EntryVal,
2595                                            const InductionDescriptor &ID) {
2596
2597   // We shouldn't have to build scalar steps if we aren't vectorizing.
2598   assert(VF > 1 && "VF should be greater than one");
2599
2600   // Get the value type and ensure it and the step have the same integer type.
2601   Type *ScalarIVTy = ScalarIV->getType()->getScalarType();
2602   assert(ScalarIVTy == Step->getType() &&
2603          "Val and Step should have the same type");
2604
2605   // We build scalar steps for both integer and floating-point induction
2606   // variables. Here, we determine the kind of arithmetic we will perform.
2607   Instruction::BinaryOps AddOp;
2608   Instruction::BinaryOps MulOp;
2609   if (ScalarIVTy->isIntegerTy()) {
2610     AddOp = Instruction::Add;
2611     MulOp = Instruction::Mul;
2612   } else {
2613     AddOp = ID.getInductionOpcode();
2614     MulOp = Instruction::FMul;
2615   }
2616
2617   // Determine the number of scalars we need to generate for each unroll
2618   // iteration. If EntryVal is uniform, we only need to generate the first
2619   // lane. Otherwise, we generate all VF values.
2620   unsigned Lanes =
2621     Cost->isUniformAfterVectorization(cast<Instruction>(EntryVal), VF) ? 1 : VF;
2622
2623   // Compute the scalar steps and save the results in VectorLoopValueMap.
2624   ScalarParts Entry(UF);
2625   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2626     Entry[Part].resize(VF);
2627     for (unsigned Lane = 0; Lane < Lanes; ++Lane) {
2628       auto *StartIdx = getSignedIntOrFpConstant(ScalarIVTy, VF * Part + Lane);
2629       auto *Mul = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(MulOp, StartIdx, Step));
2630       auto *Add = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(AddOp, ScalarIV, Mul));
2631       Entry[Part][Lane] = Add;
2632     }
2633   }
2634   VectorLoopValueMap.initScalar(EntryVal, Entry);
2635 }
2636
2637 int LoopVectorizationLegality::isConsecutivePtr(Value *Ptr) {
2638
2639   const ValueToValueMap &Strides = getSymbolicStrides() ? *getSymbolicStrides() :
2640     ValueToValueMap();
2641
2642   int Stride = getPtrStride(PSE, Ptr, TheLoop, Strides, true, false);
2643   if (Stride == 1 || Stride == -1)
2644     return Stride;
2645   return 0;
2646 }
2647
2648 bool LoopVectorizationLegality::isUniform(Value *V) {
2649   return LAI->isUniform(V);
2650 }
2651
2652 const InnerLoopVectorizer::VectorParts &
2653 InnerLoopVectorizer::getVectorValue(Value *V) {
2654   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
2655   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
2656   assert(!V->getType()->isVoidTy() && "Type does not produce a value");
2657
2658   // If we have a stride that is replaced by one, do it here.
2659   if (Legal->hasStride(V))
2660     V = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
2661
2662   // If we have this scalar in the map, return it.
2663   if (VectorLoopValueMap.hasVector(V))
2664     return VectorLoopValueMap.VectorMapStorage[V];
2665
2666   // If the value has not been vectorized, check if it has been scalarized
2667   // instead. If it has been scalarized, and we actually need the value in
2668   // vector form, we will construct the vector values on demand.
2669   if (VectorLoopValueMap.hasScalar(V)) {
2670
2671     // Initialize a new vector map entry.
2672     VectorParts Entry(UF);
2673
2674     // If we've scalarized a value, that value should be an instruction.
2675     auto *I = cast<Instruction>(V);
2676
2677     // If we aren't vectorizing, we can just copy the scalar map values over to
2678     // the vector map.
2679     if (VF == 1) {
2680       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
2681         Entry[Part] = getScalarValue(V, Part, 0);
2682       return VectorLoopValueMap.initVector(V, Entry);
2683     }
2684
2685     // Get the last scalar instruction we generated for V. If the value is
2686     // known to be uniform after vectorization, this corresponds to lane zero
2687     // of the last unroll iteration. Otherwise, the last instruction is the one
2688     // we created for the last vector lane of the last unroll iteration.
2689     unsigned LastLane = Cost->isUniformAfterVectorization(I, VF) ? 0 : VF - 1;
2690     auto *LastInst = cast<Instruction>(getScalarValue(V, UF - 1, LastLane));
2691
2692     // Set the insert point after the last scalarized instruction. This ensures
2693     // the insertelement sequence will directly follow the scalar definitions.
2694     auto OldIP = Builder.saveIP();
2695     auto NewIP = std::next(BasicBlock::iterator(LastInst));
2696     Builder.SetInsertPoint(&*NewIP);
2697
2698     // However, if we are vectorizing, we need to construct the vector values.
2699     // If the value is known to be uniform after vectorization, we can just
2700     // broadcast the scalar value corresponding to lane zero for each unroll
2701     // iteration. Otherwise, we construct the vector values using insertelement
2702     // instructions. Since the resulting vectors are stored in
2703     // VectorLoopValueMap, we will only generate the insertelements once.
2704     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2705       Value *VectorValue = nullptr;
2706       if (Cost->isUniformAfterVectorization(I, VF)) {
2707         VectorValue = getBroadcastInstrs(getScalarValue(V, Part, 0));
2708       } else {
2709         VectorValue = UndefValue::get(VectorType::get(V->getType(), VF));
2710         for (unsigned Lane = 0; Lane < VF; ++Lane)
2711           VectorValue = Builder.CreateInsertElement(
2712               VectorValue, getScalarValue(V, Part, Lane),
2713               Builder.getInt32(Lane));
2714       }
2715       Entry[Part] = VectorValue;
2716     }
2717     Builder.restoreIP(OldIP);
2718     return VectorLoopValueMap.initVector(V, Entry);
2719   }
2720
2721   // If this scalar is unknown, assume that it is a constant or that it is
2722   // loop invariant. Broadcast V and save the value for future uses.
2723   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
2724   return VectorLoopValueMap.initVector(V, VectorParts(UF, B));
2725 }
2726
2727 Value *InnerLoopVectorizer::getScalarValue(Value *V, unsigned Part,
2728                                            unsigned Lane) {
2729
2730   // If the value is not an instruction contained in the loop, it should
2731   // already be scalar.
2732   if (OrigLoop->isLoopInvariant(V))
2733     return V;
2734
2735   assert(Lane > 0 ?
2736          !Cost->isUniformAfterVectorization(cast<Instruction>(V), VF)
2737          : true && "Uniform values only have lane zero");
2738
2739   // If the value from the original loop has not been vectorized, it is
2740   // represented by UF x VF scalar values in the new loop. Return the requested
2741   // scalar value.
2742   if (VectorLoopValueMap.hasScalar(V))
2743     return VectorLoopValueMap.ScalarMapStorage[V][Part][Lane];
2744
2745   // If the value has not been scalarized, get its entry in VectorLoopValueMap
2746   // for the given unroll part. If this entry is not a vector type (i.e., the
2747   // vectorization factor is one), there is no need to generate an
2748   // extractelement instruction.
2749   auto *U = getVectorValue(V)[Part];
2750   if (!U->getType()->isVectorTy()) {
2751     assert(VF == 1 && "Value not scalarized has non-vector type");
2752     return U;
2753   }
2754
2755   // Otherwise, the value from the original loop has been vectorized and is
2756   // represented by UF vector values. Extract and return the requested scalar
2757   // value from the appropriate vector lane.
2758   return Builder.CreateExtractElement(U, Builder.getInt32(Lane));
2759 }
2760
2761 Value *InnerLoopVectorizer::reverseVector(Value *Vec) {
2762   assert(Vec->getType()->isVectorTy() && "Invalid type");
2763   SmallVector<Constant *, 8> ShuffleMask;
2764   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
2765     ShuffleMask.push_back(Builder.getInt32(VF - i - 1));
2766
2767   return Builder.CreateShuffleVector(Vec, UndefValue::get(Vec->getType()),
2768                                      ConstantVector::get(ShuffleMask),
2769                                      "reverse");
2770 }
2771
2772 // Try to vectorize the interleave group that \p Instr belongs to.
2773 //
2774 // E.g. Translate following interleaved load group (factor = 3):
2775 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2776 //     R = Pic[i];             // Member of index 0
2777 //     G = Pic[i+1];           // Member of index 1
2778 //     B = Pic[i+2];           // Member of index 2
2779 //     ... // do something to R, G, B
2780 //   }
2781 // To:
2782 //   %wide.vec = load <12 x i32>                       ; Read 4 tuples of R,G,B
2783 //   %R.vec = shuffle %wide.vec, undef, <0, 3, 6, 9>   ; R elements
2784 //   %G.vec = shuffle %wide.vec, undef, <1, 4, 7, 10>  ; G elements
2785 //   %B.vec = shuffle %wide.vec, undef, <2, 5, 8, 11>  ; B elements
2786 //
2787 // Or translate following interleaved store group (factor = 3):
2788 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2789 //     ... do something to R, G, B
2790 //     Pic[i]   = R;           // Member of index 0
2791 //     Pic[i+1] = G;           // Member of index 1
2792 //     Pic[i+2] = B;           // Member of index 2
2793 //   }
2794 // To:
2795 //   %R_G.vec = shuffle %R.vec, %G.vec, <0, 1, 2, ..., 7>
2796 //   %B_U.vec = shuffle %B.vec, undef, <0, 1, 2, 3, u, u, u, u>
2797 //   %interleaved.vec = shuffle %R_G.vec, %B_U.vec,
2798 //        <0, 4, 8, 1, 5, 9, 2, 6, 10, 3, 7, 11>    ; Interleave R,G,B elements
2799 //   store <12 x i32> %interleaved.vec              ; Write 4 tuples of R,G,B
2800 void InnerLoopVectorizer::vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr) {
2801   const InterleaveGroup *Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(Instr);
2802   assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
2803
2804   // Skip if current instruction is not the insert position.
2805   if (Instr != Group->getInsertPos())
2806     return;
2807
2808   Value *Ptr = getPointerOperand(Instr);
2809
2810   // Prepare for the vector type of the interleaved load/store.
2811   Type *ScalarTy = getMemInstValueType(Instr);
2812   unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
2813   Type *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, InterleaveFactor * VF);
2814   Type *PtrTy = VecTy->getPointerTo(getMemInstAddressSpace(Instr));
2815
2816   // Prepare for the new pointers.
2817   setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
2818   SmallVector<Value *, 2> NewPtrs;
2819   unsigned Index = Group->getIndex(Instr);
2820
2821   // If the group is reverse, adjust the index to refer to the last vector lane
2822   // instead of the first. We adjust the index from the first vector lane,
2823   // rather than directly getting the pointer for lane VF - 1, because the
2824   // pointer operand of the interleaved access is supposed to be uniform. For
2825   // uniform instructions, we're only required to generate a value for the
2826   // first vector lane in each unroll iteration.
2827   if (Group->isReverse())
2828     Index += (VF - 1) * Group->getFactor();
2829
2830   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2831     Value *NewPtr = getScalarValue(Ptr, Part, 0);
2832
2833     // Notice current instruction could be any index. Need to adjust the address
2834     // to the member of index 0.
2835     //
2836     // E.g.  a = A[i+1];     // Member of index 1 (Current instruction)
2837     //       b = A[i];       // Member of index 0
2838     // Current pointer is pointed to A[i+1], adjust it to A[i].
2839     //
2840     // E.g.  A[i+1] = a;     // Member of index 1
2841     //       A[i]   = b;     // Member of index 0
2842     //       A[i+2] = c;     // Member of index 2 (Current instruction)
2843     // Current pointer is pointed to A[i+2], adjust it to A[i].
2844     NewPtr = Builder.CreateGEP(NewPtr, Builder.getInt32(-Index));
2845
2846     // Cast to the vector pointer type.
2847     NewPtrs.push_back(Builder.CreateBitCast(NewPtr, PtrTy));
2848   }
2849
2850   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
2851   Value *UndefVec = UndefValue::get(VecTy);
2852
2853   // Vectorize the interleaved load group.
2854   if (isa<LoadInst>(Instr)) {
2855
2856     // For each unroll part, create a wide load for the group.
2857     SmallVector<Value *, 2> NewLoads;
2858     for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2859       auto *NewLoad = Builder.CreateAlignedLoad(
2860           NewPtrs[Part], Group->getAlignment(), "wide.vec");
2861       addMetadata(NewLoad, Instr);
2862       NewLoads.push_back(NewLoad);
2863     }
2864
2865     // For each member in the group, shuffle out the appropriate data from the
2866     // wide loads.
2867     for (unsigned I = 0; I < InterleaveFactor; ++I) {
2868       Instruction *Member = Group->getMember(I);
2869
2870       // Skip the gaps in the group.
2871       if (!Member)
2872         continue;
2873
2874       VectorParts Entry(UF);
2875       Constant *StrideMask = createStrideMask(Builder, I, InterleaveFactor, VF);
2876       for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2877         Value *StridedVec = Builder.CreateShuffleVector(
2878             NewLoads[Part], UndefVec, StrideMask, "strided.vec");
2879
2880         // If this member has different type, cast the result type.
2881         if (Member->getType() != ScalarTy) {
2882           VectorType *OtherVTy = VectorType::get(Member->getType(), VF);
2883           StridedVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StridedVec, OtherVTy);
2884         }
2885
2886         Entry[Part] =
2887             Group->isReverse() ? reverseVector(StridedVec) : StridedVec;
2888       }
2889       VectorLoopValueMap.initVector(Member, Entry);
2890     }
2891     return;
2892   }
2893
2894   // The sub vector type for current instruction.
2895   VectorType *SubVT = VectorType::get(ScalarTy, VF);
2896
2897   // Vectorize the interleaved store group.
2898   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2899     // Collect the stored vector from each member.
2900     SmallVector<Value *, 4> StoredVecs;
2901     for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++) {
2902       // Interleaved store group doesn't allow a gap, so each index has a member
2903       Instruction *Member = Group->getMember(i);
2904       assert(Member && "Fail to get a member from an interleaved store group");
2905
2906       Value *StoredVec =
2907           getVectorValue(cast<StoreInst>(Member)->getValueOperand())[Part];
2908       if (Group->isReverse())
2909         StoredVec = reverseVector(StoredVec);
2910
2911       // If this member has different type, cast it to an unified type.
2912       if (StoredVec->getType() != SubVT)
2913         StoredVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StoredVec, SubVT);
2914
2915       StoredVecs.push_back(StoredVec);
2916     }
2917
2918     // Concatenate all vectors into a wide vector.
2919     Value *WideVec = concatenateVectors(Builder, StoredVecs);
2920
2921     // Interleave the elements in the wide vector.
2922     Constant *IMask = createInterleaveMask(Builder, VF, InterleaveFactor);
2923     Value *IVec = Builder.CreateShuffleVector(WideVec, UndefVec, IMask,
2924                                               "interleaved.vec");
2925
2926     Instruction *NewStoreInstr =
2927         Builder.CreateAlignedStore(IVec, NewPtrs[Part], Group->getAlignment());
2928     addMetadata(NewStoreInstr, Instr);
2929   }
2930 }
2931
2932 void InnerLoopVectorizer::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
2933   // Attempt to issue a wide load.
2934   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
2935   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
2936
2937   assert((LI || SI) && "Invalid Load/Store instruction");
2938
2939   LoopVectorizationCostModel::InstWidening Decision =
2940       Cost->getWideningDecision(Instr, VF);
2941   assert(Decision != LoopVectorizationCostModel::CM_Unknown &&
2942          "CM decision should be taken at this point");
2943   if (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_Interleave)
2944     return vectorizeInterleaveGroup(Instr);
2945
2946   Type *ScalarDataTy = getMemInstValueType(Instr);
2947   Type *DataTy = VectorType::get(ScalarDataTy, VF);
2948   Value *Ptr = getPointerOperand(Instr);
2949   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(Instr);
2950   // An alignment of 0 means target abi alignment. We need to use the scalar's
2951   // target abi alignment in such a case.
2952   const DataLayout &DL = Instr->getModule()->getDataLayout();
2953   if (!Alignment)
2954     Alignment = DL.getABITypeAlignment(ScalarDataTy);
2955   unsigned AddressSpace = getMemInstAddressSpace(Instr);
2956
2957   // Scalarize the memory instruction if necessary.
2958   if (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_Scalarize)
2959     return scalarizeInstruction(Instr, Legal->isScalarWithPredication(Instr));
2960
2961   // Determine if the pointer operand of the access is either consecutive or
2962   // reverse consecutive.
2963   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
2964   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
2965   bool CreateGatherScatter =
2966       (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_GatherScatter);
2967
2968   VectorParts VectorGep;
2969
2970   // Handle consecutive loads/stores.
2971   if (ConsecutiveStride) {
2972     Ptr = getScalarValue(Ptr, 0, 0);
2973   } else {
2974     // At this point we should vector version of GEP for Gather or Scatter
2975     assert(CreateGatherScatter && "The instruction should be scalarized");
2976     VectorGep = getVectorValue(Ptr);
2977   }
2978
2979   VectorParts Mask = createBlockInMask(Instr->getParent());
2980   // Handle Stores:
2981   if (SI) {
2982     assert(!Legal->isUniform(SI->getPointerOperand()) &&
2983            "We do not allow storing to uniform addresses");
2984     setDebugLocFromInst(Builder, SI);
2985     // We don't want to update the value in the map as it might be used in
2986     // another expression. So don't use a reference type for "StoredVal".
2987     VectorParts StoredVal = getVectorValue(SI->getValueOperand());
2988
2989     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2990       Instruction *NewSI = nullptr;
2991       if (CreateGatherScatter) {
2992         Value *MaskPart = Legal->isMaskRequired(SI) ? Mask[Part] : nullptr;
2993         NewSI = Builder.CreateMaskedScatter(StoredVal[Part], VectorGep[Part],
2994                                             Alignment, MaskPart);
2995       } else {
2996         // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
2997         Value *PartPtr =
2998             Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
2999
3000         if (Reverse) {
3001           // If we store to reverse consecutive memory locations, then we need
3002           // to reverse the order of elements in the stored value.
3003           StoredVal[Part] = reverseVector(StoredVal[Part]);
3004           // If the address is consecutive but reversed, then the
3005           // wide store needs to start at the last vector element.
3006           PartPtr =
3007               Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
3008           PartPtr =
3009               Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
3010           Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
3011         }
3012
3013         Value *VecPtr =
3014             Builder.CreateBitCast(PartPtr, DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
3015
3016         if (Legal->isMaskRequired(SI))
3017           NewSI = Builder.CreateMaskedStore(StoredVal[Part], VecPtr, Alignment,
3018                                             Mask[Part]);
3019         else
3020           NewSI =
3021               Builder.CreateAlignedStore(StoredVal[Part], VecPtr, Alignment);
3022       }
3023       addMetadata(NewSI, SI);
3024     }
3025     return;
3026   }
3027
3028   // Handle loads.
3029   assert(LI && "Must have a load instruction");
3030   setDebugLocFromInst(Builder, LI);
3031   VectorParts Entry(UF);
3032   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3033     Instruction *NewLI;
3034     if (CreateGatherScatter) {
3035       Value *MaskPart = Legal->isMaskRequired(LI) ? Mask[Part] : nullptr;
3036       NewLI = Builder.CreateMaskedGather(VectorGep[Part], Alignment, MaskPart,
3037                                          0, "wide.masked.gather");
3038       Entry[Part] = NewLI;
3039     } else {
3040       // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
3041       Value *PartPtr =
3042           Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
3043
3044       if (Reverse) {
3045         // If the address is consecutive but reversed, then the
3046         // wide load needs to start at the last vector element.
3047         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
3048         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
3049         Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
3050       }
3051
3052       Value *VecPtr =
3053           Builder.CreateBitCast(PartPtr, DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
3054       if (Legal->isMaskRequired(LI))
3055         NewLI = Builder.CreateMaskedLoad(VecPtr, Alignment, Mask[Part],
3056                                          UndefValue::get(DataTy),
3057                                          "wide.masked.load");
3058       else
3059         NewLI = Builder.CreateAlignedLoad(VecPtr, Alignment, "wide.load");
3060       Entry[Part] = Reverse ? reverseVector(NewLI) : NewLI;
3061     }
3062     addMetadata(NewLI, LI);
3063   }
3064   VectorLoopValueMap.initVector(Instr, Entry);
3065 }
3066
3067 void InnerLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
3068                                                bool IfPredicateInstr) {
3069   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
3070   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalarizing"
3071                << (IfPredicateInstr ? " and predicating:" : ":") << *Instr
3072                << '\n');
3073   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
3074   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
3075
3076   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
3077
3078   // Does this instruction return a value ?
3079   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
3080
3081   // Initialize a new scalar map entry.
3082   ScalarParts Entry(UF);
3083
3084   VectorParts Cond;
3085   if (IfPredicateInstr)
3086     Cond = createBlockInMask(Instr->getParent());
3087
3088   // Determine the number of scalars we need to generate for each unroll
3089   // iteration. If the instruction is uniform, we only need to generate the
3090   // first lane. Otherwise, we generate all VF values.
3091   unsigned Lanes = Cost->isUniformAfterVectorization(Instr, VF) ? 1 : VF;
3092
3093   // For each vector unroll 'part':
3094   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3095     Entry[Part].resize(VF);
3096     // For each scalar that we create:
3097     for (unsigned Lane = 0; Lane < Lanes; ++Lane) {
3098
3099       // Start if-block.
3100       Value *Cmp = nullptr;
3101       if (IfPredicateInstr) {
3102         Cmp = Cond[Part];
3103         if (Cmp->getType()->isVectorTy())
3104           Cmp = Builder.CreateExtractElement(Cmp, Builder.getInt32(Lane));
3105         Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cmp,
3106                                  ConstantInt::get(Cmp->getType(), 1));
3107       }
3108
3109       Instruction *Cloned = Instr->clone();
3110       if (!IsVoidRetTy)
3111         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
3112
3113       // Replace the operands of the cloned instructions with their scalar
3114       // equivalents in the new loop.
3115       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
3116         auto *NewOp = getScalarValue(Instr->getOperand(op), Part, Lane);
3117         Cloned->setOperand(op, NewOp);
3118       }
3119       addNewMetadata(Cloned, Instr);
3120
3121       // Place the cloned scalar in the new loop.
3122       Builder.Insert(Cloned);
3123
3124       // Add the cloned scalar to the scalar map entry.
3125       Entry[Part][Lane] = Cloned;
3126
3127       // If we just cloned a new assumption, add it the assumption cache.
3128       if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Cloned))
3129         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
3130           AC->registerAssumption(II);
3131
3132       // End if-block.
3133       if (IfPredicateInstr)
3134         PredicatedInstructions.push_back(std::make_pair(Cloned, Cmp));
3135     }
3136   }
3137   VectorLoopValueMap.initScalar(Instr, Entry);
3138 }
3139
3140 PHINode *InnerLoopVectorizer::createInductionVariable(Loop *L, Value *Start,
3141                                                       Value *End, Value *Step,
3142                                                       Instruction *DL) {
3143   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3144   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
3145   // As we're just creating this loop, it's possible no latch exists
3146   // yet. If so, use the header as this will be a single block loop.
3147   if (!Latch)
3148     Latch = Header;
3149
3150   IRBuilder<> Builder(&*Header->getFirstInsertionPt());
3151   Instruction *OldInst = getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction);
3152   setDebugLocFromInst(Builder, OldInst);
3153   auto *Induction = Builder.CreatePHI(Start->getType(), 2, "index");
3154
3155   Builder.SetInsertPoint(Latch->getTerminator());
3156   setDebugLocFromInst(Builder, OldInst);
3157
3158   // Create i+1 and fill the PHINode.
3159   Value *Next = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
3160   Induction->addIncoming(Start, L->getLoopPreheader());
3161   Induction->addIncoming(Next, Latch);
3162   // Create the compare.
3163   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(Next, End);
3164   Builder.CreateCondBr(ICmp, L->getExitBlock(), Header);
3165
3166   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
3167   Latch->getTerminator()->eraseFromParent();
3168
3169   return Induction;
3170 }
3171
3172 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateTripCount(Loop *L) {
3173   if (TripCount)
3174     return TripCount;
3175
3176   IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3177   // Find the loop boundaries.
3178   ScalarEvolution *SE = PSE.getSE();
3179   const SCEV *BackedgeTakenCount = PSE.getBackedgeTakenCount();
3180   assert(BackedgeTakenCount != SE->getCouldNotCompute() &&
3181          "Invalid loop count");
3182
3183   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
3184
3185   // The exit count might have the type of i64 while the phi is i32. This can
3186   // happen if we have an induction variable that is sign extended before the
3187   // compare. The only way that we get a backedge taken count is that the
3188   // induction variable was signed and as such will not overflow. In such a case
3189   // truncation is legal.
3190   if (BackedgeTakenCount->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
3191       IdxTy->getPrimitiveSizeInBits())
3192     BackedgeTakenCount = SE->getTruncateOrNoop(BackedgeTakenCount, IdxTy);
3193   BackedgeTakenCount = SE->getNoopOrZeroExtend(BackedgeTakenCount, IdxTy);
3194
3195   // Get the total trip count from the count by adding 1.
3196   const SCEV *ExitCount = SE->getAddExpr(
3197       BackedgeTakenCount, SE->getOne(BackedgeTakenCount->getType()));
3198
3199   const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
3200
3201   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
3202   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
3203   SCEVExpander Exp(*SE, DL, "induction");
3204
3205   // Count holds the overall loop count (N).
3206   TripCount = Exp.expandCodeFor(ExitCount, ExitCount->getType(),
3207                                 L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3208
3209   if (TripCount->getType()->isPointerTy())
3210     TripCount =
3211         CastInst::CreatePointerCast(TripCount, IdxTy, "exitcount.ptrcnt.to.int",
3212                                     L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3213
3214   return TripCount;
3215 }
3216
3217 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateVectorTripCount(Loop *L) {
3218   if (VectorTripCount)
3219     return VectorTripCount;
3220
3221   Value *TC = getOrCreateTripCount(L);
3222   IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3223
3224   // Now we need to generate the expression for the part of the loop that the
3225   // vectorized body will execute. This is equal to N - (N % Step) if scalar
3226   // iterations are not required for correctness, or N - Step, otherwise. Step
3227   // is equal to the vectorization factor (number of SIMD elements) times the
3228   // unroll factor (number of SIMD instructions).
3229   Constant *Step = ConstantInt::get(TC->getType(), VF * UF);
3230   Value *R = Builder.CreateURem(TC, Step, "n.mod.vf");
3231
3232   // If there is a non-reversed interleaved group that may speculatively access
3233   // memory out-of-bounds, we need to ensure that there will be at least one
3234   // iteration of the scalar epilogue loop. Thus, if the step evenly divides
3235   // the trip count, we set the remainder to be equal to the step. If the step
3236   // does not evenly divide the trip count, no adjustment is necessary since
3237   // there will already be scalar iterations. Note that the minimum iterations
3238   // check ensures that N >= Step.
3239   if (VF > 1 && Legal->requiresScalarEpilogue()) {
3240     auto *IsZero = Builder.CreateICmpEQ(R, ConstantInt::get(R->getType(), 0));
3241     R = Builder.CreateSelect(IsZero, Step, R);
3242   }
3243
3244   VectorTripCount = Builder.CreateSub(TC, R, "n.vec");
3245
3246   return VectorTripCount;
3247 }
3248
3249 void InnerLoopVectorizer::emitMinimumIterationCountCheck(Loop *L,
3250                                                          BasicBlock *Bypass) {
3251   Value *Count = getOrCreateTripCount(L);
3252   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3253   IRBuilder<> Builder(BB->getTerminator());
3254
3255   // Generate code to check that the loop's trip count that we computed by
3256   // adding one to the backedge-taken count will not overflow.
3257   Value *CheckMinIters = Builder.CreateICmpULT(
3258       Count, ConstantInt::get(Count->getType(), VF * UF), "min.iters.check");
3259
3260   BasicBlock *NewBB =
3261       BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "min.iters.checked");
3262   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3263   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3264   // checks may query it before the current function is finished.
3265   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3266   if (L->getParentLoop())
3267     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3268   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3269                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, CheckMinIters));
3270   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3271 }
3272
3273 void InnerLoopVectorizer::emitVectorLoopEnteredCheck(Loop *L,
3274                                                      BasicBlock *Bypass) {
3275   Value *TC = getOrCreateVectorTripCount(L);
3276   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3277   IRBuilder<> Builder(BB->getTerminator());
3278
3279   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
3280   // jump to the scalar loop.
3281   Value *Cmp = Builder.CreateICmpEQ(TC, Constant::getNullValue(TC->getType()),
3282                                     "cmp.zero");
3283
3284   // Generate code to check that the loop's trip count that we computed by
3285   // adding one to the backedge-taken count will not overflow.
3286   BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
3287   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3288   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3289   // checks may query it before the current function is finished.
3290   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3291   if (L->getParentLoop())
3292     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3293   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3294                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, Cmp));
3295   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3296 }
3297
3298 void InnerLoopVectorizer::emitSCEVChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass) {
3299   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3300
3301   // Generate the code to check that the SCEV assumptions that we made.
3302   // We want the new basic block to start at the first instruction in a
3303   // sequence of instructions that form a check.
3304   SCEVExpander Exp(*PSE.getSE(), Bypass->getModule()->getDataLayout(),
3305                    "scev.check");
3306   Value *SCEVCheck =
3307       Exp.expandCodeForPredicate(&PSE.getUnionPredicate(), BB->getTerminator());
3308
3309   if (auto *C = dyn_cast<ConstantInt>(SCEVCheck))
3310     if (C->isZero())
3311       return;
3312
3313   // Create a new block containing the stride check.
3314   BB->setName("vector.scevcheck");
3315   auto *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
3316   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3317   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3318   // checks may query it before the current function is finished.
3319   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3320   if (L->getParentLoop())
3321     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3322   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3323                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, SCEVCheck));
3324   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3325   AddedSafetyChecks = true;
3326 }
3327
3328 void InnerLoopVectorizer::emitMemRuntimeChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass) {
3329   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3330
3331   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
3332   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
3333   // faster.
3334   Instruction *FirstCheckInst;
3335   Instruction *MemRuntimeCheck;
3336   std::tie(FirstCheckInst, MemRuntimeCheck) =
3337       Legal->getLAI()->addRuntimeChecks(BB->getTerminator());
3338   if (!MemRuntimeCheck)
3339     return;
3340
3341   // Create a new block containing the memory check.
3342   BB->setName("vector.memcheck");
3343   auto *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
3344   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3345   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3346   // checks may query it before the current function is finished.
3347   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3348   if (L->getParentLoop())
3349     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3350   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3351                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, MemRuntimeCheck));
3352   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3353   AddedSafetyChecks = true;
3354
3355   // We currently don't use LoopVersioning for the actual loop cloning but we
3356   // still use it to add the noalias metadata.
3357   LVer = llvm::make_unique<LoopVersioning>(*Legal->getLAI(), OrigLoop, LI, DT,
3358                                            PSE.getSE());
3359   LVer->prepareNoAliasMetadata();
3360 }
3361
3362 void InnerLoopVectorizer::createEmptyLoop() {
3363   /*
3364    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
3365    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
3366    scalar remainder.
3367
3368        [ ] <-- loop iteration number check.
3369     /   |
3370    /    v
3371   |    [ ] <-- vector loop bypass (may consist of multiple blocks).
3372   |  /  |
3373   | /   v
3374   ||   [ ]     <-- vector pre header.
3375   |/    |
3376   |     v
3377   |    [  ] \
3378   |    [  ]_|   <-- vector loop.
3379   |     |
3380   |     v
3381   |   -[ ]   <--- middle-block.
3382   |  /  |
3383   | /   v
3384   -|- >[ ]     <--- new preheader.
3385    |    |
3386    |    v
3387    |   [ ] \
3388    |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
3389     \   |
3390      \  v
3391       >[ ]     <-- exit block.
3392    ...
3393    */
3394
3395   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
3396   BasicBlock *VectorPH = OrigLoop->getLoopPreheader();
3397   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
3398   assert(VectorPH && "Invalid loop structure");
3399   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
3400
3401   // Some loops have a single integer induction variable, while other loops
3402   // don't. One example is c++ iterators that often have multiple pointer
3403   // induction variables. In the code below we also support a case where we
3404   // don't have a single induction variable.
3405   //
3406   // We try to obtain an induction variable from the original loop as hard
3407   // as possible. However if we don't find one that:
3408   //   - is an integer
3409   //   - counts from zero, stepping by one
3410   //   - is the size of the widest induction variable type
3411   // then we create a new one.
3412   OldInduction = Legal->getPrimaryInduction();
3413   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
3414
3415   // Split the single block loop into the two loop structure described above.
3416   BasicBlock *VecBody =
3417       VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.body");
3418   BasicBlock *MiddleBlock =
3419       VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(), "middle.block");
3420   BasicBlock *ScalarPH =
3421       MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(), "scalar.ph");
3422
3423   // Create and register the new vector loop.
3424   Loop *Lp = new Loop();
3425   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
3426
3427   // Insert the new loop into the loop nest and register the new basic blocks
3428   // before calling any utilities such as SCEV that require valid LoopInfo.
3429   if (ParentLoop) {
3430     ParentLoop->addChildLoop(Lp);
3431     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, *LI);
3432     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, *LI);
3433   } else {
3434     LI->addTopLevelLoop(Lp);
3435   }
3436   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, *LI);
3437
3438   // Find the loop boundaries.
3439   Value *Count = getOrCreateTripCount(Lp);
3440
3441   Value *StartIdx = ConstantInt::get(IdxTy, 0);
3442
3443   // We need to test whether the backedge-taken count is uint##_max. Adding one
3444   // to it will cause overflow and an incorrect loop trip count in the vector
3445   // body. In case of overflow we want to directly jump to the scalar remainder
3446   // loop.
3447   emitMinimumIterationCountCheck(Lp, ScalarPH);
3448   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
3449   // jump to the scalar loop.
3450   emitVectorLoopEnteredCheck(Lp, ScalarPH);
3451   // Generate the code to check any assumptions that we've made for SCEV
3452   // expressions.
3453   emitSCEVChecks(Lp, ScalarPH);
3454
3455   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
3456   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
3457   // faster.
3458   emitMemRuntimeChecks(Lp, ScalarPH);
3459
3460   // Generate the induction variable.
3461   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
3462   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
3463   Value *CountRoundDown = getOrCreateVectorTripCount(Lp);
3464   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF * UF);
3465   Induction =
3466       createInductionVariable(Lp, StartIdx, CountRoundDown, Step,
3467                               getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
3468
3469   // We are going to resume the execution of the scalar loop.
3470   // Go over all of the induction variables that we found and fix the
3471   // PHIs that are left in the scalar version of the loop.
3472   // The starting values of PHI nodes depend on the counter of the last
3473   // iteration in the vectorized loop.
3474   // If we come from a bypass edge then we need to start from the original
3475   // start value.
3476
3477   // This variable saves the new starting index for the scalar loop. It is used
3478   // to test if there are any tail iterations left once the vector loop has
3479   // completed.
3480   LoopVectorizationLegality::InductionList *List = Legal->getInductionVars();
3481   for (auto &InductionEntry : *List) {
3482     PHINode *OrigPhi = InductionEntry.first;
3483     InductionDescriptor II = InductionEntry.second;
3484
3485     // Create phi nodes to merge from the  backedge-taken check block.
3486     PHINode *BCResumeVal = PHINode::Create(
3487         OrigPhi->getType(), 3, "bc.resume.val", ScalarPH->getTerminator());
3488     Value *&EndValue = IVEndValues[OrigPhi];
3489     if (OrigPhi == OldInduction) {
3490       // We know what the end value is.
3491       EndValue = CountRoundDown;
3492     } else {
3493       IRBuilder<> B(LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
3494       Type *StepType = II.getStep()->getType();
3495       Instruction::CastOps CastOp =
3496         CastInst::getCastOpcode(CountRoundDown, true, StepType, true);
3497       Value *CRD = B.CreateCast(CastOp, CountRoundDown, StepType, "cast.crd");
3498       const DataLayout &DL = OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
3499       EndValue = II.transform(B, CRD, PSE.getSE(), DL);
3500       EndValue->setName("ind.end");
3501     }
3502
3503     // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
3504     // or the value at the end of the vectorized loop.
3505     BCResumeVal->addIncoming(EndValue, MiddleBlock);
3506
3507     // Fix the scalar body counter (PHI node).
3508     unsigned BlockIdx = OrigPhi->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
3509
3510     // The old induction's phi node in the scalar body needs the truncated
3511     // value.
3512     for (BasicBlock *BB : LoopBypassBlocks)
3513       BCResumeVal->addIncoming(II.getStartValue(), BB);
3514     OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, BCResumeVal);
3515   }
3516
3517   // Add a check in the middle block to see if we have completed
3518   // all of the iterations in the first vector loop.
3519   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
3520   Value *CmpN =
3521       CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, Count,
3522                       CountRoundDown, "cmp.n", MiddleBlock->getTerminator());
3523   ReplaceInstWithInst(MiddleBlock->getTerminator(),
3524                       BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN));
3525
3526   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
3527   Builder.SetInsertPoint(&*VecBody->getFirstInsertionPt());
3528
3529   // Save the state.
3530   LoopVectorPreHeader = Lp->getLoopPreheader();
3531   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
3532   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
3533   LoopExitBlock = ExitBlock;
3534   LoopVectorBody = VecBody;
3535   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
3536
3537   // Keep all loop hints from the original loop on the vector loop (we'll
3538   // replace the vectorizer-specific hints below).
3539   if (MDNode *LID = OrigLoop->getLoopID())
3540     Lp->setLoopID(LID);
3541
3542   LoopVectorizeHints Hints(Lp, true, *ORE);
3543   Hints.setAlreadyVectorized();
3544 }
3545
3546 // Fix up external users of the induction variable. At this point, we are
3547 // in LCSSA form, with all external PHIs that use the IV having one input value,
3548 // coming from the remainder loop. We need those PHIs to also have a correct
3549 // value for the IV when arriving directly from the middle block.
3550 void InnerLoopVectorizer::fixupIVUsers(PHINode *OrigPhi,
3551                                        const InductionDescriptor &II,
3552                                        Value *CountRoundDown, Value *EndValue,
3553                                        BasicBlock *MiddleBlock) {
3554   // There are two kinds of external IV usages - those that use the value
3555   // computed in the last iteration (the PHI) and those that use the penultimate
3556   // value (the value that feeds into the phi from the loop latch).
3557   // We allow both, but they, obviously, have different values.
3558
3559   assert(OrigLoop->getExitBlock() && "Expected a single exit block");
3560
3561   DenseMap<Value *, Value *> MissingVals;
3562
3563   // An external user of the last iteration's value should see the value that
3564   // the remainder loop uses to initialize its own IV.
3565   Value *PostInc = OrigPhi->getIncomingValueForBlock(OrigLoop->getLoopLatch());
3566   for (User *U : PostInc->users()) {
3567     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3568     if (!OrigLoop->contains(UI)) {
3569       assert(isa<PHINode>(UI) && "Expected LCSSA form");
3570       MissingVals[UI] = EndValue;
3571     }
3572   }
3573
3574   // An external user of the penultimate value need to see EndValue - Step.
3575   // The simplest way to get this is to recompute it from the constituent SCEVs,
3576   // that is Start + (Step * (CRD - 1)).
3577   for (User *U : OrigPhi->users()) {
3578     auto *UI = cast<Instruction>(U);
3579     if (!OrigLoop->contains(UI)) {
3580       const DataLayout &DL =
3581           OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
3582       assert(isa<PHINode>(UI) && "Expected LCSSA form");
3583
3584       IRBuilder<> B(MiddleBlock->getTerminator());
3585       Value *CountMinusOne = B.CreateSub(
3586           CountRoundDown, ConstantInt::get(CountRoundDown->getType(), 1));
3587       Value *CMO = B.CreateSExtOrTrunc(CountMinusOne, II.getStep()->getType(),
3588                                        "cast.cmo");
3589       Value *Escape = II.transform(B, CMO, PSE.getSE(), DL);
3590       Escape->setName("ind.escape");
3591       MissingVals[UI] = Escape;
3592     }
3593   }
3594
3595   for (auto &I : MissingVals) {
3596     PHINode *PHI = cast<PHINode>(I.first);
3597     // One corner case we have to handle is two IVs "chasing" each-other,
3598     // that is %IV2 = phi [...], [ %IV1, %latch ]
3599     // In this case, if IV1 has an external use, we need to avoid adding both
3600     // "last value of IV1" and "penultimate value of IV2". So, verify that we
3601     // don't already have an incoming value for the middle block.
3602     if (PHI->getBasicBlockIndex(MiddleBlock) == -1)
3603       PHI->addIncoming(I.second, MiddleBlock);
3604   }
3605 }
3606
3607 namespace {
3608 struct CSEDenseMapInfo {
3609   static bool canHandle(const Instruction *I) {
3610     return isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
3611            isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I);
3612   }
3613   static inline Instruction *getEmptyKey() {
3614     return DenseMapInfo<Instruction *>::getEmptyKey();
3615   }
3616   static inline Instruction *getTombstoneKey() {
3617     return DenseMapInfo<Instruction *>::getTombstoneKey();
3618   }
3619   static unsigned getHashValue(const Instruction *I) {
3620     assert(canHandle(I) && "Unknown instruction!");
3621     return hash_combine(I->getOpcode(), hash_combine_range(I->value_op_begin(),
3622                                                            I->value_op_end()));
3623   }
3624   static bool isEqual(const Instruction *LHS, const Instruction *RHS) {
3625     if (LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey() ||
3626         LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey())
3627       return LHS == RHS;
3628     return LHS->isIdenticalTo(RHS);
3629   }
3630 };
3631 }
3632
3633 ///\brief Perform cse of induction variable instructions.
3634 static void cse(BasicBlock *BB) {
3635   // Perform simple cse.
3636   SmallDenseMap<Instruction *, Instruction *, 4, CSEDenseMapInfo> CSEMap;
3637   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
3638     Instruction *In = &*I++;
3639
3640     if (!CSEDenseMapInfo::canHandle(In))
3641       continue;
3642
3643     // Check if we can replace this instruction with any of the
3644     // visited instructions.
3645     if (Instruction *V = CSEMap.lookup(In)) {
3646       In->replaceAllUsesWith(V);
3647       In->eraseFromParent();
3648       continue;
3649     }
3650
3651     CSEMap[In] = In;
3652   }
3653 }
3654
3655 /// \brief Estimate the overhead of scalarizing an instruction. This is a
3656 /// convenience wrapper for the type-based getScalarizationOverhead API.
3657 static unsigned getScalarizationOverhead(Instruction *I, unsigned VF,
3658                                          const TargetTransformInfo &TTI) {
3659   if (VF == 1)
3660     return 0;
3661
3662   unsigned Cost = 0;
3663   Type *RetTy = ToVectorTy(I->getType(), VF);
3664   if (!RetTy->isVoidTy() &&
3665       (!isa<LoadInst>(I) ||
3666        !TTI.supportsEfficientVectorElementLoadStore()))
3667     Cost += TTI.getScalarizationOverhead(RetTy, true, false);
3668
3669   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
3670     SmallVector<const Value *, 4> Operands(CI->arg_operands());
3671     Cost += TTI.getOperandsScalarizationOverhead(Operands, VF);
3672   }
3673   else if (!isa<StoreInst>(I) ||
3674            !TTI.supportsEfficientVectorElementLoadStore()) {
3675     SmallVector<const Value *, 4> Operands(I->operand_values());
3676     Cost += TTI.getOperandsScalarizationOverhead(Operands, VF);
3677   }
3678
3679   return Cost;
3680 }
3681
3682 // Estimate cost of a call instruction CI if it were vectorized with factor VF.
3683 // Return the cost of the instruction, including scalarization overhead if it's
3684 // needed. The flag NeedToScalarize shows if the call needs to be scalarized -
3685 // i.e. either vector version isn't available, or is too expensive.
3686 static unsigned getVectorCallCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3687                                   const TargetTransformInfo &TTI,
3688                                   const TargetLibraryInfo *TLI,
3689                                   bool &NeedToScalarize) {
3690   Function *F = CI->getCalledFunction();
3691   StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
3692   Type *ScalarRetTy = CI->getType();
3693   SmallVector<Type *, 4> Tys, ScalarTys;
3694   for (auto &ArgOp : CI->arg_operands())
3695     ScalarTys.push_back(ArgOp->getType());
3696
3697   // Estimate cost of scalarized vector call. The source operands are assumed
3698   // to be vectors, so we need to extract individual elements from there,
3699   // execute VF scalar calls, and then gather the result into the vector return
3700   // value.
3701   unsigned ScalarCallCost = TTI.getCallInstrCost(F, ScalarRetTy, ScalarTys);
3702   if (VF == 1)
3703     return ScalarCallCost;
3704
3705   // Compute corresponding vector type for return value and arguments.
3706   Type *RetTy = ToVectorTy(ScalarRetTy, VF);
3707   for (Type *ScalarTy : ScalarTys)
3708     Tys.push_back(ToVectorTy(ScalarTy, VF));
3709
3710   // Compute costs of unpacking argument values for the scalar calls and
3711   // packing the return values to a vector.
3712   unsigned ScalarizationCost = getScalarizationOverhead(CI, VF, TTI);
3713
3714   unsigned Cost = ScalarCallCost * VF + ScalarizationCost;
3715
3716   // If we can't emit a vector call for this function, then the currently found
3717   // cost is the cost we need to return.
3718   NeedToScalarize = true;
3719   if (!TLI || !TLI->isFunctionVectorizable(FnName, VF) || CI->isNoBuiltin())
3720     return Cost;
3721
3722   // If the corresponding vector cost is cheaper, return its cost.
3723   unsigned VectorCallCost = TTI.getCallInstrCost(nullptr, RetTy, Tys);
3724   if (VectorCallCost < Cost) {
3725     NeedToScalarize = false;
3726     return VectorCallCost;
3727   }
3728   return Cost;
3729 }
3730
3731 // Estimate cost of an intrinsic call instruction CI if it were vectorized with
3732 // factor VF.  Return the cost of the instruction, including scalarization
3733 // overhead if it's needed.
3734 static unsigned getVectorIntrinsicCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3735                                        const TargetTransformInfo &TTI,
3736                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
3737   Intrinsic::ID ID = getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3738   assert(ID && "Expected intrinsic call!");
3739
3740   FastMathFlags FMF;
3741   if (auto *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(CI))
3742     FMF = FPMO->getFastMathFlags();
3743
3744   SmallVector<Value *, 4> Operands(CI->arg_operands());
3745   return TTI.getIntrinsicInstrCost(ID, CI->getType(), Operands, FMF, VF);
3746 }
3747
3748 static Type *smallestIntegerVectorType(Type *T1, Type *T2) {
3749   auto *I1 = cast<IntegerType>(T1->getVectorElementType());
3750   auto *I2 = cast<IntegerType>(T2->getVectorElementType());
3751   return I1->getBitWidth() < I2->getBitWidth() ? T1 : T2;
3752 }
3753 static Type *largestIntegerVectorType(Type *T1, Type *T2) {
3754   auto *I1 = cast<IntegerType>(T1->getVectorElementType());
3755   auto *I2 = cast<IntegerType>(T2->getVectorElementType());
3756   return I1->getBitWidth() > I2->getBitWidth() ? T1 : T2;
3757 }
3758
3759 void InnerLoopVectorizer::truncateToMinimalBitwidths() {
3760   // For every instruction `I` in MinBWs, truncate the operands, create a
3761   // truncated version of `I` and reextend its result. InstCombine runs
3762   // later and will remove any ext/trunc pairs.
3763   //
3764   SmallPtrSet<Value *, 4> Erased;
3765   for (const auto &KV : Cost->getMinimalBitwidths()) {
3766     // If the value wasn't vectorized, we must maintain the original scalar
3767     // type. The absence of the value from VectorLoopValueMap indicates that it
3768     // wasn't vectorized.
3769     if (!VectorLoopValueMap.hasVector(KV.first))
3770       continue;
3771     VectorParts &Parts = VectorLoopValueMap.getVector(KV.first);
3772     for (Value *&I : Parts) {
3773       if (Erased.count(I) || I->use_empty() || !isa<Instruction>(I))
3774         continue;
3775       Type *OriginalTy = I->getType();
3776       Type *ScalarTruncatedTy =
3777           IntegerType::get(OriginalTy->getContext(), KV.second);
3778       Type *TruncatedTy = VectorType::get(ScalarTruncatedTy,
3779                                           OriginalTy->getVectorNumElements());
3780       if (TruncatedTy == OriginalTy)
3781         continue;
3782
3783       IRBuilder<> B(cast<Instruction>(I));
3784       auto ShrinkOperand = [&](Value *V) -> Value * {
3785         if (auto *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
3786           if (ZI->getSrcTy() == TruncatedTy)
3787             return ZI->getOperand(0);
3788         return B.CreateZExtOrTrunc(V, TruncatedTy);
3789       };
3790
3791       // The actual instruction modification depends on the instruction type,
3792       // unfortunately.
3793       Value *NewI = nullptr;
3794       if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
3795         NewI = B.CreateBinOp(BO->getOpcode(), ShrinkOperand(BO->getOperand(0)),
3796                              ShrinkOperand(BO->getOperand(1)));
3797         cast<BinaryOperator>(NewI)->copyIRFlags(I);
3798       } else if (auto *CI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
3799         NewI =
3800             B.CreateICmp(CI->getPredicate(), ShrinkOperand(CI->getOperand(0)),
3801                          ShrinkOperand(CI->getOperand(1)));
3802       } else if (auto *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3803         NewI = B.CreateSelect(SI->getCondition(),
3804                               ShrinkOperand(SI->getTrueValue()),
3805                               ShrinkOperand(SI->getFalseValue()));
3806       } else if (auto *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
3807         switch (CI->getOpcode()) {
3808         default:
3809           llvm_unreachable("Unhandled cast!");
3810         case Instruction::Trunc:
3811           NewI = ShrinkOperand(CI->getOperand(0));
3812           break;
3813         case Instruction::SExt:
3814           NewI = B.CreateSExtOrTrunc(
3815               CI->getOperand(0),
3816               smallestIntegerVectorType(OriginalTy, TruncatedTy));
3817           break;
3818         case Instruction::ZExt:
3819           NewI = B.CreateZExtOrTrunc(
3820               CI->getOperand(0),
3821               smallestIntegerVectorType(OriginalTy, TruncatedTy));
3822           break;
3823         }
3824       } else if (auto *SI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I)) {
3825         auto Elements0 = SI->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
3826         auto *O0 = B.CreateZExtOrTrunc(
3827             SI->getOperand(0), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements0));
3828         auto Elements1 = SI->getOperand(1)->getType()->getVectorNumElements();
3829         auto *O1 = B.CreateZExtOrTrunc(
3830             SI->getOperand(1), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements1));
3831
3832         NewI = B.CreateShuffleVector(O0, O1, SI->getMask());
3833       } else if (isa<LoadInst>(I)) {
3834         // Don't do anything with the operands, just extend the result.
3835         continue;
3836       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(I)) {
3837         auto Elements = IE->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
3838         auto *O0 = B.CreateZExtOrTrunc(
3839             IE->getOperand(0), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements));
3840         auto *O1 = B.CreateZExtOrTrunc(IE->getOperand(1), ScalarTruncatedTy);
3841         NewI = B.CreateInsertElement(O0, O1, IE->getOperand(2));
3842       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(I)) {
3843         auto Elements = EE->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
3844         auto *O0 = B.CreateZExtOrTrunc(
3845             EE->getOperand(0), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements));
3846         NewI = B.CreateExtractElement(O0, EE->getOperand(2));
3847       } else {
3848         llvm_unreachable("Unhandled instruction type!");
3849       }
3850
3851       // Lastly, extend the result.
3852       NewI->takeName(cast<Instruction>(I));
3853       Value *Res = B.CreateZExtOrTrunc(NewI, OriginalTy);
3854       I->replaceAllUsesWith(Res);
3855       cast<Instruction>(I)->eraseFromParent();
3856       Erased.insert(I);
3857       I = Res;
3858     }
3859   }
3860
3861   // We'll have created a bunch of ZExts that are now parentless. Clean up.
3862   for (const auto &KV : Cost->getMinimalBitwidths()) {
3863     // If the value wasn't vectorized, we must maintain the original scalar
3864     // type. The absence of the value from VectorLoopValueMap indicates that it
3865     // wasn't vectorized.
3866     if (!VectorLoopValueMap.hasVector(KV.first))
3867       continue;
3868     VectorParts &Parts = VectorLoopValueMap.getVector(KV.first);
3869     for (Value *&I : Parts) {
3870       ZExtInst *Inst = dyn_cast<ZExtInst>(I);
3871       if (Inst && Inst->use_empty()) {
3872         Value *NewI = Inst->getOperand(0);
3873         Inst->eraseFromParent();
3874         I = NewI;
3875       }
3876     }
3877   }
3878 }
3879
3880 void InnerLoopVectorizer::vectorizeLoop() {
3881   //===------------------------------------------------===//
3882   //
3883   // Notice: any optimization or new instruction that go
3884   // into the code below should be also be implemented in
3885   // the cost-model.
3886   //
3887   //===------------------------------------------------===//
3888
3889   // Collect instructions from the original loop that will become trivially dead
3890   // in the vectorized loop. We don't need to vectorize these instructions. For
3891   // example, original induction update instructions can become dead because we
3892   // separately emit induction "steps" when generating code for the new loop.
3893   // Similarly, we create a new latch condition when setting up the structure
3894   // of the new loop, so the old one can become dead.
3895   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DeadInstructions;
3896   collectTriviallyDeadInstructions(DeadInstructions);
3897
3898   // Scan the loop in a topological order to ensure that defs are vectorized
3899   // before users.
3900   LoopBlocksDFS DFS(OrigLoop);
3901   DFS.perform(LI);
3902
3903   // Vectorize all instructions in the original loop that will not become
3904   // trivially dead when vectorized.
3905   for (BasicBlock *BB : make_range(DFS.beginRPO(), DFS.endRPO()))
3906     for (Instruction &I : *BB)
3907       if (!DeadInstructions.count(&I))
3908         vectorizeInstruction(I);
3909
3910   // Insert truncates and extends for any truncated instructions as hints to
3911   // InstCombine.
3912   if (VF > 1)
3913     truncateToMinimalBitwidths();
3914
3915   // At this point every instruction in the original loop is widened to a
3916   // vector form. Now we need to fix the recurrences in the loop. These PHI
3917   // nodes are currently empty because we did not want to introduce cycles.
3918   // This is the second stage of vectorizing recurrences.
3919   fixCrossIterationPHIs();
3920
3921   // Update the dominator tree.
3922   //
3923   // FIXME: After creating the structure of the new loop, the dominator tree is
3924   //        no longer up-to-date, and it remains that way until we update it
3925   //        here. An out-of-date dominator tree is problematic for SCEV,
3926   //        because SCEVExpander uses it to guide code generation. The
3927   //        vectorizer use SCEVExpanders in several places. Instead, we should
3928   //        keep the dominator tree up-to-date as we go.
3929   updateAnalysis();
3930
3931   // Fix-up external users of the induction variables.
3932   for (auto &Entry : *Legal->getInductionVars())
3933     fixupIVUsers(Entry.first, Entry.second,
3934                  getOrCreateVectorTripCount(LI->getLoopFor(LoopVectorBody)),
3935                  IVEndValues[Entry.first], LoopMiddleBlock);
3936
3937   fixLCSSAPHIs();
3938   predicateInstructions();
3939
3940   // Remove redundant induction instructions.
3941   cse(LoopVectorBody);
3942 }
3943
3944 void InnerLoopVectorizer::fixCrossIterationPHIs() {
3945   // In order to support recurrences we need to be able to vectorize Phi nodes.
3946   // Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two stages. This is
3947   // stage #2: We now need to fix the recurrences by adding incoming edges to
3948   // the currently empty PHI nodes. At this point every instruction in the
3949   // original loop is widened to a vector form so we can use them to construct
3950   // the incoming edges.
3951   for (Instruction &I : *OrigLoop->getHeader()) {
3952     PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(&I);
3953     if (!Phi)
3954       break;
3955     // Handle first-order recurrences and reductions that need to be fixed.
3956     if (Legal->isFirstOrderRecurrence(Phi))
3957       fixFirstOrderRecurrence(Phi);
3958     else if (Legal->isReductionVariable(Phi))
3959       fixReduction(Phi);
3960   }
3961 }
3962
3963 void InnerLoopVectorizer::fixFirstOrderRecurrence(PHINode *Phi) {
3964
3965   // This is the second phase of vectorizing first-order recurrences. An
3966   // overview of the transformation is described below. Suppose we have the
3967   // following loop.
3968   //
3969   //   for (int i = 0; i < n; ++i)
3970   //     b[i] = a[i] - a[i - 1];
3971   //
3972   // There is a first-order recurrence on "a". For this loop, the shorthand
3973   // scalar IR looks like:
3974   //
3975   //   scalar.ph:
3976   //     s_init = a[-1]
3977   //     br scalar.body
3978   //
3979   //   scalar.body:
3980   //     i = phi [0, scalar.ph], [i+1, scalar.body]
3981   //     s1 = phi [s_init, scalar.ph], [s2, scalar.body]
3982   //     s2 = a[i]
3983   //     b[i] = s2 - s1
3984   //     br cond, scalar.body, ...
3985   //
3986   // In this example, s1 is a recurrence because it's value depends on the
3987   // previous iteration. In the first phase of vectorization, we created a
3988   // temporary value for s1. We now complete the vectorization and produce the
3989   // shorthand vector IR shown below (for VF = 4, UF = 1).
3990   //
3991   //   vector.ph:
3992   //     v_init = vector(..., ..., ..., a[-1])
3993   //     br vector.body
3994   //
3995   //   vector.body
3996   //     i = phi [0, vector.ph], [i+4, vector.body]
3997   //     v1 = phi [v_init, vector.ph], [v2, vector.body]
3998   //     v2 = a[i, i+1, i+2, i+3];
3999   //     v3 = vector(v1(3), v2(0, 1, 2))
4000   //     b[i, i+1, i+2, i+3] = v2 - v3
4001   //     br cond, vector.body, middle.block
4002   //
4003   //   middle.block:
4004   //     x = v2(3)
4005   //     br scalar.ph
4006   //
4007   //   scalar.ph:
4008   //     s_init = phi [x, middle.block], [a[-1], otherwise]
4009   //     br scalar.body
4010   //
4011   // After execution completes the vector loop, we extract the next value of
4012   // the recurrence (x) to use as the initial value in the scalar loop.
4013
4014   // Get the original loop preheader and single loop latch.
4015   auto *Preheader = OrigLoop->getLoopPreheader();
4016   auto *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
4017
4018   // Get the initial and previous values of the scalar recurrence.
4019   auto *ScalarInit = Phi->getIncomingValueForBlock(Preheader);
4020   auto *Previous = Phi->getIncomingValueForBlock(Latch);
4021
4022   // Create a vector from the initial value.
4023   auto *VectorInit = ScalarInit;
4024   if (VF > 1) {
4025     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
4026     VectorInit = Builder.CreateInsertElement(
4027         UndefValue::get(VectorType::get(VectorInit->getType(), VF)), VectorInit,
4028         Builder.getInt32(VF - 1), "vector.recur.init");
4029   }
4030
4031   // We constructed a temporary phi node in the first phase of vectorization.
4032   // This phi node will eventually be deleted.
4033   VectorParts &PhiParts = VectorLoopValueMap.getVector(Phi);
4034   Builder.SetInsertPoint(cast<Instruction>(PhiParts[0]));
4035
4036   // Create a phi node for the new recurrence. The current value will either be
4037   // the initial value inserted into a vector or loop-varying vector value.
4038   auto *VecPhi = Builder.CreatePHI(VectorInit->getType(), 2, "vector.recur");
4039   VecPhi->addIncoming(VectorInit, LoopVectorPreHeader);
4040
4041   // Get the vectorized previous value.
4042   auto &PreviousParts = getVectorValue(Previous);
4043
4044   // Set the insertion point after the previous value if it is an instruction.
4045   // Note that the previous value may have been constant-folded so it is not
4046   // guaranteed to be an instruction in the vector loop.
4047   if (LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->isLoopInvariant(PreviousParts[UF - 1]))
4048     Builder.SetInsertPoint(&*LoopVectorBody->getFirstInsertionPt());
4049   else
4050     Builder.SetInsertPoint(
4051         &*++BasicBlock::iterator(cast<Instruction>(PreviousParts[UF - 1])));
4052
4053   // We will construct a vector for the recurrence by combining the values for
4054   // the current and previous iterations. This is the required shuffle mask.
4055   SmallVector<Constant *, 8> ShuffleMask(VF);
4056   ShuffleMask[0] = Builder.getInt32(VF - 1);
4057   for (unsigned I = 1; I < VF; ++I)
4058     ShuffleMask[I] = Builder.getInt32(I + VF - 1);
4059
4060   // The vector from which to take the initial value for the current iteration
4061   // (actual or unrolled). Initially, this is the vector phi node.
4062   Value *Incoming = VecPhi;
4063
4064   // Shuffle the current and previous vector and update the vector parts.
4065   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4066     auto *Shuffle =
4067         VF > 1
4068             ? Builder.CreateShuffleVector(Incoming, PreviousParts[Part],
4069                                           ConstantVector::get(ShuffleMask))
4070             : Incoming;
4071     PhiParts[Part]->replaceAllUsesWith(Shuffle);
4072     cast<Instruction>(PhiParts[Part])->eraseFromParent();
4073     PhiParts[Part] = Shuffle;
4074     Incoming = PreviousParts[Part];
4075   }
4076
4077   // Fix the latch value of the new recurrence in the vector loop.
4078   VecPhi->addIncoming(Incoming, LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch());
4079
4080   // Extract the last vector element in the middle block. This will be the
4081   // initial value for the recurrence when jumping to the scalar loop.
4082   auto *ExtractForScalar = Incoming;
4083   if (VF > 1) {
4084     Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getTerminator());
4085     ExtractForScalar = Builder.CreateExtractElement(
4086         ExtractForScalar, Builder.getInt32(VF - 1), "vector.recur.extract");
4087   }
4088   // Extract the second last element in the middle block if the
4089   // Phi is used outside the loop. We need to extract the phi itself
4090   // and not the last element (the phi update in the current iteration). This
4091   // will be the value when jumping to the exit block from the LoopMiddleBlock,
4092   // when the scalar loop is not run at all.
4093   Value *ExtractForPhiUsedOutsideLoop = nullptr;
4094   if (VF > 1)
4095     ExtractForPhiUsedOutsideLoop = Builder.CreateExtractElement(
4096         Incoming, Builder.getInt32(VF - 2), "vector.recur.extract.for.phi");
4097   // When loop is unrolled without vectorizing, initialize
4098   // ExtractForPhiUsedOutsideLoop with the value just prior to unrolled value of
4099   // `Incoming`. This is analogous to the vectorized case above: extracting the
4100   // second last element when VF > 1.
4101   else if (UF > 1)
4102     ExtractForPhiUsedOutsideLoop = PreviousParts[UF - 2];
4103
4104   // Fix the initial value of the original recurrence in the scalar loop.
4105   Builder.SetInsertPoint(&*LoopScalarPreHeader->begin());
4106   auto *Start = Builder.CreatePHI(Phi->getType(), 2, "scalar.recur.init");
4107   for (auto *BB : predecessors(LoopScalarPreHeader)) {
4108     auto *Incoming = BB == LoopMiddleBlock ? ExtractForScalar : ScalarInit;
4109     Start->addIncoming(Incoming, BB);
4110   }
4111
4112   Phi->setIncomingValue(Phi->getBasicBlockIndex(LoopScalarPreHeader), Start);
4113   Phi->setName("scalar.recur");
4114
4115   // Finally, fix users of the recurrence outside the loop. The users will need
4116   // either the last value of the scalar recurrence or the last value of the
4117   // vector recurrence we extracted in the middle block. Since the loop is in
4118   // LCSSA form, we just need to find the phi node for the original scalar
4119   // recurrence in the exit block, and then add an edge for the middle block.
4120   for (auto &I : *LoopExitBlock) {
4121     auto *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(&I);
4122     if (!LCSSAPhi)
4123       break;
4124     if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == Phi) {
4125       LCSSAPhi->addIncoming(ExtractForPhiUsedOutsideLoop, LoopMiddleBlock);
4126       break;
4127     }
4128   }
4129 }
4130
4131 void InnerLoopVectorizer::fixReduction(PHINode *Phi) {
4132   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
4133
4134   // Get it's reduction variable descriptor.
4135   assert(Legal->isReductionVariable(Phi) &&
4136          "Unable to find the reduction variable");
4137   RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[Phi];
4138
4139   RecurrenceDescriptor::RecurrenceKind RK = RdxDesc.getRecurrenceKind();
4140   TrackingVH<Value> ReductionStartValue = RdxDesc.getRecurrenceStartValue();
4141   Instruction *LoopExitInst = RdxDesc.getLoopExitInstr();
4142   RecurrenceDescriptor::MinMaxRecurrenceKind MinMaxKind =
4143     RdxDesc.getMinMaxRecurrenceKind();
4144   setDebugLocFromInst(Builder, ReductionStartValue);
4145
4146   // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
4147   // To do so, we need to generate the 'identity' vector and override
4148   // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
4149   // to do it in the vector-loop preheader.
4150   Builder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks[1]->getTerminator());
4151
4152   // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
4153   const VectorParts &VectorExit = getVectorValue(LoopExitInst);
4154   Type *VecTy = VectorExit[0]->getType();
4155
4156   // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
4157   // one for multiplication, -1 for And.
4158   Value *Identity;
4159   Value *VectorStart;
4160   if (RK == RecurrenceDescriptor::RK_IntegerMinMax ||
4161       RK == RecurrenceDescriptor::RK_FloatMinMax) {
4162     // MinMax reduction have the start value as their identify.
4163     if (VF == 1) {
4164       VectorStart = Identity = ReductionStartValue;
4165     } else {
4166       VectorStart = Identity =
4167         Builder.CreateVectorSplat(VF, ReductionStartValue, "minmax.ident");
4168     }
4169   } else {
4170     // Handle other reduction kinds:
4171     Constant *Iden = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceIdentity(
4172         RK, VecTy->getScalarType());
4173     if (VF == 1) {
4174       Identity = Iden;
4175       // This vector is the Identity vector where the first element is the
4176       // incoming scalar reduction.
4177       VectorStart = ReductionStartValue;
4178     } else {
4179       Identity = ConstantVector::getSplat(VF, Iden);
4180
4181       // This vector is the Identity vector where the first element is the
4182       // incoming scalar reduction.
4183       VectorStart =
4184         Builder.CreateInsertElement(Identity, ReductionStartValue, Zero);
4185     }
4186   }
4187
4188   // Fix the vector-loop phi.
4189
4190   // Reductions do not have to start at zero. They can start with
4191   // any loop invariant values.
4192   const VectorParts &VecRdxPhi = getVectorValue(Phi);
4193   BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
4194   Value *LoopVal = Phi->getIncomingValueForBlock(Latch);
4195   const VectorParts &Val = getVectorValue(LoopVal);
4196   for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
4197     // Make sure to add the reduction stat value only to the
4198     // first unroll part.
4199     Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
4200     cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])
4201       ->addIncoming(StartVal, LoopVectorPreHeader);
4202     cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])
4203       ->addIncoming(Val[part], LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch());
4204   }
4205
4206   // Before each round, move the insertion point right between
4207   // the PHIs and the values we are going to write.
4208   // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
4209   // instructions.
4210   Builder.SetInsertPoint(&*LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
4211
4212   VectorParts &RdxParts = VectorLoopValueMap.getVector(LoopExitInst);
4213   setDebugLocFromInst(Builder, LoopExitInst);
4214
4215   // If the vector reduction can be performed in a smaller type, we truncate
4216   // then extend the loop exit value to enable InstCombine to evaluate the
4217   // entire expression in the smaller type.
4218   if (VF > 1 && Phi->getType() != RdxDesc.getRecurrenceType()) {
4219     Type *RdxVecTy = VectorType::get(RdxDesc.getRecurrenceType(), VF);
4220     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorBody->getTerminator());
4221     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
4222       Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(RdxParts[part], RdxVecTy);
4223       Value *Extnd = RdxDesc.isSigned() ? Builder.CreateSExt(Trunc, VecTy)
4224         : Builder.CreateZExt(Trunc, VecTy);
4225       for (Value::user_iterator UI = RdxParts[part]->user_begin();
4226            UI != RdxParts[part]->user_end();)
4227         if (*UI != Trunc) {
4228           (*UI++)->replaceUsesOfWith(RdxParts[part], Extnd);
4229           RdxParts[part] = Extnd;
4230         } else {
4231           ++UI;
4232         }
4233     }
4234     Builder.SetInsertPoint(&*LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
4235     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
4236       RdxParts[part] = Builder.CreateTrunc(RdxParts[part], RdxVecTy);
4237   }
4238
4239   // Reduce all of the unrolled parts into a single vector.
4240   Value *ReducedPartRdx = RdxParts[0];
4241   unsigned Op = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceBinOp(RK);
4242   setDebugLocFromInst(Builder, ReducedPartRdx);
4243   for (unsigned part = 1; part < UF; ++part) {
4244     if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
4245       // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
4246       ReducedPartRdx = addFastMathFlag(
4247           Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Op, RdxParts[part],
4248                               ReducedPartRdx, "bin.rdx"));
4249     else
4250       ReducedPartRdx = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(
4251           Builder, MinMaxKind, ReducedPartRdx, RdxParts[part]);
4252   }
4253
4254   if (VF > 1) {
4255     // VF is a power of 2 so we can emit the reduction using log2(VF) shuffles
4256     // and vector ops, reducing the set of values being computed by half each
4257     // round.
4258     assert(isPowerOf2_32(VF) &&
4259            "Reduction emission only supported for pow2 vectors!");
4260     Value *TmpVec = ReducedPartRdx;
4261     SmallVector<Constant *, 32> ShuffleMask(VF, nullptr);
4262     for (unsigned i = VF; i != 1; i >>= 1) {
4263       // Move the upper half of the vector to the lower half.
4264       for (unsigned j = 0; j != i / 2; ++j)
4265         ShuffleMask[j] = Builder.getInt32(i / 2 + j);
4266
4267       // Fill the rest of the mask with undef.
4268       std::fill(&ShuffleMask[i / 2], ShuffleMask.end(),
4269                 UndefValue::get(Builder.getInt32Ty()));
4270
4271       Value *Shuf = Builder.CreateShuffleVector(
4272           TmpVec, UndefValue::get(TmpVec->getType()),
4273           ConstantVector::get(ShuffleMask), "rdx.shuf");
4274
4275       if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
4276         // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
4277         TmpVec = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(
4278                                      (Instruction::BinaryOps)Op, TmpVec, Shuf, "bin.rdx"));
4279       else
4280         TmpVec = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(Builder, MinMaxKind,
4281                                                       TmpVec, Shuf);
4282     }
4283
4284     // The result is in the first element of the vector.
4285     ReducedPartRdx =
4286       Builder.CreateExtractElement(TmpVec, Builder.getInt32(0));
4287
4288     // If the reduction can be performed in a smaller type, we need to extend
4289     // the reduction to the wider type before we branch to the original loop.
4290     if (Phi->getType() != RdxDesc.getRecurrenceType())
4291       ReducedPartRdx =
4292         RdxDesc.isSigned()
4293         ? Builder.CreateSExt(ReducedPartRdx, Phi->getType())
4294         : Builder.CreateZExt(ReducedPartRdx, Phi->getType());
4295   }
4296
4297   // Create a phi node that merges control-flow from the backedge-taken check
4298   // block and the middle block.
4299   PHINode *BCBlockPhi = PHINode::Create(Phi->getType(), 2, "bc.merge.rdx",
4300                                         LoopScalarPreHeader->getTerminator());
4301   for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
4302     BCBlockPhi->addIncoming(ReductionStartValue, LoopBypassBlocks[I]);
4303   BCBlockPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
4304
4305   // Now, we need to fix the users of the reduction variable
4306   // inside and outside of the scalar remainder loop.
4307   // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
4308   // PHI nodes in the exit blocks.
4309   for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
4310          LEE = LoopExitBlock->end();
4311        LEI != LEE; ++LEI) {
4312     PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
4313     if (!LCSSAPhi)
4314       break;
4315
4316     // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
4317     // we already fixed them.
4318     assert(LCSSAPhi->getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
4319
4320     // We found a reduction value exit-PHI. Update it with the
4321     // incoming bypass edge.
4322     if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == LoopExitInst)
4323       LCSSAPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
4324   } // end of the LCSSA phi scan.
4325
4326     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
4327     // from the vector body and from the backedge value.
4328   int IncomingEdgeBlockIdx =
4329     Phi->getBasicBlockIndex(OrigLoop->getLoopLatch());
4330   assert(IncomingEdgeBlockIdx >= 0 && "Invalid block index");
4331   // Pick the other block.
4332   int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1);
4333   Phi->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, BCBlockPhi);
4334   Phi->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, LoopExitInst);
4335 }
4336
4337 void InnerLoopVectorizer::fixLCSSAPHIs() {
4338   for (Instruction &LEI : *LoopExitBlock) {
4339     auto *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(&LEI);
4340     if (!LCSSAPhi)
4341       break;
4342     if (LCSSAPhi->getNumIncomingValues() == 1)
4343       LCSSAPhi->addIncoming(UndefValue::get(LCSSAPhi->getType()),
4344                             LoopMiddleBlock);
4345   }
4346 }
4347
4348 void InnerLoopVectorizer::collectTriviallyDeadInstructions(
4349     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DeadInstructions) {
4350   BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
4351
4352   // We create new control-flow for the vectorized loop, so the original
4353   // condition will be dead after vectorization if it's only used by the
4354   // branch.
4355   auto *Cmp = dyn_cast<Instruction>(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
4356   if (Cmp && Cmp->hasOneUse())
4357     DeadInstructions.insert(Cmp);
4358
4359   // We create new "steps" for induction variable updates to which the original
4360   // induction variables map. An original update instruction will be dead if
4361   // all its users except the induction variable are dead.
4362   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
4363     PHINode *Ind = Induction.first;
4364     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
4365     if (all_of(IndUpdate->users(), [&](User *U) -> bool {
4366           return U == Ind || DeadInstructions.count(cast<Instruction>(U));
4367         }))
4368       DeadInstructions.insert(IndUpdate);
4369   }
4370 }
4371
4372 void InnerLoopVectorizer::sinkScalarOperands(Instruction *PredInst) {
4373
4374   // The basic block and loop containing the predicated instruction.
4375   auto *PredBB = PredInst->getParent();
4376   auto *VectorLoop = LI->getLoopFor(PredBB);
4377
4378   // Initialize a worklist with the operands of the predicated instruction.
4379   SetVector<Value *> Worklist(PredInst->op_begin(), PredInst->op_end());
4380
4381   // Holds instructions that we need to analyze again. An instruction may be
4382   // reanalyzed if we don't yet know if we can sink it or not.
4383   SmallVector<Instruction *, 8> InstsToReanalyze;
4384
4385   // Returns true if a given use occurs in the predicated block. Phi nodes use
4386   // their operands in their corresponding predecessor blocks.
4387   auto isBlockOfUsePredicated = [&](Use &U) -> bool {
4388     auto *I = cast<Instruction>(U.getUser());
4389     BasicBlock *BB = I->getParent();
4390     if (auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(I))
4391       BB = Phi->getIncomingBlock(
4392           PHINode::getIncomingValueNumForOperand(U.getOperandNo()));
4393     return BB == PredBB;
4394   };
4395
4396   // Iteratively sink the scalarized operands of the predicated instruction
4397   // into the block we created for it. When an instruction is sunk, it's
4398   // operands are then added to the worklist. The algorithm ends after one pass
4399   // through the worklist doesn't sink a single instruction.
4400   bool Changed;
4401   do {
4402
4403     // Add the instructions that need to be reanalyzed to the worklist, and
4404     // reset the changed indicator.
4405     Worklist.insert(InstsToReanalyze.begin(), InstsToReanalyze.end());
4406     InstsToReanalyze.clear();
4407     Changed = false;
4408
4409     while (!Worklist.empty()) {
4410       auto *I = dyn_cast<Instruction>(Worklist.pop_back_val());
4411
4412       // We can't sink an instruction if it is a phi node, is already in the
4413       // predicated block, is not in the loop, or may have side effects.
4414       if (!I || isa<PHINode>(I) || I->getParent() == PredBB ||
4415           !VectorLoop->contains(I) || I->mayHaveSideEffects())
4416         continue;
4417
4418       // It's legal to sink the instruction if all its uses occur in the
4419       // predicated block. Otherwise, there's nothing to do yet, and we may
4420       // need to reanalyze the instruction.
4421       if (!all_of(I->uses(), isBlockOfUsePredicated)) {
4422         InstsToReanalyze.push_back(I);
4423         continue;
4424       }
4425
4426       // Move the instruction to the beginning of the predicated block, and add
4427       // it's operands to the worklist.
4428       I->moveBefore(&*PredBB->getFirstInsertionPt());
4429       Worklist.insert(I->op_begin(), I->op_end());
4430
4431       // The sinking may have enabled other instructions to be sunk, so we will
4432       // need to iterate.
4433       Changed = true;
4434     }
4435   } while (Changed);
4436 }
4437
4438 void InnerLoopVectorizer::predicateInstructions() {
4439
4440   // For each instruction I marked for predication on value C, split I into its
4441   // own basic block to form an if-then construct over C. Since I may be fed by
4442   // an extractelement instruction or other scalar operand, we try to
4443   // iteratively sink its scalar operands into the predicated block. If I feeds
4444   // an insertelement instruction, we try to move this instruction into the
4445   // predicated block as well. For non-void types, a phi node will be created
4446   // for the resulting value (either vector or scalar).
4447   //
4448   // So for some predicated instruction, e.g. the conditional sdiv in:
4449   //
4450   // for.body:
4451   //  ...
4452   //  %add = add nsw i32 %mul, %0
4453   //  %cmp5 = icmp sgt i32 %2, 7
4454   //  br i1 %cmp5, label %if.then, label %if.end
4455   //
4456   // if.then:
4457   //  %div = sdiv i32 %0, %1
4458   //  br label %if.end
4459   //
4460   // if.end:
4461   //  %x.0 = phi i32 [ %div, %if.then ], [ %add, %for.body ]
4462   //
4463   // the sdiv at this point is scalarized and if-converted using a select.
4464   // The inactive elements in the vector are not used, but the predicated
4465   // instruction is still executed for all vector elements, essentially:
4466   //
4467   // vector.body:
4468   //  ...
4469   //  %17 = add nsw <2 x i32> %16, %wide.load
4470   //  %29 = extractelement <2 x i32> %wide.load, i32 0
4471   //  %30 = extractelement <2 x i32> %wide.load51, i32 0
4472   //  %31 = sdiv i32 %29, %30
4473   //  %32 = insertelement <2 x i32> undef, i32 %31, i32 0
4474   //  %35 = extractelement <2 x i32> %wide.load, i32 1
4475   //  %36 = extractelement <2 x i32> %wide.load51, i32 1
4476   //  %37 = sdiv i32 %35, %36
4477   //  %38 = insertelement <2 x i32> %32, i32 %37, i32 1
4478   //  %predphi = select <2 x i1> %26, <2 x i32> %38, <2 x i32> %17
4479   //
4480   // Predication will now re-introduce the original control flow to avoid false
4481   // side-effects by the sdiv instructions on the inactive elements, yielding
4482   // (after cleanup):
4483   //
4484   // vector.body:
4485   //  ...
4486   //  %5 = add nsw <2 x i32> %4, %wide.load
4487   //  %8 = icmp sgt <2 x i32> %wide.load52, <i32 7, i32 7>
4488   //  %9 = extractelement <2 x i1> %8, i32 0
4489   //  br i1 %9, label %pred.sdiv.if, label %pred.sdiv.continue
4490   //
4491   // pred.sdiv.if:
4492   //  %10 = extractelement <2 x i32> %wide.load, i32 0
4493   //  %11 = extractelement <2 x i32> %wide.load51, i32 0
4494   //  %12 = sdiv i32 %10, %11
4495   //  %13 = insertelement <2 x i32> undef, i32 %12, i32 0
4496   //  br label %pred.sdiv.continue
4497   //
4498   // pred.sdiv.continue:
4499   //  %14 = phi <2 x i32> [ undef, %vector.body ], [ %13, %pred.sdiv.if ]
4500   //  %15 = extractelement <2 x i1> %8, i32 1
4501   //  br i1 %15, label %pred.sdiv.if54, label %pred.sdiv.continue55
4502   //
4503   // pred.sdiv.if54:
4504   //  %16 = extractelement <2 x i32> %wide.load, i32 1
4505   //  %17 = extractelement <2 x i32> %wide.load51, i32 1
4506   //  %18 = sdiv i32 %16, %17
4507   //  %19 = insertelement <2 x i32> %14, i32 %18, i32 1
4508   //  br label %pred.sdiv.continue55
4509   //
4510   // pred.sdiv.continue55:
4511   //  %20 = phi <2 x i32> [ %14, %pred.sdiv.continue ], [ %19, %pred.sdiv.if54 ]
4512   //  %predphi = select <2 x i1> %8, <2 x i32> %20, <2 x i32> %5
4513
4514   for (auto KV : PredicatedInstructions) {
4515     BasicBlock::iterator I(KV.first);
4516     BasicBlock *Head = I->getParent();
4517     auto *BB = SplitBlock(Head, &*std::next(I), DT, LI);
4518     auto *T = SplitBlockAndInsertIfThen(KV.second, &*I, /*Unreachable=*/false,
4519                                         /*BranchWeights=*/nullptr, DT, LI);
4520     I->moveBefore(T);
4521     sinkScalarOperands(&*I);
4522
4523     I->getParent()->setName(Twine("pred.") + I->getOpcodeName() + ".if");
4524     BB->setName(Twine("pred.") + I->getOpcodeName() + ".continue");
4525
4526     // If the instruction is non-void create a Phi node at reconvergence point.
4527     if (!I->getType()->isVoidTy()) {
4528       Value *IncomingTrue = nullptr;
4529       Value *IncomingFalse = nullptr;
4530
4531       if (I->hasOneUse() && isa<InsertElementInst>(*I->user_begin())) {
4532         // If the predicated instruction is feeding an insert-element, move it
4533         // into the Then block; Phi node will be created for the vector.
4534         InsertElementInst *IEI = cast<InsertElementInst>(*I->user_begin());
4535         IEI->moveBefore(T);
4536         IncomingTrue = IEI; // the new vector with the inserted element.
4537         IncomingFalse = IEI->getOperand(0); // the unmodified vector
4538       } else {
4539         // Phi node will be created for the scalar predicated instruction.
4540         IncomingTrue = &*I;
4541         IncomingFalse = UndefValue::get(I->getType());
4542       }
4543
4544       BasicBlock *PostDom = I->getParent()->getSingleSuccessor();
4545       assert(PostDom && "Then block has multiple successors");
4546       PHINode *Phi =
4547           PHINode::Create(IncomingTrue->getType(), 2, "", &PostDom->front());
4548       IncomingTrue->replaceAllUsesWith(Phi);
4549       Phi->addIncoming(IncomingFalse, Head);
4550       Phi->addIncoming(IncomingTrue, I->getParent());
4551     }
4552   }
4553
4554   DEBUG(DT->verifyDomTree());
4555 }
4556
4557 InnerLoopVectorizer::VectorParts
4558 InnerLoopVectorizer::createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst) {
4559   assert(is_contained(predecessors(Dst), Src) && "Invalid edge");
4560
4561   // Look for cached value.
4562   std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *> Edge(Src, Dst);
4563   EdgeMaskCache::iterator ECEntryIt = MaskCache.find(Edge);
4564   if (ECEntryIt != MaskCache.end())
4565     return ECEntryIt->second;
4566
4567   VectorParts SrcMask = createBlockInMask(Src);
4568
4569   // The terminator has to be a branch inst!
4570   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Src->getTerminator());
4571   assert(BI && "Unexpected terminator found");
4572
4573   if (BI->isConditional()) {
4574     VectorParts EdgeMask = getVectorValue(BI->getCondition());
4575
4576     if (BI->getSuccessor(0) != Dst)
4577       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
4578         EdgeMask[part] = Builder.CreateNot(EdgeMask[part]);
4579
4580     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
4581       EdgeMask[part] = Builder.CreateAnd(EdgeMask[part], SrcMask[part]);
4582
4583     MaskCache[Edge] = EdgeMask;
4584     return EdgeMask;
4585   }
4586
4587   MaskCache[Edge] = SrcMask;
4588   return SrcMask;
4589 }
4590
4591 InnerLoopVectorizer::VectorParts
4592 InnerLoopVectorizer::createBlockInMask(BasicBlock *BB) {
4593   assert(OrigLoop->contains(BB) && "Block is not a part of a loop");
4594
4595   // Loop incoming mask is all-one.
4596   if (OrigLoop->getHeader() == BB) {
4597     Value *C = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 1);
4598     return getVectorValue(C);
4599   }
4600
4601   // This is the block mask. We OR all incoming edges, and with zero.
4602   Value *Zero = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 0);
4603   VectorParts BlockMask = getVectorValue(Zero);
4604
4605   // For each pred:
4606   for (pred_iterator it = pred_begin(BB), e = pred_end(BB); it != e; ++it) {
4607     VectorParts EM = createEdgeMask(*it, BB);
4608     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
4609       BlockMask[part] = Builder.CreateOr(BlockMask[part], EM[part]);
4610   }
4611
4612   return BlockMask;
4613 }
4614
4615 void InnerLoopVectorizer::widenPHIInstruction(Instruction *PN, unsigned UF,
4616                                               unsigned VF) {
4617   PHINode *P = cast<PHINode>(PN);
4618   // In order to support recurrences we need to be able to vectorize Phi nodes.
4619   // Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two stages. This is
4620   // stage #1: We create a new vector PHI node with no incoming edges. We'll use
4621   // this value when we vectorize all of the instructions that use the PHI.
4622   if (Legal->isReductionVariable(P) || Legal->isFirstOrderRecurrence(P)) {
4623     VectorParts Entry(UF);
4624     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
4625       // This is phase one of vectorizing PHIs.
4626       Type *VecTy =
4627           (VF == 1) ? PN->getType() : VectorType::get(PN->getType(), VF);
4628       Entry[part] = PHINode::Create(
4629           VecTy, 2, "vec.phi", &*LoopVectorBody->getFirstInsertionPt());
4630     }
4631     VectorLoopValueMap.initVector(P, Entry);
4632     return;
4633   }
4634
4635   setDebugLocFromInst(Builder, P);
4636   // Check for PHI nodes that are lowered to vector selects.
4637   if (P->getParent() != OrigLoop->getHeader()) {
4638     // We know that all PHIs in non-header blocks are converted into
4639     // selects, so we don't have to worry about the insertion order and we
4640     // can just use the builder.
4641     // At this point we generate the predication tree. There may be
4642     // duplications since this is a simple recursive scan, but future
4643     // optimizations will clean it up.
4644
4645     unsigned NumIncoming = P->getNumIncomingValues();
4646
4647     // Generate a sequence of selects of the form:
4648     // SELECT(Mask3, In3,
4649     //      SELECT(Mask2, In2,
4650     //                   ( ...)))
4651     VectorParts Entry(UF);
4652     for (unsigned In = 0; In < NumIncoming; In++) {
4653       VectorParts Cond =
4654           createEdgeMask(P->getIncomingBlock(In), P->getParent());
4655       const VectorParts &In0 = getVectorValue(P->getIncomingValue(In));
4656
4657       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
4658         // We might have single edge PHIs (blocks) - use an identity
4659         // 'select' for the first PHI operand.
4660         if (In == 0)
4661           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part], In0[part]);
4662         else
4663           // Select between the current value and the previous incoming edge
4664           // based on the incoming mask.
4665           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part], Entry[part],
4666                                              "predphi");
4667       }
4668     }
4669     VectorLoopValueMap.initVector(P, Entry);
4670     return;
4671   }
4672
4673   // This PHINode must be an induction variable.
4674   // Make sure that we know about it.
4675   assert(Legal->getInductionVars()->count(P) && "Not an induction variable");
4676
4677   InductionDescriptor II = Legal->getInductionVars()->lookup(P);
4678   const DataLayout &DL = OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
4679
4680   // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
4681   // which can be found from the original scalar operations.
4682   switch (II.getKind()) {
4683   case InductionDescriptor::IK_NoInduction:
4684     llvm_unreachable("Unknown induction");
4685   case InductionDescriptor::IK_IntInduction:
4686   case InductionDescriptor::IK_FpInduction:
4687     return widenIntOrFpInduction(P);
4688   case InductionDescriptor::IK_PtrInduction: {
4689     // Handle the pointer induction variable case.
4690     assert(P->getType()->isPointerTy() && "Unexpected type.");
4691     // This is the normalized GEP that starts counting at zero.
4692     Value *PtrInd = Induction;
4693     PtrInd = Builder.CreateSExtOrTrunc(PtrInd, II.getStep()->getType());
4694     // Determine the number of scalars we need to generate for each unroll
4695     // iteration. If the instruction is uniform, we only need to generate the
4696     // first lane. Otherwise, we generate all VF values.
4697     unsigned Lanes = Cost->isUniformAfterVectorization(P, VF) ? 1 : VF;
4698     // These are the scalar results. Notice that we don't generate vector GEPs
4699     // because scalar GEPs result in better code.
4700     ScalarParts Entry(UF);
4701     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4702       Entry[Part].resize(VF);
4703       for (unsigned Lane = 0; Lane < Lanes; ++Lane) {
4704         Constant *Idx = ConstantInt::get(PtrInd->getType(), Lane + Part * VF);
4705         Value *GlobalIdx = Builder.CreateAdd(PtrInd, Idx);
4706         Value *SclrGep = II.transform(Builder, GlobalIdx, PSE.getSE(), DL);
4707         SclrGep->setName("next.gep");
4708         Entry[Part][Lane] = SclrGep;
4709       }
4710     }
4711     VectorLoopValueMap.initScalar(P, Entry);
4712     return;
4713   }
4714   }
4715 }
4716
4717 /// A helper function for checking whether an integer division-related
4718 /// instruction may divide by zero (in which case it must be predicated if
4719 /// executed conditionally in the scalar code).
4720 /// TODO: It may be worthwhile to generalize and check isKnownNonZero().
4721 /// Non-zero divisors that are non compile-time constants will not be
4722 /// converted into multiplication, so we will still end up scalarizing
4723 /// the division, but can do so w/o predication.
4724 static bool mayDivideByZero(Instruction &I) {
4725   assert((I.getOpcode() == Instruction::UDiv ||
4726           I.getOpcode() == Instruction::SDiv ||
4727           I.getOpcode() == Instruction::URem ||
4728           I.getOpcode() == Instruction::SRem) &&
4729          "Unexpected instruction");
4730   Value *Divisor = I.getOperand(1);
4731   auto *CInt = dyn_cast<ConstantInt>(Divisor);
4732   return !CInt || CInt->isZero();
4733 }
4734
4735 void InnerLoopVectorizer::vectorizeInstruction(Instruction &I) {
4736   // Scalarize instructions that should remain scalar after vectorization.
4737   if (VF > 1 &&
4738       !(isa<BranchInst>(&I) || isa<PHINode>(&I) || isa<DbgInfoIntrinsic>(&I)) &&
4739       shouldScalarizeInstruction(&I)) {
4740     scalarizeInstruction(&I, Legal->isScalarWithPredication(&I));
4741     return;
4742   }
4743
4744   switch (I.getOpcode()) {
4745   case Instruction::Br:
4746     // Nothing to do for PHIs and BR, since we already took care of the
4747     // loop control flow instructions.
4748     break;
4749   case Instruction::PHI: {
4750     // Vectorize PHINodes.
4751     widenPHIInstruction(&I, UF, VF);
4752     break;
4753   } // End of PHI.
4754   case Instruction::GetElementPtr: {
4755     // Construct a vector GEP by widening the operands of the scalar GEP as
4756     // necessary. We mark the vector GEP 'inbounds' if appropriate. A GEP
4757     // results in a vector of pointers when at least one operand of the GEP
4758     // is vector-typed. Thus, to keep the representation compact, we only use
4759     // vector-typed operands for loop-varying values.
4760     auto *GEP = cast<GetElementPtrInst>(&I);
4761     VectorParts Entry(UF);
4762
4763     if (VF > 1 && OrigLoop->hasLoopInvariantOperands(GEP)) {
4764       // If we are vectorizing, but the GEP has only loop-invariant operands,
4765       // the GEP we build (by only using vector-typed operands for
4766       // loop-varying values) would be a scalar pointer. Thus, to ensure we
4767       // produce a vector of pointers, we need to either arbitrarily pick an
4768       // operand to broadcast, or broadcast a clone of the original GEP.
4769       // Here, we broadcast a clone of the original.
4770       //
4771       // TODO: If at some point we decide to scalarize instructions having
4772       //       loop-invariant operands, this special case will no longer be
4773       //       required. We would add the scalarization decision to
4774       //       collectLoopScalars() and teach getVectorValue() to broadcast
4775       //       the lane-zero scalar value.
4776       auto *Clone = Builder.Insert(GEP->clone());
4777       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
4778         Entry[Part] = Builder.CreateVectorSplat(VF, Clone);
4779     } else {
4780       // If the GEP has at least one loop-varying operand, we are sure to
4781       // produce a vector of pointers. But if we are only unrolling, we want
4782       // to produce a scalar GEP for each unroll part. Thus, the GEP we
4783       // produce with the code below will be scalar (if VF == 1) or vector
4784       // (otherwise). Note that for the unroll-only case, we still maintain
4785       // values in the vector mapping with initVector, as we do for other
4786       // instructions.
4787       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4788
4789         // The pointer operand of the new GEP. If it's loop-invariant, we
4790         // won't broadcast it.
4791         auto *Ptr = OrigLoop->isLoopInvariant(GEP->getPointerOperand())
4792                         ? GEP->getPointerOperand()
4793                         : getVectorValue(GEP->getPointerOperand())[Part];
4794
4795         // Collect all the indices for the new GEP. If any index is
4796         // loop-invariant, we won't broadcast it.
4797         SmallVector<Value *, 4> Indices;
4798         for (auto &U : make_range(GEP->idx_begin(), GEP->idx_end())) {
4799           if (OrigLoop->isLoopInvariant(U.get()))
4800             Indices.push_back(U.get());
4801           else
4802             Indices.push_back(getVectorValue(U.get())[Part]);
4803         }
4804
4805         // Create the new GEP. Note that this GEP may be a scalar if VF == 1,
4806         // but it should be a vector, otherwise.
4807         auto *NewGEP = GEP->isInBounds()
4808                            ? Builder.CreateInBoundsGEP(Ptr, Indices)
4809                            : Builder.CreateGEP(Ptr, Indices);
4810         assert((VF == 1 || NewGEP->getType()->isVectorTy()) &&
4811                "NewGEP is not a pointer vector");
4812         Entry[Part] = NewGEP;
4813       }
4814     }
4815
4816     VectorLoopValueMap.initVector(&I, Entry);
4817     addMetadata(Entry, GEP);
4818     break;
4819   }
4820   case Instruction::UDiv:
4821   case Instruction::SDiv:
4822   case Instruction::SRem:
4823   case Instruction::URem:
4824     // Scalarize with predication if this instruction may divide by zero and
4825     // block execution is conditional, otherwise fallthrough.
4826     if (Legal->isScalarWithPredication(&I)) {
4827       scalarizeInstruction(&I, true);
4828       break;
4829     }
4830   case Instruction::Add:
4831   case Instruction::FAdd:
4832   case Instruction::Sub:
4833   case Instruction::FSub:
4834   case Instruction::Mul:
4835   case Instruction::FMul:
4836   case Instruction::FDiv:
4837   case Instruction::FRem:
4838   case Instruction::Shl:
4839   case Instruction::LShr:
4840   case Instruction::AShr:
4841   case Instruction::And:
4842   case Instruction::Or:
4843   case Instruction::Xor: {
4844     // Just widen binops.
4845     auto *BinOp = cast<BinaryOperator>(&I);
4846     setDebugLocFromInst(Builder, BinOp);
4847     const VectorParts &A = getVectorValue(BinOp->getOperand(0));
4848     const VectorParts &B = getVectorValue(BinOp->getOperand(1));
4849
4850     // Use this vector value for all users of the original instruction.
4851     VectorParts Entry(UF);
4852     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4853       Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), A[Part], B[Part]);
4854
4855       if (BinaryOperator *VecOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
4856         VecOp->copyIRFlags(BinOp);
4857
4858       Entry[Part] = V;
4859     }
4860
4861     VectorLoopValueMap.initVector(&I, Entry);
4862     addMetadata(Entry, BinOp);
4863     break;
4864   }
4865   case Instruction::Select: {
4866     // Widen selects.
4867     // If the selector is loop invariant we can create a select
4868     // instruction with a scalar condition. Otherwise, use vector-select.
4869     auto *SE = PSE.getSE();
4870     bool InvariantCond =
4871         SE->isLoopInvariant(PSE.getSCEV(I.getOperand(0)), OrigLoop);
4872     setDebugLocFromInst(Builder, &I);
4873
4874     // The condition can be loop invariant  but still defined inside the
4875     // loop. This means that we can't just use the original 'cond' value.
4876     // We have to take the 'vectorized' value and pick the first lane.
4877     // Instcombine will make this a no-op.
4878     const VectorParts &Cond = getVectorValue(I.getOperand(0));
4879     const VectorParts &Op0 = getVectorValue(I.getOperand(1));
4880     const VectorParts &Op1 = getVectorValue(I.getOperand(2));
4881
4882     auto *ScalarCond = getScalarValue(I.getOperand(0), 0, 0);
4883
4884     VectorParts Entry(UF);
4885     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4886       Entry[Part] = Builder.CreateSelect(
4887           InvariantCond ? ScalarCond : Cond[Part], Op0[Part], Op1[Part]);
4888     }
4889
4890     VectorLoopValueMap.initVector(&I, Entry);
4891     addMetadata(Entry, &I);
4892     break;
4893   }
4894
4895   case Instruction::ICmp:
4896   case Instruction::FCmp: {
4897     // Widen compares. Generate vector compares.
4898     bool FCmp = (I.getOpcode() == Instruction::FCmp);
4899     auto *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(&I);
4900     setDebugLocFromInst(Builder, Cmp);
4901     const VectorParts &A = getVectorValue(Cmp->getOperand(0));
4902     const VectorParts &B = getVectorValue(Cmp->getOperand(1));
4903     VectorParts Entry(UF);
4904     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4905       Value *C = nullptr;
4906       if (FCmp) {
4907         C = Builder.CreateFCmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
4908         cast<FCmpInst>(C)->copyFastMathFlags(Cmp);
4909       } else {
4910         C = Builder.CreateICmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
4911       }
4912       Entry[Part] = C;
4913     }
4914
4915     VectorLoopValueMap.initVector(&I, Entry);
4916     addMetadata(Entry, &I);
4917     break;
4918   }
4919
4920   case Instruction::Store:
4921   case Instruction::Load:
4922     vectorizeMemoryInstruction(&I);
4923     break;
4924   case Instruction::ZExt:
4925   case Instruction::SExt:
4926   case Instruction::FPToUI:
4927   case Instruction::FPToSI:
4928   case Instruction::FPExt:
4929   case Instruction::PtrToInt:
4930   case Instruction::IntToPtr:
4931   case Instruction::SIToFP:
4932   case Instruction::UIToFP:
4933   case Instruction::Trunc:
4934   case Instruction::FPTrunc:
4935   case Instruction::BitCast: {
4936     auto *CI = dyn_cast<CastInst>(&I);
4937     setDebugLocFromInst(Builder, CI);
4938
4939     // Optimize the special case where the source is a constant integer
4940     // induction variable. Notice that we can only optimize the 'trunc' case
4941     // because (a) FP conversions lose precision, (b) sext/zext may wrap, and
4942     // (c) other casts depend on pointer size.
4943     if (Cost->isOptimizableIVTruncate(CI, VF)) {
4944       widenIntOrFpInduction(cast<PHINode>(CI->getOperand(0)),
4945                             cast<TruncInst>(CI));
4946       break;
4947     }
4948
4949     /// Vectorize casts.
4950     Type *DestTy =
4951         (VF == 1) ? CI->getType() : VectorType::get(CI->getType(), VF);
4952
4953     const VectorParts &A = getVectorValue(CI->getOperand(0));
4954     VectorParts Entry(UF);
4955     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
4956       Entry[Part] = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), A[Part], DestTy);
4957     VectorLoopValueMap.initVector(&I, Entry);
4958     addMetadata(Entry, &I);
4959     break;
4960   }
4961
4962   case Instruction::Call: {
4963     // Ignore dbg intrinsics.
4964     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4965       break;
4966     setDebugLocFromInst(Builder, &I);
4967
4968     Module *M = I.getParent()->getParent()->getParent();
4969     auto *CI = cast<CallInst>(&I);
4970
4971     StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
4972     Function *F = CI->getCalledFunction();
4973     Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
4974     SmallVector<Type *, 4> Tys;
4975     for (Value *ArgOperand : CI->arg_operands())
4976       Tys.push_back(ToVectorTy(ArgOperand->getType(), VF));
4977
4978     Intrinsic::ID ID = getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
4979     if (ID && (ID == Intrinsic::assume || ID == Intrinsic::lifetime_end ||
4980                ID == Intrinsic::lifetime_start)) {
4981       scalarizeInstruction(&I);
4982       break;
4983     }
4984     // The flag shows whether we use Intrinsic or a usual Call for vectorized
4985     // version of the instruction.
4986     // Is it beneficial to perform intrinsic call compared to lib call?
4987     bool NeedToScalarize;
4988     unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, *TTI, TLI, NeedToScalarize);
4989     bool UseVectorIntrinsic =
4990         ID && getVectorIntrinsicCost(CI, VF, *TTI, TLI) <= CallCost;
4991     if (!UseVectorIntrinsic && NeedToScalarize) {
4992       scalarizeInstruction(&I);
4993       break;
4994     }
4995
4996     VectorParts Entry(UF);
4997     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4998       SmallVector<Value *, 4> Args;
4999       for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i) {
5000         Value *Arg = CI->getArgOperand(i);
5001         // Some intrinsics have a scalar argument - don't replace it with a
5002         // vector.
5003         if (!UseVectorIntrinsic || !hasVectorInstrinsicScalarOpd(ID, i)) {
5004           const VectorParts &VectorArg = getVectorValue(CI->getArgOperand(i));
5005           Arg = VectorArg[Part];
5006         }
5007         Args.push_back(Arg);
5008       }
5009
5010       Function *VectorF;
5011       if (UseVectorIntrinsic) {
5012         // Use vector version of the intrinsic.
5013         Type *TysForDecl[] = {CI->getType()};
5014         if (VF > 1)
5015           TysForDecl[0] = VectorType::get(CI->getType()->getScalarType(), VF);
5016         VectorF = Intrinsic::getDeclaration(M, ID, TysForDecl);
5017       } else {
5018         // Use vector version of the library call.
5019         StringRef VFnName = TLI->getVectorizedFunction(FnName, VF);
5020         assert(!VFnName.empty() && "Vector function name is empty.");
5021         VectorF = M->getFunction(VFnName);
5022         if (!VectorF) {
5023           // Generate a declaration
5024           FunctionType *FTy = FunctionType::get(RetTy, Tys, false);
5025           VectorF =
5026               Function::Create(FTy, Function::ExternalLinkage, VFnName, M);
5027           VectorF->copyAttributesFrom(F);
5028         }
5029       }
5030       assert(VectorF && "Can't create vector function.");
5031
5032       SmallVector<OperandBundleDef, 1> OpBundles;
5033       CI->getOperandBundlesAsDefs(OpBundles);
5034       CallInst *V = Builder.CreateCall(VectorF, Args, OpBundles);
5035
5036       if (isa<FPMathOperator>(V))
5037         V->copyFastMathFlags(CI);
5038
5039       Entry[Part] = V;
5040     }
5041
5042     VectorLoopValueMap.initVector(&I, Entry);
5043     addMetadata(Entry, &I);
5044     break;
5045   }
5046
5047   default:
5048     // All other instructions are unsupported. Scalarize them.
5049     scalarizeInstruction(&I);
5050     break;
5051   } // end of switch.
5052 }
5053
5054 void InnerLoopVectorizer::updateAnalysis() {
5055   // Forget the original basic block.
5056   PSE.getSE()->forgetLoop(OrigLoop);
5057
5058   // Update the dominator tree information.
5059   assert(DT->properlyDominates(LoopBypassBlocks.front(), LoopExitBlock) &&
5060          "Entry does not dominate exit.");
5061
5062   DT->addNewBlock(LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getHeader(),
5063                   LoopVectorPreHeader);
5064   DT->addNewBlock(LoopMiddleBlock,
5065                   LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch());
5066   DT->addNewBlock(LoopScalarPreHeader, LoopBypassBlocks[0]);
5067   DT->changeImmediateDominator(LoopScalarBody, LoopScalarPreHeader);
5068   DT->changeImmediateDominator(LoopExitBlock, LoopBypassBlocks[0]);
5069
5070   DEBUG(DT->verifyDomTree());
5071 }
5072
5073 /// \brief Check whether it is safe to if-convert this phi node.
5074 ///
5075 /// Phi nodes with constant expressions that can trap are not safe to if
5076 /// convert.
5077 static bool canIfConvertPHINodes(BasicBlock *BB) {
5078   for (Instruction &I : *BB) {
5079     auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(&I);
5080     if (!Phi)
5081       return true;
5082     for (Value *V : Phi->incoming_values())
5083       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V))
5084         if (C->canTrap())
5085           return false;
5086   }
5087   return true;
5088 }
5089
5090 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeWithIfConvert() {
5091   if (!EnableIfConversion) {
5092     ORE->emit(createMissedAnalysis("IfConversionDisabled")
5093               << "if-conversion is disabled");
5094     return false;
5095   }
5096
5097   assert(TheLoop->getNumBlocks() > 1 && "Single block loops are vectorizable");
5098
5099   // A list of pointers that we can safely read and write to.
5100   SmallPtrSet<Value *, 8> SafePointes;
5101
5102   // Collect safe addresses.
5103   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
5104     if (blockNeedsPredication(BB))
5105       continue;
5106
5107     for (Instruction &I : *BB)
5108       if (auto *Ptr = getPointerOperand(&I))
5109         SafePointes.insert(Ptr);
5110   }
5111
5112   // Collect the blocks that need predication.
5113   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
5114   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
5115     // We don't support switch statements inside loops.
5116     if (!isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
5117       ORE->emit(createMissedAnalysis("LoopContainsSwitch", BB->getTerminator())
5118                 << "loop contains a switch statement");
5119       return false;
5120     }
5121
5122     // We must be able to predicate all blocks that need to be predicated.
5123     if (blockNeedsPredication(BB)) {
5124       if (!blockCanBePredicated(BB, SafePointes)) {
5125         ORE->emit(createMissedAnalysis("NoCFGForSelect", BB->getTerminator())
5126                   << "control flow cannot be substituted for a select");
5127         return false;
5128       }
5129     } else if (BB != Header && !canIfConvertPHINodes(BB)) {
5130       ORE->emit(createMissedAnalysis("NoCFGForSelect", BB->getTerminator())
5131                 << "control flow cannot be substituted for a select");
5132       return false;
5133     }
5134   }
5135
5136   // We can if-convert this loop.
5137   return true;
5138 }
5139
5140 bool LoopVectorizationLegality::canVectorize() {
5141   // We must have a loop in canonical form. Loops with indirectbr in them cannot
5142   // be canonicalized.
5143   if (!TheLoop->getLoopPreheader()) {
5144     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5145               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5146     return false;
5147   }
5148
5149   // FIXME: The code is currently dead, since the loop gets sent to
5150   // LoopVectorizationLegality is already an innermost loop.
5151   //
5152   // We can only vectorize innermost loops.
5153   if (!TheLoop->empty()) {
5154     ORE->emit(createMissedAnalysis("NotInnermostLoop")
5155               << "loop is not the innermost loop");
5156     return false;
5157   }
5158
5159   // We must have a single backedge.
5160   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1) {
5161     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5162               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5163     return false;
5164   }
5165
5166   // We must have a single exiting block.
5167   if (!TheLoop->getExitingBlock()) {
5168     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5169               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5170     return false;
5171   }
5172
5173   // We only handle bottom-tested loops, i.e. loop in which the condition is
5174   // checked at the end of each iteration. With that we can assume that all
5175   // instructions in the loop are executed the same number of times.
5176   if (TheLoop->getExitingBlock() != TheLoop->getLoopLatch()) {
5177     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5178               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5179     return false;
5180   }
5181
5182   // We need to have a loop header.
5183   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop: " << TheLoop->getHeader()->getName()
5184                << '\n');
5185
5186   // Check if we can if-convert non-single-bb loops.
5187   unsigned NumBlocks = TheLoop->getNumBlocks();
5188   if (NumBlocks != 1 && !canVectorizeWithIfConvert()) {
5189     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't if-convert the loop.\n");
5190     return false;
5191   }
5192
5193   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
5194   const SCEV *ExitCount = PSE.getBackedgeTakenCount();
5195   if (ExitCount == PSE.getSE()->getCouldNotCompute()) {
5196     ORE->emit(createMissedAnalysis("CantComputeNumberOfIterations")
5197               << "could not determine number of loop iterations");
5198     DEBUG(dbgs() << "LV: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
5199     return false;
5200   }
5201
5202   // Check if we can vectorize the instructions and CFG in this loop.
5203   if (!canVectorizeInstrs()) {
5204     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize the instructions or CFG\n");
5205     return false;
5206   }
5207
5208   // Go over each instruction and look at memory deps.
5209   if (!canVectorizeMemory()) {
5210     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize due to memory conflicts\n");
5211     return false;
5212   }
5213
5214   DEBUG(dbgs() << "LV: We can vectorize this loop"
5215                << (LAI->getRuntimePointerChecking()->Need
5216                        ? " (with a runtime bound check)"
5217                        : "")
5218                << "!\n");
5219
5220   bool UseInterleaved = TTI->enableInterleavedAccessVectorization();
5221
5222   // If an override option has been passed in for interleaved accesses, use it.
5223   if (EnableInterleavedMemAccesses.getNumOccurrences() > 0)
5224     UseInterleaved = EnableInterleavedMemAccesses;
5225
5226   // Analyze interleaved memory accesses.
5227   if (UseInterleaved)
5228     InterleaveInfo.analyzeInterleaving(*getSymbolicStrides());
5229
5230   unsigned SCEVThreshold = VectorizeSCEVCheckThreshold;
5231   if (Hints->getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled)
5232     SCEVThreshold = PragmaVectorizeSCEVCheckThreshold;
5233
5234   if (PSE.getUnionPredicate().getComplexity() > SCEVThreshold) {
5235     ORE->emit(createMissedAnalysis("TooManySCEVRunTimeChecks")
5236               << "Too many SCEV assumptions need to be made and checked "
5237               << "at runtime");
5238     DEBUG(dbgs() << "LV: Too many SCEV checks needed.\n");
5239     return false;
5240   }
5241
5242   // Okay! We can vectorize. At this point we don't have any other mem analysis
5243   // which may limit our maximum vectorization factor, so just return true with
5244   // no restrictions.
5245   return true;
5246 }
5247
5248 static Type *convertPointerToIntegerType(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
5249   if (Ty->isPointerTy())
5250     return DL.getIntPtrType(Ty);
5251
5252   // It is possible that char's or short's overflow when we ask for the loop's
5253   // trip count, work around this by changing the type size.
5254   if (Ty->getScalarSizeInBits() < 32)
5255     return Type::getInt32Ty(Ty->getContext());
5256
5257   return Ty;
5258 }
5259
5260 static Type *getWiderType(const DataLayout &DL, Type *Ty0, Type *Ty1) {
5261   Ty0 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty0);
5262   Ty1 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty1);
5263   if (Ty0->getScalarSizeInBits() > Ty1->getScalarSizeInBits())
5264     return Ty0;
5265   return Ty1;
5266 }
5267
5268 /// \brief Check that the instruction has outside loop users and is not an
5269 /// identified reduction variable.
5270 static bool hasOutsideLoopUser(const Loop *TheLoop, Instruction *Inst,
5271                                SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit) {
5272   // Reduction and Induction instructions are allowed to have exit users. All
5273   // other instructions must not have external users.
5274   if (!AllowedExit.count(Inst))
5275     // Check that all of the users of the loop are inside the BB.
5276     for (User *U : Inst->users()) {
5277       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
5278       // This user may be a reduction exit value.
5279       if (!TheLoop->contains(UI)) {
5280         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an outside user for : " << *UI << '\n');
5281         return true;
5282       }
5283     }
5284   return false;
5285 }
5286
5287 void LoopVectorizationLegality::addInductionPhi(
5288     PHINode *Phi, const InductionDescriptor &ID,
5289     SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit) {
5290   Inductions[Phi] = ID;
5291   Type *PhiTy = Phi->getType();
5292   const DataLayout &DL = Phi->getModule()->getDataLayout();
5293
5294   // Get the widest type.
5295   if (!PhiTy->isFloatingPointTy()) {
5296     if (!WidestIndTy)
5297       WidestIndTy = convertPointerToIntegerType(DL, PhiTy);
5298     else
5299       WidestIndTy = getWiderType(DL, PhiTy, WidestIndTy);
5300   }
5301
5302   // Int inductions are special because we only allow one IV.
5303   if (ID.getKind() == InductionDescriptor::IK_IntInduction &&
5304       ID.getConstIntStepValue() &&
5305       ID.getConstIntStepValue()->isOne() &&
5306       isa<Constant>(ID.getStartValue()) &&
5307       cast<Constant>(ID.getStartValue())->isNullValue()) {
5308
5309     // Use the phi node with the widest type as induction. Use the last
5310     // one if there are multiple (no good reason for doing this other
5311     // than it is expedient). We've checked that it begins at zero and
5312     // steps by one, so this is a canonical induction variable.
5313     if (!PrimaryInduction || PhiTy == WidestIndTy)
5314       PrimaryInduction = Phi;
5315   }
5316
5317   // Both the PHI node itself, and the "post-increment" value feeding
5318   // back into the PHI node may have external users.
5319   AllowedExit.insert(Phi);
5320   AllowedExit.insert(Phi->getIncomingValueForBlock(TheLoop->getLoopLatch()));
5321
5322   DEBUG(dbgs() << "LV: Found an induction variable.\n");
5323   return;
5324 }
5325
5326 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeInstrs() {
5327   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
5328
5329   // Look for the attribute signaling the absence of NaNs.
5330   Function &F = *Header->getParent();
5331   HasFunNoNaNAttr =
5332       F.getFnAttribute("no-nans-fp-math").getValueAsString() == "true";
5333
5334   // For each block in the loop.
5335   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
5336     // Scan the instructions in the block and look for hazards.
5337     for (Instruction &I : *BB) {
5338       if (auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
5339         Type *PhiTy = Phi->getType();
5340         // Check that this PHI type is allowed.
5341         if (!PhiTy->isIntegerTy() && !PhiTy->isFloatingPointTy() &&
5342             !PhiTy->isPointerTy()) {
5343           ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood", Phi)
5344                     << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5345           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an non-int non-pointer PHI.\n");
5346           return false;
5347         }
5348
5349         // If this PHINode is not in the header block, then we know that we
5350         // can convert it to select during if-conversion. No need to check if
5351         // the PHIs in this block are induction or reduction variables.
5352         if (BB != Header) {
5353           // Check that this instruction has no outside users or is an
5354           // identified reduction value with an outside user.
5355           if (!hasOutsideLoopUser(TheLoop, Phi, AllowedExit))
5356             continue;
5357           ORE->emit(createMissedAnalysis("NeitherInductionNorReduction", Phi)
5358                     << "value could not be identified as "
5359                        "an induction or reduction variable");
5360           return false;
5361         }
5362
5363         // We only allow if-converted PHIs with exactly two incoming values.
5364         if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
5365           ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood", Phi)
5366                     << "control flow not understood by vectorizer");
5367           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an invalid PHI.\n");
5368           return false;
5369         }
5370
5371         RecurrenceDescriptor RedDes;
5372         if (RecurrenceDescriptor::isReductionPHI(Phi, TheLoop, RedDes)) {
5373           if (RedDes.hasUnsafeAlgebra())
5374             Requirements->addUnsafeAlgebraInst(RedDes.getUnsafeAlgebraInst());
5375           AllowedExit.insert(RedDes.getLoopExitInstr());
5376           Reductions[Phi] = RedDes;
5377           continue;
5378         }
5379
5380         InductionDescriptor ID;
5381         if (InductionDescriptor::isInductionPHI(Phi, TheLoop, PSE, ID)) {
5382           addInductionPhi(Phi, ID, AllowedExit);
5383           if (ID.hasUnsafeAlgebra() && !HasFunNoNaNAttr)
5384             Requirements->addUnsafeAlgebraInst(ID.getUnsafeAlgebraInst());
5385           continue;
5386         }
5387
5388         if (RecurrenceDescriptor::isFirstOrderRecurrence(Phi, TheLoop, DT)) {
5389           FirstOrderRecurrences.insert(Phi);
5390           continue;
5391         }
5392
5393         // As a last resort, coerce the PHI to a AddRec expression
5394         // and re-try classifying it a an induction PHI.
5395         if (InductionDescriptor::isInductionPHI(Phi, TheLoop, PSE, ID, true)) {
5396           addInductionPhi(Phi, ID, AllowedExit);
5397           continue;
5398         }
5399
5400         ORE->emit(createMissedAnalysis("NonReductionValueUsedOutsideLoop", Phi)
5401                   << "value that could not be identified as "
5402                      "reduction is used outside the loop");
5403         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified PHI." << *Phi << "\n");
5404         return false;
5405       } // end of PHI handling
5406
5407       // We handle calls that:
5408       //   * Are debug info intrinsics.
5409       //   * Have a mapping to an IR intrinsic.
5410       //   * Have a vector version available.
5411       auto *CI = dyn_cast<CallInst>(&I);
5412       if (CI && !getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI) &&
5413           !isa<DbgInfoIntrinsic>(CI) &&
5414           !(CI->getCalledFunction() && TLI &&
5415             TLI->isFunctionVectorizable(CI->getCalledFunction()->getName()))) {
5416         ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeCall", CI)
5417                   << "call instruction cannot be vectorized");
5418         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-intrinsic, non-libfunc callsite.\n");
5419         return false;
5420       }
5421
5422       // Intrinsics such as powi,cttz and ctlz are legal to vectorize if the
5423       // second argument is the same (i.e. loop invariant)
5424       if (CI && hasVectorInstrinsicScalarOpd(
5425                     getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI), 1)) {
5426         auto *SE = PSE.getSE();
5427         if (!SE->isLoopInvariant(PSE.getSCEV(CI->getOperand(1)), TheLoop)) {
5428           ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeIntrinsic", CI)
5429                     << "intrinsic instruction cannot be vectorized");
5430           DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable intrinsic " << *CI << "\n");
5431           return false;
5432         }
5433       }
5434
5435       // Check that the instruction return type is vectorizable.
5436       // Also, we can't vectorize extractelement instructions.
5437       if ((!VectorType::isValidElementType(I.getType()) &&
5438            !I.getType()->isVoidTy()) ||
5439           isa<ExtractElementInst>(I)) {
5440         ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeInstructionReturnType", &I)
5441                   << "instruction return type cannot be vectorized");
5442         DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable type.\n");
5443         return false;
5444       }
5445
5446       // Check that the stored type is vectorizable.
5447       if (auto *ST = dyn_cast<StoreInst>(&I)) {
5448         Type *T = ST->getValueOperand()->getType();
5449         if (!VectorType::isValidElementType(T)) {
5450           ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeStore", ST)
5451                     << "store instruction cannot be vectorized");
5452           return false;
5453         }
5454
5455         // FP instructions can allow unsafe algebra, thus vectorizable by
5456         // non-IEEE-754 compliant SIMD units.
5457         // This applies to floating-point math operations and calls, not memory
5458         // operations, shuffles, or casts, as they don't change precision or
5459         // semantics.
5460       } else if (I.getType()->isFloatingPointTy() && (CI || I.isBinaryOp()) &&
5461                  !I.hasUnsafeAlgebra()) {
5462         DEBUG(dbgs() << "LV: Found FP op with unsafe algebra.\n");
5463         Hints->setPotentiallyUnsafe();
5464       }
5465
5466       // Reduction instructions are allowed to have exit users.
5467       // All other instructions must not have external users.
5468       if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, &I, AllowedExit)) {
5469         ORE->emit(createMissedAnalysis("ValueUsedOutsideLoop", &I)
5470                   << "value cannot be used outside the loop");
5471         return false;
5472       }
5473
5474     } // next instr.
5475   }
5476
5477   if (!PrimaryInduction) {
5478     DEBUG(dbgs() << "LV: Did not find one integer induction var.\n");
5479     if (Inductions.empty()) {
5480       ORE->emit(createMissedAnalysis("NoInductionVariable")
5481                 << "loop induction variable could not be identified");
5482       return false;
5483     }
5484   }
5485
5486   // Now we know the widest induction type, check if our found induction
5487   // is the same size. If it's not, unset it here and InnerLoopVectorizer
5488   // will create another.
5489   if (PrimaryInduction && WidestIndTy != PrimaryInduction->getType())
5490     PrimaryInduction = nullptr;
5491
5492   return true;
5493 }
5494
5495 void LoopVectorizationCostModel::collectLoopScalars(unsigned VF) {
5496
5497   // We should not collect Scalars more than once per VF. Right now, this
5498   // function is called from collectUniformsAndScalars(), which already does
5499   // this check. Collecting Scalars for VF=1 does not make any sense.
5500   assert(VF >= 2 && !Scalars.count(VF) &&
5501          "This function should not be visited twice for the same VF");
5502
5503   SmallSetVector<Instruction *, 8> Worklist;
5504
5505   // These sets are used to seed the analysis with pointers used by memory
5506   // accesses that will remain scalar.
5507   SmallSetVector<Instruction *, 8> ScalarPtrs;
5508   SmallPtrSet<Instruction *, 8> PossibleNonScalarPtrs;
5509
5510   // A helper that returns true if the use of Ptr by MemAccess will be scalar.
5511   // The pointer operands of loads and stores will be scalar as long as the
5512   // memory access is not a gather or scatter operation. The value operand of a
5513   // store will remain scalar if the store is scalarized.
5514   auto isScalarUse = [&](Instruction *MemAccess, Value *Ptr) {
5515     InstWidening WideningDecision = getWideningDecision(MemAccess, VF);
5516     assert(WideningDecision != CM_Unknown &&
5517            "Widening decision should be ready at this moment");
5518     if (auto *Store = dyn_cast<StoreInst>(MemAccess))
5519       if (Ptr == Store->getValueOperand())
5520         return WideningDecision == CM_Scalarize;
5521     assert(Ptr == getPointerOperand(MemAccess) &&
5522            "Ptr is neither a value or pointer operand");
5523     return WideningDecision != CM_GatherScatter;
5524   };
5525
5526   // A helper that returns true if the given value is a bitcast or
5527   // getelementptr instruction contained in the loop.
5528   auto isLoopVaryingBitCastOrGEP = [&](Value *V) {
5529     return ((isa<BitCastInst>(V) && V->getType()->isPointerTy()) ||
5530             isa<GetElementPtrInst>(V)) &&
5531            !TheLoop->isLoopInvariant(V);
5532   };
5533
5534   // A helper that evaluates a memory access's use of a pointer. If the use
5535   // will be a scalar use, and the pointer is only used by memory accesses, we
5536   // place the pointer in ScalarPtrs. Otherwise, the pointer is placed in
5537   // PossibleNonScalarPtrs.
5538   auto evaluatePtrUse = [&](Instruction *MemAccess, Value *Ptr) {
5539
5540     // We only care about bitcast and getelementptr instructions contained in
5541     // the loop.
5542     if (!isLoopVaryingBitCastOrGEP(Ptr))
5543       return;
5544
5545     // If the pointer has already been identified as scalar (e.g., if it was
5546     // also identified as uniform), there's nothing to do.
5547     auto *I = cast<Instruction>(Ptr);
5548     if (Worklist.count(I))
5549       return;
5550
5551     // If the use of the pointer will be a scalar use, and all users of the
5552     // pointer are memory accesses, place the pointer in ScalarPtrs. Otherwise,
5553     // place the pointer in PossibleNonScalarPtrs.
5554     if (isScalarUse(MemAccess, Ptr) && all_of(I->users(), [&](User *U) {
5555           return isa<LoadInst>(U) || isa<StoreInst>(U);
5556         }))
5557       ScalarPtrs.insert(I);
5558     else
5559       PossibleNonScalarPtrs.insert(I);
5560   };
5561
5562   // We seed the scalars analysis with three classes of instructions: (1)
5563   // instructions marked uniform-after-vectorization, (2) bitcast and
5564   // getelementptr instructions used by memory accesses requiring a scalar use,
5565   // and (3) pointer induction variables and their update instructions (we
5566   // currently only scalarize these).
5567   //
5568   // (1) Add to the worklist all instructions that have been identified as
5569   // uniform-after-vectorization.
5570   Worklist.insert(Uniforms[VF].begin(), Uniforms[VF].end());
5571
5572   // (2) Add to the worklist all bitcast and getelementptr instructions used by
5573   // memory accesses requiring a scalar use. The pointer operands of loads and
5574   // stores will be scalar as long as the memory accesses is not a gather or
5575   // scatter operation. The value operand of a store will remain scalar if the
5576   // store is scalarized.
5577   for (auto *BB : TheLoop->blocks())
5578     for (auto &I : *BB) {
5579       if (auto *Load = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
5580         evaluatePtrUse(Load, Load->getPointerOperand());
5581       } else if (auto *Store = dyn_cast<StoreInst>(&I)) {
5582         evaluatePtrUse(Store, Store->getPointerOperand());
5583         evaluatePtrUse(Store, Store->getValueOperand());
5584       }
5585     }
5586   for (auto *I : ScalarPtrs)
5587     if (!PossibleNonScalarPtrs.count(I)) {
5588       DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *I << "\n");
5589       Worklist.insert(I);
5590     }
5591
5592   // (3) Add to the worklist all pointer induction variables and their update
5593   // instructions.
5594   //
5595   // TODO: Once we are able to vectorize pointer induction variables we should
5596   //       no longer insert them into the worklist here.
5597   auto *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
5598   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
5599     auto *Ind = Induction.first;
5600     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
5601     if (Induction.second.getKind() != InductionDescriptor::IK_PtrInduction)
5602       continue;
5603     Worklist.insert(Ind);
5604     Worklist.insert(IndUpdate);
5605     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *Ind << "\n");
5606     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *IndUpdate << "\n");
5607   }
5608
5609   // Expand the worklist by looking through any bitcasts and getelementptr
5610   // instructions we've already identified as scalar. This is similar to the
5611   // expansion step in collectLoopUniforms(); however, here we're only
5612   // expanding to include additional bitcasts and getelementptr instructions.
5613   unsigned Idx = 0;
5614   while (Idx != Worklist.size()) {
5615     Instruction *Dst = Worklist[Idx++];
5616     if (!isLoopVaryingBitCastOrGEP(Dst->getOperand(0)))
5617       continue;
5618     auto *Src = cast<Instruction>(Dst->getOperand(0));
5619     if (all_of(Src->users(), [&](User *U) -> bool {
5620           auto *J = cast<Instruction>(U);
5621           return !TheLoop->contains(J) || Worklist.count(J) ||
5622                  ((isa<LoadInst>(J) || isa<StoreInst>(J)) &&
5623                   isScalarUse(J, Src));
5624         })) {
5625       Worklist.insert(Src);
5626       DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *Src << "\n");
5627     }
5628   }
5629
5630   // An induction variable will remain scalar if all users of the induction
5631   // variable and induction variable update remain scalar.
5632   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
5633     auto *Ind = Induction.first;
5634     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
5635
5636     // We already considered pointer induction variables, so there's no reason
5637     // to look at their users again.
5638     //
5639     // TODO: Once we are able to vectorize pointer induction variables we
5640     //       should no longer skip over them here.
5641     if (Induction.second.getKind() == InductionDescriptor::IK_PtrInduction)
5642       continue;
5643
5644     // Determine if all users of the induction variable are scalar after
5645     // vectorization.
5646     auto ScalarInd = all_of(Ind->users(), [&](User *U) -> bool {
5647       auto *I = cast<Instruction>(U);
5648       return I == IndUpdate || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I);
5649     });
5650     if (!ScalarInd)
5651       continue;
5652
5653     // Determine if all users of the induction variable update instruction are
5654     // scalar after vectorization.
5655     auto ScalarIndUpdate = all_of(IndUpdate->users(), [&](User *U) -> bool {
5656       auto *I = cast<Instruction>(U);
5657       return I == Ind || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I);
5658     });
5659     if (!ScalarIndUpdate)
5660       continue;
5661
5662     // The induction variable and its update instruction will remain scalar.
5663     Worklist.insert(Ind);
5664     Worklist.insert(IndUpdate);
5665     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *Ind << "\n");
5666     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *IndUpdate << "\n");
5667   }
5668
5669   Scalars[VF].insert(Worklist.begin(), Worklist.end());
5670 }
5671
5672 bool LoopVectorizationLegality::isScalarWithPredication(Instruction *I) {
5673   if (!blockNeedsPredication(I->getParent()))
5674     return false;
5675   switch(I->getOpcode()) {
5676   default:
5677     break;
5678   case Instruction::Store:
5679     return !isMaskRequired(I);
5680   case Instruction::UDiv:
5681   case Instruction::SDiv:
5682   case Instruction::SRem:
5683   case Instruction::URem:
5684     return mayDivideByZero(*I);
5685   }
5686   return false;
5687 }
5688
5689 bool LoopVectorizationLegality::memoryInstructionCanBeWidened(Instruction *I,
5690                                                               unsigned VF) {
5691   // Get and ensure we have a valid memory instruction.
5692   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
5693   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
5694   assert((LI || SI) && "Invalid memory instruction");
5695
5696   auto *Ptr = getPointerOperand(I);
5697
5698   // In order to be widened, the pointer should be consecutive, first of all.
5699   if (!isConsecutivePtr(Ptr))
5700     return false;
5701
5702   // If the instruction is a store located in a predicated block, it will be
5703   // scalarized.
5704   if (isScalarWithPredication(I))
5705     return false;
5706
5707   // If the instruction's allocated size doesn't equal it's type size, it
5708   // requires padding and will be scalarized.
5709   auto &DL = I->getModule()->getDataLayout();
5710   auto *ScalarTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
5711   if (hasIrregularType(ScalarTy, DL, VF))
5712     return false;
5713
5714   return true;
5715 }
5716
5717 void LoopVectorizationCostModel::collectLoopUniforms(unsigned VF) {
5718
5719   // We should not collect Uniforms more than once per VF. Right now,
5720   // this function is called from collectUniformsAndScalars(), which 
5721   // already does this check. Collecting Uniforms for VF=1 does not make any
5722   // sense.
5723
5724   assert(VF >= 2 && !Uniforms.count(VF) &&
5725          "This function should not be visited twice for the same VF");
5726
5727   // Visit the list of Uniforms. If we'll not find any uniform value, we'll 
5728   // not analyze again.  Uniforms.count(VF) will return 1.
5729   Uniforms[VF].clear();
5730
5731   // We now know that the loop is vectorizable!
5732   // Collect instructions inside the loop that will remain uniform after
5733   // vectorization.
5734
5735   // Global values, params and instructions outside of current loop are out of
5736   // scope.
5737   auto isOutOfScope = [&](Value *V) -> bool {
5738     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5739     return (!I || !TheLoop->contains(I));
5740   };
5741
5742   SetVector<Instruction *> Worklist;
5743   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
5744
5745   // Start with the conditional branch. If the branch condition is an
5746   // instruction contained in the loop that is only used by the branch, it is
5747   // uniform.
5748   auto *Cmp = dyn_cast<Instruction>(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
5749   if (Cmp && TheLoop->contains(Cmp) && Cmp->hasOneUse()) {
5750     Worklist.insert(Cmp);
5751     DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *Cmp << "\n");
5752   }
5753
5754   // Holds consecutive and consecutive-like pointers. Consecutive-like pointers
5755   // are pointers that are treated like consecutive pointers during
5756   // vectorization. The pointer operands of interleaved accesses are an
5757   // example.
5758   SmallSetVector<Instruction *, 8> ConsecutiveLikePtrs;
5759
5760   // Holds pointer operands of instructions that are possibly non-uniform.
5761   SmallPtrSet<Instruction *, 8> PossibleNonUniformPtrs;
5762
5763   auto isUniformDecision = [&](Instruction *I, unsigned VF) {
5764     InstWidening WideningDecision = getWideningDecision(I, VF);
5765     assert(WideningDecision != CM_Unknown &&
5766            "Widening decision should be ready at this moment");
5767
5768     return (WideningDecision == CM_Widen ||
5769             WideningDecision == CM_Interleave);
5770   };
5771   // Iterate over the instructions in the loop, and collect all
5772   // consecutive-like pointer operands in ConsecutiveLikePtrs. If it's possible
5773   // that a consecutive-like pointer operand will be scalarized, we collect it
5774   // in PossibleNonUniformPtrs instead. We use two sets here because a single
5775   // getelementptr instruction can be used by both vectorized and scalarized
5776   // memory instructions. For example, if a loop loads and stores from the same
5777   // location, but the store is conditional, the store will be scalarized, and
5778   // the getelementptr won't remain uniform.
5779   for (auto *BB : TheLoop->blocks())
5780     for (auto &I : *BB) {
5781
5782       // If there's no pointer operand, there's nothing to do.
5783       auto *Ptr = dyn_cast_or_null<Instruction>(getPointerOperand(&I));
5784       if (!Ptr)
5785         continue;
5786
5787       // True if all users of Ptr are memory accesses that have Ptr as their
5788       // pointer operand.
5789       auto UsersAreMemAccesses = all_of(Ptr->users(), [&](User *U) -> bool {
5790         return getPointerOperand(U) == Ptr;
5791       });
5792
5793       // Ensure the memory instruction will not be scalarized or used by
5794       // gather/scatter, making its pointer operand non-uniform. If the pointer
5795       // operand is used by any instruction other than a memory access, we
5796       // conservatively assume the pointer operand may be non-uniform.
5797       if (!UsersAreMemAccesses || !isUniformDecision(&I, VF))
5798         PossibleNonUniformPtrs.insert(Ptr);
5799
5800       // If the memory instruction will be vectorized and its pointer operand
5801       // is consecutive-like, or interleaving - the pointer operand should
5802       // remain uniform.
5803       else
5804         ConsecutiveLikePtrs.insert(Ptr);
5805     }
5806
5807   // Add to the Worklist all consecutive and consecutive-like pointers that
5808   // aren't also identified as possibly non-uniform.
5809   for (auto *V : ConsecutiveLikePtrs)
5810     if (!PossibleNonUniformPtrs.count(V)) {
5811       DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *V << "\n");
5812       Worklist.insert(V);
5813     }
5814
5815   // Expand Worklist in topological order: whenever a new instruction
5816   // is added , its users should be either already inside Worklist, or
5817   // out of scope. It ensures a uniform instruction will only be used
5818   // by uniform instructions or out of scope instructions.
5819   unsigned idx = 0;
5820   while (idx != Worklist.size()) {
5821     Instruction *I = Worklist[idx++];
5822
5823     for (auto OV : I->operand_values()) {
5824       if (isOutOfScope(OV))
5825         continue;
5826       auto *OI = cast<Instruction>(OV);
5827       if (all_of(OI->users(), [&](User *U) -> bool {
5828             auto *J = cast<Instruction>(U);
5829             return !TheLoop->contains(J) || Worklist.count(J) ||
5830                    (OI == getPointerOperand(J) && isUniformDecision(J, VF));
5831           })) {
5832         Worklist.insert(OI);
5833         DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *OI << "\n");
5834       }
5835     }
5836   }
5837
5838   // Returns true if Ptr is the pointer operand of a memory access instruction
5839   // I, and I is known to not require scalarization.
5840   auto isVectorizedMemAccessUse = [&](Instruction *I, Value *Ptr) -> bool {
5841     return getPointerOperand(I) == Ptr && isUniformDecision(I, VF);
5842   };
5843
5844   // For an instruction to be added into Worklist above, all its users inside
5845   // the loop should also be in Worklist. However, this condition cannot be
5846   // true for phi nodes that form a cyclic dependence. We must process phi
5847   // nodes separately. An induction variable will remain uniform if all users
5848   // of the induction variable and induction variable update remain uniform.
5849   // The code below handles both pointer and non-pointer induction variables.
5850   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
5851     auto *Ind = Induction.first;
5852     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
5853
5854     // Determine if all users of the induction variable are uniform after
5855     // vectorization.
5856     auto UniformInd = all_of(Ind->users(), [&](User *U) -> bool {
5857       auto *I = cast<Instruction>(U);
5858       return I == IndUpdate || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I) ||
5859              isVectorizedMemAccessUse(I, Ind);
5860     });
5861     if (!UniformInd)
5862       continue;
5863
5864     // Determine if all users of the induction variable update instruction are
5865     // uniform after vectorization.
5866     auto UniformIndUpdate = all_of(IndUpdate->users(), [&](User *U) -> bool {
5867       auto *I = cast<Instruction>(U);
5868       return I == Ind || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I) ||
5869              isVectorizedMemAccessUse(I, IndUpdate);
5870     });
5871     if (!UniformIndUpdate)
5872       continue;
5873
5874     // The induction variable and its update instruction will remain uniform.
5875     Worklist.insert(Ind);
5876     Worklist.insert(IndUpdate);
5877     DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *Ind << "\n");
5878     DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *IndUpdate << "\n");
5879   }
5880
5881   Uniforms[VF].insert(Worklist.begin(), Worklist.end());
5882 }
5883
5884 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeMemory() {
5885   LAI = &(*GetLAA)(*TheLoop);
5886   InterleaveInfo.setLAI(LAI);
5887   const OptimizationRemarkAnalysis *LAR = LAI->getReport();
5888   if (LAR) {
5889     OptimizationRemarkAnalysis VR(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
5890                                   "loop not vectorized: ", *LAR);
5891     ORE->emit(VR);
5892   }
5893   if (!LAI->canVectorizeMemory())
5894     return false;
5895
5896   if (LAI->hasStoreToLoopInvariantAddress()) {
5897     ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeStoreToLoopInvariantAddress")
5898               << "write to a loop invariant address could not be vectorized");
5899     DEBUG(dbgs() << "LV: We don't allow storing to uniform addresses\n");
5900     return false;
5901   }
5902
5903   Requirements->addRuntimePointerChecks(LAI->getNumRuntimePointerChecks());
5904   PSE.addPredicate(LAI->getPSE().getUnionPredicate());
5905
5906   return true;
5907 }
5908
5909 bool LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(const Value *V) {
5910   Value *In0 = const_cast<Value *>(V);
5911   PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(In0);
5912   if (!PN)
5913     return false;
5914
5915   return Inductions.count(PN);
5916 }
5917
5918 bool LoopVectorizationLegality::isFirstOrderRecurrence(const PHINode *Phi) {
5919   return FirstOrderRecurrences.count(Phi);
5920 }
5921
5922 bool LoopVectorizationLegality::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB) {
5923   return LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
5924 }
5925
5926 bool LoopVectorizationLegality::blockCanBePredicated(
5927     BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs) {
5928   const bool IsAnnotatedParallel = TheLoop->isAnnotatedParallel();
5929
5930   for (Instruction &I : *BB) {
5931     // Check that we don't have a constant expression that can trap as operand.
5932     for (Value *Operand : I.operands()) {
5933       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(Operand))
5934         if (C->canTrap())
5935           return false;
5936     }
5937     // We might be able to hoist the load.
5938     if (I.mayReadFromMemory()) {
5939       auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I);
5940       if (!LI)
5941         return false;
5942       if (!SafePtrs.count(LI->getPointerOperand())) {
5943         if (isLegalMaskedLoad(LI->getType(), LI->getPointerOperand()) ||
5944             isLegalMaskedGather(LI->getType())) {
5945           MaskedOp.insert(LI);
5946           continue;
5947         }
5948         // !llvm.mem.parallel_loop_access implies if-conversion safety.
5949         if (IsAnnotatedParallel)
5950           continue;
5951         return false;
5952       }
5953     }
5954
5955     if (I.mayWriteToMemory()) {
5956       auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I);
5957       // We only support predication of stores in basic blocks with one
5958       // predecessor.
5959       if (!SI)
5960         return false;
5961
5962       // Build a masked store if it is legal for the target.
5963       if (isLegalMaskedStore(SI->getValueOperand()->getType(),
5964                              SI->getPointerOperand()) ||
5965           isLegalMaskedScatter(SI->getValueOperand()->getType())) {
5966         MaskedOp.insert(SI);
5967         continue;
5968       }
5969
5970       bool isSafePtr = (SafePtrs.count(SI->getPointerOperand()) != 0);
5971       bool isSinglePredecessor = SI->getParent()->getSinglePredecessor();
5972
5973       if (++NumPredStores > NumberOfStoresToPredicate || !isSafePtr ||
5974           !isSinglePredecessor)
5975         return false;
5976     }
5977     if (I.mayThrow())
5978       return false;
5979   }
5980
5981   return true;
5982 }
5983
5984 void InterleavedAccessInfo::collectConstStrideAccesses(
5985     MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &AccessStrideInfo,
5986     const ValueToValueMap &Strides) {
5987
5988   auto &DL = TheLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
5989
5990   // Since it's desired that the load/store instructions be maintained in
5991   // "program order" for the interleaved access analysis, we have to visit the
5992   // blocks in the loop in reverse postorder (i.e., in a topological order).
5993   // Such an ordering will ensure that any load/store that may be executed
5994   // before a second load/store will precede the second load/store in
5995   // AccessStrideInfo.
5996   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
5997   DFS.perform(LI);
5998   for (BasicBlock *BB : make_range(DFS.beginRPO(), DFS.endRPO()))
5999     for (auto &I : *BB) {
6000       auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I);
6001       auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I);
6002       if (!LI && !SI)
6003         continue;
6004
6005       Value *Ptr = getPointerOperand(&I);
6006       // We don't check wrapping here because we don't know yet if Ptr will be 
6007       // part of a full group or a group with gaps. Checking wrapping for all 
6008       // pointers (even those that end up in groups with no gaps) will be overly
6009       // conservative. For full groups, wrapping should be ok since if we would 
6010       // wrap around the address space we would do a memory access at nullptr
6011       // even without the transformation. The wrapping checks are therefore
6012       // deferred until after we've formed the interleaved groups.
6013       int64_t Stride = getPtrStride(PSE, Ptr, TheLoop, Strides,
6014                                     /*Assume=*/true, /*ShouldCheckWrap=*/false);
6015
6016       const SCEV *Scev = replaceSymbolicStrideSCEV(PSE, Strides, Ptr);
6017       PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(Ptr->getType());
6018       uint64_t Size = DL.getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
6019
6020       // An alignment of 0 means target ABI alignment.
6021       unsigned Align = getMemInstAlignment(&I);
6022       if (!Align)
6023         Align = DL.getABITypeAlignment(PtrTy->getElementType());
6024
6025       AccessStrideInfo[&I] = StrideDescriptor(Stride, Scev, Size, Align);
6026     }
6027 }
6028
6029 // Analyze interleaved accesses and collect them into interleaved load and
6030 // store groups.
6031 //
6032 // When generating code for an interleaved load group, we effectively hoist all
6033 // loads in the group to the location of the first load in program order. When
6034 // generating code for an interleaved store group, we sink all stores to the
6035 // location of the last store. This code motion can change the order of load
6036 // and store instructions and may break dependences.
6037 //
6038 // The code generation strategy mentioned above ensures that we won't violate
6039 // any write-after-read (WAR) dependences.
6040 //
6041 // E.g., for the WAR dependence:  a = A[i];      // (1)
6042 //                                A[i] = b;      // (2)
6043 //
6044 // The store group of (2) is always inserted at or below (2), and the load
6045 // group of (1) is always inserted at or above (1). Thus, the instructions will
6046 // never be reordered. All other dependences are checked to ensure the
6047 // correctness of the instruction reordering.
6048 //
6049 // The algorithm visits all memory accesses in the loop in bottom-up program
6050 // order. Program order is established by traversing the blocks in the loop in
6051 // reverse postorder when collecting the accesses.
6052 //
6053 // We visit the memory accesses in bottom-up order because it can simplify the
6054 // construction of store groups in the presence of write-after-write (WAW)
6055 // dependences.
6056 //
6057 // E.g., for the WAW dependence:  A[i] = a;      // (1)
6058 //                                A[i] = b;      // (2)
6059 //                                A[i + 1] = c;  // (3)
6060 //
6061 // We will first create a store group with (3) and (2). (1) can't be added to
6062 // this group because it and (2) are dependent. However, (1) can be grouped
6063 // with other accesses that may precede it in program order. Note that a
6064 // bottom-up order does not imply that WAW dependences should not be checked.
6065 void InterleavedAccessInfo::analyzeInterleaving(
6066     const ValueToValueMap &Strides) {
6067   DEBUG(dbgs() << "LV: Analyzing interleaved accesses...\n");
6068
6069   // Holds all accesses with a constant stride.
6070   MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> AccessStrideInfo;
6071   collectConstStrideAccesses(AccessStrideInfo, Strides);
6072
6073   if (AccessStrideInfo.empty())
6074     return;
6075
6076   // Collect the dependences in the loop.
6077   collectDependences();
6078
6079   // Holds all interleaved store groups temporarily.
6080   SmallSetVector<InterleaveGroup *, 4> StoreGroups;
6081   // Holds all interleaved load groups temporarily.
6082   SmallSetVector<InterleaveGroup *, 4> LoadGroups;
6083
6084   // Search in bottom-up program order for pairs of accesses (A and B) that can
6085   // form interleaved load or store groups. In the algorithm below, access A
6086   // precedes access B in program order. We initialize a group for B in the
6087   // outer loop of the algorithm, and then in the inner loop, we attempt to
6088   // insert each A into B's group if:
6089   //
6090   //  1. A and B have the same stride,
6091   //  2. A and B have the same memory object size, and
6092   //  3. A belongs in B's group according to its distance from B.
6093   //
6094   // Special care is taken to ensure group formation will not break any
6095   // dependences.
6096   for (auto BI = AccessStrideInfo.rbegin(), E = AccessStrideInfo.rend();
6097        BI != E; ++BI) {
6098     Instruction *B = BI->first;
6099     StrideDescriptor DesB = BI->second;
6100
6101     // Initialize a group for B if it has an allowable stride. Even if we don't
6102     // create a group for B, we continue with the bottom-up algorithm to ensure
6103     // we don't break any of B's dependences.
6104     InterleaveGroup *Group = nullptr;
6105     if (isStrided(DesB.Stride)) {
6106       Group = getInterleaveGroup(B);
6107       if (!Group) {
6108         DEBUG(dbgs() << "LV: Creating an interleave group with:" << *B << '\n');
6109         Group = createInterleaveGroup(B, DesB.Stride, DesB.Align);
6110       }
6111       if (B->mayWriteToMemory())
6112         StoreGroups.insert(Group);
6113       else
6114         LoadGroups.insert(Group);
6115     }
6116
6117     for (auto AI = std::next(BI); AI != E; ++AI) {
6118       Instruction *A = AI->first;
6119       StrideDescriptor DesA = AI->second;
6120
6121       // Our code motion strategy implies that we can't have dependences
6122       // between accesses in an interleaved group and other accesses located
6123       // between the first and last member of the group. Note that this also
6124       // means that a group can't have more than one member at a given offset.
6125       // The accesses in a group can have dependences with other accesses, but
6126       // we must ensure we don't extend the boundaries of the group such that
6127       // we encompass those dependent accesses.
6128       //
6129       // For example, assume we have the sequence of accesses shown below in a
6130       // stride-2 loop:
6131       //
6132       //  (1, 2) is a group | A[i]   = a;  // (1)
6133       //                    | A[i-1] = b;  // (2) |
6134       //                      A[i-3] = c;  // (3)
6135       //                      A[i]   = d;  // (4) | (2, 4) is not a group
6136       //
6137       // Because accesses (2) and (3) are dependent, we can group (2) with (1)
6138       // but not with (4). If we did, the dependent access (3) would be within
6139       // the boundaries of the (2, 4) group.
6140       if (!canReorderMemAccessesForInterleavedGroups(&*AI, &*BI)) {
6141
6142         // If a dependence exists and A is already in a group, we know that A
6143         // must be a store since A precedes B and WAR dependences are allowed.
6144         // Thus, A would be sunk below B. We release A's group to prevent this
6145         // illegal code motion. A will then be free to form another group with
6146         // instructions that precede it.
6147         if (isInterleaved(A)) {
6148           InterleaveGroup *StoreGroup = getInterleaveGroup(A);
6149           StoreGroups.remove(StoreGroup);
6150           releaseGroup(StoreGroup);
6151         }
6152
6153         // If a dependence exists and A is not already in a group (or it was
6154         // and we just released it), B might be hoisted above A (if B is a
6155         // load) or another store might be sunk below A (if B is a store). In
6156         // either case, we can't add additional instructions to B's group. B
6157         // will only form a group with instructions that it precedes.
6158         break;
6159       }
6160
6161       // At this point, we've checked for illegal code motion. If either A or B
6162       // isn't strided, there's nothing left to do.
6163       if (!isStrided(DesA.Stride) || !isStrided(DesB.Stride))
6164         continue;
6165
6166       // Ignore A if it's already in a group or isn't the same kind of memory
6167       // operation as B.
6168       if (isInterleaved(A) || A->mayReadFromMemory() != B->mayReadFromMemory())
6169         continue;
6170
6171       // Check rules 1 and 2. Ignore A if its stride or size is different from
6172       // that of B.
6173       if (DesA.Stride != DesB.Stride || DesA.Size != DesB.Size)
6174         continue;
6175
6176       // Ignore A if the memory object of A and B don't belong to the same
6177       // address space
6178       if (getMemInstAddressSpace(A) != getMemInstAddressSpace(B))
6179         continue;
6180
6181       // Calculate the distance from A to B.
6182       const SCEVConstant *DistToB = dyn_cast<SCEVConstant>(
6183           PSE.getSE()->getMinusSCEV(DesA.Scev, DesB.Scev));
6184       if (!DistToB)
6185         continue;
6186       int64_t DistanceToB = DistToB->getAPInt().getSExtValue();
6187
6188       // Check rule 3. Ignore A if its distance to B is not a multiple of the
6189       // size.
6190       if (DistanceToB % static_cast<int64_t>(DesB.Size))
6191         continue;
6192
6193       // Ignore A if either A or B is in a predicated block. Although we
6194       // currently prevent group formation for predicated accesses, we may be
6195       // able to relax this limitation in the future once we handle more
6196       // complicated blocks.
6197       if (isPredicated(A->getParent()) || isPredicated(B->getParent()))
6198         continue;
6199
6200       // The index of A is the index of B plus A's distance to B in multiples
6201       // of the size.
6202       int IndexA =
6203           Group->getIndex(B) + DistanceToB / static_cast<int64_t>(DesB.Size);
6204
6205       // Try to insert A into B's group.
6206       if (Group->insertMember(A, IndexA, DesA.Align)) {
6207         DEBUG(dbgs() << "LV: Inserted:" << *A << '\n'
6208                      << "    into the interleave group with" << *B << '\n');
6209         InterleaveGroupMap[A] = Group;
6210
6211         // Set the first load in program order as the insert position.
6212         if (A->mayReadFromMemory())
6213           Group->setInsertPos(A);
6214       }
6215     } // Iteration over A accesses.
6216   } // Iteration over B accesses.
6217
6218   // Remove interleaved store groups with gaps.
6219   for (InterleaveGroup *Group : StoreGroups)
6220     if (Group->getNumMembers() != Group->getFactor())
6221       releaseGroup(Group);
6222
6223   // Remove interleaved groups with gaps (currently only loads) whose memory
6224   // accesses may wrap around. We have to revisit the getPtrStride analysis,
6225   // this time with ShouldCheckWrap=true, since collectConstStrideAccesses does
6226   // not check wrapping (see documentation there).
6227   // FORNOW we use Assume=false;
6228   // TODO: Change to Assume=true but making sure we don't exceed the threshold
6229   // of runtime SCEV assumptions checks (thereby potentially failing to
6230   // vectorize altogether).
6231   // Additional optional optimizations:
6232   // TODO: If we are peeling the loop and we know that the first pointer doesn't
6233   // wrap then we can deduce that all pointers in the group don't wrap.
6234   // This means that we can forcefully peel the loop in order to only have to
6235   // check the first pointer for no-wrap. When we'll change to use Assume=true
6236   // we'll only need at most one runtime check per interleaved group.
6237   //
6238   for (InterleaveGroup *Group : LoadGroups) {
6239
6240     // Case 1: A full group. Can Skip the checks; For full groups, if the wide
6241     // load would wrap around the address space we would do a memory access at
6242     // nullptr even without the transformation.
6243     if (Group->getNumMembers() == Group->getFactor())
6244       continue;
6245
6246     // Case 2: If first and last members of the group don't wrap this implies
6247     // that all the pointers in the group don't wrap.
6248     // So we check only group member 0 (which is always guaranteed to exist),
6249     // and group member Factor - 1; If the latter doesn't exist we rely on
6250     // peeling (if it is a non-reveresed accsess -- see Case 3).
6251     Value *FirstMemberPtr = getPointerOperand(Group->getMember(0));
6252     if (!getPtrStride(PSE, FirstMemberPtr, TheLoop, Strides, /*Assume=*/false,
6253                       /*ShouldCheckWrap=*/true)) {
6254       DEBUG(dbgs() << "LV: Invalidate candidate interleaved group due to "
6255                       "first group member potentially pointer-wrapping.\n");
6256       releaseGroup(Group);
6257       continue;
6258     }
6259     Instruction *LastMember = Group->getMember(Group->getFactor() - 1);
6260     if (LastMember) {
6261       Value *LastMemberPtr = getPointerOperand(LastMember);
6262       if (!getPtrStride(PSE, LastMemberPtr, TheLoop, Strides, /*Assume=*/false, 
6263                         /*ShouldCheckWrap=*/true)) {
6264         DEBUG(dbgs() << "LV: Invalidate candidate interleaved group due to "
6265                         "last group member potentially pointer-wrapping.\n");
6266         releaseGroup(Group);
6267       }
6268     } else {
6269       // Case 3: A non-reversed interleaved load group with gaps: We need
6270       // to execute at least one scalar epilogue iteration. This will ensure 
6271       // we don't speculatively access memory out-of-bounds. We only need
6272       // to look for a member at index factor - 1, since every group must have 
6273       // a member at index zero.
6274       if (Group->isReverse()) {
6275         releaseGroup(Group);
6276         continue;
6277       }
6278       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaved group requires epilogue iteration.\n");
6279       RequiresScalarEpilogue = true;
6280     }
6281   }
6282 }
6283
6284 Optional<unsigned> LoopVectorizationCostModel::computeMaxVF(bool OptForSize) {
6285   if (!EnableCondStoresVectorization && Legal->getNumPredStores()) {
6286     ORE->emit(createMissedAnalysis("ConditionalStore")
6287               << "store that is conditionally executed prevents vectorization");
6288     DEBUG(dbgs() << "LV: No vectorization. There are conditional stores.\n");
6289     return None;
6290   }
6291
6292   if (!OptForSize) // Remaining checks deal with scalar loop when OptForSize.
6293     return computeFeasibleMaxVF(OptForSize);
6294
6295   if (Legal->getRuntimePointerChecking()->Need) {
6296     ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVersionLoopWithOptForSize")
6297               << "runtime pointer checks needed. Enable vectorization of this "
6298                  "loop with '#pragma clang loop vectorize(enable)' when "
6299                  "compiling with -Os/-Oz");
6300     DEBUG(dbgs()
6301           << "LV: Aborting. Runtime ptr check is required with -Os/-Oz.\n");
6302     return None;
6303   }
6304
6305   // If we optimize the program for size, avoid creating the tail loop.
6306   unsigned TC = PSE.getSE()->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
6307   DEBUG(dbgs() << "LV: Found trip count: " << TC << '\n');
6308
6309   // If we don't know the precise trip count, don't try to vectorize.
6310   if (TC < 2) {
6311     ORE->emit(
6312         createMissedAnalysis("UnknownLoopCountComplexCFG")
6313         << "unable to calculate the loop count due to complex control flow");
6314     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required with -Os/-Oz.\n");
6315     return None;
6316   }
6317
6318   unsigned MaxVF = computeFeasibleMaxVF(OptForSize);
6319
6320   if (TC % MaxVF != 0) {
6321     // If the trip count that we found modulo the vectorization factor is not
6322     // zero then we require a tail.
6323     // FIXME: look for a smaller MaxVF that does divide TC rather than give up.
6324     // FIXME: return None if loop requiresScalarEpilog(<MaxVF>), or look for a
6325     //        smaller MaxVF that does not require a scalar epilog.
6326
6327     ORE->emit(createMissedAnalysis("NoTailLoopWithOptForSize")
6328               << "cannot optimize for size and vectorize at the "
6329                  "same time. Enable vectorization of this loop "
6330                  "with '#pragma clang loop vectorize(enable)' "
6331                  "when compiling with -Os/-Oz");
6332     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required with -Os/-Oz.\n");
6333     return None;
6334   }
6335
6336   return MaxVF;
6337 }
6338
6339 unsigned LoopVectorizationCostModel::computeFeasibleMaxVF(bool OptForSize) {
6340   MinBWs = computeMinimumValueSizes(TheLoop->getBlocks(), *DB, &TTI);
6341   unsigned SmallestType, WidestType;
6342   std::tie(SmallestType, WidestType) = getSmallestAndWidestTypes();
6343   unsigned WidestRegister = TTI.getRegisterBitWidth(true);
6344   unsigned MaxSafeDepDist = -1U;
6345
6346   // Get the maximum safe dependence distance in bits computed by LAA. If the
6347   // loop contains any interleaved accesses, we divide the dependence distance
6348   // by the maximum interleave factor of all interleaved groups. Note that
6349   // although the division ensures correctness, this is a fairly conservative
6350   // computation because the maximum distance computed by LAA may not involve
6351   // any of the interleaved accesses.
6352   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
6353     MaxSafeDepDist =
6354         Legal->getMaxSafeDepDistBytes() * 8 / Legal->getMaxInterleaveFactor();
6355
6356   WidestRegister =
6357       ((WidestRegister < MaxSafeDepDist) ? WidestRegister : MaxSafeDepDist);
6358   unsigned MaxVectorSize = WidestRegister / WidestType;
6359
6360   DEBUG(dbgs() << "LV: The Smallest and Widest types: " << SmallestType << " / "
6361                << WidestType << " bits.\n");
6362   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest register is: " << WidestRegister
6363                << " bits.\n");
6364
6365   if (MaxVectorSize == 0) {
6366     DEBUG(dbgs() << "LV: The target has no vector registers.\n");
6367     MaxVectorSize = 1;
6368   }
6369
6370   assert(MaxVectorSize <= 64 && "Did not expect to pack so many elements"
6371                                 " into one vector!");
6372
6373   unsigned MaxVF = MaxVectorSize;
6374   if (MaximizeBandwidth && !OptForSize) {
6375     // Collect all viable vectorization factors.
6376     SmallVector<unsigned, 8> VFs;
6377     unsigned NewMaxVectorSize = WidestRegister / SmallestType;
6378     for (unsigned VS = MaxVectorSize; VS <= NewMaxVectorSize; VS *= 2)
6379       VFs.push_back(VS);
6380
6381     // For each VF calculate its register usage.
6382     auto RUs = calculateRegisterUsage(VFs);
6383
6384     // Select the largest VF which doesn't require more registers than existing
6385     // ones.
6386     unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(true);
6387     for (int i = RUs.size() - 1; i >= 0; --i) {
6388       if (RUs[i].MaxLocalUsers <= TargetNumRegisters) {
6389         MaxVF = VFs[i];
6390         break;
6391       }
6392     }
6393   }
6394   return MaxVF;
6395 }
6396
6397 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
6398 LoopVectorizationCostModel::selectVectorizationFactor(unsigned MaxVF) {
6399   float Cost = expectedCost(1).first;
6400 #ifndef NDEBUG
6401   const float ScalarCost = Cost;
6402 #endif /* NDEBUG */
6403   unsigned Width = 1;
6404   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalar loop costs: " << (int)ScalarCost << ".\n");
6405
6406   bool ForceVectorization = Hints->getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled;
6407   // Ignore scalar width, because the user explicitly wants vectorization.
6408   if (ForceVectorization && MaxVF > 1) {
6409     Width = 2;
6410     Cost = expectedCost(Width).first / (float)Width;
6411   }
6412
6413   for (unsigned i = 2; i <= MaxVF; i *= 2) {
6414     // Notice that the vector loop needs to be executed less times, so
6415     // we need to divide the cost of the vector loops by the width of
6416     // the vector elements.
6417     VectorizationCostTy C = expectedCost(i);
6418     float VectorCost = C.first / (float)i;
6419     DEBUG(dbgs() << "LV: Vector loop of width " << i
6420                  << " costs: " << (int)VectorCost << ".\n");
6421     if (!C.second && !ForceVectorization) {
6422       DEBUG(
6423           dbgs() << "LV: Not considering vector loop of width " << i
6424                  << " because it will not generate any vector instructions.\n");
6425       continue;
6426     }
6427     if (VectorCost < Cost) {
6428       Cost = VectorCost;
6429       Width = i;
6430     }
6431   }
6432
6433   DEBUG(if (ForceVectorization && Width > 1 && Cost >= ScalarCost) dbgs()
6434         << "LV: Vectorization seems to be not beneficial, "
6435         << "but was forced by a user.\n");
6436   DEBUG(dbgs() << "LV: Selecting VF: " << Width << ".\n");
6437   VectorizationFactor Factor = {Width, (unsigned)(Width * Cost)};
6438   return Factor;
6439 }
6440
6441 std::pair<unsigned, unsigned>
6442 LoopVectorizationCostModel::getSmallestAndWidestTypes() {
6443   unsigned MinWidth = -1U;
6444   unsigned MaxWidth = 8;
6445   const DataLayout &DL = TheFunction->getParent()->getDataLayout();
6446
6447   // For each block.
6448   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
6449     // For each instruction in the loop.
6450     for (Instruction &I : *BB) {
6451       Type *T = I.getType();
6452
6453       // Skip ignored values.
6454       if (ValuesToIgnore.count(&I))
6455         continue;
6456
6457       // Only examine Loads, Stores and PHINodes.
6458       if (!isa<LoadInst>(I) && !isa<StoreInst>(I) && !isa<PHINode>(I))
6459         continue;
6460
6461       // Examine PHI nodes that are reduction variables. Update the type to
6462       // account for the recurrence type.
6463       if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
6464         if (!Legal->isReductionVariable(PN))
6465           continue;
6466         RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[PN];
6467         T = RdxDesc.getRecurrenceType();
6468       }
6469
6470       // Examine the stored values.
6471       if (auto *ST = dyn_cast<StoreInst>(&I))
6472         T = ST->getValueOperand()->getType();
6473
6474       // Ignore loaded pointer types and stored pointer types that are not
6475       // vectorizable.
6476       //
6477       // FIXME: The check here attempts to predict whether a load or store will
6478       //        be vectorized. We only know this for certain after a VF has
6479       //        been selected. Here, we assume that if an access can be
6480       //        vectorized, it will be. We should also look at extending this
6481       //        optimization to non-pointer types.
6482       //
6483       if (T->isPointerTy() && !isConsecutiveLoadOrStore(&I) &&
6484           !Legal->isAccessInterleaved(&I) && !Legal->isLegalGatherOrScatter(&I))
6485         continue;
6486
6487       MinWidth = std::min(MinWidth,
6488                           (unsigned)DL.getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
6489       MaxWidth = std::max(MaxWidth,
6490                           (unsigned)DL.getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
6491     }
6492   }
6493
6494   return {MinWidth, MaxWidth};
6495 }
6496
6497 unsigned LoopVectorizationCostModel::selectInterleaveCount(bool OptForSize,
6498                                                            unsigned VF,
6499                                                            unsigned LoopCost) {
6500
6501   // -- The interleave heuristics --
6502   // We interleave the loop in order to expose ILP and reduce the loop overhead.
6503   // There are many micro-architectural considerations that we can't predict
6504   // at this level. For example, frontend pressure (on decode or fetch) due to
6505   // code size, or the number and capabilities of the execution ports.
6506   //
6507   // We use the following heuristics to select the interleave count:
6508   // 1. If the code has reductions, then we interleave to break the cross
6509   // iteration dependency.
6510   // 2. If the loop is really small, then we interleave to reduce the loop
6511   // overhead.
6512   // 3. We don't interleave if we think that we will spill registers to memory
6513   // due to the increased register pressure.
6514
6515   // When we optimize for size, we don't interleave.
6516   if (OptForSize)
6517     return 1;
6518
6519   // We used the distance for the interleave count.
6520   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
6521     return 1;
6522
6523   // Do not interleave loops with a relatively small trip count.
6524   unsigned TC = PSE.getSE()->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
6525   if (TC > 1 && TC < TinyTripCountInterleaveThreshold)
6526     return 1;
6527
6528   unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(VF > 1);
6529   DEBUG(dbgs() << "LV: The target has " << TargetNumRegisters
6530                << " registers\n");
6531
6532   if (VF == 1) {
6533     if (ForceTargetNumScalarRegs.getNumOccurrences() > 0)
6534       TargetNumRegisters = ForceTargetNumScalarRegs;
6535   } else {
6536     if (ForceTargetNumVectorRegs.getNumOccurrences() > 0)
6537       TargetNumRegisters = ForceTargetNumVectorRegs;
6538   }
6539
6540   RegisterUsage R = calculateRegisterUsage({VF})[0];
6541   // We divide by these constants so assume that we have at least one
6542   // instruction that uses at least one register.
6543   R.MaxLocalUsers = std::max(R.MaxLocalUsers, 1U);
6544   R.NumInstructions = std::max(R.NumInstructions, 1U);
6545
6546   // We calculate the interleave count using the following formula.
6547   // Subtract the number of loop invariants from the number of available
6548   // registers. These registers are used by all of the interleaved instances.
6549   // Next, divide the remaining registers by the number of registers that is
6550   // required by the loop, in order to estimate how many parallel instances
6551   // fit without causing spills. All of this is rounded down if necessary to be
6552   // a power of two. We want power of two interleave count to simplify any
6553   // addressing operations or alignment considerations.
6554   unsigned IC = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs) /
6555                               R.MaxLocalUsers);
6556
6557   // Don't count the induction variable as interleaved.
6558   if (EnableIndVarRegisterHeur)
6559     IC = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs - 1) /
6560                        std::max(1U, (R.MaxLocalUsers - 1)));
6561
6562   // Clamp the interleave ranges to reasonable counts.
6563   unsigned MaxInterleaveCount = TTI.getMaxInterleaveFactor(VF);
6564
6565   // Check if the user has overridden the max.
6566   if (VF == 1) {
6567     if (ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
6568       MaxInterleaveCount = ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor;
6569   } else {
6570     if (ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
6571       MaxInterleaveCount = ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor;
6572   }
6573
6574   // If we did not calculate the cost for VF (because the user selected the VF)
6575   // then we calculate the cost of VF here.
6576   if (LoopCost == 0)
6577     LoopCost = expectedCost(VF).first;
6578
6579   // Clamp the calculated IC to be between the 1 and the max interleave count
6580   // that the target allows.
6581   if (IC > MaxInterleaveCount)
6582     IC = MaxInterleaveCount;
6583   else if (IC < 1)
6584     IC = 1;
6585
6586   // Interleave if we vectorized this loop and there is a reduction that could
6587   // benefit from interleaving.
6588   if (VF > 1 && Legal->getReductionVars()->size()) {
6589     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving because of reductions.\n");
6590     return IC;
6591   }
6592
6593   // Note that if we've already vectorized the loop we will have done the
6594   // runtime check and so interleaving won't require further checks.
6595   bool InterleavingRequiresRuntimePointerCheck =
6596       (VF == 1 && Legal->getRuntimePointerChecking()->Need);
6597
6598   // We want to interleave small loops in order to reduce the loop overhead and
6599   // potentially expose ILP opportunities.
6600   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop cost is " << LoopCost << '\n');
6601   if (!InterleavingRequiresRuntimePointerCheck && LoopCost < SmallLoopCost) {
6602     // We assume that the cost overhead is 1 and we use the cost model
6603     // to estimate the cost of the loop and interleave until the cost of the
6604     // loop overhead is about 5% of the cost of the loop.
6605     unsigned SmallIC =
6606         std::min(IC, (unsigned)PowerOf2Floor(SmallLoopCost / LoopCost));
6607
6608     // Interleave until store/load ports (estimated by max interleave count) are
6609     // saturated.
6610     unsigned NumStores = Legal->getNumStores();
6611     unsigned NumLoads = Legal->getNumLoads();
6612     unsigned StoresIC = IC / (NumStores ? NumStores : 1);
6613     unsigned LoadsIC = IC / (NumLoads ? NumLoads : 1);
6614
6615     // If we have a scalar reduction (vector reductions are already dealt with
6616     // by this point), we can increase the critical path length if the loop
6617     // we're interleaving is inside another loop. Limit, by default to 2, so the
6618     // critical path only gets increased by one reduction operation.
6619     if (Legal->getReductionVars()->size() && TheLoop->getLoopDepth() > 1) {
6620       unsigned F = static_cast<unsigned>(MaxNestedScalarReductionIC);
6621       SmallIC = std::min(SmallIC, F);
6622       StoresIC = std::min(StoresIC, F);
6623       LoadsIC = std::min(LoadsIC, F);
6624     }
6625
6626     if (EnableLoadStoreRuntimeInterleave &&
6627         std::max(StoresIC, LoadsIC) > SmallIC) {
6628       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to saturate store or load ports.\n");
6629       return std::max(StoresIC, LoadsIC);
6630     }
6631
6632     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to reduce branch cost.\n");
6633     return SmallIC;
6634   }
6635
6636   // Interleave if this is a large loop (small loops are already dealt with by
6637   // this point) that could benefit from interleaving.
6638   bool HasReductions = (Legal->getReductionVars()->size() > 0);
6639   if (TTI.enableAggressiveInterleaving(HasReductions)) {
6640     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to expose ILP.\n");
6641     return IC;
6642   }
6643
6644   DEBUG(dbgs() << "LV: Not Interleaving.\n");
6645   return 1;
6646 }
6647
6648 SmallVector<LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage, 8>
6649 LoopVectorizationCostModel::calculateRegisterUsage(ArrayRef<unsigned> VFs) {
6650   // This function calculates the register usage by measuring the highest number
6651   // of values that are alive at a single location. Obviously, this is a very
6652   // rough estimation. We scan the loop in a topological order in order and
6653   // assign a number to each instruction. We use RPO to ensure that defs are
6654   // met before their users. We assume that each instruction that has in-loop
6655   // users starts an interval. We record every time that an in-loop value is
6656   // used, so we have a list of the first and last occurrences of each
6657   // instruction. Next, we transpose this data structure into a multi map that
6658   // holds the list of intervals that *end* at a specific location. This multi
6659   // map allows us to perform a linear search. We scan the instructions linearly
6660   // and record each time that a new interval starts, by placing it in a set.
6661   // If we find this value in the multi-map then we remove it from the set.
6662   // The max register usage is the maximum size of the set.
6663   // We also search for instructions that are defined outside the loop, but are
6664   // used inside the loop. We need this number separately from the max-interval
6665   // usage number because when we unroll, loop-invariant values do not take
6666   // more register.
6667   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
6668   DFS.perform(LI);
6669
6670   RegisterUsage RU;
6671   RU.NumInstructions = 0;
6672
6673   // Each 'key' in the map opens a new interval. The values
6674   // of the map are the index of the 'last seen' usage of the
6675   // instruction that is the key.
6676   typedef DenseMap<Instruction *, unsigned> IntervalMap;
6677   // Maps instruction to its index.
6678   DenseMap<unsigned, Instruction *> IdxToInstr;
6679   // Marks the end of each interval.
6680   IntervalMap EndPoint;
6681   // Saves the list of instruction indices that are used in the loop.
6682   SmallSet<Instruction *, 8> Ends;
6683   // Saves the list of values that are used in the loop but are
6684   // defined outside the loop, such as arguments and constants.
6685   SmallPtrSet<Value *, 8> LoopInvariants;
6686
6687   unsigned Index = 0;
6688   for (BasicBlock *BB : make_range(DFS.beginRPO(), DFS.endRPO())) {
6689     RU.NumInstructions += BB->size();
6690     for (Instruction &I : *BB) {
6691       IdxToInstr[Index++] = &I;
6692
6693       // Save the end location of each USE.
6694       for (Value *U : I.operands()) {
6695         auto *Instr = dyn_cast<Instruction>(U);
6696
6697         // Ignore non-instruction values such as arguments, constants, etc.
6698         if (!Instr)
6699           continue;
6700
6701         // If this instruction is outside the loop then record it and continue.
6702         if (!TheLoop->contains(Instr)) {
6703           LoopInvariants.insert(Instr);
6704           continue;
6705         }
6706
6707         // Overwrite previous end points.
6708         EndPoint[Instr] = Index;
6709         Ends.insert(Instr);
6710       }
6711     }
6712   }
6713
6714   // Saves the list of intervals that end with the index in 'key'.
6715   typedef SmallVector<Instruction *, 2> InstrList;
6716   DenseMap<unsigned, InstrList> TransposeEnds;
6717
6718   // Transpose the EndPoints to a list of values that end at each index.
6719   for (auto &Interval : EndPoint)
6720     TransposeEnds[Interval.second].push_back(Interval.first);
6721
6722   SmallSet<Instruction *, 8> OpenIntervals;
6723
6724   // Get the size of the widest register.
6725   unsigned MaxSafeDepDist = -1U;
6726   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
6727     MaxSafeDepDist = Legal->getMaxSafeDepDistBytes() * 8;
6728   unsigned WidestRegister =
6729       std::min(TTI.getRegisterBitWidth(true), MaxSafeDepDist);
6730   const DataLayout &DL = TheFunction->getParent()->getDataLayout();
6731
6732   SmallVector<RegisterUsage, 8> RUs(VFs.size());
6733   SmallVector<unsigned, 8> MaxUsages(VFs.size(), 0);
6734
6735   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Calculating max register usage:\n");
6736
6737   // A lambda that gets the register usage for the given type and VF.
6738   auto GetRegUsage = [&DL, WidestRegister](Type *Ty, unsigned VF) {
6739     if (Ty->isTokenTy())
6740       return 0U;
6741     unsigned TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
6742     return std::max<unsigned>(1, VF * TypeSize / WidestRegister);
6743   };
6744
6745   for (unsigned int i = 0; i < Index; ++i) {
6746     Instruction *I = IdxToInstr[i];
6747
6748     // Remove all of the instructions that end at this location.
6749     InstrList &List = TransposeEnds[i];
6750     for (Instruction *ToRemove : List)
6751       OpenIntervals.erase(ToRemove);
6752
6753     // Ignore instructions that are never used within the loop.
6754     if (!Ends.count(I))
6755       continue;
6756
6757     // Skip ignored values.
6758     if (ValuesToIgnore.count(I))
6759       continue;
6760
6761     // For each VF find the maximum usage of registers.
6762     for (unsigned j = 0, e = VFs.size(); j < e; ++j) {
6763       if (VFs[j] == 1) {
6764         MaxUsages[j] = std::max(MaxUsages[j], OpenIntervals.size());
6765         continue;
6766       }
6767       collectUniformsAndScalars(VFs[j]);
6768       // Count the number of live intervals.
6769       unsigned RegUsage = 0;
6770       for (auto Inst : OpenIntervals) {
6771         // Skip ignored values for VF > 1.
6772         if (VecValuesToIgnore.count(Inst) ||
6773             isScalarAfterVectorization(Inst, VFs[j]))
6774           continue;
6775         RegUsage += GetRegUsage(Inst->getType(), VFs[j]);
6776       }
6777       MaxUsages[j] = std::max(MaxUsages[j], RegUsage);
6778     }
6779
6780     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): At #" << i << " Interval # "
6781                  << OpenIntervals.size() << '\n');
6782
6783     // Add the current instruction to the list of open intervals.
6784     OpenIntervals.insert(I);
6785   }
6786
6787   for (unsigned i = 0, e = VFs.size(); i < e; ++i) {
6788     unsigned Invariant = 0;
6789     if (VFs[i] == 1)
6790       Invariant = LoopInvariants.size();
6791     else {
6792       for (auto Inst : LoopInvariants)
6793         Invariant += GetRegUsage(Inst->getType(), VFs[i]);
6794     }
6795
6796     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): VF = " << VFs[i] << '\n');
6797     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found max usage: " << MaxUsages[i] << '\n');
6798     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found invariant usage: " << Invariant << '\n');
6799     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): LoopSize: " << RU.NumInstructions << '\n');
6800
6801     RU.LoopInvariantRegs = Invariant;
6802     RU.MaxLocalUsers = MaxUsages[i];
6803     RUs[i] = RU;
6804   }
6805
6806   return RUs;
6807 }
6808
6809 void LoopVectorizationCostModel::collectInstsToScalarize(unsigned VF) {
6810
6811   // If we aren't vectorizing the loop, or if we've already collected the
6812   // instructions to scalarize, there's nothing to do. Collection may already
6813   // have occurred if we have a user-selected VF and are now computing the
6814   // expected cost for interleaving.
6815   if (VF < 2 || InstsToScalarize.count(VF))
6816     return;
6817
6818   // Initialize a mapping for VF in InstsToScalalarize. If we find that it's
6819   // not profitable to scalarize any instructions, the presence of VF in the
6820   // map will indicate that we've analyzed it already.
6821   ScalarCostsTy &ScalarCostsVF = InstsToScalarize[VF];
6822
6823   // Find all the instructions that are scalar with predication in the loop and
6824   // determine if it would be better to not if-convert the blocks they are in.
6825   // If so, we also record the instructions to scalarize.
6826   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
6827     if (!Legal->blockNeedsPredication(BB))
6828       continue;
6829     for (Instruction &I : *BB)
6830       if (Legal->isScalarWithPredication(&I)) {
6831         ScalarCostsTy ScalarCosts;
6832         if (computePredInstDiscount(&I, ScalarCosts, VF) >= 0)
6833           ScalarCostsVF.insert(ScalarCosts.begin(), ScalarCosts.end());
6834
6835         // Remember that BB will remain after vectorization.
6836         PredicatedBBsAfterVectorization.insert(BB);
6837       }
6838   }
6839 }
6840
6841 int LoopVectorizationCostModel::computePredInstDiscount(
6842     Instruction *PredInst, DenseMap<Instruction *, unsigned> &ScalarCosts,
6843     unsigned VF) {
6844
6845   assert(!isUniformAfterVectorization(PredInst, VF) &&
6846          "Instruction marked uniform-after-vectorization will be predicated");
6847
6848   // Initialize the discount to zero, meaning that the scalar version and the
6849   // vector version cost the same.
6850   int Discount = 0;
6851
6852   // Holds instructions to analyze. The instructions we visit are mapped in
6853   // ScalarCosts. Those instructions are the ones that would be scalarized if
6854   // we find that the scalar version costs less.
6855   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
6856
6857   // Returns true if the given instruction can be scalarized.
6858   auto canBeScalarized = [&](Instruction *I) -> bool {
6859
6860     // We only attempt to scalarize instructions forming a single-use chain
6861     // from the original predicated block that would otherwise be vectorized.
6862     // Although not strictly necessary, we give up on instructions we know will
6863     // already be scalar to avoid traversing chains that are unlikely to be
6864     // beneficial.
6865     if (!I->hasOneUse() || PredInst->getParent() != I->getParent() ||
6866         isScalarAfterVectorization(I, VF))
6867       return false;
6868
6869     // If the instruction is scalar with predication, it will be analyzed
6870     // separately. We ignore it within the context of PredInst.
6871     if (Legal->isScalarWithPredication(I))
6872       return false;
6873
6874     // If any of the instruction's operands are uniform after vectorization,
6875     // the instruction cannot be scalarized. This prevents, for example, a
6876     // masked load from being scalarized.
6877     //
6878     // We assume we will only emit a value for lane zero of an instruction
6879     // marked uniform after vectorization, rather than VF identical values.
6880     // Thus, if we scalarize an instruction that uses a uniform, we would
6881     // create uses of values corresponding to the lanes we aren't emitting code
6882     // for. This behavior can be changed by allowing getScalarValue to clone
6883     // the lane zero values for uniforms rather than asserting.
6884     for (Use &U : I->operands())
6885       if (auto *J = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
6886         if (isUniformAfterVectorization(J, VF))
6887           return false;
6888
6889     // Otherwise, we can scalarize the instruction.
6890     return true;
6891   };
6892
6893   // Returns true if an operand that cannot be scalarized must be extracted
6894   // from a vector. We will account for this scalarization overhead below. Note
6895   // that the non-void predicated instructions are placed in their own blocks,
6896   // and their return values are inserted into vectors. Thus, an extract would
6897   // still be required.
6898   auto needsExtract = [&](Instruction *I) -> bool {
6899     return TheLoop->contains(I) && !isScalarAfterVectorization(I, VF);
6900   };
6901
6902   // Compute the expected cost discount from scalarizing the entire expression
6903   // feeding the predicated instruction. We currently only consider expressions
6904   // that are single-use instruction chains.
6905   Worklist.push_back(PredInst);
6906   while (!Worklist.empty()) {
6907     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
6908
6909     // If we've already analyzed the instruction, there's nothing to do.
6910     if (ScalarCosts.count(I))
6911       continue;
6912
6913     // Compute the cost of the vector instruction. Note that this cost already
6914     // includes the scalarization overhead of the predicated instruction.
6915     unsigned VectorCost = getInstructionCost(I, VF).first;
6916
6917     // Compute the cost of the scalarized instruction. This cost is the cost of
6918     // the instruction as if it wasn't if-converted and instead remained in the
6919     // predicated block. We will scale this cost by block probability after
6920     // computing the scalarization overhead.
6921     unsigned ScalarCost = VF * getInstructionCost(I, 1).first;
6922
6923     // Compute the scalarization overhead of needed insertelement instructions
6924     // and phi nodes.
6925     if (Legal->isScalarWithPredication(I) && !I->getType()->isVoidTy()) {
6926       ScalarCost += TTI.getScalarizationOverhead(ToVectorTy(I->getType(), VF),
6927                                                  true, false);
6928       ScalarCost += VF * TTI.getCFInstrCost(Instruction::PHI);
6929     }
6930
6931     // Compute the scalarization overhead of needed extractelement
6932     // instructions. For each of the instruction's operands, if the operand can
6933     // be scalarized, add it to the worklist; otherwise, account for the
6934     // overhead.
6935     for (Use &U : I->operands())
6936       if (auto *J = dyn_cast<Instruction>(U.get())) {
6937         assert(VectorType::isValidElementType(J->getType()) &&
6938                "Instruction has non-scalar type");
6939         if (canBeScalarized(J))
6940           Worklist.push_back(J);
6941         else if (needsExtract(J))
6942           ScalarCost += TTI.getScalarizationOverhead(
6943                               ToVectorTy(J->getType(),VF), false, true);
6944       }
6945
6946     // Scale the total scalar cost by block probability.
6947     ScalarCost /= getReciprocalPredBlockProb();
6948
6949     // Compute the discount. A non-negative discount means the vector version
6950     // of the instruction costs more, and scalarizing would be beneficial.
6951     Discount += VectorCost - ScalarCost;
6952     ScalarCosts[I] = ScalarCost;
6953   }
6954
6955   return Discount;
6956 }
6957
6958 LoopVectorizationCostModel::VectorizationCostTy
6959 LoopVectorizationCostModel::expectedCost(unsigned VF) {
6960   VectorizationCostTy Cost;
6961
6962   // Collect Uniform and Scalar instructions after vectorization with VF.
6963   collectUniformsAndScalars(VF);
6964
6965   // Collect the instructions (and their associated costs) that will be more
6966   // profitable to scalarize.
6967   collectInstsToScalarize(VF);
6968
6969   // For each block.
6970   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
6971     VectorizationCostTy BlockCost;
6972
6973     // For each instruction in the old loop.
6974     for (Instruction &I : *BB) {
6975       // Skip dbg intrinsics.
6976       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
6977         continue;
6978
6979       // Skip ignored values.
6980       if (ValuesToIgnore.count(&I))
6981         continue;
6982
6983       VectorizationCostTy C = getInstructionCost(&I, VF);
6984
6985       // Check if we should override the cost.
6986       if (ForceTargetInstructionCost.getNumOccurrences() > 0)
6987         C.first = ForceTargetInstructionCost;
6988
6989       BlockCost.first += C.first;
6990       BlockCost.second |= C.second;
6991       DEBUG(dbgs() << "LV: Found an estimated cost of " << C.first << " for VF "
6992                    << VF << " For instruction: " << I << '\n');
6993     }
6994
6995     // If we are vectorizing a predicated block, it will have been
6996     // if-converted. This means that the block's instructions (aside from
6997     // stores and instructions that may divide by zero) will now be
6998     // unconditionally executed. For the scalar case, we may not always execute
6999     // the predicated block. Thus, scale the block's cost by the probability of
7000     // executing it.
7001     if (VF == 1 && Legal->blockNeedsPredication(BB))
7002       BlockCost.first /= getReciprocalPredBlockProb();
7003
7004     Cost.first += BlockCost.first;
7005     Cost.second |= BlockCost.second;
7006   }
7007
7008   return Cost;
7009 }
7010
7011 /// \brief Gets Address Access SCEV after verifying that the access pattern
7012 /// is loop invariant except the induction variable dependence.
7013 ///
7014 /// This SCEV can be sent to the Target in order to estimate the address
7015 /// calculation cost.
7016 static const SCEV *getAddressAccessSCEV(
7017               Value *Ptr,
7018               LoopVectorizationLegality *Legal,
7019               ScalarEvolution *SE,
7020               const Loop *TheLoop) {
7021   auto *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
7022   if (!Gep)
7023     return nullptr;
7024
7025   // We are looking for a gep with all loop invariant indices except for one
7026   // which should be an induction variable.
7027   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
7028   for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i) {
7029     Value *Opd = Gep->getOperand(i);
7030     if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Opd), TheLoop) &&
7031         !Legal->isInductionVariable(Opd))
7032       return nullptr;
7033   }
7034
7035   // Now we know we have a GEP ptr, %inv, %ind, %inv. return the Ptr SCEV.
7036   return SE->getSCEV(Ptr);
7037 }
7038
7039 static bool isStrideMul(Instruction *I, LoopVectorizationLegality *Legal) {
7040   return Legal->hasStride(I->getOperand(0)) ||
7041          Legal->hasStride(I->getOperand(1));
7042 }
7043
7044 unsigned LoopVectorizationCostModel::getMemInstScalarizationCost(Instruction *I,
7045                                                                  unsigned VF) {
7046   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7047   auto SE = PSE.getSE();
7048
7049   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7050   unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7051   Value *Ptr = getPointerOperand(I);
7052   Type *PtrTy = ToVectorTy(Ptr->getType(), VF);
7053
7054   // Figure out whether the access is strided and get the stride value
7055   // if it's known in compile time
7056   const SCEV *PtrSCEV = getAddressAccessSCEV(Ptr, Legal, SE, TheLoop);
7057
7058   // Get the cost of the scalar memory instruction and address computation.
7059   unsigned Cost = VF * TTI.getAddressComputationCost(PtrTy, SE, PtrSCEV);
7060
7061   Cost += VF *
7062           TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy->getScalarType(), Alignment,
7063                               AS, I);
7064
7065   // Get the overhead of the extractelement and insertelement instructions
7066   // we might create due to scalarization.
7067   Cost += getScalarizationOverhead(I, VF, TTI);
7068
7069   // If we have a predicated store, it may not be executed for each vector
7070   // lane. Scale the cost by the probability of executing the predicated
7071   // block.
7072   if (Legal->isScalarWithPredication(I))
7073     Cost /= getReciprocalPredBlockProb();
7074
7075   return Cost;
7076 }
7077
7078 unsigned LoopVectorizationCostModel::getConsecutiveMemOpCost(Instruction *I,
7079                                                              unsigned VF) {
7080   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7081   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7082   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7083   Value *Ptr = getPointerOperand(I);
7084   unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7085   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
7086
7087   assert((ConsecutiveStride == 1 || ConsecutiveStride == -1) &&
7088          "Stride should be 1 or -1 for consecutive memory access");
7089   unsigned Cost = 0;
7090   if (Legal->isMaskRequired(I))
7091     Cost += TTI.getMaskedMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
7092   else
7093     Cost += TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS, I);
7094
7095   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
7096   if (Reverse)
7097     Cost += TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse, VectorTy, 0);
7098   return Cost;
7099 }
7100
7101 unsigned LoopVectorizationCostModel::getUniformMemOpCost(Instruction *I,
7102                                                          unsigned VF) {
7103   LoadInst *LI = cast<LoadInst>(I);
7104   Type *ValTy = LI->getType();
7105   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7106   unsigned Alignment = LI->getAlignment();
7107   unsigned AS = LI->getPointerAddressSpace();
7108
7109   return TTI.getAddressComputationCost(ValTy) +
7110          TTI.getMemoryOpCost(Instruction::Load, ValTy, Alignment, AS) +
7111          TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Broadcast, VectorTy);
7112 }
7113
7114 unsigned LoopVectorizationCostModel::getGatherScatterCost(Instruction *I,
7115                                                           unsigned VF) {
7116   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7117   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7118   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7119   Value *Ptr = getPointerOperand(I);
7120
7121   return TTI.getAddressComputationCost(VectorTy) +
7122          TTI.getGatherScatterOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Ptr,
7123                                     Legal->isMaskRequired(I), Alignment);
7124 }
7125
7126 unsigned LoopVectorizationCostModel::getInterleaveGroupCost(Instruction *I,
7127                                                             unsigned VF) {
7128   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7129   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7130   unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7131
7132   auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(I);
7133   assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
7134
7135   unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
7136   Type *WideVecTy = VectorType::get(ValTy, VF * InterleaveFactor);
7137
7138   // Holds the indices of existing members in an interleaved load group.
7139   // An interleaved store group doesn't need this as it doesn't allow gaps.
7140   SmallVector<unsigned, 4> Indices;
7141   if (isa<LoadInst>(I)) {
7142     for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++)
7143       if (Group->getMember(i))
7144         Indices.push_back(i);
7145   }
7146
7147   // Calculate the cost of the whole interleaved group.
7148   unsigned Cost = TTI.getInterleavedMemoryOpCost(I->getOpcode(), WideVecTy,
7149                                                  Group->getFactor(), Indices,
7150                                                  Group->getAlignment(), AS);
7151
7152   if (Group->isReverse())
7153     Cost += Group->getNumMembers() *
7154             TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse, VectorTy, 0);
7155   return Cost;
7156 }
7157
7158 unsigned LoopVectorizationCostModel::getMemoryInstructionCost(Instruction *I,
7159                                                               unsigned VF) {
7160
7161   // Calculate scalar cost only. Vectorization cost should be ready at this
7162   // moment.
7163   if (VF == 1) {
7164     Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7165     unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7166     unsigned AS = getMemInstAlignment(I);
7167
7168     return TTI.getAddressComputationCost(ValTy) +
7169            TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy, Alignment, AS, I);
7170   }
7171   return getWideningCost(I, VF);
7172 }
7173
7174 LoopVectorizationCostModel::VectorizationCostTy
7175 LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF) {
7176   // If we know that this instruction will remain uniform, check the cost of
7177   // the scalar version.
7178   if (isUniformAfterVectorization(I, VF))
7179     VF = 1;
7180
7181   if (VF > 1 && isProfitableToScalarize(I, VF))
7182     return VectorizationCostTy(InstsToScalarize[VF][I], false);
7183
7184   Type *VectorTy;
7185   unsigned C = getInstructionCost(I, VF, VectorTy);
7186
7187   bool TypeNotScalarized =
7188       VF > 1 && !VectorTy->isVoidTy() && TTI.getNumberOfParts(VectorTy) < VF;
7189   return VectorizationCostTy(C, TypeNotScalarized);
7190 }
7191
7192 void LoopVectorizationCostModel::setCostBasedWideningDecision(unsigned VF) {
7193   if (VF == 1)
7194     return;
7195   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
7196     // For each instruction in the old loop.
7197     for (Instruction &I : *BB) {
7198       Value *Ptr = getPointerOperand(&I);
7199       if (!Ptr)
7200         continue;
7201
7202       if (isa<LoadInst>(&I) && Legal->isUniform(Ptr)) {
7203         // Scalar load + broadcast
7204         unsigned Cost = getUniformMemOpCost(&I, VF);
7205         setWideningDecision(&I, VF, CM_Scalarize, Cost);
7206         continue;
7207       }
7208
7209       // We assume that widening is the best solution when possible.
7210       if (Legal->memoryInstructionCanBeWidened(&I, VF)) {
7211         unsigned Cost = getConsecutiveMemOpCost(&I, VF);
7212         setWideningDecision(&I, VF, CM_Widen, Cost);
7213         continue;
7214       }
7215
7216       // Choose between Interleaving, Gather/Scatter or Scalarization.
7217       unsigned InterleaveCost = UINT_MAX;
7218       unsigned NumAccesses = 1;
7219       if (Legal->isAccessInterleaved(&I)) {
7220         auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(&I);
7221         assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
7222
7223         // Make one decision for the whole group.
7224         if (getWideningDecision(&I, VF) != CM_Unknown)
7225           continue;
7226
7227         NumAccesses = Group->getNumMembers();
7228         InterleaveCost = getInterleaveGroupCost(&I, VF);
7229       }
7230
7231       unsigned GatherScatterCost =
7232           Legal->isLegalGatherOrScatter(&I)
7233               ? getGatherScatterCost(&I, VF) * NumAccesses
7234               : UINT_MAX;
7235
7236       unsigned ScalarizationCost =
7237           getMemInstScalarizationCost(&I, VF) * NumAccesses;
7238
7239       // Choose better solution for the current VF,
7240       // write down this decision and use it during vectorization.
7241       unsigned Cost;
7242       InstWidening Decision;
7243       if (InterleaveCost <= GatherScatterCost &&
7244           InterleaveCost < ScalarizationCost) {
7245         Decision = CM_Interleave;
7246         Cost = InterleaveCost;
7247       } else if (GatherScatterCost < ScalarizationCost) {
7248         Decision = CM_GatherScatter;
7249         Cost = GatherScatterCost;
7250       } else {
7251         Decision = CM_Scalarize;
7252         Cost = ScalarizationCost;
7253       }
7254       // If the instructions belongs to an interleave group, the whole group
7255       // receives the same decision. The whole group receives the cost, but
7256       // the cost will actually be assigned to one instruction.
7257       if (auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(&I))
7258         setWideningDecision(Group, VF, Decision, Cost);
7259       else
7260         setWideningDecision(&I, VF, Decision, Cost);
7261     }
7262   }
7263 }
7264
7265 unsigned LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I,
7266                                                         unsigned VF,
7267                                                         Type *&VectorTy) {
7268   Type *RetTy = I->getType();
7269   if (canTruncateToMinimalBitwidth(I, VF))
7270     RetTy = IntegerType::get(RetTy->getContext(), MinBWs[I]);
7271   VectorTy = ToVectorTy(RetTy, VF);
7272   auto SE = PSE.getSE();
7273
7274   // TODO: We need to estimate the cost of intrinsic calls.
7275   switch (I->getOpcode()) {
7276   case Instruction::GetElementPtr:
7277     // We mark this instruction as zero-cost because the cost of GEPs in
7278     // vectorized code depends on whether the corresponding memory instruction
7279     // is scalarized or not. Therefore, we handle GEPs with the memory
7280     // instruction cost.
7281     return 0;
7282   case Instruction::Br: {
7283     // In cases of scalarized and predicated instructions, there will be VF
7284     // predicated blocks in the vectorized loop. Each branch around these
7285     // blocks requires also an extract of its vector compare i1 element.
7286     bool ScalarPredicatedBB = false;
7287     BranchInst *BI = cast<BranchInst>(I);
7288     if (VF > 1 && BI->isConditional() &&
7289         (PredicatedBBsAfterVectorization.count(BI->getSuccessor(0)) ||
7290          PredicatedBBsAfterVectorization.count(BI->getSuccessor(1))))
7291       ScalarPredicatedBB = true;
7292
7293     if (ScalarPredicatedBB) {
7294       // Return cost for branches around scalarized and predicated blocks.
7295       Type *Vec_i1Ty =
7296           VectorType::get(IntegerType::getInt1Ty(RetTy->getContext()), VF);
7297       return (TTI.getScalarizationOverhead(Vec_i1Ty, false, true) +
7298               (TTI.getCFInstrCost(Instruction::Br) * VF));
7299     } else if (I->getParent() == TheLoop->getLoopLatch() || VF == 1)
7300       // The back-edge branch will remain, as will all scalar branches.
7301       return TTI.getCFInstrCost(Instruction::Br);
7302     else
7303       // This branch will be eliminated by if-conversion.
7304       return 0;
7305     // Note: We currently assume zero cost for an unconditional branch inside
7306     // a predicated block since it will become a fall-through, although we
7307     // may decide in the future to call TTI for all branches.
7308   }
7309   case Instruction::PHI: {
7310     auto *Phi = cast<PHINode>(I);
7311
7312     // First-order recurrences are replaced by vector shuffles inside the loop.
7313     if (VF > 1 && Legal->isFirstOrderRecurrence(Phi))
7314       return TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_ExtractSubvector,
7315                                 VectorTy, VF - 1, VectorTy);
7316
7317     // TODO: IF-converted IFs become selects.
7318     return 0;
7319   }
7320   case Instruction::UDiv:
7321   case Instruction::SDiv:
7322   case Instruction::URem:
7323   case Instruction::SRem:
7324     // If we have a predicated instruction, it may not be executed for each
7325     // vector lane. Get the scalarization cost and scale this amount by the
7326     // probability of executing the predicated block. If the instruction is not
7327     // predicated, we fall through to the next case.
7328     if (VF > 1 && Legal->isScalarWithPredication(I)) {
7329       unsigned Cost = 0;
7330
7331       // These instructions have a non-void type, so account for the phi nodes
7332       // that we will create. This cost is likely to be zero. The phi node
7333       // cost, if any, should be scaled by the block probability because it
7334       // models a copy at the end of each predicated block.
7335       Cost += VF * TTI.getCFInstrCost(Instruction::PHI);
7336
7337       // The cost of the non-predicated instruction.
7338       Cost += VF * TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), RetTy);
7339
7340       // The cost of insertelement and extractelement instructions needed for
7341       // scalarization.
7342       Cost += getScalarizationOverhead(I, VF, TTI);
7343
7344       // Scale the cost by the probability of executing the predicated blocks.
7345       // This assumes the predicated block for each vector lane is equally
7346       // likely.
7347       return Cost / getReciprocalPredBlockProb();
7348     }
7349   case Instruction::Add:
7350   case Instruction::FAdd:
7351   case Instruction::Sub:
7352   case Instruction::FSub:
7353   case Instruction::Mul:
7354   case Instruction::FMul:
7355   case Instruction::FDiv:
7356   case Instruction::FRem:
7357   case Instruction::Shl:
7358   case Instruction::LShr:
7359   case Instruction::AShr:
7360   case Instruction::And:
7361   case Instruction::Or:
7362   case Instruction::Xor: {
7363     // Since we will replace the stride by 1 the multiplication should go away.
7364     if (I->getOpcode() == Instruction::Mul && isStrideMul(I, Legal))
7365       return 0;
7366     // Certain instructions can be cheaper to vectorize if they have a constant
7367     // second vector operand. One example of this are shifts on x86.
7368     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
7369         TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
7370     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
7371         TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
7372     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op1VP =
7373         TargetTransformInfo::OP_None;
7374     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op2VP =
7375         TargetTransformInfo::OP_None;
7376     Value *Op2 = I->getOperand(1);
7377
7378     // Check for a splat or for a non uniform vector of constants.
7379     if (isa<ConstantInt>(Op2)) {
7380       ConstantInt *CInt = cast<ConstantInt>(Op2);
7381       if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
7382         Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
7383       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
7384     } else if (isa<ConstantVector>(Op2) || isa<ConstantDataVector>(Op2)) {
7385       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_NonUniformConstantValue;
7386       Constant *SplatValue = cast<Constant>(Op2)->getSplatValue();
7387       if (SplatValue) {
7388         ConstantInt *CInt = dyn_cast<ConstantInt>(SplatValue);
7389         if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
7390           Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
7391         Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
7392       }
7393     } else if (Legal->isUniform(Op2)) {
7394       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformValue;
7395     }
7396     SmallVector<const Value *, 4> Operands(I->operand_values()); 
7397     return TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, Op1VK,
7398                                       Op2VK, Op1VP, Op2VP, Operands);
7399   }
7400   case Instruction::Select: {
7401     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
7402     const SCEV *CondSCEV = SE->getSCEV(SI->getCondition());
7403     bool ScalarCond = (SE->isLoopInvariant(CondSCEV, TheLoop));
7404     Type *CondTy = SI->getCondition()->getType();
7405     if (!ScalarCond)
7406       CondTy = VectorType::get(CondTy, VF);
7407
7408     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, CondTy, I);
7409   }
7410   case Instruction::ICmp:
7411   case Instruction::FCmp: {
7412     Type *ValTy = I->getOperand(0)->getType();
7413     Instruction *Op0AsInstruction = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
7414     if (canTruncateToMinimalBitwidth(Op0AsInstruction, VF))
7415       ValTy = IntegerType::get(ValTy->getContext(), MinBWs[Op0AsInstruction]);
7416     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7417     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, nullptr, I);
7418   }
7419   case Instruction::Store:
7420   case Instruction::Load: {
7421     VectorTy = ToVectorTy(getMemInstValueType(I), VF);
7422     return getMemoryInstructionCost(I, VF);
7423   }
7424   case Instruction::ZExt:
7425   case Instruction::SExt:
7426   case Instruction::FPToUI:
7427   case Instruction::FPToSI:
7428   case Instruction::FPExt:
7429   case Instruction::PtrToInt:
7430   case Instruction::IntToPtr:
7431   case Instruction::SIToFP:
7432   case Instruction::UIToFP:
7433   case Instruction::Trunc:
7434   case Instruction::FPTrunc:
7435   case Instruction::BitCast: {
7436     // We optimize the truncation of induction variables having constant
7437     // integer steps. The cost of these truncations is the same as the scalar
7438     // operation.
7439     if (isOptimizableIVTruncate(I, VF)) {
7440       auto *Trunc = cast<TruncInst>(I);
7441       return TTI.getCastInstrCost(Instruction::Trunc, Trunc->getDestTy(),
7442                                   Trunc->getSrcTy(), Trunc);
7443     }
7444
7445     Type *SrcScalarTy = I->getOperand(0)->getType();
7446     Type *SrcVecTy = ToVectorTy(SrcScalarTy, VF);
7447     if (canTruncateToMinimalBitwidth(I, VF)) {
7448       // This cast is going to be shrunk. This may remove the cast or it might
7449       // turn it into slightly different cast. For example, if MinBW == 16,
7450       // "zext i8 %1 to i32" becomes "zext i8 %1 to i16".
7451       //
7452       // Calculate the modified src and dest types.
7453       Type *MinVecTy = VectorTy;
7454       if (I->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
7455         SrcVecTy = smallestIntegerVectorType(SrcVecTy, MinVecTy);
7456         VectorTy =
7457             largestIntegerVectorType(ToVectorTy(I->getType(), VF), MinVecTy);
7458       } else if (I->getOpcode() == Instruction::ZExt ||
7459                  I->getOpcode() == Instruction::SExt) {
7460         SrcVecTy = largestIntegerVectorType(SrcVecTy, MinVecTy);
7461         VectorTy =
7462             smallestIntegerVectorType(ToVectorTy(I->getType(), VF), MinVecTy);
7463       }
7464     }
7465
7466     return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, SrcVecTy, I);
7467   }
7468   case Instruction::Call: {
7469     bool NeedToScalarize;
7470     CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
7471     unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, TTI, TLI, NeedToScalarize);
7472     if (getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI))
7473       return std::min(CallCost, getVectorIntrinsicCost(CI, VF, TTI, TLI));
7474     return CallCost;
7475   }
7476   default:
7477     // The cost of executing VF copies of the scalar instruction. This opcode
7478     // is unknown. Assume that it is the same as 'mul'.
7479     return VF * TTI.getArithmeticInstrCost(Instruction::Mul, VectorTy) +
7480            getScalarizationOverhead(I, VF, TTI);
7481   } // end of switch.
7482 }
7483
7484 char LoopVectorize::ID = 0;
7485 static const char lv_name[] = "Loop Vectorization";
7486 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
7487 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
7488 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BasicAAWrapperPass)
7489 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
7490 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
7491 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
7492 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BlockFrequencyInfoWrapperPass)
7493 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
7494 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolutionWrapperPass)
7495 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
7496 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopAccessLegacyAnalysis)
7497 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DemandedBitsWrapperPass)
7498 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(OptimizationRemarkEmitterWrapperPass)
7499 INITIALIZE_PASS_END(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
7500
7501 namespace llvm {
7502 Pass *createLoopVectorizePass(bool NoUnrolling, bool AlwaysVectorize) {
7503   return new LoopVectorize(NoUnrolling, AlwaysVectorize);
7504 }
7505 }
7506
7507 bool LoopVectorizationCostModel::isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *Inst) {
7508
7509   // Check if the pointer operand of a load or store instruction is
7510   // consecutive.
7511   if (auto *Ptr = getPointerOperand(Inst))
7512     return Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
7513   return false;
7514 }
7515
7516 void LoopVectorizationCostModel::collectValuesToIgnore() {
7517   // Ignore ephemeral values.
7518   CodeMetrics::collectEphemeralValues(TheLoop, AC, ValuesToIgnore);
7519
7520   // Ignore type-promoting instructions we identified during reduction
7521   // detection.
7522   for (auto &Reduction : *Legal->getReductionVars()) {
7523     RecurrenceDescriptor &RedDes = Reduction.second;
7524     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Casts = RedDes.getCastInsts();
7525     VecValuesToIgnore.insert(Casts.begin(), Casts.end());
7526   }
7527 }
7528
7529 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
7530 LoopVectorizationPlanner::plan(bool OptForSize, unsigned UserVF) {
7531
7532   // Width 1 means no vectorize, cost 0 means uncomputed cost.
7533   const LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor NoVectorization = {1U,
7534                                                                            0U};
7535   Optional<unsigned> MaybeMaxVF = CM.computeMaxVF(OptForSize);
7536   if (!MaybeMaxVF.hasValue()) // Cases considered too costly to vectorize.
7537     return NoVectorization;
7538
7539   if (UserVF) {
7540     DEBUG(dbgs() << "LV: Using user VF " << UserVF << ".\n");
7541     assert(isPowerOf2_32(UserVF) && "VF needs to be a power of two");
7542     // Collect the instructions (and their associated costs) that will be more
7543     // profitable to scalarize.
7544     CM.selectUserVectorizationFactor(UserVF);
7545     return {UserVF, 0};
7546   }
7547
7548   unsigned MaxVF = MaybeMaxVF.getValue();
7549   assert(MaxVF != 0 && "MaxVF is zero.");
7550   if (MaxVF == 1)
7551     return NoVectorization;
7552
7553   // Select the optimal vectorization factor.
7554   return CM.selectVectorizationFactor(MaxVF);
7555 }
7556
7557 void InnerLoopUnroller::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
7558   auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
7559   bool IfPredicateInstr = (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()));
7560
7561   return scalarizeInstruction(Instr, IfPredicateInstr);
7562 }
7563
7564 Value *InnerLoopUnroller::reverseVector(Value *Vec) { return Vec; }
7565
7566 Value *InnerLoopUnroller::getBroadcastInstrs(Value *V) { return V; }
7567
7568 Value *InnerLoopUnroller::getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
7569                                         Instruction::BinaryOps BinOp) {
7570   // When unrolling and the VF is 1, we only need to add a simple scalar.
7571   Type *Ty = Val->getType();
7572   assert(!Ty->isVectorTy() && "Val must be a scalar");
7573
7574   if (Ty->isFloatingPointTy()) {
7575     Constant *C = ConstantFP::get(Ty, (double)StartIdx);
7576
7577     // Floating point operations had to be 'fast' to enable the unrolling.
7578     Value *MulOp = addFastMathFlag(Builder.CreateFMul(C, Step));
7579     return addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(BinOp, Val, MulOp));
7580   }
7581   Constant *C = ConstantInt::get(Ty, StartIdx);
7582   return Builder.CreateAdd(Val, Builder.CreateMul(C, Step), "induction");
7583 }
7584
7585 static void AddRuntimeUnrollDisableMetaData(Loop *L) {
7586   SmallVector<Metadata *, 4> MDs;
7587   // Reserve first location for self reference to the LoopID metadata node.
7588   MDs.push_back(nullptr);
7589   bool IsUnrollMetadata = false;
7590   MDNode *LoopID = L->getLoopID();
7591   if (LoopID) {
7592     // First find existing loop unrolling disable metadata.
7593     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
7594       auto *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
7595       if (MD) {
7596         const auto *S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
7597         IsUnrollMetadata =
7598             S && S->getString().startswith("llvm.loop.unroll.disable");
7599       }
7600       MDs.push_back(LoopID->getOperand(i));
7601     }
7602   }
7603
7604   if (!IsUnrollMetadata) {
7605     // Add runtime unroll disable metadata.
7606     LLVMContext &Context = L->getHeader()->getContext();
7607     SmallVector<Metadata *, 1> DisableOperands;
7608     DisableOperands.push_back(
7609         MDString::get(Context, "llvm.loop.unroll.runtime.disable"));
7610     MDNode *DisableNode = MDNode::get(Context, DisableOperands);
7611     MDs.push_back(DisableNode);
7612     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
7613     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
7614     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
7615     L->setLoopID(NewLoopID);
7616   }
7617 }
7618
7619 bool LoopVectorizePass::processLoop(Loop *L) {
7620   assert(L->empty() && "Only process inner loops.");
7621
7622 #ifndef NDEBUG
7623   const std::string DebugLocStr = getDebugLocString(L);
7624 #endif /* NDEBUG */
7625
7626   DEBUG(dbgs() << "\nLV: Checking a loop in \""
7627                << L->getHeader()->getParent()->getName() << "\" from "
7628                << DebugLocStr << "\n");
7629
7630   LoopVectorizeHints Hints(L, DisableUnrolling, *ORE);
7631
7632   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints:"
7633                << " force="
7634                << (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled
7635                        ? "disabled"
7636                        : (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled
7637                               ? "enabled"
7638                               : "?"))
7639                << " width=" << Hints.getWidth()
7640                << " unroll=" << Hints.getInterleave() << "\n");
7641
7642   // Function containing loop
7643   Function *F = L->getHeader()->getParent();
7644
7645   // Looking at the diagnostic output is the only way to determine if a loop
7646   // was vectorized (other than looking at the IR or machine code), so it
7647   // is important to generate an optimization remark for each loop. Most of
7648   // these messages are generated as OptimizationRemarkAnalysis. Remarks
7649   // generated as OptimizationRemark and OptimizationRemarkMissed are
7650   // less verbose reporting vectorized loops and unvectorized loops that may
7651   // benefit from vectorization, respectively.
7652
7653   if (!Hints.allowVectorization(F, L, AlwaysVectorize)) {
7654     DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints prevent vectorization.\n");
7655     return false;
7656   }
7657
7658   // Check the loop for a trip count threshold:
7659   // do not vectorize loops with a tiny trip count.
7660   const unsigned MaxTC = SE->getSmallConstantMaxTripCount(L);
7661   if (MaxTC > 0u && MaxTC < TinyTripCountVectorThreshold) {
7662     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop with a very small trip count. "
7663                  << "This loop is not worth vectorizing.");
7664     if (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled)
7665       DEBUG(dbgs() << " But vectorizing was explicitly forced.\n");
7666     else {
7667       DEBUG(dbgs() << "\n");
7668       ORE->emit(createMissedAnalysis(Hints.vectorizeAnalysisPassName(),
7669                                      "NotBeneficial", L)
7670                 << "vectorization is not beneficial "
7671                    "and is not explicitly forced");
7672       return false;
7673     }
7674   }
7675
7676   PredicatedScalarEvolution PSE(*SE, *L);
7677
7678   // Check if it is legal to vectorize the loop.
7679   LoopVectorizationRequirements Requirements(*ORE);
7680   LoopVectorizationLegality LVL(L, PSE, DT, TLI, AA, F, TTI, GetLAA, LI, ORE,
7681                                 &Requirements, &Hints);
7682   if (!LVL.canVectorize()) {
7683     DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Cannot prove legality.\n");
7684     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
7685     return false;
7686   }
7687
7688   // Check the function attributes to find out if this function should be
7689   // optimized for size.
7690   bool OptForSize =
7691       Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled && F->optForSize();
7692
7693   // Compute the weighted frequency of this loop being executed and see if it
7694   // is less than 20% of the function entry baseline frequency. Note that we
7695   // always have a canonical loop here because we think we *can* vectorize.
7696   // FIXME: This is hidden behind a flag due to pervasive problems with
7697   // exactly what block frequency models.
7698   if (LoopVectorizeWithBlockFrequency) {
7699     BlockFrequency LoopEntryFreq = BFI->getBlockFreq(L->getLoopPreheader());
7700     if (Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled &&
7701         LoopEntryFreq < ColdEntryFreq)
7702       OptForSize = true;
7703   }
7704
7705   // Check the function attributes to see if implicit floats are allowed.
7706   // FIXME: This check doesn't seem possibly correct -- what if the loop is
7707   // an integer loop and the vector instructions selected are purely integer
7708   // vector instructions?
7709   if (F->hasFnAttribute(Attribute::NoImplicitFloat)) {
7710     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize when the NoImplicitFloat"
7711                     "attribute is used.\n");
7712     ORE->emit(createMissedAnalysis(Hints.vectorizeAnalysisPassName(),
7713                                    "NoImplicitFloat", L)
7714               << "loop not vectorized due to NoImplicitFloat attribute");
7715     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
7716     return false;
7717   }
7718
7719   // Check if the target supports potentially unsafe FP vectorization.
7720   // FIXME: Add a check for the type of safety issue (denormal, signaling)
7721   // for the target we're vectorizing for, to make sure none of the
7722   // additional fp-math flags can help.
7723   if (Hints.isPotentiallyUnsafe() &&
7724       TTI->isFPVectorizationPotentiallyUnsafe()) {
7725     DEBUG(dbgs() << "LV: Potentially unsafe FP op prevents vectorization.\n");
7726     ORE->emit(
7727         createMissedAnalysis(Hints.vectorizeAnalysisPassName(), "UnsafeFP", L)
7728         << "loop not vectorized due to unsafe FP support.");
7729     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
7730     return false;
7731   }
7732
7733   // Use the cost model.
7734   LoopVectorizationCostModel CM(L, PSE, LI, &LVL, *TTI, TLI, DB, AC, ORE, F,
7735                                 &Hints);
7736   CM.collectValuesToIgnore();
7737
7738   // Use the planner for vectorization.
7739   LoopVectorizationPlanner LVP(CM);
7740
7741   // Get user vectorization factor.
7742   unsigned UserVF = Hints.getWidth();
7743
7744   // Plan how to best vectorize, return the best VF and its cost.
7745   LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor VF =
7746       LVP.plan(OptForSize, UserVF);
7747
7748   // Select the interleave count.
7749   unsigned IC = CM.selectInterleaveCount(OptForSize, VF.Width, VF.Cost);
7750
7751   // Get user interleave count.
7752   unsigned UserIC = Hints.getInterleave();
7753
7754   // Identify the diagnostic messages that should be produced.
7755   std::pair<StringRef, std::string> VecDiagMsg, IntDiagMsg;
7756   bool VectorizeLoop = true, InterleaveLoop = true;
7757   if (Requirements.doesNotMeet(F, L, Hints)) {
7758     DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: loop did not meet vectorization "
7759                     "requirements.\n");
7760     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
7761     return false;
7762   }
7763
7764   if (VF.Width == 1) {
7765     DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial.\n");
7766     VecDiagMsg = std::make_pair(
7767         "VectorizationNotBeneficial",
7768         "the cost-model indicates that vectorization is not beneficial");
7769     VectorizeLoop = false;
7770   }
7771
7772   if (IC == 1 && UserIC <= 1) {
7773     // Tell the user interleaving is not beneficial.
7774     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving is not beneficial.\n");
7775     IntDiagMsg = std::make_pair(
7776         "InterleavingNotBeneficial",
7777         "the cost-model indicates that interleaving is not beneficial");
7778     InterleaveLoop = false;
7779     if (UserIC == 1) {
7780       IntDiagMsg.first = "InterleavingNotBeneficialAndDisabled";
7781       IntDiagMsg.second +=
7782           " and is explicitly disabled or interleave count is set to 1";
7783     }
7784   } else if (IC > 1 && UserIC == 1) {
7785     // Tell the user interleaving is beneficial, but it explicitly disabled.
7786     DEBUG(dbgs()
7787           << "LV: Interleaving is beneficial but is explicitly disabled.");
7788     IntDiagMsg = std::make_pair(
7789         "InterleavingBeneficialButDisabled",
7790         "the cost-model indicates that interleaving is beneficial "
7791         "but is explicitly disabled or interleave count is set to 1");
7792     InterleaveLoop = false;
7793   }
7794
7795   // Override IC if user provided an interleave count.
7796   IC = UserIC > 0 ? UserIC : IC;
7797
7798   // Emit diagnostic messages, if any.
7799   const char *VAPassName = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
7800   if (!VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
7801     // Do not vectorize or interleaving the loop.
7802     ORE->emit(OptimizationRemarkMissed(VAPassName, VecDiagMsg.first,
7803                                          L->getStartLoc(), L->getHeader())
7804               << VecDiagMsg.second);
7805     ORE->emit(OptimizationRemarkMissed(LV_NAME, IntDiagMsg.first,
7806                                          L->getStartLoc(), L->getHeader())
7807               << IntDiagMsg.second);
7808     return false;
7809   } else if (!VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
7810     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
7811     ORE->emit(OptimizationRemarkAnalysis(VAPassName, VecDiagMsg.first,
7812                                          L->getStartLoc(), L->getHeader())
7813               << VecDiagMsg.second);
7814   } else if (VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
7815     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
7816                  << DebugLocStr << '\n');
7817     ORE->emit(OptimizationRemarkAnalysis(LV_NAME, IntDiagMsg.first,
7818                                          L->getStartLoc(), L->getHeader())
7819               << IntDiagMsg.second);
7820   } else if (VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
7821     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
7822                  << DebugLocStr << '\n');
7823     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
7824   }
7825
7826   using namespace ore;
7827   if (!VectorizeLoop) {
7828     assert(IC > 1 && "interleave count should not be 1 or 0");
7829     // If we decided that it is not legal to vectorize the loop, then
7830     // interleave it.
7831     InnerLoopUnroller Unroller(L, PSE, LI, DT, TLI, TTI, AC, ORE, IC, &LVL,
7832                                &CM);
7833     Unroller.vectorize();
7834
7835     ORE->emit(OptimizationRemark(LV_NAME, "Interleaved", L->getStartLoc(),
7836                                  L->getHeader())
7837               << "interleaved loop (interleaved count: "
7838               << NV("InterleaveCount", IC) << ")");
7839   } else {
7840     // If we decided that it is *legal* to vectorize the loop, then do it.
7841     InnerLoopVectorizer LB(L, PSE, LI, DT, TLI, TTI, AC, ORE, VF.Width, IC,
7842                            &LVL, &CM);
7843     LB.vectorize();
7844     ++LoopsVectorized;
7845
7846     // Add metadata to disable runtime unrolling a scalar loop when there are
7847     // no runtime checks about strides and memory. A scalar loop that is
7848     // rarely used is not worth unrolling.
7849     if (!LB.areSafetyChecksAdded())
7850       AddRuntimeUnrollDisableMetaData(L);
7851
7852     // Report the vectorization decision.
7853     ORE->emit(OptimizationRemark(LV_NAME, "Vectorized", L->getStartLoc(),
7854                                  L->getHeader())
7855               << "vectorized loop (vectorization width: "
7856               << NV("VectorizationFactor", VF.Width)
7857               << ", interleaved count: " << NV("InterleaveCount", IC) << ")");
7858   }
7859
7860   // Mark the loop as already vectorized to avoid vectorizing again.
7861   Hints.setAlreadyVectorized();
7862
7863   DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
7864   return true;
7865 }
7866
7867 bool LoopVectorizePass::runImpl(
7868     Function &F, ScalarEvolution &SE_, LoopInfo &LI_, TargetTransformInfo &TTI_,
7869     DominatorTree &DT_, BlockFrequencyInfo &BFI_, TargetLibraryInfo *TLI_,
7870     DemandedBits &DB_, AliasAnalysis &AA_, AssumptionCache &AC_,
7871     std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> &GetLAA_,
7872     OptimizationRemarkEmitter &ORE_) {
7873
7874   SE = &SE_;
7875   LI = &LI_;
7876   TTI = &TTI_;
7877   DT = &DT_;
7878   BFI = &BFI_;
7879   TLI = TLI_;
7880   AA = &AA_;
7881   AC = &AC_;
7882   GetLAA = &GetLAA_;
7883   DB = &DB_;
7884   ORE = &ORE_;
7885
7886   // Compute some weights outside of the loop over the loops. Compute this
7887   // using a BranchProbability to re-use its scaling math.
7888   const BranchProbability ColdProb(1, 5); // 20%
7889   ColdEntryFreq = BlockFrequency(BFI->getEntryFreq()) * ColdProb;
7890
7891   // Don't attempt if
7892   // 1. the target claims to have no vector registers, and
7893   // 2. interleaving won't help ILP.
7894   //
7895   // The second condition is necessary because, even if the target has no
7896   // vector registers, loop vectorization may still enable scalar
7897   // interleaving.
7898   if (!TTI->getNumberOfRegisters(true) && TTI->getMaxInterleaveFactor(1) < 2)
7899     return false;
7900
7901   bool Changed = false;
7902
7903   // The vectorizer requires loops to be in simplified form.
7904   // Since simplification may add new inner loops, it has to run before the
7905   // legality and profitability checks. This means running the loop vectorizer
7906   // will simplify all loops, regardless of whether anything end up being
7907   // vectorized.
7908   for (auto &L : *LI)
7909     Changed |= simplifyLoop(L, DT, LI, SE, AC, false /* PreserveLCSSA */);
7910
7911   // Build up a worklist of inner-loops to vectorize. This is necessary as
7912   // the act of vectorizing or partially unrolling a loop creates new loops
7913   // and can invalidate iterators across the loops.
7914   SmallVector<Loop *, 8> Worklist;
7915
7916   for (Loop *L : *LI)
7917     addAcyclicInnerLoop(*L, Worklist);
7918
7919   LoopsAnalyzed += Worklist.size();
7920
7921   // Now walk the identified inner loops.
7922   while (!Worklist.empty()) {
7923     Loop *L = Worklist.pop_back_val();
7924
7925     // For the inner loops we actually process, form LCSSA to simplify the
7926     // transform.
7927     Changed |= formLCSSARecursively(*L, *DT, LI, SE);
7928
7929     Changed |= processLoop(L);
7930   }
7931
7932   // Process each loop nest in the function.
7933   return Changed;
7934
7935 }
7936
7937
7938 PreservedAnalyses LoopVectorizePass::run(Function &F,
7939                                          FunctionAnalysisManager &AM) {
7940     auto &SE = AM.getResult<ScalarEvolutionAnalysis>(F);
7941     auto &LI = AM.getResult<LoopAnalysis>(F);
7942     auto &TTI = AM.getResult<TargetIRAnalysis>(F);
7943     auto &DT = AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
7944     auto &BFI = AM.getResult<BlockFrequencyAnalysis>(F);
7945     auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
7946     auto &AA = AM.getResult<AAManager>(F);
7947     auto &AC = AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
7948     auto &DB = AM.getResult<DemandedBitsAnalysis>(F);
7949     auto &ORE = AM.getResult<OptimizationRemarkEmitterAnalysis>(F);
7950
7951     auto &LAM = AM.getResult<LoopAnalysisManagerFunctionProxy>(F).getManager();
7952     std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> GetLAA =
7953         [&](Loop &L) -> const LoopAccessInfo & {
7954       LoopStandardAnalysisResults AR = {AA, AC, DT, LI, SE, TLI, TTI};
7955       return LAM.getResult<LoopAccessAnalysis>(L, AR);
7956     };
7957     bool Changed =
7958         runImpl(F, SE, LI, TTI, DT, BFI, &TLI, DB, AA, AC, GetLAA, ORE);
7959     if (!Changed)
7960       return PreservedAnalyses::all();
7961     PreservedAnalyses PA;
7962     PA.preserve<LoopAnalysis>();
7963     PA.preserve<DominatorTreeAnalysis>();
7964     PA.preserve<BasicAA>();
7965     PA.preserve<GlobalsAA>();
7966     return PA;
7967 }