]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Vectorize/LoopVectorize.cpp
Merge llvm, clang, lld and lldb trunk r300890, and update build glue.
[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       EdgeMaskCacheTy;
426   typedef DenseMap<BasicBlock *, VectorParts> BlockMaskCacheTy;
427
428   /// Create an empty loop, based on the loop ranges of the old loop.
429   void createEmptyLoop();
430
431   /// Set up the values of the IVs correctly when exiting the vector loop.
432   void fixupIVUsers(PHINode *OrigPhi, const InductionDescriptor &II,
433                     Value *CountRoundDown, Value *EndValue,
434                     BasicBlock *MiddleBlock);
435
436   /// Create a new induction variable inside L.
437   PHINode *createInductionVariable(Loop *L, Value *Start, Value *End,
438                                    Value *Step, Instruction *DL);
439   /// Copy and widen the instructions from the old loop.
440   virtual void vectorizeLoop();
441
442   /// Handle all cross-iteration phis in the header.
443   void fixCrossIterationPHIs();
444
445   /// Fix a first-order recurrence. This is the second phase of vectorizing
446   /// this phi node.
447   void fixFirstOrderRecurrence(PHINode *Phi);
448
449   /// Fix a reduction cross-iteration phi. This is the second phase of
450   /// vectorizing this phi node.
451   void fixReduction(PHINode *Phi);
452
453   /// \brief The Loop exit block may have single value PHI nodes where the
454   /// incoming value is 'Undef'. While vectorizing we only handled real values
455   /// that were defined inside the loop. Here we fix the 'undef case'.
456   /// See PR14725.
457   void fixLCSSAPHIs();
458
459   /// Iteratively sink the scalarized operands of a predicated instruction into
460   /// the block that was created for it.
461   void sinkScalarOperands(Instruction *PredInst);
462
463   /// Predicate conditional instructions that require predication on their
464   /// respective conditions.
465   void predicateInstructions();
466
467   /// Collect the instructions from the original loop that would be trivially
468   /// dead in the vectorized loop if generated.
469   void collectTriviallyDeadInstructions(
470       SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DeadInstructions);
471
472   /// Shrinks vector element sizes to the smallest bitwidth they can be legally
473   /// represented as.
474   void truncateToMinimalBitwidths();
475
476   /// A helper function that computes the predicate of the block BB, assuming
477   /// that the header block of the loop is set to True. It returns the *entry*
478   /// mask for the block BB.
479   VectorParts createBlockInMask(BasicBlock *BB);
480   /// A helper function that computes the predicate of the edge between SRC
481   /// and DST.
482   VectorParts createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst);
483
484   /// A helper function to vectorize a single instruction within the innermost
485   /// loop.
486   void vectorizeInstruction(Instruction &I);
487
488   /// Vectorize a single PHINode in a block. This method handles the induction
489   /// variable canonicalization. It supports both VF = 1 for unrolled loops and
490   /// arbitrary length vectors.
491   void widenPHIInstruction(Instruction *PN, unsigned UF, unsigned VF);
492
493   /// Insert the new loop to the loop hierarchy and pass manager
494   /// and update the analysis passes.
495   void updateAnalysis();
496
497   /// This instruction is un-vectorizable. Implement it as a sequence
498   /// of scalars. If \p IfPredicateInstr is true we need to 'hide' each
499   /// scalarized instruction behind an if block predicated on the control
500   /// dependence of the instruction.
501   virtual void scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
502                                     bool IfPredicateInstr = false);
503
504   /// Vectorize Load and Store instructions,
505   virtual void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr);
506
507   /// Create a broadcast instruction. This method generates a broadcast
508   /// instruction (shuffle) for loop invariant values and for the induction
509   /// value. If this is the induction variable then we extend it to N, N+1, ...
510   /// this is needed because each iteration in the loop corresponds to a SIMD
511   /// element.
512   virtual Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
513
514   /// This function adds (StartIdx, StartIdx + Step, StartIdx + 2*Step, ...)
515   /// to each vector element of Val. The sequence starts at StartIndex.
516   /// \p Opcode is relevant for FP induction variable.
517   virtual Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
518                                Instruction::BinaryOps Opcode =
519                                Instruction::BinaryOpsEnd);
520
521   /// Compute scalar induction steps. \p ScalarIV is the scalar induction
522   /// variable on which to base the steps, \p Step is the size of the step, and
523   /// \p EntryVal is the value from the original loop that maps to the steps.
524   /// Note that \p EntryVal doesn't have to be an induction variable (e.g., it
525   /// can be a truncate instruction).
526   void buildScalarSteps(Value *ScalarIV, Value *Step, Value *EntryVal,
527                         const InductionDescriptor &ID);
528
529   /// Create a vector induction phi node based on an existing scalar one. \p
530   /// EntryVal is the value from the original loop that maps to the vector phi
531   /// node, and \p Step is the loop-invariant step. If \p EntryVal is a
532   /// truncate instruction, instead of widening the original IV, we widen a
533   /// version of the IV truncated to \p EntryVal's type.
534   void createVectorIntOrFpInductionPHI(const InductionDescriptor &II,
535                                        Value *Step, Instruction *EntryVal);
536
537   /// Widen an integer or floating-point induction variable \p IV. If \p Trunc
538   /// is provided, the integer induction variable will first be truncated to
539   /// the corresponding type.
540   void widenIntOrFpInduction(PHINode *IV, TruncInst *Trunc = nullptr);
541
542   /// Returns true if an instruction \p I should be scalarized instead of
543   /// vectorized for the chosen vectorization factor.
544   bool shouldScalarizeInstruction(Instruction *I) const;
545
546   /// Returns true if we should generate a scalar version of \p IV.
547   bool needsScalarInduction(Instruction *IV) const;
548
549   /// Return a constant reference to the VectorParts corresponding to \p V from
550   /// the original loop. If the value has already been vectorized, the
551   /// corresponding vector entry in VectorLoopValueMap is returned. If,
552   /// however, the value has a scalar entry in VectorLoopValueMap, we construct
553   /// new vector values on-demand by inserting the scalar values into vectors
554   /// with an insertelement sequence. If the value has been neither vectorized
555   /// nor scalarized, it must be loop invariant, so we simply broadcast the
556   /// value into vectors.
557   const VectorParts &getVectorValue(Value *V);
558
559   /// Return a value in the new loop corresponding to \p V from the original
560   /// loop at unroll index \p Part and vector index \p Lane. If the value has
561   /// been vectorized but not scalarized, the necessary extractelement
562   /// instruction will be generated.
563   Value *getScalarValue(Value *V, unsigned Part, unsigned Lane);
564
565   /// Try to vectorize the interleaved access group that \p Instr belongs to.
566   void vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr);
567
568   /// Generate a shuffle sequence that will reverse the vector Vec.
569   virtual Value *reverseVector(Value *Vec);
570
571   /// Returns (and creates if needed) the original loop trip count.
572   Value *getOrCreateTripCount(Loop *NewLoop);
573
574   /// Returns (and creates if needed) the trip count of the widened loop.
575   Value *getOrCreateVectorTripCount(Loop *NewLoop);
576
577   /// Emit a bypass check to see if the trip count would overflow, or we
578   /// wouldn't have enough iterations to execute one vector loop.
579   void emitMinimumIterationCountCheck(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
580   /// Emit a bypass check to see if the vector trip count is nonzero.
581   void emitVectorLoopEnteredCheck(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
582   /// Emit a bypass check to see if all of the SCEV assumptions we've
583   /// had to make are correct.
584   void emitSCEVChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
585   /// Emit bypass checks to check any memory assumptions we may have made.
586   void emitMemRuntimeChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass);
587
588   /// Add additional metadata to \p To that was not present on \p Orig.
589   ///
590   /// Currently this is used to add the noalias annotations based on the
591   /// inserted memchecks.  Use this for instructions that are *cloned* into the
592   /// vector loop.
593   void addNewMetadata(Instruction *To, const Instruction *Orig);
594
595   /// Add metadata from one instruction to another.
596   ///
597   /// This includes both the original MDs from \p From and additional ones (\see
598   /// addNewMetadata).  Use this for *newly created* instructions in the vector
599   /// loop.
600   void addMetadata(Instruction *To, Instruction *From);
601
602   /// \brief Similar to the previous function but it adds the metadata to a
603   /// vector of instructions.
604   void addMetadata(ArrayRef<Value *> To, Instruction *From);
605
606   /// \brief Set the debug location in the builder using the debug location in
607   /// the instruction.
608   void setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr);
609
610   /// This is a helper class for maintaining vectorization state. It's used for
611   /// mapping values from the original loop to their corresponding values in
612   /// the new loop. Two mappings are maintained: one for vectorized values and
613   /// one for scalarized values. Vectorized values are represented with UF
614   /// vector values in the new loop, and scalarized values are represented with
615   /// UF x VF scalar values in the new loop. UF and VF are the unroll and
616   /// vectorization factors, respectively.
617   ///
618   /// Entries can be added to either map with initVector and initScalar, which
619   /// initialize and return a constant reference to the new entry. If a
620   /// non-constant reference to a vector entry is required, getVector can be
621   /// used to retrieve a mutable entry. We currently directly modify the mapped
622   /// values during "fix-up" operations that occur once the first phase of
623   /// widening is complete. These operations include type truncation and the
624   /// second phase of recurrence widening.
625   ///
626   /// Otherwise, entries from either map should be accessed using the
627   /// getVectorValue or getScalarValue functions from InnerLoopVectorizer.
628   /// getVectorValue and getScalarValue coordinate to generate a vector or
629   /// scalar value on-demand if one is not yet available. When vectorizing a
630   /// loop, we visit the definition of an instruction before its uses. When
631   /// visiting the definition, we either vectorize or scalarize the
632   /// instruction, creating an entry for it in the corresponding map. (In some
633   /// cases, such as induction variables, we will create both vector and scalar
634   /// entries.) Then, as we encounter uses of the definition, we derive values
635   /// for each scalar or vector use unless such a value is already available.
636   /// For example, if we scalarize a definition and one of its uses is vector,
637   /// we build the required vector on-demand with an insertelement sequence
638   /// when visiting the use. Otherwise, if the use is scalar, we can use the
639   /// existing scalar definition.
640   struct ValueMap {
641
642     /// Construct an empty map with the given unroll and vectorization factors.
643     ValueMap(unsigned UnrollFactor, unsigned VecWidth)
644         : UF(UnrollFactor), VF(VecWidth) {
645       // The unroll and vectorization factors are only used in asserts builds
646       // to verify map entries are sized appropriately.
647       (void)UF;
648       (void)VF;
649     }
650
651     /// \return True if the map has a vector entry for \p Key.
652     bool hasVector(Value *Key) const { return VectorMapStorage.count(Key); }
653
654     /// \return True if the map has a scalar entry for \p Key.
655     bool hasScalar(Value *Key) const { return ScalarMapStorage.count(Key); }
656
657     /// \brief Map \p Key to the given VectorParts \p Entry, and return a
658     /// constant reference to the new vector map entry. The given key should
659     /// not already be in the map, and the given VectorParts should be
660     /// correctly sized for the current unroll factor.
661     const VectorParts &initVector(Value *Key, const VectorParts &Entry) {
662       assert(!hasVector(Key) && "Vector entry already initialized");
663       assert(Entry.size() == UF && "VectorParts has wrong dimensions");
664       VectorMapStorage[Key] = Entry;
665       return VectorMapStorage[Key];
666     }
667
668     /// \brief Map \p Key to the given ScalarParts \p Entry, and return a
669     /// constant reference to the new scalar map entry. The given key should
670     /// not already be in the map, and the given ScalarParts should be
671     /// correctly sized for the current unroll and vectorization factors.
672     const ScalarParts &initScalar(Value *Key, const ScalarParts &Entry) {
673       assert(!hasScalar(Key) && "Scalar entry already initialized");
674       assert(Entry.size() == UF &&
675              all_of(make_range(Entry.begin(), Entry.end()),
676                     [&](const SmallVectorImpl<Value *> &Values) -> bool {
677                       return Values.size() == VF;
678                     }) &&
679              "ScalarParts has wrong dimensions");
680       ScalarMapStorage[Key] = Entry;
681       return ScalarMapStorage[Key];
682     }
683
684     /// \return A reference to the vector map entry corresponding to \p Key.
685     /// The key should already be in the map. This function should only be used
686     /// when it's necessary to update values that have already been vectorized.
687     /// This is the case for "fix-up" operations including type truncation and
688     /// the second phase of recurrence vectorization. If a non-const reference
689     /// isn't required, getVectorValue should be used instead.
690     VectorParts &getVector(Value *Key) {
691       assert(hasVector(Key) && "Vector entry not initialized");
692       return VectorMapStorage.find(Key)->second;
693     }
694
695     /// Retrieve an entry from the vector or scalar maps. The preferred way to
696     /// access an existing mapped entry is with getVectorValue or
697     /// getScalarValue from InnerLoopVectorizer. Until those functions can be
698     /// moved inside ValueMap, we have to declare them as friends.
699     friend const VectorParts &InnerLoopVectorizer::getVectorValue(Value *V);
700     friend Value *InnerLoopVectorizer::getScalarValue(Value *V, unsigned Part,
701                                                       unsigned Lane);
702
703   private:
704     /// The unroll factor. Each entry in the vector map contains UF vector
705     /// values.
706     unsigned UF;
707
708     /// The vectorization factor. Each entry in the scalar map contains UF x VF
709     /// scalar values.
710     unsigned VF;
711
712     /// The vector and scalar map storage. We use std::map and not DenseMap
713     /// because insertions to DenseMap invalidate its iterators.
714     std::map<Value *, VectorParts> VectorMapStorage;
715     std::map<Value *, ScalarParts> ScalarMapStorage;
716   };
717
718   /// The original loop.
719   Loop *OrigLoop;
720   /// A wrapper around ScalarEvolution used to add runtime SCEV checks. Applies
721   /// dynamic knowledge to simplify SCEV expressions and converts them to a
722   /// more usable form.
723   PredicatedScalarEvolution &PSE;
724   /// Loop Info.
725   LoopInfo *LI;
726   /// Dominator Tree.
727   DominatorTree *DT;
728   /// Alias Analysis.
729   AliasAnalysis *AA;
730   /// Target Library Info.
731   const TargetLibraryInfo *TLI;
732   /// Target Transform Info.
733   const TargetTransformInfo *TTI;
734   /// Assumption Cache.
735   AssumptionCache *AC;
736   /// Interface to emit optimization remarks.
737   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
738
739   /// \brief LoopVersioning.  It's only set up (non-null) if memchecks were
740   /// used.
741   ///
742   /// This is currently only used to add no-alias metadata based on the
743   /// memchecks.  The actually versioning is performed manually.
744   std::unique_ptr<LoopVersioning> LVer;
745
746   /// The vectorization SIMD factor to use. Each vector will have this many
747   /// vector elements.
748   unsigned VF;
749
750 protected:
751   /// The vectorization unroll factor to use. Each scalar is vectorized to this
752   /// many different vector instructions.
753   unsigned UF;
754
755   /// The builder that we use
756   IRBuilder<> Builder;
757
758   // --- Vectorization state ---
759
760   /// The vector-loop preheader.
761   BasicBlock *LoopVectorPreHeader;
762   /// The scalar-loop preheader.
763   BasicBlock *LoopScalarPreHeader;
764   /// Middle Block between the vector and the scalar.
765   BasicBlock *LoopMiddleBlock;
766   /// The ExitBlock of the scalar loop.
767   BasicBlock *LoopExitBlock;
768   /// The vector loop body.
769   BasicBlock *LoopVectorBody;
770   /// The scalar loop body.
771   BasicBlock *LoopScalarBody;
772   /// A list of all bypass blocks. The first block is the entry of the loop.
773   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopBypassBlocks;
774
775   /// The new Induction variable which was added to the new block.
776   PHINode *Induction;
777   /// The induction variable of the old basic block.
778   PHINode *OldInduction;
779
780   /// Maps values from the original loop to their corresponding values in the
781   /// vectorized loop. A key value can map to either vector values, scalar
782   /// values or both kinds of values, depending on whether the key was
783   /// vectorized and scalarized.
784   ValueMap VectorLoopValueMap;
785
786   /// Store instructions that should be predicated, as a pair
787   ///   <StoreInst, Predicate>
788   SmallVector<std::pair<Instruction *, Value *>, 4> PredicatedInstructions;
789   EdgeMaskCacheTy EdgeMaskCache;
790   BlockMaskCacheTy BlockMaskCache;
791   /// Trip count of the original loop.
792   Value *TripCount;
793   /// Trip count of the widened loop (TripCount - TripCount % (VF*UF))
794   Value *VectorTripCount;
795
796   /// The legality analysis.
797   LoopVectorizationLegality *Legal;
798
799   /// The profitablity analysis.
800   LoopVectorizationCostModel *Cost;
801
802   // Record whether runtime checks are added.
803   bool AddedSafetyChecks;
804
805   // Holds the end values for each induction variable. We save the end values
806   // so we can later fix-up the external users of the induction variables.
807   DenseMap<PHINode *, Value *> IVEndValues;
808 };
809
810 class InnerLoopUnroller : public InnerLoopVectorizer {
811 public:
812   InnerLoopUnroller(Loop *OrigLoop, PredicatedScalarEvolution &PSE,
813                     LoopInfo *LI, DominatorTree *DT,
814                     const TargetLibraryInfo *TLI,
815                     const TargetTransformInfo *TTI, AssumptionCache *AC,
816                     OptimizationRemarkEmitter *ORE, unsigned UnrollFactor,
817                     LoopVectorizationLegality *LVL,
818                     LoopVectorizationCostModel *CM)
819       : InnerLoopVectorizer(OrigLoop, PSE, LI, DT, TLI, TTI, AC, ORE, 1,
820                             UnrollFactor, LVL, CM) {}
821
822 private:
823   void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) override;
824   Value *getBroadcastInstrs(Value *V) override;
825   Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
826                        Instruction::BinaryOps Opcode =
827                        Instruction::BinaryOpsEnd) override;
828   Value *reverseVector(Value *Vec) override;
829 };
830
831 /// \brief Look for a meaningful debug location on the instruction or it's
832 /// operands.
833 static Instruction *getDebugLocFromInstOrOperands(Instruction *I) {
834   if (!I)
835     return I;
836
837   DebugLoc Empty;
838   if (I->getDebugLoc() != Empty)
839     return I;
840
841   for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end(); OI != OE; ++OI) {
842     if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OI))
843       if (OpInst->getDebugLoc() != Empty)
844         return OpInst;
845   }
846
847   return I;
848 }
849
850 void InnerLoopVectorizer::setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr) {
851   if (const Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(Ptr)) {
852     const DILocation *DIL = Inst->getDebugLoc();
853     if (DIL && Inst->getFunction()->isDebugInfoForProfiling())
854       B.SetCurrentDebugLocation(DIL->cloneWithDuplicationFactor(UF * VF));
855     else
856       B.SetCurrentDebugLocation(DIL);
857   } else
858     B.SetCurrentDebugLocation(DebugLoc());
859 }
860
861 #ifndef NDEBUG
862 /// \return string containing a file name and a line # for the given loop.
863 static std::string getDebugLocString(const Loop *L) {
864   std::string Result;
865   if (L) {
866     raw_string_ostream OS(Result);
867     if (const DebugLoc LoopDbgLoc = L->getStartLoc())
868       LoopDbgLoc.print(OS);
869     else
870       // Just print the module name.
871       OS << L->getHeader()->getParent()->getParent()->getModuleIdentifier();
872     OS.flush();
873   }
874   return Result;
875 }
876 #endif
877
878 void InnerLoopVectorizer::addNewMetadata(Instruction *To,
879                                          const Instruction *Orig) {
880   // If the loop was versioned with memchecks, add the corresponding no-alias
881   // metadata.
882   if (LVer && (isa<LoadInst>(Orig) || isa<StoreInst>(Orig)))
883     LVer->annotateInstWithNoAlias(To, Orig);
884 }
885
886 void InnerLoopVectorizer::addMetadata(Instruction *To,
887                                       Instruction *From) {
888   propagateMetadata(To, From);
889   addNewMetadata(To, From);
890 }
891
892 void InnerLoopVectorizer::addMetadata(ArrayRef<Value *> To,
893                                       Instruction *From) {
894   for (Value *V : To) {
895     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
896       addMetadata(I, From);
897   }
898 }
899
900 /// \brief The group of interleaved loads/stores sharing the same stride and
901 /// close to each other.
902 ///
903 /// Each member in this group has an index starting from 0, and the largest
904 /// index should be less than interleaved factor, which is equal to the absolute
905 /// value of the access's stride.
906 ///
907 /// E.g. An interleaved load group of factor 4:
908 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
909 ///          a = A[i];                           // Member of index 0
910 ///          b = A[i+1];                         // Member of index 1
911 ///          d = A[i+3];                         // Member of index 3
912 ///          ...
913 ///        }
914 ///
915 ///      An interleaved store group of factor 4:
916 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
917 ///          ...
918 ///          A[i]   = a;                         // Member of index 0
919 ///          A[i+1] = b;                         // Member of index 1
920 ///          A[i+2] = c;                         // Member of index 2
921 ///          A[i+3] = d;                         // Member of index 3
922 ///        }
923 ///
924 /// Note: the interleaved load group could have gaps (missing members), but
925 /// the interleaved store group doesn't allow gaps.
926 class InterleaveGroup {
927 public:
928   InterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride, unsigned Align)
929       : Align(Align), SmallestKey(0), LargestKey(0), InsertPos(Instr) {
930     assert(Align && "The alignment should be non-zero");
931
932     Factor = std::abs(Stride);
933     assert(Factor > 1 && "Invalid interleave factor");
934
935     Reverse = Stride < 0;
936     Members[0] = Instr;
937   }
938
939   bool isReverse() const { return Reverse; }
940   unsigned getFactor() const { return Factor; }
941   unsigned getAlignment() const { return Align; }
942   unsigned getNumMembers() const { return Members.size(); }
943
944   /// \brief Try to insert a new member \p Instr with index \p Index and
945   /// alignment \p NewAlign. The index is related to the leader and it could be
946   /// negative if it is the new leader.
947   ///
948   /// \returns false if the instruction doesn't belong to the group.
949   bool insertMember(Instruction *Instr, int Index, unsigned NewAlign) {
950     assert(NewAlign && "The new member's alignment should be non-zero");
951
952     int Key = Index + SmallestKey;
953
954     // Skip if there is already a member with the same index.
955     if (Members.count(Key))
956       return false;
957
958     if (Key > LargestKey) {
959       // The largest index is always less than the interleave factor.
960       if (Index >= static_cast<int>(Factor))
961         return false;
962
963       LargestKey = Key;
964     } else if (Key < SmallestKey) {
965       // The largest index is always less than the interleave factor.
966       if (LargestKey - Key >= static_cast<int>(Factor))
967         return false;
968
969       SmallestKey = Key;
970     }
971
972     // It's always safe to select the minimum alignment.
973     Align = std::min(Align, NewAlign);
974     Members[Key] = Instr;
975     return true;
976   }
977
978   /// \brief Get the member with the given index \p Index
979   ///
980   /// \returns nullptr if contains no such member.
981   Instruction *getMember(unsigned Index) const {
982     int Key = SmallestKey + Index;
983     if (!Members.count(Key))
984       return nullptr;
985
986     return Members.find(Key)->second;
987   }
988
989   /// \brief Get the index for the given member. Unlike the key in the member
990   /// map, the index starts from 0.
991   unsigned getIndex(Instruction *Instr) const {
992     for (auto I : Members)
993       if (I.second == Instr)
994         return I.first - SmallestKey;
995
996     llvm_unreachable("InterleaveGroup contains no such member");
997   }
998
999   Instruction *getInsertPos() const { return InsertPos; }
1000   void setInsertPos(Instruction *Inst) { InsertPos = Inst; }
1001
1002 private:
1003   unsigned Factor; // Interleave Factor.
1004   bool Reverse;
1005   unsigned Align;
1006   DenseMap<int, Instruction *> Members;
1007   int SmallestKey;
1008   int LargestKey;
1009
1010   // To avoid breaking dependences, vectorized instructions of an interleave
1011   // group should be inserted at either the first load or the last store in
1012   // program order.
1013   //
1014   // E.g. %even = load i32             // Insert Position
1015   //      %add = add i32 %even         // Use of %even
1016   //      %odd = load i32
1017   //
1018   //      store i32 %even
1019   //      %odd = add i32               // Def of %odd
1020   //      store i32 %odd               // Insert Position
1021   Instruction *InsertPos;
1022 };
1023
1024 /// \brief Drive the analysis of interleaved memory accesses in the loop.
1025 ///
1026 /// Use this class to analyze interleaved accesses only when we can vectorize
1027 /// a loop. Otherwise it's meaningless to do analysis as the vectorization
1028 /// on interleaved accesses is unsafe.
1029 ///
1030 /// The analysis collects interleave groups and records the relationships
1031 /// between the member and the group in a map.
1032 class InterleavedAccessInfo {
1033 public:
1034   InterleavedAccessInfo(PredicatedScalarEvolution &PSE, Loop *L,
1035                         DominatorTree *DT, LoopInfo *LI)
1036       : PSE(PSE), TheLoop(L), DT(DT), LI(LI), LAI(nullptr),
1037         RequiresScalarEpilogue(false) {}
1038
1039   ~InterleavedAccessInfo() {
1040     SmallSet<InterleaveGroup *, 4> DelSet;
1041     // Avoid releasing a pointer twice.
1042     for (auto &I : InterleaveGroupMap)
1043       DelSet.insert(I.second);
1044     for (auto *Ptr : DelSet)
1045       delete Ptr;
1046   }
1047
1048   /// \brief Analyze the interleaved accesses and collect them in interleave
1049   /// groups. Substitute symbolic strides using \p Strides.
1050   void analyzeInterleaving(const ValueToValueMap &Strides);
1051
1052   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleave group.
1053   bool isInterleaved(Instruction *Instr) const {
1054     return InterleaveGroupMap.count(Instr);
1055   }
1056
1057   /// \brief Return the maximum interleave factor of all interleaved groups.
1058   unsigned getMaxInterleaveFactor() const {
1059     unsigned MaxFactor = 1;
1060     for (auto &Entry : InterleaveGroupMap)
1061       MaxFactor = std::max(MaxFactor, Entry.second->getFactor());
1062     return MaxFactor;
1063   }
1064
1065   /// \brief Get the interleave group that \p Instr belongs to.
1066   ///
1067   /// \returns nullptr if doesn't have such group.
1068   InterleaveGroup *getInterleaveGroup(Instruction *Instr) const {
1069     if (InterleaveGroupMap.count(Instr))
1070       return InterleaveGroupMap.find(Instr)->second;
1071     return nullptr;
1072   }
1073
1074   /// \brief Returns true if an interleaved group that may access memory
1075   /// out-of-bounds requires a scalar epilogue iteration for correctness.
1076   bool requiresScalarEpilogue() const { return RequiresScalarEpilogue; }
1077
1078   /// \brief Initialize the LoopAccessInfo used for dependence checking.
1079   void setLAI(const LoopAccessInfo *Info) { LAI = Info; }
1080
1081 private:
1082   /// A wrapper around ScalarEvolution, used to add runtime SCEV checks.
1083   /// Simplifies SCEV expressions in the context of existing SCEV assumptions.
1084   /// The interleaved access analysis can also add new predicates (for example
1085   /// by versioning strides of pointers).
1086   PredicatedScalarEvolution &PSE;
1087   Loop *TheLoop;
1088   DominatorTree *DT;
1089   LoopInfo *LI;
1090   const LoopAccessInfo *LAI;
1091
1092   /// True if the loop may contain non-reversed interleaved groups with
1093   /// out-of-bounds accesses. We ensure we don't speculatively access memory
1094   /// out-of-bounds by executing at least one scalar epilogue iteration.
1095   bool RequiresScalarEpilogue;
1096
1097   /// Holds the relationships between the members and the interleave group.
1098   DenseMap<Instruction *, InterleaveGroup *> InterleaveGroupMap;
1099
1100   /// Holds dependences among the memory accesses in the loop. It maps a source
1101   /// access to a set of dependent sink accesses.
1102   DenseMap<Instruction *, SmallPtrSet<Instruction *, 2>> Dependences;
1103
1104   /// \brief The descriptor for a strided memory access.
1105   struct StrideDescriptor {
1106     StrideDescriptor(int64_t Stride, const SCEV *Scev, uint64_t Size,
1107                      unsigned Align)
1108         : Stride(Stride), Scev(Scev), Size(Size), Align(Align) {}
1109
1110     StrideDescriptor() = default;
1111
1112     // The access's stride. It is negative for a reverse access.
1113     int64_t Stride = 0;
1114     const SCEV *Scev = nullptr; // The scalar expression of this access
1115     uint64_t Size = 0;          // The size of the memory object.
1116     unsigned Align = 0;         // The alignment of this access.
1117   };
1118
1119   /// \brief A type for holding instructions and their stride descriptors.
1120   typedef std::pair<Instruction *, StrideDescriptor> StrideEntry;
1121
1122   /// \brief Create a new interleave group with the given instruction \p Instr,
1123   /// stride \p Stride and alignment \p Align.
1124   ///
1125   /// \returns the newly created interleave group.
1126   InterleaveGroup *createInterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride,
1127                                          unsigned Align) {
1128     assert(!InterleaveGroupMap.count(Instr) &&
1129            "Already in an interleaved access group");
1130     InterleaveGroupMap[Instr] = new InterleaveGroup(Instr, Stride, Align);
1131     return InterleaveGroupMap[Instr];
1132   }
1133
1134   /// \brief Release the group and remove all the relationships.
1135   void releaseGroup(InterleaveGroup *Group) {
1136     for (unsigned i = 0; i < Group->getFactor(); i++)
1137       if (Instruction *Member = Group->getMember(i))
1138         InterleaveGroupMap.erase(Member);
1139
1140     delete Group;
1141   }
1142
1143   /// \brief Collect all the accesses with a constant stride in program order.
1144   void collectConstStrideAccesses(
1145       MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &AccessStrideInfo,
1146       const ValueToValueMap &Strides);
1147
1148   /// \brief Returns true if \p Stride is allowed in an interleaved group.
1149   static bool isStrided(int Stride) {
1150     unsigned Factor = std::abs(Stride);
1151     return Factor >= 2 && Factor <= MaxInterleaveGroupFactor;
1152   }
1153
1154   /// \brief Returns true if \p BB is a predicated block.
1155   bool isPredicated(BasicBlock *BB) const {
1156     return LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
1157   }
1158
1159   /// \brief Returns true if LoopAccessInfo can be used for dependence queries.
1160   bool areDependencesValid() const {
1161     return LAI && LAI->getDepChecker().getDependences();
1162   }
1163
1164   /// \brief Returns true if memory accesses \p A and \p B can be reordered, if
1165   /// necessary, when constructing interleaved groups.
1166   ///
1167   /// \p A must precede \p B in program order. We return false if reordering is
1168   /// not necessary or is prevented because \p A and \p B may be dependent.
1169   bool canReorderMemAccessesForInterleavedGroups(StrideEntry *A,
1170                                                  StrideEntry *B) const {
1171
1172     // Code motion for interleaved accesses can potentially hoist strided loads
1173     // and sink strided stores. The code below checks the legality of the
1174     // following two conditions:
1175     //
1176     // 1. Potentially moving a strided load (B) before any store (A) that
1177     //    precedes B, or
1178     //
1179     // 2. Potentially moving a strided store (A) after any load or store (B)
1180     //    that A precedes.
1181     //
1182     // It's legal to reorder A and B if we know there isn't a dependence from A
1183     // to B. Note that this determination is conservative since some
1184     // dependences could potentially be reordered safely.
1185
1186     // A is potentially the source of a dependence.
1187     auto *Src = A->first;
1188     auto SrcDes = A->second;
1189
1190     // B is potentially the sink of a dependence.
1191     auto *Sink = B->first;
1192     auto SinkDes = B->second;
1193
1194     // Code motion for interleaved accesses can't violate WAR dependences.
1195     // Thus, reordering is legal if the source isn't a write.
1196     if (!Src->mayWriteToMemory())
1197       return true;
1198
1199     // At least one of the accesses must be strided.
1200     if (!isStrided(SrcDes.Stride) && !isStrided(SinkDes.Stride))
1201       return true;
1202
1203     // If dependence information is not available from LoopAccessInfo,
1204     // conservatively assume the instructions can't be reordered.
1205     if (!areDependencesValid())
1206       return false;
1207
1208     // If we know there is a dependence from source to sink, assume the
1209     // instructions can't be reordered. Otherwise, reordering is legal.
1210     return !Dependences.count(Src) || !Dependences.lookup(Src).count(Sink);
1211   }
1212
1213   /// \brief Collect the dependences from LoopAccessInfo.
1214   ///
1215   /// We process the dependences once during the interleaved access analysis to
1216   /// enable constant-time dependence queries.
1217   void collectDependences() {
1218     if (!areDependencesValid())
1219       return;
1220     auto *Deps = LAI->getDepChecker().getDependences();
1221     for (auto Dep : *Deps)
1222       Dependences[Dep.getSource(*LAI)].insert(Dep.getDestination(*LAI));
1223   }
1224 };
1225
1226 /// Utility class for getting and setting loop vectorizer hints in the form
1227 /// of loop metadata.
1228 /// This class keeps a number of loop annotations locally (as member variables)
1229 /// and can, upon request, write them back as metadata on the loop. It will
1230 /// initially scan the loop for existing metadata, and will update the local
1231 /// values based on information in the loop.
1232 /// We cannot write all values to metadata, as the mere presence of some info,
1233 /// for example 'force', means a decision has been made. So, we need to be
1234 /// careful NOT to add them if the user hasn't specifically asked so.
1235 class LoopVectorizeHints {
1236   enum HintKind { HK_WIDTH, HK_UNROLL, HK_FORCE };
1237
1238   /// Hint - associates name and validation with the hint value.
1239   struct Hint {
1240     const char *Name;
1241     unsigned Value; // This may have to change for non-numeric values.
1242     HintKind Kind;
1243
1244     Hint(const char *Name, unsigned Value, HintKind Kind)
1245         : Name(Name), Value(Value), Kind(Kind) {}
1246
1247     bool validate(unsigned Val) {
1248       switch (Kind) {
1249       case HK_WIDTH:
1250         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= VectorizerParams::MaxVectorWidth;
1251       case HK_UNROLL:
1252         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= MaxInterleaveFactor;
1253       case HK_FORCE:
1254         return (Val <= 1);
1255       }
1256       return false;
1257     }
1258   };
1259
1260   /// Vectorization width.
1261   Hint Width;
1262   /// Vectorization interleave factor.
1263   Hint Interleave;
1264   /// Vectorization forced
1265   Hint Force;
1266
1267   /// Return the loop metadata prefix.
1268   static StringRef Prefix() { return "llvm.loop."; }
1269
1270   /// True if there is any unsafe math in the loop.
1271   bool PotentiallyUnsafe;
1272
1273 public:
1274   enum ForceKind {
1275     FK_Undefined = -1, ///< Not selected.
1276     FK_Disabled = 0,   ///< Forcing disabled.
1277     FK_Enabled = 1,    ///< Forcing enabled.
1278   };
1279
1280   LoopVectorizeHints(const Loop *L, bool DisableInterleaving,
1281                      OptimizationRemarkEmitter &ORE)
1282       : Width("vectorize.width", VectorizerParams::VectorizationFactor,
1283               HK_WIDTH),
1284         Interleave("interleave.count", DisableInterleaving, HK_UNROLL),
1285         Force("vectorize.enable", FK_Undefined, HK_FORCE),
1286         PotentiallyUnsafe(false), TheLoop(L), ORE(ORE) {
1287     // Populate values with existing loop metadata.
1288     getHintsFromMetadata();
1289
1290     // force-vector-interleave overrides DisableInterleaving.
1291     if (VectorizerParams::isInterleaveForced())
1292       Interleave.Value = VectorizerParams::VectorizationInterleave;
1293
1294     DEBUG(if (DisableInterleaving && Interleave.Value == 1) dbgs()
1295           << "LV: Interleaving disabled by the pass manager\n");
1296   }
1297
1298   /// Mark the loop L as already vectorized by setting the width to 1.
1299   void setAlreadyVectorized() {
1300     Width.Value = Interleave.Value = 1;
1301     Hint Hints[] = {Width, Interleave};
1302     writeHintsToMetadata(Hints);
1303   }
1304
1305   bool allowVectorization(Function *F, Loop *L, bool AlwaysVectorize) const {
1306     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled) {
1307       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: #pragma vectorize disable.\n");
1308       emitRemarkWithHints();
1309       return false;
1310     }
1311
1312     if (!AlwaysVectorize && getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1313       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: No #pragma vectorize enable.\n");
1314       emitRemarkWithHints();
1315       return false;
1316     }
1317
1318     if (getWidth() == 1 && getInterleave() == 1) {
1319       // FIXME: Add a separate metadata to indicate when the loop has already
1320       // been vectorized instead of setting width and count to 1.
1321       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Disabled/already vectorized.\n");
1322       // FIXME: Add interleave.disable metadata. This will allow
1323       // vectorize.disable to be used without disabling the pass and errors
1324       // to differentiate between disabled vectorization and a width of 1.
1325       ORE.emit(OptimizationRemarkAnalysis(vectorizeAnalysisPassName(),
1326                                           "AllDisabled", L->getStartLoc(),
1327                                           L->getHeader())
1328                << "loop not vectorized: vectorization and interleaving are "
1329                   "explicitly disabled, or vectorize width and interleave "
1330                   "count are both set to 1");
1331       return false;
1332     }
1333
1334     return true;
1335   }
1336
1337   /// Dumps all the hint information.
1338   void emitRemarkWithHints() const {
1339     using namespace ore;
1340     if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Disabled)
1341       ORE.emit(OptimizationRemarkMissed(LV_NAME, "MissedExplicitlyDisabled",
1342                                         TheLoop->getStartLoc(),
1343                                         TheLoop->getHeader())
1344                << "loop not vectorized: vectorization is explicitly disabled");
1345     else {
1346       OptimizationRemarkMissed R(LV_NAME, "MissedDetails",
1347                                  TheLoop->getStartLoc(), TheLoop->getHeader());
1348       R << "loop not vectorized";
1349       if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1350         R << " (Force=" << NV("Force", true);
1351         if (Width.Value != 0)
1352           R << ", Vector Width=" << NV("VectorWidth", Width.Value);
1353         if (Interleave.Value != 0)
1354           R << ", Interleave Count=" << NV("InterleaveCount", Interleave.Value);
1355         R << ")";
1356       }
1357       ORE.emit(R);
1358     }
1359   }
1360
1361   unsigned getWidth() const { return Width.Value; }
1362   unsigned getInterleave() const { return Interleave.Value; }
1363   enum ForceKind getForce() const { return (ForceKind)Force.Value; }
1364
1365   /// \brief If hints are provided that force vectorization, use the AlwaysPrint
1366   /// pass name to force the frontend to print the diagnostic.
1367   const char *vectorizeAnalysisPassName() const {
1368     if (getWidth() == 1)
1369       return LV_NAME;
1370     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled)
1371       return LV_NAME;
1372     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Undefined && getWidth() == 0)
1373       return LV_NAME;
1374     return OptimizationRemarkAnalysis::AlwaysPrint;
1375   }
1376
1377   bool allowReordering() const {
1378     // When enabling loop hints are provided we allow the vectorizer to change
1379     // the order of operations that is given by the scalar loop. This is not
1380     // enabled by default because can be unsafe or inefficient. For example,
1381     // reordering floating-point operations will change the way round-off
1382     // error accumulates in the loop.
1383     return getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled || getWidth() > 1;
1384   }
1385
1386   bool isPotentiallyUnsafe() const {
1387     // Avoid FP vectorization if the target is unsure about proper support.
1388     // This may be related to the SIMD unit in the target not handling
1389     // IEEE 754 FP ops properly, or bad single-to-double promotions.
1390     // Otherwise, a sequence of vectorized loops, even without reduction,
1391     // could lead to different end results on the destination vectors.
1392     return getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled && PotentiallyUnsafe;
1393   }
1394
1395   void setPotentiallyUnsafe() { PotentiallyUnsafe = true; }
1396
1397 private:
1398   /// Find hints specified in the loop metadata and update local values.
1399   void getHintsFromMetadata() {
1400     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1401     if (!LoopID)
1402       return;
1403
1404     // First operand should refer to the loop id itself.
1405     assert(LoopID->getNumOperands() > 0 && "requires at least one operand");
1406     assert(LoopID->getOperand(0) == LoopID && "invalid loop id");
1407
1408     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1409       const MDString *S = nullptr;
1410       SmallVector<Metadata *, 4> Args;
1411
1412       // The expected hint is either a MDString or a MDNode with the first
1413       // operand a MDString.
1414       if (const MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i))) {
1415         if (!MD || MD->getNumOperands() == 0)
1416           continue;
1417         S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
1418         for (unsigned i = 1, ie = MD->getNumOperands(); i < ie; ++i)
1419           Args.push_back(MD->getOperand(i));
1420       } else {
1421         S = dyn_cast<MDString>(LoopID->getOperand(i));
1422         assert(Args.size() == 0 && "too many arguments for MDString");
1423       }
1424
1425       if (!S)
1426         continue;
1427
1428       // Check if the hint starts with the loop metadata prefix.
1429       StringRef Name = S->getString();
1430       if (Args.size() == 1)
1431         setHint(Name, Args[0]);
1432     }
1433   }
1434
1435   /// Checks string hint with one operand and set value if valid.
1436   void setHint(StringRef Name, Metadata *Arg) {
1437     if (!Name.startswith(Prefix()))
1438       return;
1439     Name = Name.substr(Prefix().size(), StringRef::npos);
1440
1441     const ConstantInt *C = mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(Arg);
1442     if (!C)
1443       return;
1444     unsigned Val = C->getZExtValue();
1445
1446     Hint *Hints[] = {&Width, &Interleave, &Force};
1447     for (auto H : Hints) {
1448       if (Name == H->Name) {
1449         if (H->validate(Val))
1450           H->Value = Val;
1451         else
1452           DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid hint '" << Name << "'\n");
1453         break;
1454       }
1455     }
1456   }
1457
1458   /// Create a new hint from name / value pair.
1459   MDNode *createHintMetadata(StringRef Name, unsigned V) const {
1460     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1461     Metadata *MDs[] = {MDString::get(Context, Name),
1462                        ConstantAsMetadata::get(
1463                            ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), V))};
1464     return MDNode::get(Context, MDs);
1465   }
1466
1467   /// Matches metadata with hint name.
1468   bool matchesHintMetadataName(MDNode *Node, ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1469     MDString *Name = dyn_cast<MDString>(Node->getOperand(0));
1470     if (!Name)
1471       return false;
1472
1473     for (auto H : HintTypes)
1474       if (Name->getString().endswith(H.Name))
1475         return true;
1476     return false;
1477   }
1478
1479   /// Sets current hints into loop metadata, keeping other values intact.
1480   void writeHintsToMetadata(ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1481     if (HintTypes.size() == 0)
1482       return;
1483
1484     // Reserve the first element to LoopID (see below).
1485     SmallVector<Metadata *, 4> MDs(1);
1486     // If the loop already has metadata, then ignore the existing operands.
1487     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1488     if (LoopID) {
1489       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1490         MDNode *Node = cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
1491         // If node in update list, ignore old value.
1492         if (!matchesHintMetadataName(Node, HintTypes))
1493           MDs.push_back(Node);
1494       }
1495     }
1496
1497     // Now, add the missing hints.
1498     for (auto H : HintTypes)
1499       MDs.push_back(createHintMetadata(Twine(Prefix(), H.Name).str(), H.Value));
1500
1501     // Replace current metadata node with new one.
1502     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1503     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
1504     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
1505     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
1506
1507     TheLoop->setLoopID(NewLoopID);
1508   }
1509
1510   /// The loop these hints belong to.
1511   const Loop *TheLoop;
1512
1513   /// Interface to emit optimization remarks.
1514   OptimizationRemarkEmitter &ORE;
1515 };
1516
1517 static void emitMissedWarning(Function *F, Loop *L,
1518                               const LoopVectorizeHints &LH,
1519                               OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
1520   LH.emitRemarkWithHints();
1521
1522   if (LH.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1523     if (LH.getWidth() != 1)
1524       ORE->emit(DiagnosticInfoOptimizationFailure(
1525                     DEBUG_TYPE, "FailedRequestedVectorization",
1526                     L->getStartLoc(), L->getHeader())
1527                 << "loop not vectorized: "
1528                 << "failed explicitly specified loop vectorization");
1529     else if (LH.getInterleave() != 1)
1530       ORE->emit(DiagnosticInfoOptimizationFailure(
1531                     DEBUG_TYPE, "FailedRequestedInterleaving", L->getStartLoc(),
1532                     L->getHeader())
1533                 << "loop not interleaved: "
1534                 << "failed explicitly specified loop interleaving");
1535   }
1536 }
1537
1538 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
1539 /// to what vectorization factor.
1540 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
1541 /// legality. This class has two main kinds of checks:
1542 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
1543 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
1544 ///   correctness of the program.
1545 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeInstrs and canVectorizeMemory
1546 /// checks for a number of different conditions, such as the availability of a
1547 /// single induction variable, that all types are supported and vectorize-able,
1548 /// etc. This code reflects the capabilities of InnerLoopVectorizer.
1549 /// This class is also used by InnerLoopVectorizer for identifying
1550 /// induction variable and the different reduction variables.
1551 class LoopVectorizationLegality {
1552 public:
1553   LoopVectorizationLegality(
1554       Loop *L, PredicatedScalarEvolution &PSE, DominatorTree *DT,
1555       TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA, Function *F,
1556       const TargetTransformInfo *TTI,
1557       std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> *GetLAA, LoopInfo *LI,
1558       OptimizationRemarkEmitter *ORE, LoopVectorizationRequirements *R,
1559       LoopVectorizeHints *H)
1560       : NumPredStores(0), TheLoop(L), PSE(PSE), TLI(TLI), TTI(TTI), DT(DT),
1561         GetLAA(GetLAA), LAI(nullptr), ORE(ORE), InterleaveInfo(PSE, L, DT, LI),
1562         PrimaryInduction(nullptr), WidestIndTy(nullptr), HasFunNoNaNAttr(false),
1563         Requirements(R), Hints(H) {}
1564
1565   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
1566   /// of the reductions that were found in the loop.
1567   typedef DenseMap<PHINode *, RecurrenceDescriptor> ReductionList;
1568
1569   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
1570   /// induction descriptor.
1571   typedef MapVector<PHINode *, InductionDescriptor> InductionList;
1572
1573   /// RecurrenceSet contains the phi nodes that are recurrences other than
1574   /// inductions and reductions.
1575   typedef SmallPtrSet<const PHINode *, 8> RecurrenceSet;
1576
1577   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
1578   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
1579   /// loop, only that it is legal to do so.
1580   bool canVectorize();
1581
1582   /// Returns the primary induction variable.
1583   PHINode *getPrimaryInduction() { return PrimaryInduction; }
1584
1585   /// Returns the reduction variables found in the loop.
1586   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
1587
1588   /// Returns the induction variables found in the loop.
1589   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
1590
1591   /// Return the first-order recurrences found in the loop.
1592   RecurrenceSet *getFirstOrderRecurrences() { return &FirstOrderRecurrences; }
1593
1594   /// Returns the widest induction type.
1595   Type *getWidestInductionType() { return WidestIndTy; }
1596
1597   /// Returns True if V is an induction variable in this loop.
1598   bool isInductionVariable(const Value *V);
1599
1600   /// Returns True if PN is a reduction variable in this loop.
1601   bool isReductionVariable(PHINode *PN) { return Reductions.count(PN); }
1602
1603   /// Returns True if Phi is a first-order recurrence in this loop.
1604   bool isFirstOrderRecurrence(const PHINode *Phi);
1605
1606   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
1607   /// to be vectorized.
1608   bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB);
1609
1610   /// Check if this pointer is consecutive when vectorizing. This happens
1611   /// when the last index of the GEP is the induction variable, or that the
1612   /// pointer itself is an induction variable.
1613   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
1614   /// Returns:
1615   /// 0 - Stride is unknown or non-consecutive.
1616   /// 1 - Address is consecutive.
1617   /// -1 - Address is consecutive, and decreasing.
1618   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
1619
1620   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
1621   bool isUniform(Value *V);
1622
1623   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
1624   const RuntimePointerChecking *getRuntimePointerChecking() const {
1625     return LAI->getRuntimePointerChecking();
1626   }
1627
1628   const LoopAccessInfo *getLAI() const { return LAI; }
1629
1630   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleaved access group.
1631   bool isAccessInterleaved(Instruction *Instr) {
1632     return InterleaveInfo.isInterleaved(Instr);
1633   }
1634
1635   /// \brief Return the maximum interleave factor of all interleaved groups.
1636   unsigned getMaxInterleaveFactor() const {
1637     return InterleaveInfo.getMaxInterleaveFactor();
1638   }
1639
1640   /// \brief Get the interleaved access group that \p Instr belongs to.
1641   const InterleaveGroup *getInterleavedAccessGroup(Instruction *Instr) {
1642     return InterleaveInfo.getInterleaveGroup(Instr);
1643   }
1644
1645   /// \brief Returns true if an interleaved group requires a scalar iteration
1646   /// to handle accesses with gaps.
1647   bool requiresScalarEpilogue() const {
1648     return InterleaveInfo.requiresScalarEpilogue();
1649   }
1650
1651   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return LAI->getMaxSafeDepDistBytes(); }
1652
1653   bool hasStride(Value *V) { return LAI->hasStride(V); }
1654
1655   /// Returns true if the target machine supports masked store operation
1656   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1657   bool isLegalMaskedStore(Type *DataType, Value *Ptr) {
1658     return isConsecutivePtr(Ptr) && TTI->isLegalMaskedStore(DataType);
1659   }
1660   /// Returns true if the target machine supports masked load operation
1661   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1662   bool isLegalMaskedLoad(Type *DataType, Value *Ptr) {
1663     return isConsecutivePtr(Ptr) && TTI->isLegalMaskedLoad(DataType);
1664   }
1665   /// Returns true if the target machine supports masked scatter operation
1666   /// for the given \p DataType.
1667   bool isLegalMaskedScatter(Type *DataType) {
1668     return TTI->isLegalMaskedScatter(DataType);
1669   }
1670   /// Returns true if the target machine supports masked gather operation
1671   /// for the given \p DataType.
1672   bool isLegalMaskedGather(Type *DataType) {
1673     return TTI->isLegalMaskedGather(DataType);
1674   }
1675   /// Returns true if the target machine can represent \p V as a masked gather
1676   /// or scatter operation.
1677   bool isLegalGatherOrScatter(Value *V) {
1678     auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(V);
1679     auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(V);
1680     if (!LI && !SI)
1681       return false;
1682     auto *Ptr = getPointerOperand(V);
1683     auto *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType();
1684     return (LI && isLegalMaskedGather(Ty)) || (SI && isLegalMaskedScatter(Ty));
1685   }
1686
1687   /// Returns true if vector representation of the instruction \p I
1688   /// requires mask.
1689   bool isMaskRequired(const Instruction *I) { return (MaskedOp.count(I) != 0); }
1690   unsigned getNumStores() const { return LAI->getNumStores(); }
1691   unsigned getNumLoads() const { return LAI->getNumLoads(); }
1692   unsigned getNumPredStores() const { return NumPredStores; }
1693
1694   /// Returns true if \p I is an instruction that will be scalarized with
1695   /// predication. Such instructions include conditional stores and
1696   /// instructions that may divide by zero.
1697   bool isScalarWithPredication(Instruction *I);
1698
1699   /// Returns true if \p I is a memory instruction with consecutive memory
1700   /// access that can be widened.
1701   bool memoryInstructionCanBeWidened(Instruction *I, unsigned VF = 1);
1702
1703 private:
1704   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
1705   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
1706   /// and we only need to check individual instructions.
1707   bool canVectorizeInstrs();
1708
1709   /// When we vectorize loops we may change the order in which
1710   /// we read and write from memory. This method checks if it is
1711   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
1712   /// Returns true if the loop is vectorizable
1713   bool canVectorizeMemory();
1714
1715   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
1716   /// transformation.
1717   bool canVectorizeWithIfConvert();
1718
1719   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
1720   /// executed. \p SafePtrs is a list of addresses that are known to be legal
1721   /// and we know that we can read from them without segfault.
1722   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs);
1723
1724   /// Updates the vectorization state by adding \p Phi to the inductions list.
1725   /// This can set \p Phi as the main induction of the loop if \p Phi is a
1726   /// better choice for the main induction than the existing one.
1727   void addInductionPhi(PHINode *Phi, const InductionDescriptor &ID,
1728                        SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit);
1729
1730   /// Create an analysis remark that explains why vectorization failed
1731   ///
1732   /// \p RemarkName is the identifier for the remark.  If \p I is passed it is
1733   /// an instruction that prevents vectorization.  Otherwise the loop is used
1734   /// for the location of the remark.  \return the remark object that can be
1735   /// streamed to.
1736   OptimizationRemarkAnalysis
1737   createMissedAnalysis(StringRef RemarkName, Instruction *I = nullptr) const {
1738     return ::createMissedAnalysis(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
1739                                   RemarkName, TheLoop, I);
1740   }
1741
1742   /// \brief If an access has a symbolic strides, this maps the pointer value to
1743   /// the stride symbol.
1744   const ValueToValueMap *getSymbolicStrides() {
1745     // FIXME: Currently, the set of symbolic strides is sometimes queried before
1746     // it's collected.  This happens from canVectorizeWithIfConvert, when the
1747     // pointer is checked to reference consecutive elements suitable for a
1748     // masked access.
1749     return LAI ? &LAI->getSymbolicStrides() : nullptr;
1750   }
1751
1752   unsigned NumPredStores;
1753
1754   /// The loop that we evaluate.
1755   Loop *TheLoop;
1756   /// A wrapper around ScalarEvolution used to add runtime SCEV checks.
1757   /// Applies dynamic knowledge to simplify SCEV expressions in the context
1758   /// of existing SCEV assumptions. The analysis will also add a minimal set
1759   /// of new predicates if this is required to enable vectorization and
1760   /// unrolling.
1761   PredicatedScalarEvolution &PSE;
1762   /// Target Library Info.
1763   TargetLibraryInfo *TLI;
1764   /// Target Transform Info
1765   const TargetTransformInfo *TTI;
1766   /// Dominator Tree.
1767   DominatorTree *DT;
1768   // LoopAccess analysis.
1769   std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> *GetLAA;
1770   // And the loop-accesses info corresponding to this loop.  This pointer is
1771   // null until canVectorizeMemory sets it up.
1772   const LoopAccessInfo *LAI;
1773   /// Interface to emit optimization remarks.
1774   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
1775
1776   /// The interleave access information contains groups of interleaved accesses
1777   /// with the same stride and close to each other.
1778   InterleavedAccessInfo InterleaveInfo;
1779
1780   //  ---  vectorization state --- //
1781
1782   /// Holds the primary induction variable. This is the counter of the
1783   /// loop.
1784   PHINode *PrimaryInduction;
1785   /// Holds the reduction variables.
1786   ReductionList Reductions;
1787   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
1788   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
1789   /// variables can be pointers.
1790   InductionList Inductions;
1791   /// Holds the phi nodes that are first-order recurrences.
1792   RecurrenceSet FirstOrderRecurrences;
1793   /// Holds the widest induction type encountered.
1794   Type *WidestIndTy;
1795
1796   /// Allowed outside users. This holds the induction and reduction
1797   /// vars which can be accessed from outside the loop.
1798   SmallPtrSet<Value *, 4> AllowedExit;
1799
1800   /// Can we assume the absence of NaNs.
1801   bool HasFunNoNaNAttr;
1802
1803   /// Vectorization requirements that will go through late-evaluation.
1804   LoopVectorizationRequirements *Requirements;
1805
1806   /// Used to emit an analysis of any legality issues.
1807   LoopVectorizeHints *Hints;
1808
1809   /// While vectorizing these instructions we have to generate a
1810   /// call to the appropriate masked intrinsic
1811   SmallPtrSet<const Instruction *, 8> MaskedOp;
1812 };
1813
1814 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
1815 /// vectorization.
1816 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because of
1817 /// a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict the
1818 /// expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set. We use the
1819 /// TargetTransformInfo to query the different backends for the cost of
1820 /// different operations.
1821 class LoopVectorizationCostModel {
1822 public:
1823   LoopVectorizationCostModel(Loop *L, PredicatedScalarEvolution &PSE,
1824                              LoopInfo *LI, LoopVectorizationLegality *Legal,
1825                              const TargetTransformInfo &TTI,
1826                              const TargetLibraryInfo *TLI, DemandedBits *DB,
1827                              AssumptionCache *AC,
1828                              OptimizationRemarkEmitter *ORE, const Function *F,
1829                              const LoopVectorizeHints *Hints)
1830       : TheLoop(L), PSE(PSE), LI(LI), Legal(Legal), TTI(TTI), TLI(TLI), DB(DB),
1831         AC(AC), ORE(ORE), TheFunction(F), Hints(Hints) {}
1832
1833   /// \return An upper bound for the vectorization factor, or None if
1834   /// vectorization should be avoided up front.
1835   Optional<unsigned> computeMaxVF(bool OptForSize);
1836
1837   /// Information about vectorization costs
1838   struct VectorizationFactor {
1839     unsigned Width; // Vector width with best cost
1840     unsigned Cost;  // Cost of the loop with that width
1841   };
1842   /// \return The most profitable vectorization factor and the cost of that VF.
1843   /// This method checks every power of two up to MaxVF. If UserVF is not ZERO
1844   /// then this vectorization factor will be selected if vectorization is
1845   /// possible.
1846   VectorizationFactor selectVectorizationFactor(unsigned MaxVF);
1847
1848   /// Setup cost-based decisions for user vectorization factor.
1849   void selectUserVectorizationFactor(unsigned UserVF) {
1850     collectUniformsAndScalars(UserVF);
1851     collectInstsToScalarize(UserVF);
1852   }
1853
1854   /// \return The size (in bits) of the smallest and widest types in the code
1855   /// that needs to be vectorized. We ignore values that remain scalar such as
1856   /// 64 bit loop indices.
1857   std::pair<unsigned, unsigned> getSmallestAndWidestTypes();
1858
1859   /// \return The desired interleave count.
1860   /// If interleave count has been specified by metadata it will be returned.
1861   /// Otherwise, the interleave count is computed and returned. VF and LoopCost
1862   /// are the selected vectorization factor and the cost of the selected VF.
1863   unsigned selectInterleaveCount(bool OptForSize, unsigned VF,
1864                                  unsigned LoopCost);
1865
1866   /// Memory access instruction may be vectorized in more than one way.
1867   /// Form of instruction after vectorization depends on cost.
1868   /// This function takes cost-based decisions for Load/Store instructions
1869   /// and collects them in a map. This decisions map is used for building
1870   /// the lists of loop-uniform and loop-scalar instructions.
1871   /// The calculated cost is saved with widening decision in order to
1872   /// avoid redundant calculations.
1873   void setCostBasedWideningDecision(unsigned VF);
1874
1875   /// \brief A struct that represents some properties of the register usage
1876   /// of a loop.
1877   struct RegisterUsage {
1878     /// Holds the number of loop invariant values that are used in the loop.
1879     unsigned LoopInvariantRegs;
1880     /// Holds the maximum number of concurrent live intervals in the loop.
1881     unsigned MaxLocalUsers;
1882     /// Holds the number of instructions in the loop.
1883     unsigned NumInstructions;
1884   };
1885
1886   /// \return Returns information about the register usages of the loop for the
1887   /// given vectorization factors.
1888   SmallVector<RegisterUsage, 8> calculateRegisterUsage(ArrayRef<unsigned> VFs);
1889
1890   /// Collect values we want to ignore in the cost model.
1891   void collectValuesToIgnore();
1892
1893   /// \returns The smallest bitwidth each instruction can be represented with.
1894   /// The vector equivalents of these instructions should be truncated to this
1895   /// type.
1896   const MapVector<Instruction *, uint64_t> &getMinimalBitwidths() const {
1897     return MinBWs;
1898   }
1899
1900   /// \returns True if it is more profitable to scalarize instruction \p I for
1901   /// vectorization factor \p VF.
1902   bool isProfitableToScalarize(Instruction *I, unsigned VF) const {
1903     auto Scalars = InstsToScalarize.find(VF);
1904     assert(Scalars != InstsToScalarize.end() &&
1905            "VF not yet analyzed for scalarization profitability");
1906     return Scalars->second.count(I);
1907   }
1908
1909   /// Returns true if \p I is known to be uniform after vectorization.
1910   bool isUniformAfterVectorization(Instruction *I, unsigned VF) const {
1911     if (VF == 1)
1912       return true;
1913     assert(Uniforms.count(VF) && "VF not yet analyzed for uniformity");
1914     auto UniformsPerVF = Uniforms.find(VF);
1915     return UniformsPerVF->second.count(I);
1916   }
1917
1918   /// Returns true if \p I is known to be scalar after vectorization.
1919   bool isScalarAfterVectorization(Instruction *I, unsigned VF) const {
1920     if (VF == 1)
1921       return true;
1922     assert(Scalars.count(VF) && "Scalar values are not calculated for VF");
1923     auto ScalarsPerVF = Scalars.find(VF);
1924     return ScalarsPerVF->second.count(I);
1925   }
1926
1927   /// \returns True if instruction \p I can be truncated to a smaller bitwidth
1928   /// for vectorization factor \p VF.
1929   bool canTruncateToMinimalBitwidth(Instruction *I, unsigned VF) const {
1930     return VF > 1 && MinBWs.count(I) && !isProfitableToScalarize(I, VF) &&
1931            !isScalarAfterVectorization(I, VF);
1932   }
1933
1934   /// Decision that was taken during cost calculation for memory instruction.
1935   enum InstWidening {
1936     CM_Unknown,
1937     CM_Widen,
1938     CM_Interleave,
1939     CM_GatherScatter,
1940     CM_Scalarize
1941   };
1942
1943   /// Save vectorization decision \p W and \p Cost taken by the cost model for
1944   /// instruction \p I and vector width \p VF.
1945   void setWideningDecision(Instruction *I, unsigned VF, InstWidening W,
1946                            unsigned Cost) {
1947     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
1948     WideningDecisions[std::make_pair(I, VF)] = std::make_pair(W, Cost);
1949   }
1950
1951   /// Save vectorization decision \p W and \p Cost taken by the cost model for
1952   /// interleaving group \p Grp and vector width \p VF.
1953   void setWideningDecision(const InterleaveGroup *Grp, unsigned VF,
1954                            InstWidening W, unsigned Cost) {
1955     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
1956     /// Broadcast this decicion to all instructions inside the group.
1957     /// But the cost will be assigned to one instruction only.
1958     for (unsigned i = 0; i < Grp->getFactor(); ++i) {
1959       if (auto *I = Grp->getMember(i)) {
1960         if (Grp->getInsertPos() == I)
1961           WideningDecisions[std::make_pair(I, VF)] = std::make_pair(W, Cost);
1962         else
1963           WideningDecisions[std::make_pair(I, VF)] = std::make_pair(W, 0);
1964       }
1965     }
1966   }
1967
1968   /// Return the cost model decision for the given instruction \p I and vector
1969   /// width \p VF. Return CM_Unknown if this instruction did not pass
1970   /// through the cost modeling.
1971   InstWidening getWideningDecision(Instruction *I, unsigned VF) {
1972     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
1973     std::pair<Instruction *, unsigned> InstOnVF = std::make_pair(I, VF);
1974     auto Itr = WideningDecisions.find(InstOnVF);
1975     if (Itr == WideningDecisions.end())
1976       return CM_Unknown;
1977     return Itr->second.first;
1978   }
1979
1980   /// Return the vectorization cost for the given instruction \p I and vector
1981   /// width \p VF.
1982   unsigned getWideningCost(Instruction *I, unsigned VF) {
1983     assert(VF >= 2 && "Expected VF >=2");
1984     std::pair<Instruction *, unsigned> InstOnVF = std::make_pair(I, VF);
1985     assert(WideningDecisions.count(InstOnVF) && "The cost is not calculated");
1986     return WideningDecisions[InstOnVF].second;
1987   }
1988
1989   /// Return True if instruction \p I is an optimizable truncate whose operand
1990   /// is an induction variable. Such a truncate will be removed by adding a new
1991   /// induction variable with the destination type.
1992   bool isOptimizableIVTruncate(Instruction *I, unsigned VF) {
1993
1994     // If the instruction is not a truncate, return false.
1995     auto *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(I);
1996     if (!Trunc)
1997       return false;
1998
1999     // Get the source and destination types of the truncate.
2000     Type *SrcTy = ToVectorTy(cast<CastInst>(I)->getSrcTy(), VF);
2001     Type *DestTy = ToVectorTy(cast<CastInst>(I)->getDestTy(), VF);
2002
2003     // If the truncate is free for the given types, return false. Replacing a
2004     // free truncate with an induction variable would add an induction variable
2005     // update instruction to each iteration of the loop. We exclude from this
2006     // check the primary induction variable since it will need an update
2007     // instruction regardless.
2008     Value *Op = Trunc->getOperand(0);
2009     if (Op != Legal->getPrimaryInduction() && TTI.isTruncateFree(SrcTy, DestTy))
2010       return false;
2011
2012     // If the truncated value is not an induction variable, return false.
2013     return Legal->isInductionVariable(Op);
2014   }
2015
2016 private:
2017   /// \return An upper bound for the vectorization factor, larger than zero.
2018   /// One is returned if vectorization should best be avoided due to cost.
2019   unsigned computeFeasibleMaxVF(bool OptForSize);
2020
2021   /// The vectorization cost is a combination of the cost itself and a boolean
2022   /// indicating whether any of the contributing operations will actually
2023   /// operate on
2024   /// vector values after type legalization in the backend. If this latter value
2025   /// is
2026   /// false, then all operations will be scalarized (i.e. no vectorization has
2027   /// actually taken place).
2028   typedef std::pair<unsigned, bool> VectorizationCostTy;
2029
2030   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
2031   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
2032   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
2033   /// the factor width.
2034   VectorizationCostTy expectedCost(unsigned VF);
2035
2036   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
2037   /// width. Vector width of one means scalar.
2038   VectorizationCostTy getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
2039
2040   /// The cost-computation logic from getInstructionCost which provides
2041   /// the vector type as an output parameter.
2042   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF, Type *&VectorTy);
2043
2044   /// Calculate vectorization cost of memory instruction \p I.
2045   unsigned getMemoryInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
2046
2047   /// The cost computation for scalarized memory instruction.
2048   unsigned getMemInstScalarizationCost(Instruction *I, unsigned VF);
2049
2050   /// The cost computation for interleaving group of memory instructions.
2051   unsigned getInterleaveGroupCost(Instruction *I, unsigned VF);
2052
2053   /// The cost computation for Gather/Scatter instruction.
2054   unsigned getGatherScatterCost(Instruction *I, unsigned VF);
2055
2056   /// The cost computation for widening instruction \p I with consecutive
2057   /// memory access.
2058   unsigned getConsecutiveMemOpCost(Instruction *I, unsigned VF);
2059
2060   /// The cost calculation for Load instruction \p I with uniform pointer -
2061   /// scalar load + broadcast.
2062   unsigned getUniformMemOpCost(Instruction *I, unsigned VF);
2063
2064   /// Returns whether the instruction is a load or store and will be a emitted
2065   /// as a vector operation.
2066   bool isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *I);
2067
2068   /// Create an analysis remark that explains why vectorization failed
2069   ///
2070   /// \p RemarkName is the identifier for the remark.  \return the remark object
2071   /// that can be streamed to.
2072   OptimizationRemarkAnalysis createMissedAnalysis(StringRef RemarkName) {
2073     return ::createMissedAnalysis(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
2074                                   RemarkName, TheLoop);
2075   }
2076
2077   /// Map of scalar integer values to the smallest bitwidth they can be legally
2078   /// represented as. The vector equivalents of these values should be truncated
2079   /// to this type.
2080   MapVector<Instruction *, uint64_t> MinBWs;
2081
2082   /// A type representing the costs for instructions if they were to be
2083   /// scalarized rather than vectorized. The entries are Instruction-Cost
2084   /// pairs.
2085   typedef DenseMap<Instruction *, unsigned> ScalarCostsTy;
2086
2087   /// A set containing all BasicBlocks that are known to present after
2088   /// vectorization as a predicated block.
2089   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> PredicatedBBsAfterVectorization;
2090
2091   /// A map holding scalar costs for different vectorization factors. The
2092   /// presence of a cost for an instruction in the mapping indicates that the
2093   /// instruction will be scalarized when vectorizing with the associated
2094   /// vectorization factor. The entries are VF-ScalarCostTy pairs.
2095   DenseMap<unsigned, ScalarCostsTy> InstsToScalarize;
2096
2097   /// Holds the instructions known to be uniform after vectorization.
2098   /// The data is collected per VF.
2099   DenseMap<unsigned, SmallPtrSet<Instruction *, 4>> Uniforms;
2100
2101   /// Holds the instructions known to be scalar after vectorization.
2102   /// The data is collected per VF.
2103   DenseMap<unsigned, SmallPtrSet<Instruction *, 4>> Scalars;
2104
2105   /// Returns the expected difference in cost from scalarizing the expression
2106   /// feeding a predicated instruction \p PredInst. The instructions to
2107   /// scalarize and their scalar costs are collected in \p ScalarCosts. A
2108   /// non-negative return value implies the expression will be scalarized.
2109   /// Currently, only single-use chains are considered for scalarization.
2110   int computePredInstDiscount(Instruction *PredInst, ScalarCostsTy &ScalarCosts,
2111                               unsigned VF);
2112
2113   /// Collects the instructions to scalarize for each predicated instruction in
2114   /// the loop.
2115   void collectInstsToScalarize(unsigned VF);
2116
2117   /// Collect the instructions that are uniform after vectorization. An
2118   /// instruction is uniform if we represent it with a single scalar value in
2119   /// the vectorized loop corresponding to each vector iteration. Examples of
2120   /// uniform instructions include pointer operands of consecutive or
2121   /// interleaved memory accesses. Note that although uniformity implies an
2122   /// instruction will be scalar, the reverse is not true. In general, a
2123   /// scalarized instruction will be represented by VF scalar values in the
2124   /// vectorized loop, each corresponding to an iteration of the original
2125   /// scalar loop.
2126   void collectLoopUniforms(unsigned VF);
2127
2128   /// Collect the instructions that are scalar after vectorization. An
2129   /// instruction is scalar if it is known to be uniform or will be scalarized
2130   /// during vectorization. Non-uniform scalarized instructions will be
2131   /// represented by VF values in the vectorized loop, each corresponding to an
2132   /// iteration of the original scalar loop.
2133   void collectLoopScalars(unsigned VF);
2134
2135   /// Collect Uniform and Scalar values for the given \p VF.
2136   /// The sets depend on CM decision for Load/Store instructions
2137   /// that may be vectorized as interleave, gather-scatter or scalarized.
2138   void collectUniformsAndScalars(unsigned VF) {
2139     // Do the analysis once.
2140     if (VF == 1 || Uniforms.count(VF))
2141       return;
2142     setCostBasedWideningDecision(VF);
2143     collectLoopUniforms(VF);
2144     collectLoopScalars(VF);
2145   }
2146
2147   /// Keeps cost model vectorization decision and cost for instructions.
2148   /// Right now it is used for memory instructions only.
2149   typedef DenseMap<std::pair<Instruction *, unsigned>,
2150                    std::pair<InstWidening, unsigned>>
2151       DecisionList;
2152
2153   DecisionList WideningDecisions;
2154
2155 public:
2156   /// The loop that we evaluate.
2157   Loop *TheLoop;
2158   /// Predicated scalar evolution analysis.
2159   PredicatedScalarEvolution &PSE;
2160   /// Loop Info analysis.
2161   LoopInfo *LI;
2162   /// Vectorization legality.
2163   LoopVectorizationLegality *Legal;
2164   /// Vector target information.
2165   const TargetTransformInfo &TTI;
2166   /// Target Library Info.
2167   const TargetLibraryInfo *TLI;
2168   /// Demanded bits analysis.
2169   DemandedBits *DB;
2170   /// Assumption cache.
2171   AssumptionCache *AC;
2172   /// Interface to emit optimization remarks.
2173   OptimizationRemarkEmitter *ORE;
2174
2175   const Function *TheFunction;
2176   /// Loop Vectorize Hint.
2177   const LoopVectorizeHints *Hints;
2178   /// Values to ignore in the cost model.
2179   SmallPtrSet<const Value *, 16> ValuesToIgnore;
2180   /// Values to ignore in the cost model when VF > 1.
2181   SmallPtrSet<const Value *, 16> VecValuesToIgnore;
2182 };
2183
2184 /// LoopVectorizationPlanner - drives the vectorization process after having
2185 /// passed Legality checks.
2186 class LoopVectorizationPlanner {
2187 public:
2188   LoopVectorizationPlanner(LoopVectorizationCostModel &CM) : CM(CM) {}
2189
2190   ~LoopVectorizationPlanner() {}
2191
2192   /// Plan how to best vectorize, return the best VF and its cost.
2193   LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor plan(bool OptForSize,
2194                                                        unsigned UserVF);
2195
2196 private:
2197   /// The profitablity analysis.
2198   LoopVectorizationCostModel &CM;
2199 };
2200
2201 /// \brief This holds vectorization requirements that must be verified late in
2202 /// the process. The requirements are set by legalize and costmodel. Once
2203 /// vectorization has been determined to be possible and profitable the
2204 /// requirements can be verified by looking for metadata or compiler options.
2205 /// For example, some loops require FP commutativity which is only allowed if
2206 /// vectorization is explicitly specified or if the fast-math compiler option
2207 /// has been provided.
2208 /// Late evaluation of these requirements allows helpful diagnostics to be
2209 /// composed that tells the user what need to be done to vectorize the loop. For
2210 /// example, by specifying #pragma clang loop vectorize or -ffast-math. Late
2211 /// evaluation should be used only when diagnostics can generated that can be
2212 /// followed by a non-expert user.
2213 class LoopVectorizationRequirements {
2214 public:
2215   LoopVectorizationRequirements(OptimizationRemarkEmitter &ORE)
2216       : NumRuntimePointerChecks(0), UnsafeAlgebraInst(nullptr), ORE(ORE) {}
2217
2218   void addUnsafeAlgebraInst(Instruction *I) {
2219     // First unsafe algebra instruction.
2220     if (!UnsafeAlgebraInst)
2221       UnsafeAlgebraInst = I;
2222   }
2223
2224   void addRuntimePointerChecks(unsigned Num) { NumRuntimePointerChecks = Num; }
2225
2226   bool doesNotMeet(Function *F, Loop *L, const LoopVectorizeHints &Hints) {
2227     const char *PassName = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
2228     bool Failed = false;
2229     if (UnsafeAlgebraInst && !Hints.allowReordering()) {
2230       ORE.emit(
2231           OptimizationRemarkAnalysisFPCommute(PassName, "CantReorderFPOps",
2232                                               UnsafeAlgebraInst->getDebugLoc(),
2233                                               UnsafeAlgebraInst->getParent())
2234           << "loop not vectorized: cannot prove it is safe to reorder "
2235              "floating-point operations");
2236       Failed = true;
2237     }
2238
2239     // Test if runtime memcheck thresholds are exceeded.
2240     bool PragmaThresholdReached =
2241         NumRuntimePointerChecks > PragmaVectorizeMemoryCheckThreshold;
2242     bool ThresholdReached =
2243         NumRuntimePointerChecks > VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold;
2244     if ((ThresholdReached && !Hints.allowReordering()) ||
2245         PragmaThresholdReached) {
2246       ORE.emit(OptimizationRemarkAnalysisAliasing(PassName, "CantReorderMemOps",
2247                                                   L->getStartLoc(),
2248                                                   L->getHeader())
2249                << "loop not vectorized: cannot prove it is safe to reorder "
2250                   "memory operations");
2251       DEBUG(dbgs() << "LV: Too many memory checks needed.\n");
2252       Failed = true;
2253     }
2254
2255     return Failed;
2256   }
2257
2258 private:
2259   unsigned NumRuntimePointerChecks;
2260   Instruction *UnsafeAlgebraInst;
2261
2262   /// Interface to emit optimization remarks.
2263   OptimizationRemarkEmitter &ORE;
2264 };
2265
2266 static void addAcyclicInnerLoop(Loop &L, SmallVectorImpl<Loop *> &V) {
2267   if (L.empty()) {
2268     if (!hasCyclesInLoopBody(L))
2269       V.push_back(&L);
2270     return;
2271   }
2272   for (Loop *InnerL : L)
2273     addAcyclicInnerLoop(*InnerL, V);
2274 }
2275
2276 /// The LoopVectorize Pass.
2277 struct LoopVectorize : public FunctionPass {
2278   /// Pass identification, replacement for typeid
2279   static char ID;
2280
2281   explicit LoopVectorize(bool NoUnrolling = false, bool AlwaysVectorize = true)
2282       : FunctionPass(ID) {
2283     Impl.DisableUnrolling = NoUnrolling;
2284     Impl.AlwaysVectorize = AlwaysVectorize;
2285     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2286   }
2287
2288   LoopVectorizePass Impl;
2289
2290   bool runOnFunction(Function &F) override {
2291     if (skipFunction(F))
2292       return false;
2293
2294     auto *SE = &getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
2295     auto *LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
2296     auto *TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2297     auto *DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
2298     auto *BFI = &getAnalysis<BlockFrequencyInfoWrapperPass>().getBFI();
2299     auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
2300     auto *TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
2301     auto *AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
2302     auto *AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
2303     auto *LAA = &getAnalysis<LoopAccessLegacyAnalysis>();
2304     auto *DB = &getAnalysis<DemandedBitsWrapperPass>().getDemandedBits();
2305     auto *ORE = &getAnalysis<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>().getORE();
2306
2307     std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> GetLAA =
2308         [&](Loop &L) -> const LoopAccessInfo & { return LAA->getInfo(&L); };
2309
2310     return Impl.runImpl(F, *SE, *LI, *TTI, *DT, *BFI, TLI, *DB, *AA, *AC,
2311                         GetLAA, *ORE);
2312   }
2313
2314   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
2315     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
2316     AU.addRequired<BlockFrequencyInfoWrapperPass>();
2317     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
2318     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
2319     AU.addRequired<ScalarEvolutionWrapperPass>();
2320     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
2321     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
2322     AU.addRequired<LoopAccessLegacyAnalysis>();
2323     AU.addRequired<DemandedBitsWrapperPass>();
2324     AU.addRequired<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>();
2325     AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
2326     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
2327     AU.addPreserved<BasicAAWrapperPass>();
2328     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
2329   }
2330 };
2331
2332 } // end anonymous namespace
2333
2334 //===----------------------------------------------------------------------===//
2335 // Implementation of LoopVectorizationLegality, InnerLoopVectorizer and
2336 // LoopVectorizationCostModel and LoopVectorizationPlanner.
2337 //===----------------------------------------------------------------------===//
2338
2339 Value *InnerLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
2340   // We need to place the broadcast of invariant variables outside the loop.
2341   Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(V);
2342   bool NewInstr = (Instr && Instr->getParent() == LoopVectorBody);
2343   bool Invariant = OrigLoop->isLoopInvariant(V) && !NewInstr;
2344
2345   // Place the code for broadcasting invariant variables in the new preheader.
2346   IRBuilder<>::InsertPointGuard Guard(Builder);
2347   if (Invariant)
2348     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
2349
2350   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
2351   Value *Shuf = Builder.CreateVectorSplat(VF, V, "broadcast");
2352
2353   return Shuf;
2354 }
2355
2356 void InnerLoopVectorizer::createVectorIntOrFpInductionPHI(
2357     const InductionDescriptor &II, Value *Step, Instruction *EntryVal) {
2358   Value *Start = II.getStartValue();
2359
2360   // Construct the initial value of the vector IV in the vector loop preheader
2361   auto CurrIP = Builder.saveIP();
2362   Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
2363   if (isa<TruncInst>(EntryVal)) {
2364     assert(Start->getType()->isIntegerTy() &&
2365            "Truncation requires an integer type");
2366     auto *TruncType = cast<IntegerType>(EntryVal->getType());
2367     Step = Builder.CreateTrunc(Step, TruncType);
2368     Start = Builder.CreateCast(Instruction::Trunc, Start, TruncType);
2369   }
2370   Value *SplatStart = Builder.CreateVectorSplat(VF, Start);
2371   Value *SteppedStart =
2372       getStepVector(SplatStart, 0, Step, II.getInductionOpcode());
2373
2374   // We create vector phi nodes for both integer and floating-point induction
2375   // variables. Here, we determine the kind of arithmetic we will perform.
2376   Instruction::BinaryOps AddOp;
2377   Instruction::BinaryOps MulOp;
2378   if (Step->getType()->isIntegerTy()) {
2379     AddOp = Instruction::Add;
2380     MulOp = Instruction::Mul;
2381   } else {
2382     AddOp = II.getInductionOpcode();
2383     MulOp = Instruction::FMul;
2384   }
2385
2386   // Multiply the vectorization factor by the step using integer or
2387   // floating-point arithmetic as appropriate.
2388   Value *ConstVF = getSignedIntOrFpConstant(Step->getType(), VF);
2389   Value *Mul = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(MulOp, Step, ConstVF));
2390
2391   // Create a vector splat to use in the induction update.
2392   //
2393   // FIXME: If the step is non-constant, we create the vector splat with
2394   //        IRBuilder. IRBuilder can constant-fold the multiply, but it doesn't
2395   //        handle a constant vector splat.
2396   Value *SplatVF = isa<Constant>(Mul)
2397                        ? ConstantVector::getSplat(VF, cast<Constant>(Mul))
2398                        : Builder.CreateVectorSplat(VF, Mul);
2399   Builder.restoreIP(CurrIP);
2400
2401   // We may need to add the step a number of times, depending on the unroll
2402   // factor. The last of those goes into the PHI.
2403   PHINode *VecInd = PHINode::Create(SteppedStart->getType(), 2, "vec.ind",
2404                                     &*LoopVectorBody->getFirstInsertionPt());
2405   Instruction *LastInduction = VecInd;
2406   VectorParts Entry(UF);
2407   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2408     Entry[Part] = LastInduction;
2409     LastInduction = cast<Instruction>(addFastMathFlag(
2410         Builder.CreateBinOp(AddOp, LastInduction, SplatVF, "step.add")));
2411   }
2412   VectorLoopValueMap.initVector(EntryVal, Entry);
2413   if (isa<TruncInst>(EntryVal))
2414     addMetadata(Entry, EntryVal);
2415
2416   // Move the last step to the end of the latch block. This ensures consistent
2417   // placement of all induction updates.
2418   auto *LoopVectorLatch = LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch();
2419   auto *Br = cast<BranchInst>(LoopVectorLatch->getTerminator());
2420   auto *ICmp = cast<Instruction>(Br->getCondition());
2421   LastInduction->moveBefore(ICmp);
2422   LastInduction->setName("vec.ind.next");
2423
2424   VecInd->addIncoming(SteppedStart, LoopVectorPreHeader);
2425   VecInd->addIncoming(LastInduction, LoopVectorLatch);
2426 }
2427
2428 bool InnerLoopVectorizer::shouldScalarizeInstruction(Instruction *I) const {
2429   return Cost->isScalarAfterVectorization(I, VF) ||
2430          Cost->isProfitableToScalarize(I, VF);
2431 }
2432
2433 bool InnerLoopVectorizer::needsScalarInduction(Instruction *IV) const {
2434   if (shouldScalarizeInstruction(IV))
2435     return true;
2436   auto isScalarInst = [&](User *U) -> bool {
2437     auto *I = cast<Instruction>(U);
2438     return (OrigLoop->contains(I) && shouldScalarizeInstruction(I));
2439   };
2440   return any_of(IV->users(), isScalarInst);
2441 }
2442
2443 void InnerLoopVectorizer::widenIntOrFpInduction(PHINode *IV, TruncInst *Trunc) {
2444
2445   assert((IV->getType()->isIntegerTy() || IV != OldInduction) &&
2446          "Primary induction variable must have an integer type");
2447
2448   auto II = Legal->getInductionVars()->find(IV);
2449   assert(II != Legal->getInductionVars()->end() && "IV is not an induction");
2450
2451   auto ID = II->second;
2452   assert(IV->getType() == ID.getStartValue()->getType() && "Types must match");
2453
2454   // The scalar value to broadcast. This will be derived from the canonical
2455   // induction variable.
2456   Value *ScalarIV = nullptr;
2457
2458   // The value from the original loop to which we are mapping the new induction
2459   // variable.
2460   Instruction *EntryVal = Trunc ? cast<Instruction>(Trunc) : IV;
2461
2462   // True if we have vectorized the induction variable.
2463   auto VectorizedIV = false;
2464
2465   // Determine if we want a scalar version of the induction variable. This is
2466   // true if the induction variable itself is not widened, or if it has at
2467   // least one user in the loop that is not widened.
2468   auto NeedsScalarIV = VF > 1 && needsScalarInduction(EntryVal);
2469
2470   // Generate code for the induction step. Note that induction steps are
2471   // required to be loop-invariant
2472   assert(PSE.getSE()->isLoopInvariant(ID.getStep(), OrigLoop) &&
2473          "Induction step should be loop invariant");
2474   auto &DL = OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
2475   Value *Step = nullptr;
2476   if (PSE.getSE()->isSCEVable(IV->getType())) {
2477     SCEVExpander Exp(*PSE.getSE(), DL, "induction");
2478     Step = Exp.expandCodeFor(ID.getStep(), ID.getStep()->getType(),
2479                              LoopVectorPreHeader->getTerminator());
2480   } else {
2481     Step = cast<SCEVUnknown>(ID.getStep())->getValue();
2482   }
2483
2484   // Try to create a new independent vector induction variable. If we can't
2485   // create the phi node, we will splat the scalar induction variable in each
2486   // loop iteration.
2487   if (VF > 1 && !shouldScalarizeInstruction(EntryVal)) {
2488     createVectorIntOrFpInductionPHI(ID, Step, EntryVal);
2489     VectorizedIV = true;
2490   }
2491
2492   // If we haven't yet vectorized the induction variable, or if we will create
2493   // a scalar one, we need to define the scalar induction variable and step
2494   // values. If we were given a truncation type, truncate the canonical
2495   // induction variable and step. Otherwise, derive these values from the
2496   // induction descriptor.
2497   if (!VectorizedIV || NeedsScalarIV) {
2498     ScalarIV = Induction;
2499     if (IV != OldInduction) {
2500       ScalarIV = IV->getType()->isIntegerTy()
2501                      ? Builder.CreateSExtOrTrunc(Induction, IV->getType())
2502                      : Builder.CreateCast(Instruction::SIToFP, Induction,
2503                                           IV->getType());
2504       ScalarIV = ID.transform(Builder, ScalarIV, PSE.getSE(), DL);
2505       ScalarIV->setName("offset.idx");
2506     }
2507     if (Trunc) {
2508       auto *TruncType = cast<IntegerType>(Trunc->getType());
2509       assert(Step->getType()->isIntegerTy() &&
2510              "Truncation requires an integer step");
2511       ScalarIV = Builder.CreateTrunc(ScalarIV, TruncType);
2512       Step = Builder.CreateTrunc(Step, TruncType);
2513     }
2514   }
2515
2516   // If we haven't yet vectorized the induction variable, splat the scalar
2517   // induction variable, and build the necessary step vectors.
2518   if (!VectorizedIV) {
2519     Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ScalarIV);
2520     VectorParts Entry(UF);
2521     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
2522       Entry[Part] =
2523           getStepVector(Broadcasted, VF * Part, Step, ID.getInductionOpcode());
2524     VectorLoopValueMap.initVector(EntryVal, Entry);
2525     if (Trunc)
2526       addMetadata(Entry, Trunc);
2527   }
2528
2529   // If an induction variable is only used for counting loop iterations or
2530   // calculating addresses, it doesn't need to be widened. Create scalar steps
2531   // that can be used by instructions we will later scalarize. Note that the
2532   // addition of the scalar steps will not increase the number of instructions
2533   // in the loop in the common case prior to InstCombine. We will be trading
2534   // one vector extract for each scalar step.
2535   if (NeedsScalarIV)
2536     buildScalarSteps(ScalarIV, Step, EntryVal, ID);
2537 }
2538
2539 Value *InnerLoopVectorizer::getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
2540                                           Instruction::BinaryOps BinOp) {
2541   // Create and check the types.
2542   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
2543   int VLen = Val->getType()->getVectorNumElements();
2544
2545   Type *STy = Val->getType()->getScalarType();
2546   assert((STy->isIntegerTy() || STy->isFloatingPointTy()) &&
2547          "Induction Step must be an integer or FP");
2548   assert(Step->getType() == STy && "Step has wrong type");
2549
2550   SmallVector<Constant *, 8> Indices;
2551
2552   if (STy->isIntegerTy()) {
2553     // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
2554     for (int i = 0; i < VLen; ++i)
2555       Indices.push_back(ConstantInt::get(STy, StartIdx + i));
2556
2557     // Add the consecutive indices to the vector value.
2558     Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
2559     assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
2560     Step = Builder.CreateVectorSplat(VLen, Step);
2561     assert(Step->getType() == Val->getType() && "Invalid step vec");
2562     // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
2563     // which can be found from the original scalar operations.
2564     Step = Builder.CreateMul(Cv, Step);
2565     return Builder.CreateAdd(Val, Step, "induction");
2566   }
2567
2568   // Floating point induction.
2569   assert((BinOp == Instruction::FAdd || BinOp == Instruction::FSub) &&
2570          "Binary Opcode should be specified for FP induction");
2571   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
2572   for (int i = 0; i < VLen; ++i)
2573     Indices.push_back(ConstantFP::get(STy, (double)(StartIdx + i)));
2574
2575   // Add the consecutive indices to the vector value.
2576   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
2577
2578   Step = Builder.CreateVectorSplat(VLen, Step);
2579
2580   // Floating point operations had to be 'fast' to enable the induction.
2581   FastMathFlags Flags;
2582   Flags.setUnsafeAlgebra();
2583
2584   Value *MulOp = Builder.CreateFMul(Cv, Step);
2585   if (isa<Instruction>(MulOp))
2586     // Have to check, MulOp may be a constant
2587     cast<Instruction>(MulOp)->setFastMathFlags(Flags);
2588
2589   Value *BOp = Builder.CreateBinOp(BinOp, Val, MulOp, "induction");
2590   if (isa<Instruction>(BOp))
2591     cast<Instruction>(BOp)->setFastMathFlags(Flags);
2592   return BOp;
2593 }
2594
2595 void InnerLoopVectorizer::buildScalarSteps(Value *ScalarIV, Value *Step,
2596                                            Value *EntryVal,
2597                                            const InductionDescriptor &ID) {
2598
2599   // We shouldn't have to build scalar steps if we aren't vectorizing.
2600   assert(VF > 1 && "VF should be greater than one");
2601
2602   // Get the value type and ensure it and the step have the same integer type.
2603   Type *ScalarIVTy = ScalarIV->getType()->getScalarType();
2604   assert(ScalarIVTy == Step->getType() &&
2605          "Val and Step should have the same type");
2606
2607   // We build scalar steps for both integer and floating-point induction
2608   // variables. Here, we determine the kind of arithmetic we will perform.
2609   Instruction::BinaryOps AddOp;
2610   Instruction::BinaryOps MulOp;
2611   if (ScalarIVTy->isIntegerTy()) {
2612     AddOp = Instruction::Add;
2613     MulOp = Instruction::Mul;
2614   } else {
2615     AddOp = ID.getInductionOpcode();
2616     MulOp = Instruction::FMul;
2617   }
2618
2619   // Determine the number of scalars we need to generate for each unroll
2620   // iteration. If EntryVal is uniform, we only need to generate the first
2621   // lane. Otherwise, we generate all VF values.
2622   unsigned Lanes =
2623     Cost->isUniformAfterVectorization(cast<Instruction>(EntryVal), VF) ? 1 : VF;
2624
2625   // Compute the scalar steps and save the results in VectorLoopValueMap.
2626   ScalarParts Entry(UF);
2627   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2628     Entry[Part].resize(VF);
2629     for (unsigned Lane = 0; Lane < Lanes; ++Lane) {
2630       auto *StartIdx = getSignedIntOrFpConstant(ScalarIVTy, VF * Part + Lane);
2631       auto *Mul = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(MulOp, StartIdx, Step));
2632       auto *Add = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(AddOp, ScalarIV, Mul));
2633       Entry[Part][Lane] = Add;
2634     }
2635   }
2636   VectorLoopValueMap.initScalar(EntryVal, Entry);
2637 }
2638
2639 int LoopVectorizationLegality::isConsecutivePtr(Value *Ptr) {
2640
2641   const ValueToValueMap &Strides = getSymbolicStrides() ? *getSymbolicStrides() :
2642     ValueToValueMap();
2643
2644   int Stride = getPtrStride(PSE, Ptr, TheLoop, Strides, true, false);
2645   if (Stride == 1 || Stride == -1)
2646     return Stride;
2647   return 0;
2648 }
2649
2650 bool LoopVectorizationLegality::isUniform(Value *V) {
2651   return LAI->isUniform(V);
2652 }
2653
2654 const InnerLoopVectorizer::VectorParts &
2655 InnerLoopVectorizer::getVectorValue(Value *V) {
2656   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
2657   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
2658   assert(!V->getType()->isVoidTy() && "Type does not produce a value");
2659
2660   // If we have a stride that is replaced by one, do it here.
2661   if (Legal->hasStride(V))
2662     V = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
2663
2664   // If we have this scalar in the map, return it.
2665   if (VectorLoopValueMap.hasVector(V))
2666     return VectorLoopValueMap.VectorMapStorage[V];
2667
2668   // If the value has not been vectorized, check if it has been scalarized
2669   // instead. If it has been scalarized, and we actually need the value in
2670   // vector form, we will construct the vector values on demand.
2671   if (VectorLoopValueMap.hasScalar(V)) {
2672
2673     // Initialize a new vector map entry.
2674     VectorParts Entry(UF);
2675
2676     // If we've scalarized a value, that value should be an instruction.
2677     auto *I = cast<Instruction>(V);
2678
2679     // If we aren't vectorizing, we can just copy the scalar map values over to
2680     // the vector map.
2681     if (VF == 1) {
2682       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
2683         Entry[Part] = getScalarValue(V, Part, 0);
2684       return VectorLoopValueMap.initVector(V, Entry);
2685     }
2686
2687     // Get the last scalar instruction we generated for V. If the value is
2688     // known to be uniform after vectorization, this corresponds to lane zero
2689     // of the last unroll iteration. Otherwise, the last instruction is the one
2690     // we created for the last vector lane of the last unroll iteration.
2691     unsigned LastLane = Cost->isUniformAfterVectorization(I, VF) ? 0 : VF - 1;
2692     auto *LastInst = cast<Instruction>(getScalarValue(V, UF - 1, LastLane));
2693
2694     // Set the insert point after the last scalarized instruction. This ensures
2695     // the insertelement sequence will directly follow the scalar definitions.
2696     auto OldIP = Builder.saveIP();
2697     auto NewIP = std::next(BasicBlock::iterator(LastInst));
2698     Builder.SetInsertPoint(&*NewIP);
2699
2700     // However, if we are vectorizing, we need to construct the vector values.
2701     // If the value is known to be uniform after vectorization, we can just
2702     // broadcast the scalar value corresponding to lane zero for each unroll
2703     // iteration. Otherwise, we construct the vector values using insertelement
2704     // instructions. Since the resulting vectors are stored in
2705     // VectorLoopValueMap, we will only generate the insertelements once.
2706     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2707       Value *VectorValue = nullptr;
2708       if (Cost->isUniformAfterVectorization(I, VF)) {
2709         VectorValue = getBroadcastInstrs(getScalarValue(V, Part, 0));
2710       } else {
2711         VectorValue = UndefValue::get(VectorType::get(V->getType(), VF));
2712         for (unsigned Lane = 0; Lane < VF; ++Lane)
2713           VectorValue = Builder.CreateInsertElement(
2714               VectorValue, getScalarValue(V, Part, Lane),
2715               Builder.getInt32(Lane));
2716       }
2717       Entry[Part] = VectorValue;
2718     }
2719     Builder.restoreIP(OldIP);
2720     return VectorLoopValueMap.initVector(V, Entry);
2721   }
2722
2723   // If this scalar is unknown, assume that it is a constant or that it is
2724   // loop invariant. Broadcast V and save the value for future uses.
2725   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
2726   return VectorLoopValueMap.initVector(V, VectorParts(UF, B));
2727 }
2728
2729 Value *InnerLoopVectorizer::getScalarValue(Value *V, unsigned Part,
2730                                            unsigned Lane) {
2731
2732   // If the value is not an instruction contained in the loop, it should
2733   // already be scalar.
2734   if (OrigLoop->isLoopInvariant(V))
2735     return V;
2736
2737   assert(Lane > 0 ?
2738          !Cost->isUniformAfterVectorization(cast<Instruction>(V), VF)
2739          : true && "Uniform values only have lane zero");
2740
2741   // If the value from the original loop has not been vectorized, it is
2742   // represented by UF x VF scalar values in the new loop. Return the requested
2743   // scalar value.
2744   if (VectorLoopValueMap.hasScalar(V))
2745     return VectorLoopValueMap.ScalarMapStorage[V][Part][Lane];
2746
2747   // If the value has not been scalarized, get its entry in VectorLoopValueMap
2748   // for the given unroll part. If this entry is not a vector type (i.e., the
2749   // vectorization factor is one), there is no need to generate an
2750   // extractelement instruction.
2751   auto *U = getVectorValue(V)[Part];
2752   if (!U->getType()->isVectorTy()) {
2753     assert(VF == 1 && "Value not scalarized has non-vector type");
2754     return U;
2755   }
2756
2757   // Otherwise, the value from the original loop has been vectorized and is
2758   // represented by UF vector values. Extract and return the requested scalar
2759   // value from the appropriate vector lane.
2760   return Builder.CreateExtractElement(U, Builder.getInt32(Lane));
2761 }
2762
2763 Value *InnerLoopVectorizer::reverseVector(Value *Vec) {
2764   assert(Vec->getType()->isVectorTy() && "Invalid type");
2765   SmallVector<Constant *, 8> ShuffleMask;
2766   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
2767     ShuffleMask.push_back(Builder.getInt32(VF - i - 1));
2768
2769   return Builder.CreateShuffleVector(Vec, UndefValue::get(Vec->getType()),
2770                                      ConstantVector::get(ShuffleMask),
2771                                      "reverse");
2772 }
2773
2774 // Try to vectorize the interleave group that \p Instr belongs to.
2775 //
2776 // E.g. Translate following interleaved load group (factor = 3):
2777 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2778 //     R = Pic[i];             // Member of index 0
2779 //     G = Pic[i+1];           // Member of index 1
2780 //     B = Pic[i+2];           // Member of index 2
2781 //     ... // do something to R, G, B
2782 //   }
2783 // To:
2784 //   %wide.vec = load <12 x i32>                       ; Read 4 tuples of R,G,B
2785 //   %R.vec = shuffle %wide.vec, undef, <0, 3, 6, 9>   ; R elements
2786 //   %G.vec = shuffle %wide.vec, undef, <1, 4, 7, 10>  ; G elements
2787 //   %B.vec = shuffle %wide.vec, undef, <2, 5, 8, 11>  ; B elements
2788 //
2789 // Or translate following interleaved store group (factor = 3):
2790 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2791 //     ... do something to R, G, B
2792 //     Pic[i]   = R;           // Member of index 0
2793 //     Pic[i+1] = G;           // Member of index 1
2794 //     Pic[i+2] = B;           // Member of index 2
2795 //   }
2796 // To:
2797 //   %R_G.vec = shuffle %R.vec, %G.vec, <0, 1, 2, ..., 7>
2798 //   %B_U.vec = shuffle %B.vec, undef, <0, 1, 2, 3, u, u, u, u>
2799 //   %interleaved.vec = shuffle %R_G.vec, %B_U.vec,
2800 //        <0, 4, 8, 1, 5, 9, 2, 6, 10, 3, 7, 11>    ; Interleave R,G,B elements
2801 //   store <12 x i32> %interleaved.vec              ; Write 4 tuples of R,G,B
2802 void InnerLoopVectorizer::vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr) {
2803   const InterleaveGroup *Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(Instr);
2804   assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
2805
2806   // Skip if current instruction is not the insert position.
2807   if (Instr != Group->getInsertPos())
2808     return;
2809
2810   Value *Ptr = getPointerOperand(Instr);
2811
2812   // Prepare for the vector type of the interleaved load/store.
2813   Type *ScalarTy = getMemInstValueType(Instr);
2814   unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
2815   Type *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, InterleaveFactor * VF);
2816   Type *PtrTy = VecTy->getPointerTo(getMemInstAddressSpace(Instr));
2817
2818   // Prepare for the new pointers.
2819   setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
2820   SmallVector<Value *, 2> NewPtrs;
2821   unsigned Index = Group->getIndex(Instr);
2822
2823   // If the group is reverse, adjust the index to refer to the last vector lane
2824   // instead of the first. We adjust the index from the first vector lane,
2825   // rather than directly getting the pointer for lane VF - 1, because the
2826   // pointer operand of the interleaved access is supposed to be uniform. For
2827   // uniform instructions, we're only required to generate a value for the
2828   // first vector lane in each unroll iteration.
2829   if (Group->isReverse())
2830     Index += (VF - 1) * Group->getFactor();
2831
2832   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2833     Value *NewPtr = getScalarValue(Ptr, Part, 0);
2834
2835     // Notice current instruction could be any index. Need to adjust the address
2836     // to the member of index 0.
2837     //
2838     // E.g.  a = A[i+1];     // Member of index 1 (Current instruction)
2839     //       b = A[i];       // Member of index 0
2840     // Current pointer is pointed to A[i+1], adjust it to A[i].
2841     //
2842     // E.g.  A[i+1] = a;     // Member of index 1
2843     //       A[i]   = b;     // Member of index 0
2844     //       A[i+2] = c;     // Member of index 2 (Current instruction)
2845     // Current pointer is pointed to A[i+2], adjust it to A[i].
2846     NewPtr = Builder.CreateGEP(NewPtr, Builder.getInt32(-Index));
2847
2848     // Cast to the vector pointer type.
2849     NewPtrs.push_back(Builder.CreateBitCast(NewPtr, PtrTy));
2850   }
2851
2852   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
2853   Value *UndefVec = UndefValue::get(VecTy);
2854
2855   // Vectorize the interleaved load group.
2856   if (isa<LoadInst>(Instr)) {
2857
2858     // For each unroll part, create a wide load for the group.
2859     SmallVector<Value *, 2> NewLoads;
2860     for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2861       auto *NewLoad = Builder.CreateAlignedLoad(
2862           NewPtrs[Part], Group->getAlignment(), "wide.vec");
2863       addMetadata(NewLoad, Instr);
2864       NewLoads.push_back(NewLoad);
2865     }
2866
2867     // For each member in the group, shuffle out the appropriate data from the
2868     // wide loads.
2869     for (unsigned I = 0; I < InterleaveFactor; ++I) {
2870       Instruction *Member = Group->getMember(I);
2871
2872       // Skip the gaps in the group.
2873       if (!Member)
2874         continue;
2875
2876       VectorParts Entry(UF);
2877       Constant *StrideMask = createStrideMask(Builder, I, InterleaveFactor, VF);
2878       for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2879         Value *StridedVec = Builder.CreateShuffleVector(
2880             NewLoads[Part], UndefVec, StrideMask, "strided.vec");
2881
2882         // If this member has different type, cast the result type.
2883         if (Member->getType() != ScalarTy) {
2884           VectorType *OtherVTy = VectorType::get(Member->getType(), VF);
2885           StridedVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StridedVec, OtherVTy);
2886         }
2887
2888         Entry[Part] =
2889             Group->isReverse() ? reverseVector(StridedVec) : StridedVec;
2890       }
2891       VectorLoopValueMap.initVector(Member, Entry);
2892     }
2893     return;
2894   }
2895
2896   // The sub vector type for current instruction.
2897   VectorType *SubVT = VectorType::get(ScalarTy, VF);
2898
2899   // Vectorize the interleaved store group.
2900   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2901     // Collect the stored vector from each member.
2902     SmallVector<Value *, 4> StoredVecs;
2903     for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++) {
2904       // Interleaved store group doesn't allow a gap, so each index has a member
2905       Instruction *Member = Group->getMember(i);
2906       assert(Member && "Fail to get a member from an interleaved store group");
2907
2908       Value *StoredVec =
2909           getVectorValue(cast<StoreInst>(Member)->getValueOperand())[Part];
2910       if (Group->isReverse())
2911         StoredVec = reverseVector(StoredVec);
2912
2913       // If this member has different type, cast it to an unified type.
2914       if (StoredVec->getType() != SubVT)
2915         StoredVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StoredVec, SubVT);
2916
2917       StoredVecs.push_back(StoredVec);
2918     }
2919
2920     // Concatenate all vectors into a wide vector.
2921     Value *WideVec = concatenateVectors(Builder, StoredVecs);
2922
2923     // Interleave the elements in the wide vector.
2924     Constant *IMask = createInterleaveMask(Builder, VF, InterleaveFactor);
2925     Value *IVec = Builder.CreateShuffleVector(WideVec, UndefVec, IMask,
2926                                               "interleaved.vec");
2927
2928     Instruction *NewStoreInstr =
2929         Builder.CreateAlignedStore(IVec, NewPtrs[Part], Group->getAlignment());
2930     addMetadata(NewStoreInstr, Instr);
2931   }
2932 }
2933
2934 void InnerLoopVectorizer::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
2935   // Attempt to issue a wide load.
2936   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
2937   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
2938
2939   assert((LI || SI) && "Invalid Load/Store instruction");
2940
2941   LoopVectorizationCostModel::InstWidening Decision =
2942       Cost->getWideningDecision(Instr, VF);
2943   assert(Decision != LoopVectorizationCostModel::CM_Unknown &&
2944          "CM decision should be taken at this point");
2945   if (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_Interleave)
2946     return vectorizeInterleaveGroup(Instr);
2947
2948   Type *ScalarDataTy = getMemInstValueType(Instr);
2949   Type *DataTy = VectorType::get(ScalarDataTy, VF);
2950   Value *Ptr = getPointerOperand(Instr);
2951   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(Instr);
2952   // An alignment of 0 means target abi alignment. We need to use the scalar's
2953   // target abi alignment in such a case.
2954   const DataLayout &DL = Instr->getModule()->getDataLayout();
2955   if (!Alignment)
2956     Alignment = DL.getABITypeAlignment(ScalarDataTy);
2957   unsigned AddressSpace = getMemInstAddressSpace(Instr);
2958
2959   // Scalarize the memory instruction if necessary.
2960   if (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_Scalarize)
2961     return scalarizeInstruction(Instr, Legal->isScalarWithPredication(Instr));
2962
2963   // Determine if the pointer operand of the access is either consecutive or
2964   // reverse consecutive.
2965   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
2966   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
2967   bool CreateGatherScatter =
2968       (Decision == LoopVectorizationCostModel::CM_GatherScatter);
2969
2970   VectorParts VectorGep;
2971
2972   // Handle consecutive loads/stores.
2973   if (ConsecutiveStride) {
2974     Ptr = getScalarValue(Ptr, 0, 0);
2975   } else {
2976     // At this point we should vector version of GEP for Gather or Scatter
2977     assert(CreateGatherScatter && "The instruction should be scalarized");
2978     VectorGep = getVectorValue(Ptr);
2979   }
2980
2981   VectorParts Mask = createBlockInMask(Instr->getParent());
2982   // Handle Stores:
2983   if (SI) {
2984     assert(!Legal->isUniform(SI->getPointerOperand()) &&
2985            "We do not allow storing to uniform addresses");
2986     setDebugLocFromInst(Builder, SI);
2987     // We don't want to update the value in the map as it might be used in
2988     // another expression. So don't use a reference type for "StoredVal".
2989     VectorParts StoredVal = getVectorValue(SI->getValueOperand());
2990
2991     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2992       Instruction *NewSI = nullptr;
2993       if (CreateGatherScatter) {
2994         Value *MaskPart = Legal->isMaskRequired(SI) ? Mask[Part] : nullptr;
2995         NewSI = Builder.CreateMaskedScatter(StoredVal[Part], VectorGep[Part],
2996                                             Alignment, MaskPart);
2997       } else {
2998         // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
2999         Value *PartPtr =
3000             Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
3001
3002         if (Reverse) {
3003           // If we store to reverse consecutive memory locations, then we need
3004           // to reverse the order of elements in the stored value.
3005           StoredVal[Part] = reverseVector(StoredVal[Part]);
3006           // If the address is consecutive but reversed, then the
3007           // wide store needs to start at the last vector element.
3008           PartPtr =
3009               Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
3010           PartPtr =
3011               Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
3012           Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
3013         }
3014
3015         Value *VecPtr =
3016             Builder.CreateBitCast(PartPtr, DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
3017
3018         if (Legal->isMaskRequired(SI))
3019           NewSI = Builder.CreateMaskedStore(StoredVal[Part], VecPtr, Alignment,
3020                                             Mask[Part]);
3021         else
3022           NewSI =
3023               Builder.CreateAlignedStore(StoredVal[Part], VecPtr, Alignment);
3024       }
3025       addMetadata(NewSI, SI);
3026     }
3027     return;
3028   }
3029
3030   // Handle loads.
3031   assert(LI && "Must have a load instruction");
3032   setDebugLocFromInst(Builder, LI);
3033   VectorParts Entry(UF);
3034   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3035     Instruction *NewLI;
3036     if (CreateGatherScatter) {
3037       Value *MaskPart = Legal->isMaskRequired(LI) ? Mask[Part] : nullptr;
3038       NewLI = Builder.CreateMaskedGather(VectorGep[Part], Alignment, MaskPart,
3039                                          0, "wide.masked.gather");
3040       Entry[Part] = NewLI;
3041     } else {
3042       // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
3043       Value *PartPtr =
3044           Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
3045
3046       if (Reverse) {
3047         // If the address is consecutive but reversed, then the
3048         // wide load needs to start at the last vector element.
3049         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
3050         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
3051         Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
3052       }
3053
3054       Value *VecPtr =
3055           Builder.CreateBitCast(PartPtr, DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
3056       if (Legal->isMaskRequired(LI))
3057         NewLI = Builder.CreateMaskedLoad(VecPtr, Alignment, Mask[Part],
3058                                          UndefValue::get(DataTy),
3059                                          "wide.masked.load");
3060       else
3061         NewLI = Builder.CreateAlignedLoad(VecPtr, Alignment, "wide.load");
3062       Entry[Part] = Reverse ? reverseVector(NewLI) : NewLI;
3063     }
3064     addMetadata(NewLI, LI);
3065   }
3066   VectorLoopValueMap.initVector(Instr, Entry);
3067 }
3068
3069 void InnerLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
3070                                                bool IfPredicateInstr) {
3071   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
3072   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalarizing"
3073                << (IfPredicateInstr ? " and predicating:" : ":") << *Instr
3074                << '\n');
3075   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
3076   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
3077
3078   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
3079
3080   // Does this instruction return a value ?
3081   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
3082
3083   // Initialize a new scalar map entry.
3084   ScalarParts Entry(UF);
3085
3086   VectorParts Cond;
3087   if (IfPredicateInstr)
3088     Cond = createBlockInMask(Instr->getParent());
3089
3090   // Determine the number of scalars we need to generate for each unroll
3091   // iteration. If the instruction is uniform, we only need to generate the
3092   // first lane. Otherwise, we generate all VF values.
3093   unsigned Lanes = Cost->isUniformAfterVectorization(Instr, VF) ? 1 : VF;
3094
3095   // For each vector unroll 'part':
3096   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3097     Entry[Part].resize(VF);
3098     // For each scalar that we create:
3099     for (unsigned Lane = 0; Lane < Lanes; ++Lane) {
3100
3101       // Start if-block.
3102       Value *Cmp = nullptr;
3103       if (IfPredicateInstr) {
3104         Cmp = Cond[Part];
3105         if (Cmp->getType()->isVectorTy())
3106           Cmp = Builder.CreateExtractElement(Cmp, Builder.getInt32(Lane));
3107         Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cmp,
3108                                  ConstantInt::get(Cmp->getType(), 1));
3109       }
3110
3111       Instruction *Cloned = Instr->clone();
3112       if (!IsVoidRetTy)
3113         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
3114
3115       // Replace the operands of the cloned instructions with their scalar
3116       // equivalents in the new loop.
3117       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
3118         auto *NewOp = getScalarValue(Instr->getOperand(op), Part, Lane);
3119         Cloned->setOperand(op, NewOp);
3120       }
3121       addNewMetadata(Cloned, Instr);
3122
3123       // Place the cloned scalar in the new loop.
3124       Builder.Insert(Cloned);
3125
3126       // Add the cloned scalar to the scalar map entry.
3127       Entry[Part][Lane] = Cloned;
3128
3129       // If we just cloned a new assumption, add it the assumption cache.
3130       if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Cloned))
3131         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
3132           AC->registerAssumption(II);
3133
3134       // End if-block.
3135       if (IfPredicateInstr)
3136         PredicatedInstructions.push_back(std::make_pair(Cloned, Cmp));
3137     }
3138   }
3139   VectorLoopValueMap.initScalar(Instr, Entry);
3140 }
3141
3142 PHINode *InnerLoopVectorizer::createInductionVariable(Loop *L, Value *Start,
3143                                                       Value *End, Value *Step,
3144                                                       Instruction *DL) {
3145   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3146   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
3147   // As we're just creating this loop, it's possible no latch exists
3148   // yet. If so, use the header as this will be a single block loop.
3149   if (!Latch)
3150     Latch = Header;
3151
3152   IRBuilder<> Builder(&*Header->getFirstInsertionPt());
3153   Instruction *OldInst = getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction);
3154   setDebugLocFromInst(Builder, OldInst);
3155   auto *Induction = Builder.CreatePHI(Start->getType(), 2, "index");
3156
3157   Builder.SetInsertPoint(Latch->getTerminator());
3158   setDebugLocFromInst(Builder, OldInst);
3159
3160   // Create i+1 and fill the PHINode.
3161   Value *Next = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
3162   Induction->addIncoming(Start, L->getLoopPreheader());
3163   Induction->addIncoming(Next, Latch);
3164   // Create the compare.
3165   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(Next, End);
3166   Builder.CreateCondBr(ICmp, L->getExitBlock(), Header);
3167
3168   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
3169   Latch->getTerminator()->eraseFromParent();
3170
3171   return Induction;
3172 }
3173
3174 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateTripCount(Loop *L) {
3175   if (TripCount)
3176     return TripCount;
3177
3178   IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3179   // Find the loop boundaries.
3180   ScalarEvolution *SE = PSE.getSE();
3181   const SCEV *BackedgeTakenCount = PSE.getBackedgeTakenCount();
3182   assert(BackedgeTakenCount != SE->getCouldNotCompute() &&
3183          "Invalid loop count");
3184
3185   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
3186
3187   // The exit count might have the type of i64 while the phi is i32. This can
3188   // happen if we have an induction variable that is sign extended before the
3189   // compare. The only way that we get a backedge taken count is that the
3190   // induction variable was signed and as such will not overflow. In such a case
3191   // truncation is legal.
3192   if (BackedgeTakenCount->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
3193       IdxTy->getPrimitiveSizeInBits())
3194     BackedgeTakenCount = SE->getTruncateOrNoop(BackedgeTakenCount, IdxTy);
3195   BackedgeTakenCount = SE->getNoopOrZeroExtend(BackedgeTakenCount, IdxTy);
3196
3197   // Get the total trip count from the count by adding 1.
3198   const SCEV *ExitCount = SE->getAddExpr(
3199       BackedgeTakenCount, SE->getOne(BackedgeTakenCount->getType()));
3200
3201   const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
3202
3203   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
3204   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
3205   SCEVExpander Exp(*SE, DL, "induction");
3206
3207   // Count holds the overall loop count (N).
3208   TripCount = Exp.expandCodeFor(ExitCount, ExitCount->getType(),
3209                                 L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3210
3211   if (TripCount->getType()->isPointerTy())
3212     TripCount =
3213         CastInst::CreatePointerCast(TripCount, IdxTy, "exitcount.ptrcnt.to.int",
3214                                     L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3215
3216   return TripCount;
3217 }
3218
3219 Value *InnerLoopVectorizer::getOrCreateVectorTripCount(Loop *L) {
3220   if (VectorTripCount)
3221     return VectorTripCount;
3222
3223   Value *TC = getOrCreateTripCount(L);
3224   IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
3225
3226   // Now we need to generate the expression for the part of the loop that the
3227   // vectorized body will execute. This is equal to N - (N % Step) if scalar
3228   // iterations are not required for correctness, or N - Step, otherwise. Step
3229   // is equal to the vectorization factor (number of SIMD elements) times the
3230   // unroll factor (number of SIMD instructions).
3231   Constant *Step = ConstantInt::get(TC->getType(), VF * UF);
3232   Value *R = Builder.CreateURem(TC, Step, "n.mod.vf");
3233
3234   // If there is a non-reversed interleaved group that may speculatively access
3235   // memory out-of-bounds, we need to ensure that there will be at least one
3236   // iteration of the scalar epilogue loop. Thus, if the step evenly divides
3237   // the trip count, we set the remainder to be equal to the step. If the step
3238   // does not evenly divide the trip count, no adjustment is necessary since
3239   // there will already be scalar iterations. Note that the minimum iterations
3240   // check ensures that N >= Step.
3241   if (VF > 1 && Legal->requiresScalarEpilogue()) {
3242     auto *IsZero = Builder.CreateICmpEQ(R, ConstantInt::get(R->getType(), 0));
3243     R = Builder.CreateSelect(IsZero, Step, R);
3244   }
3245
3246   VectorTripCount = Builder.CreateSub(TC, R, "n.vec");
3247
3248   return VectorTripCount;
3249 }
3250
3251 void InnerLoopVectorizer::emitMinimumIterationCountCheck(Loop *L,
3252                                                          BasicBlock *Bypass) {
3253   Value *Count = getOrCreateTripCount(L);
3254   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3255   IRBuilder<> Builder(BB->getTerminator());
3256
3257   // Generate code to check that the loop's trip count that we computed by
3258   // adding one to the backedge-taken count will not overflow.
3259   Value *CheckMinIters = Builder.CreateICmpULT(
3260       Count, ConstantInt::get(Count->getType(), VF * UF), "min.iters.check");
3261
3262   BasicBlock *NewBB =
3263       BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "min.iters.checked");
3264   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3265   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3266   // checks may query it before the current function is finished.
3267   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3268   if (L->getParentLoop())
3269     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3270   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3271                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, CheckMinIters));
3272   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3273 }
3274
3275 void InnerLoopVectorizer::emitVectorLoopEnteredCheck(Loop *L,
3276                                                      BasicBlock *Bypass) {
3277   Value *TC = getOrCreateVectorTripCount(L);
3278   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3279   IRBuilder<> Builder(BB->getTerminator());
3280
3281   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
3282   // jump to the scalar loop.
3283   Value *Cmp = Builder.CreateICmpEQ(TC, Constant::getNullValue(TC->getType()),
3284                                     "cmp.zero");
3285
3286   // Generate code to check that the loop's trip count that we computed by
3287   // adding one to the backedge-taken count will not overflow.
3288   BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
3289   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3290   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3291   // checks may query it before the current function is finished.
3292   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3293   if (L->getParentLoop())
3294     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3295   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3296                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, Cmp));
3297   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3298 }
3299
3300 void InnerLoopVectorizer::emitSCEVChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass) {
3301   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3302
3303   // Generate the code to check that the SCEV assumptions that we made.
3304   // We want the new basic block to start at the first instruction in a
3305   // sequence of instructions that form a check.
3306   SCEVExpander Exp(*PSE.getSE(), Bypass->getModule()->getDataLayout(),
3307                    "scev.check");
3308   Value *SCEVCheck =
3309       Exp.expandCodeForPredicate(&PSE.getUnionPredicate(), BB->getTerminator());
3310
3311   if (auto *C = dyn_cast<ConstantInt>(SCEVCheck))
3312     if (C->isZero())
3313       return;
3314
3315   // Create a new block containing the stride check.
3316   BB->setName("vector.scevcheck");
3317   auto *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
3318   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3319   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3320   // checks may query it before the current function is finished.
3321   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3322   if (L->getParentLoop())
3323     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3324   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3325                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, SCEVCheck));
3326   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3327   AddedSafetyChecks = true;
3328 }
3329
3330 void InnerLoopVectorizer::emitMemRuntimeChecks(Loop *L, BasicBlock *Bypass) {
3331   BasicBlock *BB = L->getLoopPreheader();
3332
3333   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
3334   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
3335   // faster.
3336   Instruction *FirstCheckInst;
3337   Instruction *MemRuntimeCheck;
3338   std::tie(FirstCheckInst, MemRuntimeCheck) =
3339       Legal->getLAI()->addRuntimeChecks(BB->getTerminator());
3340   if (!MemRuntimeCheck)
3341     return;
3342
3343   // Create a new block containing the memory check.
3344   BB->setName("vector.memcheck");
3345   auto *NewBB = BB->splitBasicBlock(BB->getTerminator(), "vector.ph");
3346   // Update dominator tree immediately if the generated block is a
3347   // LoopBypassBlock because SCEV expansions to generate loop bypass
3348   // checks may query it before the current function is finished.
3349   DT->addNewBlock(NewBB, BB);
3350   if (L->getParentLoop())
3351     L->getParentLoop()->addBasicBlockToLoop(NewBB, *LI);
3352   ReplaceInstWithInst(BB->getTerminator(),
3353                       BranchInst::Create(Bypass, NewBB, MemRuntimeCheck));
3354   LoopBypassBlocks.push_back(BB);
3355   AddedSafetyChecks = true;
3356
3357   // We currently don't use LoopVersioning for the actual loop cloning but we
3358   // still use it to add the noalias metadata.
3359   LVer = llvm::make_unique<LoopVersioning>(*Legal->getLAI(), OrigLoop, LI, DT,
3360                                            PSE.getSE());
3361   LVer->prepareNoAliasMetadata();
3362 }
3363
3364 void InnerLoopVectorizer::createEmptyLoop() {
3365   /*
3366    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
3367    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
3368    scalar remainder.
3369
3370        [ ] <-- loop iteration number check.
3371     /   |
3372    /    v
3373   |    [ ] <-- vector loop bypass (may consist of multiple blocks).
3374   |  /  |
3375   | /   v
3376   ||   [ ]     <-- vector pre header.
3377   |/    |
3378   |     v
3379   |    [  ] \
3380   |    [  ]_|   <-- vector loop.
3381   |     |
3382   |     v
3383   |   -[ ]   <--- middle-block.
3384   |  /  |
3385   | /   v
3386   -|- >[ ]     <--- new preheader.
3387    |    |
3388    |    v
3389    |   [ ] \
3390    |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
3391     \   |
3392      \  v
3393       >[ ]     <-- exit block.
3394    ...
3395    */
3396
3397   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
3398   BasicBlock *VectorPH = OrigLoop->getLoopPreheader();
3399   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
3400   assert(VectorPH && "Invalid loop structure");
3401   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
3402
3403   // Some loops have a single integer induction variable, while other loops
3404   // don't. One example is c++ iterators that often have multiple pointer
3405   // induction variables. In the code below we also support a case where we
3406   // don't have a single induction variable.
3407   //
3408   // We try to obtain an induction variable from the original loop as hard
3409   // as possible. However if we don't find one that:
3410   //   - is an integer
3411   //   - counts from zero, stepping by one
3412   //   - is the size of the widest induction variable type
3413   // then we create a new one.
3414   OldInduction = Legal->getPrimaryInduction();
3415   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
3416
3417   // Split the single block loop into the two loop structure described above.
3418   BasicBlock *VecBody =
3419       VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.body");
3420   BasicBlock *MiddleBlock =
3421       VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(), "middle.block");
3422   BasicBlock *ScalarPH =
3423       MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(), "scalar.ph");
3424
3425   // Create and register the new vector loop.
3426   Loop *Lp = new Loop();
3427   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
3428
3429   // Insert the new loop into the loop nest and register the new basic blocks
3430   // before calling any utilities such as SCEV that require valid LoopInfo.
3431   if (ParentLoop) {
3432     ParentLoop->addChildLoop(Lp);
3433     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, *LI);
3434     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, *LI);
3435   } else {
3436     LI->addTopLevelLoop(Lp);
3437   }
3438   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, *LI);
3439
3440   // Find the loop boundaries.
3441   Value *Count = getOrCreateTripCount(Lp);
3442
3443   Value *StartIdx = ConstantInt::get(IdxTy, 0);
3444
3445   // We need to test whether the backedge-taken count is uint##_max. Adding one
3446   // to it will cause overflow and an incorrect loop trip count in the vector
3447   // body. In case of overflow we want to directly jump to the scalar remainder
3448   // loop.
3449   emitMinimumIterationCountCheck(Lp, ScalarPH);
3450   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
3451   // jump to the scalar loop.
3452   emitVectorLoopEnteredCheck(Lp, ScalarPH);
3453   // Generate the code to check any assumptions that we've made for SCEV
3454   // expressions.
3455   emitSCEVChecks(Lp, ScalarPH);
3456
3457   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
3458   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
3459   // faster.
3460   emitMemRuntimeChecks(Lp, ScalarPH);
3461
3462   // Generate the induction variable.
3463   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
3464   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
3465   Value *CountRoundDown = getOrCreateVectorTripCount(Lp);
3466   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF * UF);
3467   Induction =
3468       createInductionVariable(Lp, StartIdx, CountRoundDown, Step,
3469                               getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
3470
3471   // We are going to resume the execution of the scalar loop.
3472   // Go over all of the induction variables that we found and fix the
3473   // PHIs that are left in the scalar version of the loop.
3474   // The starting values of PHI nodes depend on the counter of the last
3475   // iteration in the vectorized loop.
3476   // If we come from a bypass edge then we need to start from the original
3477   // start value.
3478
3479   // This variable saves the new starting index for the scalar loop. It is used
3480   // to test if there are any tail iterations left once the vector loop has
3481   // completed.
3482   LoopVectorizationLegality::InductionList *List = Legal->getInductionVars();
3483   for (auto &InductionEntry : *List) {
3484     PHINode *OrigPhi = InductionEntry.first;
3485     InductionDescriptor II = InductionEntry.second;
3486
3487     // Create phi nodes to merge from the  backedge-taken check block.
3488     PHINode *BCResumeVal = PHINode::Create(
3489         OrigPhi->getType(), 3, "bc.resume.val", ScalarPH->getTerminator());
3490     Value *&EndValue = IVEndValues[OrigPhi];
3491     if (OrigPhi == OldInduction) {
3492       // We know what the end value is.
3493       EndValue = CountRoundDown;
3494     } else {
3495       IRBuilder<> B(LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
3496       Type *StepType = II.getStep()->getType();
3497       Instruction::CastOps CastOp =
3498         CastInst::getCastOpcode(CountRoundDown, true, StepType, true);
3499       Value *CRD = B.CreateCast(CastOp, CountRoundDown, StepType, "cast.crd");
3500       const DataLayout &DL = OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
3501       EndValue = II.transform(B, CRD, PSE.getSE(), DL);
3502       EndValue->setName("ind.end");
3503     }
3504
3505     // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
3506     // or the value at the end of the vectorized loop.
3507     BCResumeVal->addIncoming(EndValue, MiddleBlock);
3508
3509     // Fix the scalar body counter (PHI node).
3510     unsigned BlockIdx = OrigPhi->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
3511
3512     // The old induction's phi node in the scalar body needs the truncated
3513     // value.
3514     for (BasicBlock *BB : LoopBypassBlocks)
3515       BCResumeVal->addIncoming(II.getStartValue(), BB);
3516     OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, BCResumeVal);
3517   }
3518
3519   // Add a check in the middle block to see if we have completed
3520   // all of the iterations in the first vector loop.
3521   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
3522   Value *CmpN =
3523       CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, Count,
3524                       CountRoundDown, "cmp.n", MiddleBlock->getTerminator());
3525   ReplaceInstWithInst(MiddleBlock->getTerminator(),
3526                       BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN));
3527
3528   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
3529   Builder.SetInsertPoint(&*VecBody->getFirstInsertionPt());
3530
3531   // Save the state.
3532   LoopVectorPreHeader = Lp->getLoopPreheader();
3533   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
3534   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
3535   LoopExitBlock = ExitBlock;
3536   LoopVectorBody = VecBody;
3537   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
3538
3539   // Keep all loop hints from the original loop on the vector loop (we'll
3540   // replace the vectorizer-specific hints below).
3541   if (MDNode *LID = OrigLoop->getLoopID())
3542     Lp->setLoopID(LID);
3543
3544   LoopVectorizeHints Hints(Lp, true, *ORE);
3545   Hints.setAlreadyVectorized();
3546 }
3547
3548 // Fix up external users of the induction variable. At this point, we are
3549 // in LCSSA form, with all external PHIs that use the IV having one input value,
3550 // coming from the remainder loop. We need those PHIs to also have a correct
3551 // value for the IV when arriving directly from the middle block.
3552 void InnerLoopVectorizer::fixupIVUsers(PHINode *OrigPhi,
3553                                        const InductionDescriptor &II,
3554                                        Value *CountRoundDown, Value *EndValue,
3555                                        BasicBlock *MiddleBlock) {
3556   // There are two kinds of external IV usages - those that use the value
3557   // computed in the last iteration (the PHI) and those that use the penultimate
3558   // value (the value that feeds into the phi from the loop latch).
3559   // We allow both, but they, obviously, have different values.
3560
3561   assert(OrigLoop->getExitBlock() && "Expected a single exit block");
3562
3563   DenseMap<Value *, Value *> MissingVals;
3564
3565   // An external user of the last iteration's value should see the value that
3566   // the remainder loop uses to initialize its own IV.
3567   Value *PostInc = OrigPhi->getIncomingValueForBlock(OrigLoop->getLoopLatch());
3568   for (User *U : PostInc->users()) {
3569     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3570     if (!OrigLoop->contains(UI)) {
3571       assert(isa<PHINode>(UI) && "Expected LCSSA form");
3572       MissingVals[UI] = EndValue;
3573     }
3574   }
3575
3576   // An external user of the penultimate value need to see EndValue - Step.
3577   // The simplest way to get this is to recompute it from the constituent SCEVs,
3578   // that is Start + (Step * (CRD - 1)).
3579   for (User *U : OrigPhi->users()) {
3580     auto *UI = cast<Instruction>(U);
3581     if (!OrigLoop->contains(UI)) {
3582       const DataLayout &DL =
3583           OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
3584       assert(isa<PHINode>(UI) && "Expected LCSSA form");
3585
3586       IRBuilder<> B(MiddleBlock->getTerminator());
3587       Value *CountMinusOne = B.CreateSub(
3588           CountRoundDown, ConstantInt::get(CountRoundDown->getType(), 1));
3589       Value *CMO = B.CreateSExtOrTrunc(CountMinusOne, II.getStep()->getType(),
3590                                        "cast.cmo");
3591       Value *Escape = II.transform(B, CMO, PSE.getSE(), DL);
3592       Escape->setName("ind.escape");
3593       MissingVals[UI] = Escape;
3594     }
3595   }
3596
3597   for (auto &I : MissingVals) {
3598     PHINode *PHI = cast<PHINode>(I.first);
3599     // One corner case we have to handle is two IVs "chasing" each-other,
3600     // that is %IV2 = phi [...], [ %IV1, %latch ]
3601     // In this case, if IV1 has an external use, we need to avoid adding both
3602     // "last value of IV1" and "penultimate value of IV2". So, verify that we
3603     // don't already have an incoming value for the middle block.
3604     if (PHI->getBasicBlockIndex(MiddleBlock) == -1)
3605       PHI->addIncoming(I.second, MiddleBlock);
3606   }
3607 }
3608
3609 namespace {
3610 struct CSEDenseMapInfo {
3611   static bool canHandle(const Instruction *I) {
3612     return isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
3613            isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I);
3614   }
3615   static inline Instruction *getEmptyKey() {
3616     return DenseMapInfo<Instruction *>::getEmptyKey();
3617   }
3618   static inline Instruction *getTombstoneKey() {
3619     return DenseMapInfo<Instruction *>::getTombstoneKey();
3620   }
3621   static unsigned getHashValue(const Instruction *I) {
3622     assert(canHandle(I) && "Unknown instruction!");
3623     return hash_combine(I->getOpcode(), hash_combine_range(I->value_op_begin(),
3624                                                            I->value_op_end()));
3625   }
3626   static bool isEqual(const Instruction *LHS, const Instruction *RHS) {
3627     if (LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey() ||
3628         LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey())
3629       return LHS == RHS;
3630     return LHS->isIdenticalTo(RHS);
3631   }
3632 };
3633 }
3634
3635 ///\brief Perform cse of induction variable instructions.
3636 static void cse(BasicBlock *BB) {
3637   // Perform simple cse.
3638   SmallDenseMap<Instruction *, Instruction *, 4, CSEDenseMapInfo> CSEMap;
3639   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
3640     Instruction *In = &*I++;
3641
3642     if (!CSEDenseMapInfo::canHandle(In))
3643       continue;
3644
3645     // Check if we can replace this instruction with any of the
3646     // visited instructions.
3647     if (Instruction *V = CSEMap.lookup(In)) {
3648       In->replaceAllUsesWith(V);
3649       In->eraseFromParent();
3650       continue;
3651     }
3652
3653     CSEMap[In] = In;
3654   }
3655 }
3656
3657 /// \brief Estimate the overhead of scalarizing an instruction. This is a
3658 /// convenience wrapper for the type-based getScalarizationOverhead API.
3659 static unsigned getScalarizationOverhead(Instruction *I, unsigned VF,
3660                                          const TargetTransformInfo &TTI) {
3661   if (VF == 1)
3662     return 0;
3663
3664   unsigned Cost = 0;
3665   Type *RetTy = ToVectorTy(I->getType(), VF);
3666   if (!RetTy->isVoidTy() &&
3667       (!isa<LoadInst>(I) ||
3668        !TTI.supportsEfficientVectorElementLoadStore()))
3669     Cost += TTI.getScalarizationOverhead(RetTy, true, false);
3670
3671   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
3672     SmallVector<const Value *, 4> Operands(CI->arg_operands());
3673     Cost += TTI.getOperandsScalarizationOverhead(Operands, VF);
3674   }
3675   else if (!isa<StoreInst>(I) ||
3676            !TTI.supportsEfficientVectorElementLoadStore()) {
3677     SmallVector<const Value *, 4> Operands(I->operand_values());
3678     Cost += TTI.getOperandsScalarizationOverhead(Operands, VF);
3679   }
3680
3681   return Cost;
3682 }
3683
3684 // Estimate cost of a call instruction CI if it were vectorized with factor VF.
3685 // Return the cost of the instruction, including scalarization overhead if it's
3686 // needed. The flag NeedToScalarize shows if the call needs to be scalarized -
3687 // i.e. either vector version isn't available, or is too expensive.
3688 static unsigned getVectorCallCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3689                                   const TargetTransformInfo &TTI,
3690                                   const TargetLibraryInfo *TLI,
3691                                   bool &NeedToScalarize) {
3692   Function *F = CI->getCalledFunction();
3693   StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
3694   Type *ScalarRetTy = CI->getType();
3695   SmallVector<Type *, 4> Tys, ScalarTys;
3696   for (auto &ArgOp : CI->arg_operands())
3697     ScalarTys.push_back(ArgOp->getType());
3698
3699   // Estimate cost of scalarized vector call. The source operands are assumed
3700   // to be vectors, so we need to extract individual elements from there,
3701   // execute VF scalar calls, and then gather the result into the vector return
3702   // value.
3703   unsigned ScalarCallCost = TTI.getCallInstrCost(F, ScalarRetTy, ScalarTys);
3704   if (VF == 1)
3705     return ScalarCallCost;
3706
3707   // Compute corresponding vector type for return value and arguments.
3708   Type *RetTy = ToVectorTy(ScalarRetTy, VF);
3709   for (Type *ScalarTy : ScalarTys)
3710     Tys.push_back(ToVectorTy(ScalarTy, VF));
3711
3712   // Compute costs of unpacking argument values for the scalar calls and
3713   // packing the return values to a vector.
3714   unsigned ScalarizationCost = getScalarizationOverhead(CI, VF, TTI);
3715
3716   unsigned Cost = ScalarCallCost * VF + ScalarizationCost;
3717
3718   // If we can't emit a vector call for this function, then the currently found
3719   // cost is the cost we need to return.
3720   NeedToScalarize = true;
3721   if (!TLI || !TLI->isFunctionVectorizable(FnName, VF) || CI->isNoBuiltin())
3722     return Cost;
3723
3724   // If the corresponding vector cost is cheaper, return its cost.
3725   unsigned VectorCallCost = TTI.getCallInstrCost(nullptr, RetTy, Tys);
3726   if (VectorCallCost < Cost) {
3727     NeedToScalarize = false;
3728     return VectorCallCost;
3729   }
3730   return Cost;
3731 }
3732
3733 // Estimate cost of an intrinsic call instruction CI if it were vectorized with
3734 // factor VF.  Return the cost of the instruction, including scalarization
3735 // overhead if it's needed.
3736 static unsigned getVectorIntrinsicCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3737                                        const TargetTransformInfo &TTI,
3738                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
3739   Intrinsic::ID ID = getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3740   assert(ID && "Expected intrinsic call!");
3741
3742   FastMathFlags FMF;
3743   if (auto *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(CI))
3744     FMF = FPMO->getFastMathFlags();
3745
3746   SmallVector<Value *, 4> Operands(CI->arg_operands());
3747   return TTI.getIntrinsicInstrCost(ID, CI->getType(), Operands, FMF, VF);
3748 }
3749
3750 static Type *smallestIntegerVectorType(Type *T1, Type *T2) {
3751   auto *I1 = cast<IntegerType>(T1->getVectorElementType());
3752   auto *I2 = cast<IntegerType>(T2->getVectorElementType());
3753   return I1->getBitWidth() < I2->getBitWidth() ? T1 : T2;
3754 }
3755 static Type *largestIntegerVectorType(Type *T1, Type *T2) {
3756   auto *I1 = cast<IntegerType>(T1->getVectorElementType());
3757   auto *I2 = cast<IntegerType>(T2->getVectorElementType());
3758   return I1->getBitWidth() > I2->getBitWidth() ? T1 : T2;
3759 }
3760
3761 void InnerLoopVectorizer::truncateToMinimalBitwidths() {
3762   // For every instruction `I` in MinBWs, truncate the operands, create a
3763   // truncated version of `I` and reextend its result. InstCombine runs
3764   // later and will remove any ext/trunc pairs.
3765   //
3766   SmallPtrSet<Value *, 4> Erased;
3767   for (const auto &KV : Cost->getMinimalBitwidths()) {
3768     // If the value wasn't vectorized, we must maintain the original scalar
3769     // type. The absence of the value from VectorLoopValueMap indicates that it
3770     // wasn't vectorized.
3771     if (!VectorLoopValueMap.hasVector(KV.first))
3772       continue;
3773     VectorParts &Parts = VectorLoopValueMap.getVector(KV.first);
3774     for (Value *&I : Parts) {
3775       if (Erased.count(I) || I->use_empty() || !isa<Instruction>(I))
3776         continue;
3777       Type *OriginalTy = I->getType();
3778       Type *ScalarTruncatedTy =
3779           IntegerType::get(OriginalTy->getContext(), KV.second);
3780       Type *TruncatedTy = VectorType::get(ScalarTruncatedTy,
3781                                           OriginalTy->getVectorNumElements());
3782       if (TruncatedTy == OriginalTy)
3783         continue;
3784
3785       IRBuilder<> B(cast<Instruction>(I));
3786       auto ShrinkOperand = [&](Value *V) -> Value * {
3787         if (auto *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
3788           if (ZI->getSrcTy() == TruncatedTy)
3789             return ZI->getOperand(0);
3790         return B.CreateZExtOrTrunc(V, TruncatedTy);
3791       };
3792
3793       // The actual instruction modification depends on the instruction type,
3794       // unfortunately.
3795       Value *NewI = nullptr;
3796       if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
3797         NewI = B.CreateBinOp(BO->getOpcode(), ShrinkOperand(BO->getOperand(0)),
3798                              ShrinkOperand(BO->getOperand(1)));
3799         cast<BinaryOperator>(NewI)->copyIRFlags(I);
3800       } else if (auto *CI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
3801         NewI =
3802             B.CreateICmp(CI->getPredicate(), ShrinkOperand(CI->getOperand(0)),
3803                          ShrinkOperand(CI->getOperand(1)));
3804       } else if (auto *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3805         NewI = B.CreateSelect(SI->getCondition(),
3806                               ShrinkOperand(SI->getTrueValue()),
3807                               ShrinkOperand(SI->getFalseValue()));
3808       } else if (auto *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
3809         switch (CI->getOpcode()) {
3810         default:
3811           llvm_unreachable("Unhandled cast!");
3812         case Instruction::Trunc:
3813           NewI = ShrinkOperand(CI->getOperand(0));
3814           break;
3815         case Instruction::SExt:
3816           NewI = B.CreateSExtOrTrunc(
3817               CI->getOperand(0),
3818               smallestIntegerVectorType(OriginalTy, TruncatedTy));
3819           break;
3820         case Instruction::ZExt:
3821           NewI = B.CreateZExtOrTrunc(
3822               CI->getOperand(0),
3823               smallestIntegerVectorType(OriginalTy, TruncatedTy));
3824           break;
3825         }
3826       } else if (auto *SI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I)) {
3827         auto Elements0 = SI->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
3828         auto *O0 = B.CreateZExtOrTrunc(
3829             SI->getOperand(0), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements0));
3830         auto Elements1 = SI->getOperand(1)->getType()->getVectorNumElements();
3831         auto *O1 = B.CreateZExtOrTrunc(
3832             SI->getOperand(1), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements1));
3833
3834         NewI = B.CreateShuffleVector(O0, O1, SI->getMask());
3835       } else if (isa<LoadInst>(I)) {
3836         // Don't do anything with the operands, just extend the result.
3837         continue;
3838       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(I)) {
3839         auto Elements = IE->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
3840         auto *O0 = B.CreateZExtOrTrunc(
3841             IE->getOperand(0), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements));
3842         auto *O1 = B.CreateZExtOrTrunc(IE->getOperand(1), ScalarTruncatedTy);
3843         NewI = B.CreateInsertElement(O0, O1, IE->getOperand(2));
3844       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(I)) {
3845         auto Elements = EE->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements();
3846         auto *O0 = B.CreateZExtOrTrunc(
3847             EE->getOperand(0), VectorType::get(ScalarTruncatedTy, Elements));
3848         NewI = B.CreateExtractElement(O0, EE->getOperand(2));
3849       } else {
3850         llvm_unreachable("Unhandled instruction type!");
3851       }
3852
3853       // Lastly, extend the result.
3854       NewI->takeName(cast<Instruction>(I));
3855       Value *Res = B.CreateZExtOrTrunc(NewI, OriginalTy);
3856       I->replaceAllUsesWith(Res);
3857       cast<Instruction>(I)->eraseFromParent();
3858       Erased.insert(I);
3859       I = Res;
3860     }
3861   }
3862
3863   // We'll have created a bunch of ZExts that are now parentless. Clean up.
3864   for (const auto &KV : Cost->getMinimalBitwidths()) {
3865     // If the value wasn't vectorized, we must maintain the original scalar
3866     // type. The absence of the value from VectorLoopValueMap indicates that it
3867     // wasn't vectorized.
3868     if (!VectorLoopValueMap.hasVector(KV.first))
3869       continue;
3870     VectorParts &Parts = VectorLoopValueMap.getVector(KV.first);
3871     for (Value *&I : Parts) {
3872       ZExtInst *Inst = dyn_cast<ZExtInst>(I);
3873       if (Inst && Inst->use_empty()) {
3874         Value *NewI = Inst->getOperand(0);
3875         Inst->eraseFromParent();
3876         I = NewI;
3877       }
3878     }
3879   }
3880 }
3881
3882 void InnerLoopVectorizer::vectorizeLoop() {
3883   //===------------------------------------------------===//
3884   //
3885   // Notice: any optimization or new instruction that go
3886   // into the code below should be also be implemented in
3887   // the cost-model.
3888   //
3889   //===------------------------------------------------===//
3890
3891   // Collect instructions from the original loop that will become trivially dead
3892   // in the vectorized loop. We don't need to vectorize these instructions. For
3893   // example, original induction update instructions can become dead because we
3894   // separately emit induction "steps" when generating code for the new loop.
3895   // Similarly, we create a new latch condition when setting up the structure
3896   // of the new loop, so the old one can become dead.
3897   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DeadInstructions;
3898   collectTriviallyDeadInstructions(DeadInstructions);
3899
3900   // Scan the loop in a topological order to ensure that defs are vectorized
3901   // before users.
3902   LoopBlocksDFS DFS(OrigLoop);
3903   DFS.perform(LI);
3904
3905   // Vectorize all instructions in the original loop that will not become
3906   // trivially dead when vectorized.
3907   for (BasicBlock *BB : make_range(DFS.beginRPO(), DFS.endRPO()))
3908     for (Instruction &I : *BB)
3909       if (!DeadInstructions.count(&I))
3910         vectorizeInstruction(I);
3911
3912   // Insert truncates and extends for any truncated instructions as hints to
3913   // InstCombine.
3914   if (VF > 1)
3915     truncateToMinimalBitwidths();
3916
3917   // At this point every instruction in the original loop is widened to a
3918   // vector form. Now we need to fix the recurrences in the loop. These PHI
3919   // nodes are currently empty because we did not want to introduce cycles.
3920   // This is the second stage of vectorizing recurrences.
3921   fixCrossIterationPHIs();
3922
3923   // Update the dominator tree.
3924   //
3925   // FIXME: After creating the structure of the new loop, the dominator tree is
3926   //        no longer up-to-date, and it remains that way until we update it
3927   //        here. An out-of-date dominator tree is problematic for SCEV,
3928   //        because SCEVExpander uses it to guide code generation. The
3929   //        vectorizer use SCEVExpanders in several places. Instead, we should
3930   //        keep the dominator tree up-to-date as we go.
3931   updateAnalysis();
3932
3933   // Fix-up external users of the induction variables.
3934   for (auto &Entry : *Legal->getInductionVars())
3935     fixupIVUsers(Entry.first, Entry.second,
3936                  getOrCreateVectorTripCount(LI->getLoopFor(LoopVectorBody)),
3937                  IVEndValues[Entry.first], LoopMiddleBlock);
3938
3939   fixLCSSAPHIs();
3940   predicateInstructions();
3941
3942   // Remove redundant induction instructions.
3943   cse(LoopVectorBody);
3944 }
3945
3946 void InnerLoopVectorizer::fixCrossIterationPHIs() {
3947   // In order to support recurrences we need to be able to vectorize Phi nodes.
3948   // Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two stages. This is
3949   // stage #2: We now need to fix the recurrences by adding incoming edges to
3950   // the currently empty PHI nodes. At this point every instruction in the
3951   // original loop is widened to a vector form so we can use them to construct
3952   // the incoming edges.
3953   for (Instruction &I : *OrigLoop->getHeader()) {
3954     PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(&I);
3955     if (!Phi)
3956       break;
3957     // Handle first-order recurrences and reductions that need to be fixed.
3958     if (Legal->isFirstOrderRecurrence(Phi))
3959       fixFirstOrderRecurrence(Phi);
3960     else if (Legal->isReductionVariable(Phi))
3961       fixReduction(Phi);
3962   }
3963 }
3964
3965 void InnerLoopVectorizer::fixFirstOrderRecurrence(PHINode *Phi) {
3966
3967   // This is the second phase of vectorizing first-order recurrences. An
3968   // overview of the transformation is described below. Suppose we have the
3969   // following loop.
3970   //
3971   //   for (int i = 0; i < n; ++i)
3972   //     b[i] = a[i] - a[i - 1];
3973   //
3974   // There is a first-order recurrence on "a". For this loop, the shorthand
3975   // scalar IR looks like:
3976   //
3977   //   scalar.ph:
3978   //     s_init = a[-1]
3979   //     br scalar.body
3980   //
3981   //   scalar.body:
3982   //     i = phi [0, scalar.ph], [i+1, scalar.body]
3983   //     s1 = phi [s_init, scalar.ph], [s2, scalar.body]
3984   //     s2 = a[i]
3985   //     b[i] = s2 - s1
3986   //     br cond, scalar.body, ...
3987   //
3988   // In this example, s1 is a recurrence because it's value depends on the
3989   // previous iteration. In the first phase of vectorization, we created a
3990   // temporary value for s1. We now complete the vectorization and produce the
3991   // shorthand vector IR shown below (for VF = 4, UF = 1).
3992   //
3993   //   vector.ph:
3994   //     v_init = vector(..., ..., ..., a[-1])
3995   //     br vector.body
3996   //
3997   //   vector.body
3998   //     i = phi [0, vector.ph], [i+4, vector.body]
3999   //     v1 = phi [v_init, vector.ph], [v2, vector.body]
4000   //     v2 = a[i, i+1, i+2, i+3];
4001   //     v3 = vector(v1(3), v2(0, 1, 2))
4002   //     b[i, i+1, i+2, i+3] = v2 - v3
4003   //     br cond, vector.body, middle.block
4004   //
4005   //   middle.block:
4006   //     x = v2(3)
4007   //     br scalar.ph
4008   //
4009   //   scalar.ph:
4010   //     s_init = phi [x, middle.block], [a[-1], otherwise]
4011   //     br scalar.body
4012   //
4013   // After execution completes the vector loop, we extract the next value of
4014   // the recurrence (x) to use as the initial value in the scalar loop.
4015
4016   // Get the original loop preheader and single loop latch.
4017   auto *Preheader = OrigLoop->getLoopPreheader();
4018   auto *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
4019
4020   // Get the initial and previous values of the scalar recurrence.
4021   auto *ScalarInit = Phi->getIncomingValueForBlock(Preheader);
4022   auto *Previous = Phi->getIncomingValueForBlock(Latch);
4023
4024   // Create a vector from the initial value.
4025   auto *VectorInit = ScalarInit;
4026   if (VF > 1) {
4027     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
4028     VectorInit = Builder.CreateInsertElement(
4029         UndefValue::get(VectorType::get(VectorInit->getType(), VF)), VectorInit,
4030         Builder.getInt32(VF - 1), "vector.recur.init");
4031   }
4032
4033   // We constructed a temporary phi node in the first phase of vectorization.
4034   // This phi node will eventually be deleted.
4035   VectorParts &PhiParts = VectorLoopValueMap.getVector(Phi);
4036   Builder.SetInsertPoint(cast<Instruction>(PhiParts[0]));
4037
4038   // Create a phi node for the new recurrence. The current value will either be
4039   // the initial value inserted into a vector or loop-varying vector value.
4040   auto *VecPhi = Builder.CreatePHI(VectorInit->getType(), 2, "vector.recur");
4041   VecPhi->addIncoming(VectorInit, LoopVectorPreHeader);
4042
4043   // Get the vectorized previous value.
4044   auto &PreviousParts = getVectorValue(Previous);
4045
4046   // Set the insertion point after the previous value if it is an instruction.
4047   // Note that the previous value may have been constant-folded so it is not
4048   // guaranteed to be an instruction in the vector loop.
4049   if (LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->isLoopInvariant(PreviousParts[UF - 1]))
4050     Builder.SetInsertPoint(&*LoopVectorBody->getFirstInsertionPt());
4051   else
4052     Builder.SetInsertPoint(
4053         &*++BasicBlock::iterator(cast<Instruction>(PreviousParts[UF - 1])));
4054
4055   // We will construct a vector for the recurrence by combining the values for
4056   // the current and previous iterations. This is the required shuffle mask.
4057   SmallVector<Constant *, 8> ShuffleMask(VF);
4058   ShuffleMask[0] = Builder.getInt32(VF - 1);
4059   for (unsigned I = 1; I < VF; ++I)
4060     ShuffleMask[I] = Builder.getInt32(I + VF - 1);
4061
4062   // The vector from which to take the initial value for the current iteration
4063   // (actual or unrolled). Initially, this is the vector phi node.
4064   Value *Incoming = VecPhi;
4065
4066   // Shuffle the current and previous vector and update the vector parts.
4067   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4068     auto *Shuffle =
4069         VF > 1
4070             ? Builder.CreateShuffleVector(Incoming, PreviousParts[Part],
4071                                           ConstantVector::get(ShuffleMask))
4072             : Incoming;
4073     PhiParts[Part]->replaceAllUsesWith(Shuffle);
4074     cast<Instruction>(PhiParts[Part])->eraseFromParent();
4075     PhiParts[Part] = Shuffle;
4076     Incoming = PreviousParts[Part];
4077   }
4078
4079   // Fix the latch value of the new recurrence in the vector loop.
4080   VecPhi->addIncoming(Incoming, LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch());
4081
4082   // Extract the last vector element in the middle block. This will be the
4083   // initial value for the recurrence when jumping to the scalar loop.
4084   auto *ExtractForScalar = Incoming;
4085   if (VF > 1) {
4086     Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getTerminator());
4087     ExtractForScalar = Builder.CreateExtractElement(
4088         ExtractForScalar, Builder.getInt32(VF - 1), "vector.recur.extract");
4089   }
4090   // Extract the second last element in the middle block if the
4091   // Phi is used outside the loop. We need to extract the phi itself
4092   // and not the last element (the phi update in the current iteration). This
4093   // will be the value when jumping to the exit block from the LoopMiddleBlock,
4094   // when the scalar loop is not run at all.
4095   Value *ExtractForPhiUsedOutsideLoop = nullptr;
4096   if (VF > 1)
4097     ExtractForPhiUsedOutsideLoop = Builder.CreateExtractElement(
4098         Incoming, Builder.getInt32(VF - 2), "vector.recur.extract.for.phi");
4099   // When loop is unrolled without vectorizing, initialize
4100   // ExtractForPhiUsedOutsideLoop with the value just prior to unrolled value of
4101   // `Incoming`. This is analogous to the vectorized case above: extracting the
4102   // second last element when VF > 1.
4103   else if (UF > 1)
4104     ExtractForPhiUsedOutsideLoop = PreviousParts[UF - 2];
4105
4106   // Fix the initial value of the original recurrence in the scalar loop.
4107   Builder.SetInsertPoint(&*LoopScalarPreHeader->begin());
4108   auto *Start = Builder.CreatePHI(Phi->getType(), 2, "scalar.recur.init");
4109   for (auto *BB : predecessors(LoopScalarPreHeader)) {
4110     auto *Incoming = BB == LoopMiddleBlock ? ExtractForScalar : ScalarInit;
4111     Start->addIncoming(Incoming, BB);
4112   }
4113
4114   Phi->setIncomingValue(Phi->getBasicBlockIndex(LoopScalarPreHeader), Start);
4115   Phi->setName("scalar.recur");
4116
4117   // Finally, fix users of the recurrence outside the loop. The users will need
4118   // either the last value of the scalar recurrence or the last value of the
4119   // vector recurrence we extracted in the middle block. Since the loop is in
4120   // LCSSA form, we just need to find the phi node for the original scalar
4121   // recurrence in the exit block, and then add an edge for the middle block.
4122   for (auto &I : *LoopExitBlock) {
4123     auto *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(&I);
4124     if (!LCSSAPhi)
4125       break;
4126     if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == Phi) {
4127       LCSSAPhi->addIncoming(ExtractForPhiUsedOutsideLoop, LoopMiddleBlock);
4128       break;
4129     }
4130   }
4131 }
4132
4133 void InnerLoopVectorizer::fixReduction(PHINode *Phi) {
4134   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
4135
4136   // Get it's reduction variable descriptor.
4137   assert(Legal->isReductionVariable(Phi) &&
4138          "Unable to find the reduction variable");
4139   RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[Phi];
4140
4141   RecurrenceDescriptor::RecurrenceKind RK = RdxDesc.getRecurrenceKind();
4142   TrackingVH<Value> ReductionStartValue = RdxDesc.getRecurrenceStartValue();
4143   Instruction *LoopExitInst = RdxDesc.getLoopExitInstr();
4144   RecurrenceDescriptor::MinMaxRecurrenceKind MinMaxKind =
4145     RdxDesc.getMinMaxRecurrenceKind();
4146   setDebugLocFromInst(Builder, ReductionStartValue);
4147
4148   // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
4149   // To do so, we need to generate the 'identity' vector and override
4150   // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
4151   // to do it in the vector-loop preheader.
4152   Builder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks[1]->getTerminator());
4153
4154   // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
4155   const VectorParts &VectorExit = getVectorValue(LoopExitInst);
4156   Type *VecTy = VectorExit[0]->getType();
4157
4158   // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
4159   // one for multiplication, -1 for And.
4160   Value *Identity;
4161   Value *VectorStart;
4162   if (RK == RecurrenceDescriptor::RK_IntegerMinMax ||
4163       RK == RecurrenceDescriptor::RK_FloatMinMax) {
4164     // MinMax reduction have the start value as their identify.
4165     if (VF == 1) {
4166       VectorStart = Identity = ReductionStartValue;
4167     } else {
4168       VectorStart = Identity =
4169         Builder.CreateVectorSplat(VF, ReductionStartValue, "minmax.ident");
4170     }
4171   } else {
4172     // Handle other reduction kinds:
4173     Constant *Iden = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceIdentity(
4174         RK, VecTy->getScalarType());
4175     if (VF == 1) {
4176       Identity = Iden;
4177       // This vector is the Identity vector where the first element is the
4178       // incoming scalar reduction.
4179       VectorStart = ReductionStartValue;
4180     } else {
4181       Identity = ConstantVector::getSplat(VF, Iden);
4182
4183       // This vector is the Identity vector where the first element is the
4184       // incoming scalar reduction.
4185       VectorStart =
4186         Builder.CreateInsertElement(Identity, ReductionStartValue, Zero);
4187     }
4188   }
4189
4190   // Fix the vector-loop phi.
4191
4192   // Reductions do not have to start at zero. They can start with
4193   // any loop invariant values.
4194   const VectorParts &VecRdxPhi = getVectorValue(Phi);
4195   BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
4196   Value *LoopVal = Phi->getIncomingValueForBlock(Latch);
4197   const VectorParts &Val = getVectorValue(LoopVal);
4198   for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
4199     // Make sure to add the reduction stat value only to the
4200     // first unroll part.
4201     Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
4202     cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])
4203       ->addIncoming(StartVal, LoopVectorPreHeader);
4204     cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])
4205       ->addIncoming(Val[part], LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch());
4206   }
4207
4208   // Before each round, move the insertion point right between
4209   // the PHIs and the values we are going to write.
4210   // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
4211   // instructions.
4212   Builder.SetInsertPoint(&*LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
4213
4214   VectorParts &RdxParts = VectorLoopValueMap.getVector(LoopExitInst);
4215   setDebugLocFromInst(Builder, LoopExitInst);
4216
4217   // If the vector reduction can be performed in a smaller type, we truncate
4218   // then extend the loop exit value to enable InstCombine to evaluate the
4219   // entire expression in the smaller type.
4220   if (VF > 1 && Phi->getType() != RdxDesc.getRecurrenceType()) {
4221     Type *RdxVecTy = VectorType::get(RdxDesc.getRecurrenceType(), VF);
4222     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorBody->getTerminator());
4223     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
4224       Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(RdxParts[part], RdxVecTy);
4225       Value *Extnd = RdxDesc.isSigned() ? Builder.CreateSExt(Trunc, VecTy)
4226         : Builder.CreateZExt(Trunc, VecTy);
4227       for (Value::user_iterator UI = RdxParts[part]->user_begin();
4228            UI != RdxParts[part]->user_end();)
4229         if (*UI != Trunc) {
4230           (*UI++)->replaceUsesOfWith(RdxParts[part], Extnd);
4231           RdxParts[part] = Extnd;
4232         } else {
4233           ++UI;
4234         }
4235     }
4236     Builder.SetInsertPoint(&*LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
4237     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
4238       RdxParts[part] = Builder.CreateTrunc(RdxParts[part], RdxVecTy);
4239   }
4240
4241   // Reduce all of the unrolled parts into a single vector.
4242   Value *ReducedPartRdx = RdxParts[0];
4243   unsigned Op = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceBinOp(RK);
4244   setDebugLocFromInst(Builder, ReducedPartRdx);
4245   for (unsigned part = 1; part < UF; ++part) {
4246     if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
4247       // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
4248       ReducedPartRdx = addFastMathFlag(
4249           Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Op, RdxParts[part],
4250                               ReducedPartRdx, "bin.rdx"));
4251     else
4252       ReducedPartRdx = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(
4253           Builder, MinMaxKind, ReducedPartRdx, RdxParts[part]);
4254   }
4255
4256   if (VF > 1) {
4257     // VF is a power of 2 so we can emit the reduction using log2(VF) shuffles
4258     // and vector ops, reducing the set of values being computed by half each
4259     // round.
4260     assert(isPowerOf2_32(VF) &&
4261            "Reduction emission only supported for pow2 vectors!");
4262     Value *TmpVec = ReducedPartRdx;
4263     SmallVector<Constant *, 32> ShuffleMask(VF, nullptr);
4264     for (unsigned i = VF; i != 1; i >>= 1) {
4265       // Move the upper half of the vector to the lower half.
4266       for (unsigned j = 0; j != i / 2; ++j)
4267         ShuffleMask[j] = Builder.getInt32(i / 2 + j);
4268
4269       // Fill the rest of the mask with undef.
4270       std::fill(&ShuffleMask[i / 2], ShuffleMask.end(),
4271                 UndefValue::get(Builder.getInt32Ty()));
4272
4273       Value *Shuf = Builder.CreateShuffleVector(
4274           TmpVec, UndefValue::get(TmpVec->getType()),
4275           ConstantVector::get(ShuffleMask), "rdx.shuf");
4276
4277       if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
4278         // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
4279         TmpVec = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(
4280                                      (Instruction::BinaryOps)Op, TmpVec, Shuf, "bin.rdx"));
4281       else
4282         TmpVec = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(Builder, MinMaxKind,
4283                                                       TmpVec, Shuf);
4284     }
4285
4286     // The result is in the first element of the vector.
4287     ReducedPartRdx =
4288       Builder.CreateExtractElement(TmpVec, Builder.getInt32(0));
4289
4290     // If the reduction can be performed in a smaller type, we need to extend
4291     // the reduction to the wider type before we branch to the original loop.
4292     if (Phi->getType() != RdxDesc.getRecurrenceType())
4293       ReducedPartRdx =
4294         RdxDesc.isSigned()
4295         ? Builder.CreateSExt(ReducedPartRdx, Phi->getType())
4296         : Builder.CreateZExt(ReducedPartRdx, Phi->getType());
4297   }
4298
4299   // Create a phi node that merges control-flow from the backedge-taken check
4300   // block and the middle block.
4301   PHINode *BCBlockPhi = PHINode::Create(Phi->getType(), 2, "bc.merge.rdx",
4302                                         LoopScalarPreHeader->getTerminator());
4303   for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
4304     BCBlockPhi->addIncoming(ReductionStartValue, LoopBypassBlocks[I]);
4305   BCBlockPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
4306
4307   // Now, we need to fix the users of the reduction variable
4308   // inside and outside of the scalar remainder loop.
4309   // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
4310   // PHI nodes in the exit blocks.
4311   for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
4312          LEE = LoopExitBlock->end();
4313        LEI != LEE; ++LEI) {
4314     PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
4315     if (!LCSSAPhi)
4316       break;
4317
4318     // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
4319     // we already fixed them.
4320     assert(LCSSAPhi->getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
4321
4322     // We found a reduction value exit-PHI. Update it with the
4323     // incoming bypass edge.
4324     if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == LoopExitInst)
4325       LCSSAPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
4326   } // end of the LCSSA phi scan.
4327
4328     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
4329     // from the vector body and from the backedge value.
4330   int IncomingEdgeBlockIdx =
4331     Phi->getBasicBlockIndex(OrigLoop->getLoopLatch());
4332   assert(IncomingEdgeBlockIdx >= 0 && "Invalid block index");
4333   // Pick the other block.
4334   int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1);
4335   Phi->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, BCBlockPhi);
4336   Phi->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, LoopExitInst);
4337 }
4338
4339 void InnerLoopVectorizer::fixLCSSAPHIs() {
4340   for (Instruction &LEI : *LoopExitBlock) {
4341     auto *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(&LEI);
4342     if (!LCSSAPhi)
4343       break;
4344     if (LCSSAPhi->getNumIncomingValues() == 1)
4345       LCSSAPhi->addIncoming(UndefValue::get(LCSSAPhi->getType()),
4346                             LoopMiddleBlock);
4347   }
4348 }
4349
4350 void InnerLoopVectorizer::collectTriviallyDeadInstructions(
4351     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DeadInstructions) {
4352   BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
4353
4354   // We create new control-flow for the vectorized loop, so the original
4355   // condition will be dead after vectorization if it's only used by the
4356   // branch.
4357   auto *Cmp = dyn_cast<Instruction>(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
4358   if (Cmp && Cmp->hasOneUse())
4359     DeadInstructions.insert(Cmp);
4360
4361   // We create new "steps" for induction variable updates to which the original
4362   // induction variables map. An original update instruction will be dead if
4363   // all its users except the induction variable are dead.
4364   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
4365     PHINode *Ind = Induction.first;
4366     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
4367     if (all_of(IndUpdate->users(), [&](User *U) -> bool {
4368           return U == Ind || DeadInstructions.count(cast<Instruction>(U));
4369         }))
4370       DeadInstructions.insert(IndUpdate);
4371   }
4372 }
4373
4374 void InnerLoopVectorizer::sinkScalarOperands(Instruction *PredInst) {
4375
4376   // The basic block and loop containing the predicated instruction.
4377   auto *PredBB = PredInst->getParent();
4378   auto *VectorLoop = LI->getLoopFor(PredBB);
4379
4380   // Initialize a worklist with the operands of the predicated instruction.
4381   SetVector<Value *> Worklist(PredInst->op_begin(), PredInst->op_end());
4382
4383   // Holds instructions that we need to analyze again. An instruction may be
4384   // reanalyzed if we don't yet know if we can sink it or not.
4385   SmallVector<Instruction *, 8> InstsToReanalyze;
4386
4387   // Returns true if a given use occurs in the predicated block. Phi nodes use
4388   // their operands in their corresponding predecessor blocks.
4389   auto isBlockOfUsePredicated = [&](Use &U) -> bool {
4390     auto *I = cast<Instruction>(U.getUser());
4391     BasicBlock *BB = I->getParent();
4392     if (auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(I))
4393       BB = Phi->getIncomingBlock(
4394           PHINode::getIncomingValueNumForOperand(U.getOperandNo()));
4395     return BB == PredBB;
4396   };
4397
4398   // Iteratively sink the scalarized operands of the predicated instruction
4399   // into the block we created for it. When an instruction is sunk, it's
4400   // operands are then added to the worklist. The algorithm ends after one pass
4401   // through the worklist doesn't sink a single instruction.
4402   bool Changed;
4403   do {
4404
4405     // Add the instructions that need to be reanalyzed to the worklist, and
4406     // reset the changed indicator.
4407     Worklist.insert(InstsToReanalyze.begin(), InstsToReanalyze.end());
4408     InstsToReanalyze.clear();
4409     Changed = false;
4410
4411     while (!Worklist.empty()) {
4412       auto *I = dyn_cast<Instruction>(Worklist.pop_back_val());
4413
4414       // We can't sink an instruction if it is a phi node, is already in the
4415       // predicated block, is not in the loop, or may have side effects.
4416       if (!I || isa<PHINode>(I) || I->getParent() == PredBB ||
4417           !VectorLoop->contains(I) || I->mayHaveSideEffects())
4418         continue;
4419
4420       // It's legal to sink the instruction if all its uses occur in the
4421       // predicated block. Otherwise, there's nothing to do yet, and we may
4422       // need to reanalyze the instruction.
4423       if (!all_of(I->uses(), isBlockOfUsePredicated)) {
4424         InstsToReanalyze.push_back(I);
4425         continue;
4426       }
4427
4428       // Move the instruction to the beginning of the predicated block, and add
4429       // it's operands to the worklist.
4430       I->moveBefore(&*PredBB->getFirstInsertionPt());
4431       Worklist.insert(I->op_begin(), I->op_end());
4432
4433       // The sinking may have enabled other instructions to be sunk, so we will
4434       // need to iterate.
4435       Changed = true;
4436     }
4437   } while (Changed);
4438 }
4439
4440 void InnerLoopVectorizer::predicateInstructions() {
4441
4442   // For each instruction I marked for predication on value C, split I into its
4443   // own basic block to form an if-then construct over C. Since I may be fed by
4444   // an extractelement instruction or other scalar operand, we try to
4445   // iteratively sink its scalar operands into the predicated block. If I feeds
4446   // an insertelement instruction, we try to move this instruction into the
4447   // predicated block as well. For non-void types, a phi node will be created
4448   // for the resulting value (either vector or scalar).
4449   //
4450   // So for some predicated instruction, e.g. the conditional sdiv in:
4451   //
4452   // for.body:
4453   //  ...
4454   //  %add = add nsw i32 %mul, %0
4455   //  %cmp5 = icmp sgt i32 %2, 7
4456   //  br i1 %cmp5, label %if.then, label %if.end
4457   //
4458   // if.then:
4459   //  %div = sdiv i32 %0, %1
4460   //  br label %if.end
4461   //
4462   // if.end:
4463   //  %x.0 = phi i32 [ %div, %if.then ], [ %add, %for.body ]
4464   //
4465   // the sdiv at this point is scalarized and if-converted using a select.
4466   // The inactive elements in the vector are not used, but the predicated
4467   // instruction is still executed for all vector elements, essentially:
4468   //
4469   // vector.body:
4470   //  ...
4471   //  %17 = add nsw <2 x i32> %16, %wide.load
4472   //  %29 = extractelement <2 x i32> %wide.load, i32 0
4473   //  %30 = extractelement <2 x i32> %wide.load51, i32 0
4474   //  %31 = sdiv i32 %29, %30
4475   //  %32 = insertelement <2 x i32> undef, i32 %31, i32 0
4476   //  %35 = extractelement <2 x i32> %wide.load, i32 1
4477   //  %36 = extractelement <2 x i32> %wide.load51, i32 1
4478   //  %37 = sdiv i32 %35, %36
4479   //  %38 = insertelement <2 x i32> %32, i32 %37, i32 1
4480   //  %predphi = select <2 x i1> %26, <2 x i32> %38, <2 x i32> %17
4481   //
4482   // Predication will now re-introduce the original control flow to avoid false
4483   // side-effects by the sdiv instructions on the inactive elements, yielding
4484   // (after cleanup):
4485   //
4486   // vector.body:
4487   //  ...
4488   //  %5 = add nsw <2 x i32> %4, %wide.load
4489   //  %8 = icmp sgt <2 x i32> %wide.load52, <i32 7, i32 7>
4490   //  %9 = extractelement <2 x i1> %8, i32 0
4491   //  br i1 %9, label %pred.sdiv.if, label %pred.sdiv.continue
4492   //
4493   // pred.sdiv.if:
4494   //  %10 = extractelement <2 x i32> %wide.load, i32 0
4495   //  %11 = extractelement <2 x i32> %wide.load51, i32 0
4496   //  %12 = sdiv i32 %10, %11
4497   //  %13 = insertelement <2 x i32> undef, i32 %12, i32 0
4498   //  br label %pred.sdiv.continue
4499   //
4500   // pred.sdiv.continue:
4501   //  %14 = phi <2 x i32> [ undef, %vector.body ], [ %13, %pred.sdiv.if ]
4502   //  %15 = extractelement <2 x i1> %8, i32 1
4503   //  br i1 %15, label %pred.sdiv.if54, label %pred.sdiv.continue55
4504   //
4505   // pred.sdiv.if54:
4506   //  %16 = extractelement <2 x i32> %wide.load, i32 1
4507   //  %17 = extractelement <2 x i32> %wide.load51, i32 1
4508   //  %18 = sdiv i32 %16, %17
4509   //  %19 = insertelement <2 x i32> %14, i32 %18, i32 1
4510   //  br label %pred.sdiv.continue55
4511   //
4512   // pred.sdiv.continue55:
4513   //  %20 = phi <2 x i32> [ %14, %pred.sdiv.continue ], [ %19, %pred.sdiv.if54 ]
4514   //  %predphi = select <2 x i1> %8, <2 x i32> %20, <2 x i32> %5
4515
4516   for (auto KV : PredicatedInstructions) {
4517     BasicBlock::iterator I(KV.first);
4518     BasicBlock *Head = I->getParent();
4519     auto *BB = SplitBlock(Head, &*std::next(I), DT, LI);
4520     auto *T = SplitBlockAndInsertIfThen(KV.second, &*I, /*Unreachable=*/false,
4521                                         /*BranchWeights=*/nullptr, DT, LI);
4522     I->moveBefore(T);
4523     sinkScalarOperands(&*I);
4524
4525     I->getParent()->setName(Twine("pred.") + I->getOpcodeName() + ".if");
4526     BB->setName(Twine("pred.") + I->getOpcodeName() + ".continue");
4527
4528     // If the instruction is non-void create a Phi node at reconvergence point.
4529     if (!I->getType()->isVoidTy()) {
4530       Value *IncomingTrue = nullptr;
4531       Value *IncomingFalse = nullptr;
4532
4533       if (I->hasOneUse() && isa<InsertElementInst>(*I->user_begin())) {
4534         // If the predicated instruction is feeding an insert-element, move it
4535         // into the Then block; Phi node will be created for the vector.
4536         InsertElementInst *IEI = cast<InsertElementInst>(*I->user_begin());
4537         IEI->moveBefore(T);
4538         IncomingTrue = IEI; // the new vector with the inserted element.
4539         IncomingFalse = IEI->getOperand(0); // the unmodified vector
4540       } else {
4541         // Phi node will be created for the scalar predicated instruction.
4542         IncomingTrue = &*I;
4543         IncomingFalse = UndefValue::get(I->getType());
4544       }
4545
4546       BasicBlock *PostDom = I->getParent()->getSingleSuccessor();
4547       assert(PostDom && "Then block has multiple successors");
4548       PHINode *Phi =
4549           PHINode::Create(IncomingTrue->getType(), 2, "", &PostDom->front());
4550       IncomingTrue->replaceAllUsesWith(Phi);
4551       Phi->addIncoming(IncomingFalse, Head);
4552       Phi->addIncoming(IncomingTrue, I->getParent());
4553     }
4554   }
4555
4556   DEBUG(DT->verifyDomTree());
4557 }
4558
4559 InnerLoopVectorizer::VectorParts
4560 InnerLoopVectorizer::createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst) {
4561   assert(is_contained(predecessors(Dst), Src) && "Invalid edge");
4562
4563   // Look for cached value.
4564   std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *> Edge(Src, Dst);
4565   EdgeMaskCacheTy::iterator ECEntryIt = EdgeMaskCache.find(Edge);
4566   if (ECEntryIt != EdgeMaskCache.end())
4567     return ECEntryIt->second;
4568
4569   VectorParts SrcMask = createBlockInMask(Src);
4570
4571   // The terminator has to be a branch inst!
4572   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Src->getTerminator());
4573   assert(BI && "Unexpected terminator found");
4574
4575   if (BI->isConditional()) {
4576     VectorParts EdgeMask = getVectorValue(BI->getCondition());
4577
4578     if (BI->getSuccessor(0) != Dst)
4579       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
4580         EdgeMask[part] = Builder.CreateNot(EdgeMask[part]);
4581
4582     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
4583       EdgeMask[part] = Builder.CreateAnd(EdgeMask[part], SrcMask[part]);
4584
4585     EdgeMaskCache[Edge] = EdgeMask;
4586     return EdgeMask;
4587   }
4588
4589   EdgeMaskCache[Edge] = SrcMask;
4590   return SrcMask;
4591 }
4592
4593 InnerLoopVectorizer::VectorParts
4594 InnerLoopVectorizer::createBlockInMask(BasicBlock *BB) {
4595   assert(OrigLoop->contains(BB) && "Block is not a part of a loop");
4596
4597   // Look for cached value.
4598   BlockMaskCacheTy::iterator BCEntryIt = BlockMaskCache.find(BB);
4599   if (BCEntryIt != BlockMaskCache.end())
4600     return BCEntryIt->second;
4601
4602   // Loop incoming mask is all-one.
4603   if (OrigLoop->getHeader() == BB) {
4604     Value *C = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 1);
4605     const VectorParts &BlockMask = getVectorValue(C);
4606     BlockMaskCache[BB] = BlockMask;
4607     return BlockMask;
4608   }
4609
4610   // This is the block mask. We OR all incoming edges, and with zero.
4611   Value *Zero = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 0);
4612   VectorParts BlockMask = getVectorValue(Zero);
4613
4614   // For each pred:
4615   for (pred_iterator it = pred_begin(BB), e = pred_end(BB); it != e; ++it) {
4616     VectorParts EM = createEdgeMask(*it, BB);
4617     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
4618       BlockMask[part] = Builder.CreateOr(BlockMask[part], EM[part]);
4619   }
4620
4621   BlockMaskCache[BB] = BlockMask;
4622   return BlockMask;
4623 }
4624
4625 void InnerLoopVectorizer::widenPHIInstruction(Instruction *PN, unsigned UF,
4626                                               unsigned VF) {
4627   PHINode *P = cast<PHINode>(PN);
4628   // In order to support recurrences we need to be able to vectorize Phi nodes.
4629   // Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two stages. This is
4630   // stage #1: We create a new vector PHI node with no incoming edges. We'll use
4631   // this value when we vectorize all of the instructions that use the PHI.
4632   if (Legal->isReductionVariable(P) || Legal->isFirstOrderRecurrence(P)) {
4633     VectorParts Entry(UF);
4634     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
4635       // This is phase one of vectorizing PHIs.
4636       Type *VecTy =
4637           (VF == 1) ? PN->getType() : VectorType::get(PN->getType(), VF);
4638       Entry[part] = PHINode::Create(
4639           VecTy, 2, "vec.phi", &*LoopVectorBody->getFirstInsertionPt());
4640     }
4641     VectorLoopValueMap.initVector(P, Entry);
4642     return;
4643   }
4644
4645   setDebugLocFromInst(Builder, P);
4646   // Check for PHI nodes that are lowered to vector selects.
4647   if (P->getParent() != OrigLoop->getHeader()) {
4648     // We know that all PHIs in non-header blocks are converted into
4649     // selects, so we don't have to worry about the insertion order and we
4650     // can just use the builder.
4651     // At this point we generate the predication tree. There may be
4652     // duplications since this is a simple recursive scan, but future
4653     // optimizations will clean it up.
4654
4655     unsigned NumIncoming = P->getNumIncomingValues();
4656
4657     // Generate a sequence of selects of the form:
4658     // SELECT(Mask3, In3,
4659     //      SELECT(Mask2, In2,
4660     //                   ( ...)))
4661     VectorParts Entry(UF);
4662     for (unsigned In = 0; In < NumIncoming; In++) {
4663       VectorParts Cond =
4664           createEdgeMask(P->getIncomingBlock(In), P->getParent());
4665       const VectorParts &In0 = getVectorValue(P->getIncomingValue(In));
4666
4667       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
4668         // We might have single edge PHIs (blocks) - use an identity
4669         // 'select' for the first PHI operand.
4670         if (In == 0)
4671           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part], In0[part]);
4672         else
4673           // Select between the current value and the previous incoming edge
4674           // based on the incoming mask.
4675           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part], Entry[part],
4676                                              "predphi");
4677       }
4678     }
4679     VectorLoopValueMap.initVector(P, Entry);
4680     return;
4681   }
4682
4683   // This PHINode must be an induction variable.
4684   // Make sure that we know about it.
4685   assert(Legal->getInductionVars()->count(P) && "Not an induction variable");
4686
4687   InductionDescriptor II = Legal->getInductionVars()->lookup(P);
4688   const DataLayout &DL = OrigLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
4689
4690   // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
4691   // which can be found from the original scalar operations.
4692   switch (II.getKind()) {
4693   case InductionDescriptor::IK_NoInduction:
4694     llvm_unreachable("Unknown induction");
4695   case InductionDescriptor::IK_IntInduction:
4696   case InductionDescriptor::IK_FpInduction:
4697     return widenIntOrFpInduction(P);
4698   case InductionDescriptor::IK_PtrInduction: {
4699     // Handle the pointer induction variable case.
4700     assert(P->getType()->isPointerTy() && "Unexpected type.");
4701     // This is the normalized GEP that starts counting at zero.
4702     Value *PtrInd = Induction;
4703     PtrInd = Builder.CreateSExtOrTrunc(PtrInd, II.getStep()->getType());
4704     // Determine the number of scalars we need to generate for each unroll
4705     // iteration. If the instruction is uniform, we only need to generate the
4706     // first lane. Otherwise, we generate all VF values.
4707     unsigned Lanes = Cost->isUniformAfterVectorization(P, VF) ? 1 : VF;
4708     // These are the scalar results. Notice that we don't generate vector GEPs
4709     // because scalar GEPs result in better code.
4710     ScalarParts Entry(UF);
4711     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4712       Entry[Part].resize(VF);
4713       for (unsigned Lane = 0; Lane < Lanes; ++Lane) {
4714         Constant *Idx = ConstantInt::get(PtrInd->getType(), Lane + Part * VF);
4715         Value *GlobalIdx = Builder.CreateAdd(PtrInd, Idx);
4716         Value *SclrGep = II.transform(Builder, GlobalIdx, PSE.getSE(), DL);
4717         SclrGep->setName("next.gep");
4718         Entry[Part][Lane] = SclrGep;
4719       }
4720     }
4721     VectorLoopValueMap.initScalar(P, Entry);
4722     return;
4723   }
4724   }
4725 }
4726
4727 /// A helper function for checking whether an integer division-related
4728 /// instruction may divide by zero (in which case it must be predicated if
4729 /// executed conditionally in the scalar code).
4730 /// TODO: It may be worthwhile to generalize and check isKnownNonZero().
4731 /// Non-zero divisors that are non compile-time constants will not be
4732 /// converted into multiplication, so we will still end up scalarizing
4733 /// the division, but can do so w/o predication.
4734 static bool mayDivideByZero(Instruction &I) {
4735   assert((I.getOpcode() == Instruction::UDiv ||
4736           I.getOpcode() == Instruction::SDiv ||
4737           I.getOpcode() == Instruction::URem ||
4738           I.getOpcode() == Instruction::SRem) &&
4739          "Unexpected instruction");
4740   Value *Divisor = I.getOperand(1);
4741   auto *CInt = dyn_cast<ConstantInt>(Divisor);
4742   return !CInt || CInt->isZero();
4743 }
4744
4745 void InnerLoopVectorizer::vectorizeInstruction(Instruction &I) {
4746   // Scalarize instructions that should remain scalar after vectorization.
4747   if (VF > 1 &&
4748       !(isa<BranchInst>(&I) || isa<PHINode>(&I) || isa<DbgInfoIntrinsic>(&I)) &&
4749       shouldScalarizeInstruction(&I)) {
4750     scalarizeInstruction(&I, Legal->isScalarWithPredication(&I));
4751     return;
4752   }
4753
4754   switch (I.getOpcode()) {
4755   case Instruction::Br:
4756     // Nothing to do for PHIs and BR, since we already took care of the
4757     // loop control flow instructions.
4758     break;
4759   case Instruction::PHI: {
4760     // Vectorize PHINodes.
4761     widenPHIInstruction(&I, UF, VF);
4762     break;
4763   } // End of PHI.
4764   case Instruction::GetElementPtr: {
4765     // Construct a vector GEP by widening the operands of the scalar GEP as
4766     // necessary. We mark the vector GEP 'inbounds' if appropriate. A GEP
4767     // results in a vector of pointers when at least one operand of the GEP
4768     // is vector-typed. Thus, to keep the representation compact, we only use
4769     // vector-typed operands for loop-varying values.
4770     auto *GEP = cast<GetElementPtrInst>(&I);
4771     VectorParts Entry(UF);
4772
4773     if (VF > 1 && OrigLoop->hasLoopInvariantOperands(GEP)) {
4774       // If we are vectorizing, but the GEP has only loop-invariant operands,
4775       // the GEP we build (by only using vector-typed operands for
4776       // loop-varying values) would be a scalar pointer. Thus, to ensure we
4777       // produce a vector of pointers, we need to either arbitrarily pick an
4778       // operand to broadcast, or broadcast a clone of the original GEP.
4779       // Here, we broadcast a clone of the original.
4780       //
4781       // TODO: If at some point we decide to scalarize instructions having
4782       //       loop-invariant operands, this special case will no longer be
4783       //       required. We would add the scalarization decision to
4784       //       collectLoopScalars() and teach getVectorValue() to broadcast
4785       //       the lane-zero scalar value.
4786       auto *Clone = Builder.Insert(GEP->clone());
4787       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
4788         Entry[Part] = Builder.CreateVectorSplat(VF, Clone);
4789     } else {
4790       // If the GEP has at least one loop-varying operand, we are sure to
4791       // produce a vector of pointers. But if we are only unrolling, we want
4792       // to produce a scalar GEP for each unroll part. Thus, the GEP we
4793       // produce with the code below will be scalar (if VF == 1) or vector
4794       // (otherwise). Note that for the unroll-only case, we still maintain
4795       // values in the vector mapping with initVector, as we do for other
4796       // instructions.
4797       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4798
4799         // The pointer operand of the new GEP. If it's loop-invariant, we
4800         // won't broadcast it.
4801         auto *Ptr = OrigLoop->isLoopInvariant(GEP->getPointerOperand())
4802                         ? GEP->getPointerOperand()
4803                         : getVectorValue(GEP->getPointerOperand())[Part];
4804
4805         // Collect all the indices for the new GEP. If any index is
4806         // loop-invariant, we won't broadcast it.
4807         SmallVector<Value *, 4> Indices;
4808         for (auto &U : make_range(GEP->idx_begin(), GEP->idx_end())) {
4809           if (OrigLoop->isLoopInvariant(U.get()))
4810             Indices.push_back(U.get());
4811           else
4812             Indices.push_back(getVectorValue(U.get())[Part]);
4813         }
4814
4815         // Create the new GEP. Note that this GEP may be a scalar if VF == 1,
4816         // but it should be a vector, otherwise.
4817         auto *NewGEP = GEP->isInBounds()
4818                            ? Builder.CreateInBoundsGEP(Ptr, Indices)
4819                            : Builder.CreateGEP(Ptr, Indices);
4820         assert((VF == 1 || NewGEP->getType()->isVectorTy()) &&
4821                "NewGEP is not a pointer vector");
4822         Entry[Part] = NewGEP;
4823       }
4824     }
4825
4826     VectorLoopValueMap.initVector(&I, Entry);
4827     addMetadata(Entry, GEP);
4828     break;
4829   }
4830   case Instruction::UDiv:
4831   case Instruction::SDiv:
4832   case Instruction::SRem:
4833   case Instruction::URem:
4834     // Scalarize with predication if this instruction may divide by zero and
4835     // block execution is conditional, otherwise fallthrough.
4836     if (Legal->isScalarWithPredication(&I)) {
4837       scalarizeInstruction(&I, true);
4838       break;
4839     }
4840   case Instruction::Add:
4841   case Instruction::FAdd:
4842   case Instruction::Sub:
4843   case Instruction::FSub:
4844   case Instruction::Mul:
4845   case Instruction::FMul:
4846   case Instruction::FDiv:
4847   case Instruction::FRem:
4848   case Instruction::Shl:
4849   case Instruction::LShr:
4850   case Instruction::AShr:
4851   case Instruction::And:
4852   case Instruction::Or:
4853   case Instruction::Xor: {
4854     // Just widen binops.
4855     auto *BinOp = cast<BinaryOperator>(&I);
4856     setDebugLocFromInst(Builder, BinOp);
4857     const VectorParts &A = getVectorValue(BinOp->getOperand(0));
4858     const VectorParts &B = getVectorValue(BinOp->getOperand(1));
4859
4860     // Use this vector value for all users of the original instruction.
4861     VectorParts Entry(UF);
4862     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4863       Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), A[Part], B[Part]);
4864
4865       if (BinaryOperator *VecOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
4866         VecOp->copyIRFlags(BinOp);
4867
4868       Entry[Part] = V;
4869     }
4870
4871     VectorLoopValueMap.initVector(&I, Entry);
4872     addMetadata(Entry, BinOp);
4873     break;
4874   }
4875   case Instruction::Select: {
4876     // Widen selects.
4877     // If the selector is loop invariant we can create a select
4878     // instruction with a scalar condition. Otherwise, use vector-select.
4879     auto *SE = PSE.getSE();
4880     bool InvariantCond =
4881         SE->isLoopInvariant(PSE.getSCEV(I.getOperand(0)), OrigLoop);
4882     setDebugLocFromInst(Builder, &I);
4883
4884     // The condition can be loop invariant  but still defined inside the
4885     // loop. This means that we can't just use the original 'cond' value.
4886     // We have to take the 'vectorized' value and pick the first lane.
4887     // Instcombine will make this a no-op.
4888     const VectorParts &Cond = getVectorValue(I.getOperand(0));
4889     const VectorParts &Op0 = getVectorValue(I.getOperand(1));
4890     const VectorParts &Op1 = getVectorValue(I.getOperand(2));
4891
4892     auto *ScalarCond = getScalarValue(I.getOperand(0), 0, 0);
4893
4894     VectorParts Entry(UF);
4895     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4896       Entry[Part] = Builder.CreateSelect(
4897           InvariantCond ? ScalarCond : Cond[Part], Op0[Part], Op1[Part]);
4898     }
4899
4900     VectorLoopValueMap.initVector(&I, Entry);
4901     addMetadata(Entry, &I);
4902     break;
4903   }
4904
4905   case Instruction::ICmp:
4906   case Instruction::FCmp: {
4907     // Widen compares. Generate vector compares.
4908     bool FCmp = (I.getOpcode() == Instruction::FCmp);
4909     auto *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(&I);
4910     setDebugLocFromInst(Builder, Cmp);
4911     const VectorParts &A = getVectorValue(Cmp->getOperand(0));
4912     const VectorParts &B = getVectorValue(Cmp->getOperand(1));
4913     VectorParts Entry(UF);
4914     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
4915       Value *C = nullptr;
4916       if (FCmp) {
4917         C = Builder.CreateFCmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
4918         cast<FCmpInst>(C)->copyFastMathFlags(Cmp);
4919       } else {
4920         C = Builder.CreateICmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
4921       }
4922       Entry[Part] = C;
4923     }
4924
4925     VectorLoopValueMap.initVector(&I, Entry);
4926     addMetadata(Entry, &I);
4927     break;
4928   }
4929
4930   case Instruction::Store:
4931   case Instruction::Load:
4932     vectorizeMemoryInstruction(&I);
4933     break;
4934   case Instruction::ZExt:
4935   case Instruction::SExt:
4936   case Instruction::FPToUI:
4937   case Instruction::FPToSI:
4938   case Instruction::FPExt:
4939   case Instruction::PtrToInt:
4940   case Instruction::IntToPtr:
4941   case Instruction::SIToFP:
4942   case Instruction::UIToFP:
4943   case Instruction::Trunc:
4944   case Instruction::FPTrunc:
4945   case Instruction::BitCast: {
4946     auto *CI = dyn_cast<CastInst>(&I);
4947     setDebugLocFromInst(Builder, CI);
4948
4949     // Optimize the special case where the source is a constant integer
4950     // induction variable. Notice that we can only optimize the 'trunc' case
4951     // because (a) FP conversions lose precision, (b) sext/zext may wrap, and
4952     // (c) other casts depend on pointer size.
4953     if (Cost->isOptimizableIVTruncate(CI, VF)) {
4954       widenIntOrFpInduction(cast<PHINode>(CI->getOperand(0)),
4955                             cast<TruncInst>(CI));
4956       break;
4957     }
4958
4959     /// Vectorize casts.
4960     Type *DestTy =
4961         (VF == 1) ? CI->getType() : VectorType::get(CI->getType(), VF);
4962
4963     const VectorParts &A = getVectorValue(CI->getOperand(0));
4964     VectorParts Entry(UF);
4965     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
4966       Entry[Part] = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), A[Part], DestTy);
4967     VectorLoopValueMap.initVector(&I, Entry);
4968     addMetadata(Entry, &I);
4969     break;
4970   }
4971
4972   case Instruction::Call: {
4973     // Ignore dbg intrinsics.
4974     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4975       break;
4976     setDebugLocFromInst(Builder, &I);
4977
4978     Module *M = I.getParent()->getParent()->getParent();
4979     auto *CI = cast<CallInst>(&I);
4980
4981     StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
4982     Function *F = CI->getCalledFunction();
4983     Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
4984     SmallVector<Type *, 4> Tys;
4985     for (Value *ArgOperand : CI->arg_operands())
4986       Tys.push_back(ToVectorTy(ArgOperand->getType(), VF));
4987
4988     Intrinsic::ID ID = getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
4989     if (ID && (ID == Intrinsic::assume || ID == Intrinsic::lifetime_end ||
4990                ID == Intrinsic::lifetime_start)) {
4991       scalarizeInstruction(&I);
4992       break;
4993     }
4994     // The flag shows whether we use Intrinsic or a usual Call for vectorized
4995     // version of the instruction.
4996     // Is it beneficial to perform intrinsic call compared to lib call?
4997     bool NeedToScalarize;
4998     unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, *TTI, TLI, NeedToScalarize);
4999     bool UseVectorIntrinsic =
5000         ID && getVectorIntrinsicCost(CI, VF, *TTI, TLI) <= CallCost;
5001     if (!UseVectorIntrinsic && NeedToScalarize) {
5002       scalarizeInstruction(&I);
5003       break;
5004     }
5005
5006     VectorParts Entry(UF);
5007     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
5008       SmallVector<Value *, 4> Args;
5009       for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i) {
5010         Value *Arg = CI->getArgOperand(i);
5011         // Some intrinsics have a scalar argument - don't replace it with a
5012         // vector.
5013         if (!UseVectorIntrinsic || !hasVectorInstrinsicScalarOpd(ID, i)) {
5014           const VectorParts &VectorArg = getVectorValue(CI->getArgOperand(i));
5015           Arg = VectorArg[Part];
5016         }
5017         Args.push_back(Arg);
5018       }
5019
5020       Function *VectorF;
5021       if (UseVectorIntrinsic) {
5022         // Use vector version of the intrinsic.
5023         Type *TysForDecl[] = {CI->getType()};
5024         if (VF > 1)
5025           TysForDecl[0] = VectorType::get(CI->getType()->getScalarType(), VF);
5026         VectorF = Intrinsic::getDeclaration(M, ID, TysForDecl);
5027       } else {
5028         // Use vector version of the library call.
5029         StringRef VFnName = TLI->getVectorizedFunction(FnName, VF);
5030         assert(!VFnName.empty() && "Vector function name is empty.");
5031         VectorF = M->getFunction(VFnName);
5032         if (!VectorF) {
5033           // Generate a declaration
5034           FunctionType *FTy = FunctionType::get(RetTy, Tys, false);
5035           VectorF =
5036               Function::Create(FTy, Function::ExternalLinkage, VFnName, M);
5037           VectorF->copyAttributesFrom(F);
5038         }
5039       }
5040       assert(VectorF && "Can't create vector function.");
5041
5042       SmallVector<OperandBundleDef, 1> OpBundles;
5043       CI->getOperandBundlesAsDefs(OpBundles);
5044       CallInst *V = Builder.CreateCall(VectorF, Args, OpBundles);
5045
5046       if (isa<FPMathOperator>(V))
5047         V->copyFastMathFlags(CI);
5048
5049       Entry[Part] = V;
5050     }
5051
5052     VectorLoopValueMap.initVector(&I, Entry);
5053     addMetadata(Entry, &I);
5054     break;
5055   }
5056
5057   default:
5058     // All other instructions are unsupported. Scalarize them.
5059     scalarizeInstruction(&I);
5060     break;
5061   } // end of switch.
5062 }
5063
5064 void InnerLoopVectorizer::updateAnalysis() {
5065   // Forget the original basic block.
5066   PSE.getSE()->forgetLoop(OrigLoop);
5067
5068   // Update the dominator tree information.
5069   assert(DT->properlyDominates(LoopBypassBlocks.front(), LoopExitBlock) &&
5070          "Entry does not dominate exit.");
5071
5072   DT->addNewBlock(LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getHeader(),
5073                   LoopVectorPreHeader);
5074   DT->addNewBlock(LoopMiddleBlock,
5075                   LI->getLoopFor(LoopVectorBody)->getLoopLatch());
5076   DT->addNewBlock(LoopScalarPreHeader, LoopBypassBlocks[0]);
5077   DT->changeImmediateDominator(LoopScalarBody, LoopScalarPreHeader);
5078   DT->changeImmediateDominator(LoopExitBlock, LoopBypassBlocks[0]);
5079
5080   DEBUG(DT->verifyDomTree());
5081 }
5082
5083 /// \brief Check whether it is safe to if-convert this phi node.
5084 ///
5085 /// Phi nodes with constant expressions that can trap are not safe to if
5086 /// convert.
5087 static bool canIfConvertPHINodes(BasicBlock *BB) {
5088   for (Instruction &I : *BB) {
5089     auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(&I);
5090     if (!Phi)
5091       return true;
5092     for (Value *V : Phi->incoming_values())
5093       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V))
5094         if (C->canTrap())
5095           return false;
5096   }
5097   return true;
5098 }
5099
5100 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeWithIfConvert() {
5101   if (!EnableIfConversion) {
5102     ORE->emit(createMissedAnalysis("IfConversionDisabled")
5103               << "if-conversion is disabled");
5104     return false;
5105   }
5106
5107   assert(TheLoop->getNumBlocks() > 1 && "Single block loops are vectorizable");
5108
5109   // A list of pointers that we can safely read and write to.
5110   SmallPtrSet<Value *, 8> SafePointes;
5111
5112   // Collect safe addresses.
5113   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
5114     if (blockNeedsPredication(BB))
5115       continue;
5116
5117     for (Instruction &I : *BB)
5118       if (auto *Ptr = getPointerOperand(&I))
5119         SafePointes.insert(Ptr);
5120   }
5121
5122   // Collect the blocks that need predication.
5123   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
5124   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
5125     // We don't support switch statements inside loops.
5126     if (!isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
5127       ORE->emit(createMissedAnalysis("LoopContainsSwitch", BB->getTerminator())
5128                 << "loop contains a switch statement");
5129       return false;
5130     }
5131
5132     // We must be able to predicate all blocks that need to be predicated.
5133     if (blockNeedsPredication(BB)) {
5134       if (!blockCanBePredicated(BB, SafePointes)) {
5135         ORE->emit(createMissedAnalysis("NoCFGForSelect", BB->getTerminator())
5136                   << "control flow cannot be substituted for a select");
5137         return false;
5138       }
5139     } else if (BB != Header && !canIfConvertPHINodes(BB)) {
5140       ORE->emit(createMissedAnalysis("NoCFGForSelect", BB->getTerminator())
5141                 << "control flow cannot be substituted for a select");
5142       return false;
5143     }
5144   }
5145
5146   // We can if-convert this loop.
5147   return true;
5148 }
5149
5150 bool LoopVectorizationLegality::canVectorize() {
5151   // We must have a loop in canonical form. Loops with indirectbr in them cannot
5152   // be canonicalized.
5153   if (!TheLoop->getLoopPreheader()) {
5154     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5155               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5156     return false;
5157   }
5158
5159   // FIXME: The code is currently dead, since the loop gets sent to
5160   // LoopVectorizationLegality is already an innermost loop.
5161   //
5162   // We can only vectorize innermost loops.
5163   if (!TheLoop->empty()) {
5164     ORE->emit(createMissedAnalysis("NotInnermostLoop")
5165               << "loop is not the innermost loop");
5166     return false;
5167   }
5168
5169   // We must have a single backedge.
5170   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1) {
5171     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5172               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5173     return false;
5174   }
5175
5176   // We must have a single exiting block.
5177   if (!TheLoop->getExitingBlock()) {
5178     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5179               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5180     return false;
5181   }
5182
5183   // We only handle bottom-tested loops, i.e. loop in which the condition is
5184   // checked at the end of each iteration. With that we can assume that all
5185   // instructions in the loop are executed the same number of times.
5186   if (TheLoop->getExitingBlock() != TheLoop->getLoopLatch()) {
5187     ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood")
5188               << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5189     return false;
5190   }
5191
5192   // We need to have a loop header.
5193   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop: " << TheLoop->getHeader()->getName()
5194                << '\n');
5195
5196   // Check if we can if-convert non-single-bb loops.
5197   unsigned NumBlocks = TheLoop->getNumBlocks();
5198   if (NumBlocks != 1 && !canVectorizeWithIfConvert()) {
5199     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't if-convert the loop.\n");
5200     return false;
5201   }
5202
5203   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
5204   const SCEV *ExitCount = PSE.getBackedgeTakenCount();
5205   if (ExitCount == PSE.getSE()->getCouldNotCompute()) {
5206     ORE->emit(createMissedAnalysis("CantComputeNumberOfIterations")
5207               << "could not determine number of loop iterations");
5208     DEBUG(dbgs() << "LV: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
5209     return false;
5210   }
5211
5212   // Check if we can vectorize the instructions and CFG in this loop.
5213   if (!canVectorizeInstrs()) {
5214     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize the instructions or CFG\n");
5215     return false;
5216   }
5217
5218   // Go over each instruction and look at memory deps.
5219   if (!canVectorizeMemory()) {
5220     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize due to memory conflicts\n");
5221     return false;
5222   }
5223
5224   DEBUG(dbgs() << "LV: We can vectorize this loop"
5225                << (LAI->getRuntimePointerChecking()->Need
5226                        ? " (with a runtime bound check)"
5227                        : "")
5228                << "!\n");
5229
5230   bool UseInterleaved = TTI->enableInterleavedAccessVectorization();
5231
5232   // If an override option has been passed in for interleaved accesses, use it.
5233   if (EnableInterleavedMemAccesses.getNumOccurrences() > 0)
5234     UseInterleaved = EnableInterleavedMemAccesses;
5235
5236   // Analyze interleaved memory accesses.
5237   if (UseInterleaved)
5238     InterleaveInfo.analyzeInterleaving(*getSymbolicStrides());
5239
5240   unsigned SCEVThreshold = VectorizeSCEVCheckThreshold;
5241   if (Hints->getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled)
5242     SCEVThreshold = PragmaVectorizeSCEVCheckThreshold;
5243
5244   if (PSE.getUnionPredicate().getComplexity() > SCEVThreshold) {
5245     ORE->emit(createMissedAnalysis("TooManySCEVRunTimeChecks")
5246               << "Too many SCEV assumptions need to be made and checked "
5247               << "at runtime");
5248     DEBUG(dbgs() << "LV: Too many SCEV checks needed.\n");
5249     return false;
5250   }
5251
5252   // Okay! We can vectorize. At this point we don't have any other mem analysis
5253   // which may limit our maximum vectorization factor, so just return true with
5254   // no restrictions.
5255   return true;
5256 }
5257
5258 static Type *convertPointerToIntegerType(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
5259   if (Ty->isPointerTy())
5260     return DL.getIntPtrType(Ty);
5261
5262   // It is possible that char's or short's overflow when we ask for the loop's
5263   // trip count, work around this by changing the type size.
5264   if (Ty->getScalarSizeInBits() < 32)
5265     return Type::getInt32Ty(Ty->getContext());
5266
5267   return Ty;
5268 }
5269
5270 static Type *getWiderType(const DataLayout &DL, Type *Ty0, Type *Ty1) {
5271   Ty0 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty0);
5272   Ty1 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty1);
5273   if (Ty0->getScalarSizeInBits() > Ty1->getScalarSizeInBits())
5274     return Ty0;
5275   return Ty1;
5276 }
5277
5278 /// \brief Check that the instruction has outside loop users and is not an
5279 /// identified reduction variable.
5280 static bool hasOutsideLoopUser(const Loop *TheLoop, Instruction *Inst,
5281                                SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit) {
5282   // Reduction and Induction instructions are allowed to have exit users. All
5283   // other instructions must not have external users.
5284   if (!AllowedExit.count(Inst))
5285     // Check that all of the users of the loop are inside the BB.
5286     for (User *U : Inst->users()) {
5287       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
5288       // This user may be a reduction exit value.
5289       if (!TheLoop->contains(UI)) {
5290         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an outside user for : " << *UI << '\n');
5291         return true;
5292       }
5293     }
5294   return false;
5295 }
5296
5297 void LoopVectorizationLegality::addInductionPhi(
5298     PHINode *Phi, const InductionDescriptor &ID,
5299     SmallPtrSetImpl<Value *> &AllowedExit) {
5300   Inductions[Phi] = ID;
5301   Type *PhiTy = Phi->getType();
5302   const DataLayout &DL = Phi->getModule()->getDataLayout();
5303
5304   // Get the widest type.
5305   if (!PhiTy->isFloatingPointTy()) {
5306     if (!WidestIndTy)
5307       WidestIndTy = convertPointerToIntegerType(DL, PhiTy);
5308     else
5309       WidestIndTy = getWiderType(DL, PhiTy, WidestIndTy);
5310   }
5311
5312   // Int inductions are special because we only allow one IV.
5313   if (ID.getKind() == InductionDescriptor::IK_IntInduction &&
5314       ID.getConstIntStepValue() &&
5315       ID.getConstIntStepValue()->isOne() &&
5316       isa<Constant>(ID.getStartValue()) &&
5317       cast<Constant>(ID.getStartValue())->isNullValue()) {
5318
5319     // Use the phi node with the widest type as induction. Use the last
5320     // one if there are multiple (no good reason for doing this other
5321     // than it is expedient). We've checked that it begins at zero and
5322     // steps by one, so this is a canonical induction variable.
5323     if (!PrimaryInduction || PhiTy == WidestIndTy)
5324       PrimaryInduction = Phi;
5325   }
5326
5327   // Both the PHI node itself, and the "post-increment" value feeding
5328   // back into the PHI node may have external users.
5329   AllowedExit.insert(Phi);
5330   AllowedExit.insert(Phi->getIncomingValueForBlock(TheLoop->getLoopLatch()));
5331
5332   DEBUG(dbgs() << "LV: Found an induction variable.\n");
5333   return;
5334 }
5335
5336 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeInstrs() {
5337   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
5338
5339   // Look for the attribute signaling the absence of NaNs.
5340   Function &F = *Header->getParent();
5341   HasFunNoNaNAttr =
5342       F.getFnAttribute("no-nans-fp-math").getValueAsString() == "true";
5343
5344   // For each block in the loop.
5345   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
5346     // Scan the instructions in the block and look for hazards.
5347     for (Instruction &I : *BB) {
5348       if (auto *Phi = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
5349         Type *PhiTy = Phi->getType();
5350         // Check that this PHI type is allowed.
5351         if (!PhiTy->isIntegerTy() && !PhiTy->isFloatingPointTy() &&
5352             !PhiTy->isPointerTy()) {
5353           ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood", Phi)
5354                     << "loop control flow is not understood by vectorizer");
5355           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an non-int non-pointer PHI.\n");
5356           return false;
5357         }
5358
5359         // If this PHINode is not in the header block, then we know that we
5360         // can convert it to select during if-conversion. No need to check if
5361         // the PHIs in this block are induction or reduction variables.
5362         if (BB != Header) {
5363           // Check that this instruction has no outside users or is an
5364           // identified reduction value with an outside user.
5365           if (!hasOutsideLoopUser(TheLoop, Phi, AllowedExit))
5366             continue;
5367           ORE->emit(createMissedAnalysis("NeitherInductionNorReduction", Phi)
5368                     << "value could not be identified as "
5369                        "an induction or reduction variable");
5370           return false;
5371         }
5372
5373         // We only allow if-converted PHIs with exactly two incoming values.
5374         if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
5375           ORE->emit(createMissedAnalysis("CFGNotUnderstood", Phi)
5376                     << "control flow not understood by vectorizer");
5377           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an invalid PHI.\n");
5378           return false;
5379         }
5380
5381         RecurrenceDescriptor RedDes;
5382         if (RecurrenceDescriptor::isReductionPHI(Phi, TheLoop, RedDes)) {
5383           if (RedDes.hasUnsafeAlgebra())
5384             Requirements->addUnsafeAlgebraInst(RedDes.getUnsafeAlgebraInst());
5385           AllowedExit.insert(RedDes.getLoopExitInstr());
5386           Reductions[Phi] = RedDes;
5387           continue;
5388         }
5389
5390         InductionDescriptor ID;
5391         if (InductionDescriptor::isInductionPHI(Phi, TheLoop, PSE, ID)) {
5392           addInductionPhi(Phi, ID, AllowedExit);
5393           if (ID.hasUnsafeAlgebra() && !HasFunNoNaNAttr)
5394             Requirements->addUnsafeAlgebraInst(ID.getUnsafeAlgebraInst());
5395           continue;
5396         }
5397
5398         if (RecurrenceDescriptor::isFirstOrderRecurrence(Phi, TheLoop, DT)) {
5399           FirstOrderRecurrences.insert(Phi);
5400           continue;
5401         }
5402
5403         // As a last resort, coerce the PHI to a AddRec expression
5404         // and re-try classifying it a an induction PHI.
5405         if (InductionDescriptor::isInductionPHI(Phi, TheLoop, PSE, ID, true)) {
5406           addInductionPhi(Phi, ID, AllowedExit);
5407           continue;
5408         }
5409
5410         ORE->emit(createMissedAnalysis("NonReductionValueUsedOutsideLoop", Phi)
5411                   << "value that could not be identified as "
5412                      "reduction is used outside the loop");
5413         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified PHI." << *Phi << "\n");
5414         return false;
5415       } // end of PHI handling
5416
5417       // We handle calls that:
5418       //   * Are debug info intrinsics.
5419       //   * Have a mapping to an IR intrinsic.
5420       //   * Have a vector version available.
5421       auto *CI = dyn_cast<CallInst>(&I);
5422       if (CI && !getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI) &&
5423           !isa<DbgInfoIntrinsic>(CI) &&
5424           !(CI->getCalledFunction() && TLI &&
5425             TLI->isFunctionVectorizable(CI->getCalledFunction()->getName()))) {
5426         ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeCall", CI)
5427                   << "call instruction cannot be vectorized");
5428         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-intrinsic, non-libfunc callsite.\n");
5429         return false;
5430       }
5431
5432       // Intrinsics such as powi,cttz and ctlz are legal to vectorize if the
5433       // second argument is the same (i.e. loop invariant)
5434       if (CI && hasVectorInstrinsicScalarOpd(
5435                     getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI), 1)) {
5436         auto *SE = PSE.getSE();
5437         if (!SE->isLoopInvariant(PSE.getSCEV(CI->getOperand(1)), TheLoop)) {
5438           ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeIntrinsic", CI)
5439                     << "intrinsic instruction cannot be vectorized");
5440           DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable intrinsic " << *CI << "\n");
5441           return false;
5442         }
5443       }
5444
5445       // Check that the instruction return type is vectorizable.
5446       // Also, we can't vectorize extractelement instructions.
5447       if ((!VectorType::isValidElementType(I.getType()) &&
5448            !I.getType()->isVoidTy()) ||
5449           isa<ExtractElementInst>(I)) {
5450         ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeInstructionReturnType", &I)
5451                   << "instruction return type cannot be vectorized");
5452         DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable type.\n");
5453         return false;
5454       }
5455
5456       // Check that the stored type is vectorizable.
5457       if (auto *ST = dyn_cast<StoreInst>(&I)) {
5458         Type *T = ST->getValueOperand()->getType();
5459         if (!VectorType::isValidElementType(T)) {
5460           ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeStore", ST)
5461                     << "store instruction cannot be vectorized");
5462           return false;
5463         }
5464
5465         // FP instructions can allow unsafe algebra, thus vectorizable by
5466         // non-IEEE-754 compliant SIMD units.
5467         // This applies to floating-point math operations and calls, not memory
5468         // operations, shuffles, or casts, as they don't change precision or
5469         // semantics.
5470       } else if (I.getType()->isFloatingPointTy() && (CI || I.isBinaryOp()) &&
5471                  !I.hasUnsafeAlgebra()) {
5472         DEBUG(dbgs() << "LV: Found FP op with unsafe algebra.\n");
5473         Hints->setPotentiallyUnsafe();
5474       }
5475
5476       // Reduction instructions are allowed to have exit users.
5477       // All other instructions must not have external users.
5478       if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, &I, AllowedExit)) {
5479         ORE->emit(createMissedAnalysis("ValueUsedOutsideLoop", &I)
5480                   << "value cannot be used outside the loop");
5481         return false;
5482       }
5483
5484     } // next instr.
5485   }
5486
5487   if (!PrimaryInduction) {
5488     DEBUG(dbgs() << "LV: Did not find one integer induction var.\n");
5489     if (Inductions.empty()) {
5490       ORE->emit(createMissedAnalysis("NoInductionVariable")
5491                 << "loop induction variable could not be identified");
5492       return false;
5493     }
5494   }
5495
5496   // Now we know the widest induction type, check if our found induction
5497   // is the same size. If it's not, unset it here and InnerLoopVectorizer
5498   // will create another.
5499   if (PrimaryInduction && WidestIndTy != PrimaryInduction->getType())
5500     PrimaryInduction = nullptr;
5501
5502   return true;
5503 }
5504
5505 void LoopVectorizationCostModel::collectLoopScalars(unsigned VF) {
5506
5507   // We should not collect Scalars more than once per VF. Right now, this
5508   // function is called from collectUniformsAndScalars(), which already does
5509   // this check. Collecting Scalars for VF=1 does not make any sense.
5510   assert(VF >= 2 && !Scalars.count(VF) &&
5511          "This function should not be visited twice for the same VF");
5512
5513   SmallSetVector<Instruction *, 8> Worklist;
5514
5515   // These sets are used to seed the analysis with pointers used by memory
5516   // accesses that will remain scalar.
5517   SmallSetVector<Instruction *, 8> ScalarPtrs;
5518   SmallPtrSet<Instruction *, 8> PossibleNonScalarPtrs;
5519
5520   // A helper that returns true if the use of Ptr by MemAccess will be scalar.
5521   // The pointer operands of loads and stores will be scalar as long as the
5522   // memory access is not a gather or scatter operation. The value operand of a
5523   // store will remain scalar if the store is scalarized.
5524   auto isScalarUse = [&](Instruction *MemAccess, Value *Ptr) {
5525     InstWidening WideningDecision = getWideningDecision(MemAccess, VF);
5526     assert(WideningDecision != CM_Unknown &&
5527            "Widening decision should be ready at this moment");
5528     if (auto *Store = dyn_cast<StoreInst>(MemAccess))
5529       if (Ptr == Store->getValueOperand())
5530         return WideningDecision == CM_Scalarize;
5531     assert(Ptr == getPointerOperand(MemAccess) &&
5532            "Ptr is neither a value or pointer operand");
5533     return WideningDecision != CM_GatherScatter;
5534   };
5535
5536   // A helper that returns true if the given value is a bitcast or
5537   // getelementptr instruction contained in the loop.
5538   auto isLoopVaryingBitCastOrGEP = [&](Value *V) {
5539     return ((isa<BitCastInst>(V) && V->getType()->isPointerTy()) ||
5540             isa<GetElementPtrInst>(V)) &&
5541            !TheLoop->isLoopInvariant(V);
5542   };
5543
5544   // A helper that evaluates a memory access's use of a pointer. If the use
5545   // will be a scalar use, and the pointer is only used by memory accesses, we
5546   // place the pointer in ScalarPtrs. Otherwise, the pointer is placed in
5547   // PossibleNonScalarPtrs.
5548   auto evaluatePtrUse = [&](Instruction *MemAccess, Value *Ptr) {
5549
5550     // We only care about bitcast and getelementptr instructions contained in
5551     // the loop.
5552     if (!isLoopVaryingBitCastOrGEP(Ptr))
5553       return;
5554
5555     // If the pointer has already been identified as scalar (e.g., if it was
5556     // also identified as uniform), there's nothing to do.
5557     auto *I = cast<Instruction>(Ptr);
5558     if (Worklist.count(I))
5559       return;
5560
5561     // If the use of the pointer will be a scalar use, and all users of the
5562     // pointer are memory accesses, place the pointer in ScalarPtrs. Otherwise,
5563     // place the pointer in PossibleNonScalarPtrs.
5564     if (isScalarUse(MemAccess, Ptr) && all_of(I->users(), [&](User *U) {
5565           return isa<LoadInst>(U) || isa<StoreInst>(U);
5566         }))
5567       ScalarPtrs.insert(I);
5568     else
5569       PossibleNonScalarPtrs.insert(I);
5570   };
5571
5572   // We seed the scalars analysis with three classes of instructions: (1)
5573   // instructions marked uniform-after-vectorization, (2) bitcast and
5574   // getelementptr instructions used by memory accesses requiring a scalar use,
5575   // and (3) pointer induction variables and their update instructions (we
5576   // currently only scalarize these).
5577   //
5578   // (1) Add to the worklist all instructions that have been identified as
5579   // uniform-after-vectorization.
5580   Worklist.insert(Uniforms[VF].begin(), Uniforms[VF].end());
5581
5582   // (2) Add to the worklist all bitcast and getelementptr instructions used by
5583   // memory accesses requiring a scalar use. The pointer operands of loads and
5584   // stores will be scalar as long as the memory accesses is not a gather or
5585   // scatter operation. The value operand of a store will remain scalar if the
5586   // store is scalarized.
5587   for (auto *BB : TheLoop->blocks())
5588     for (auto &I : *BB) {
5589       if (auto *Load = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
5590         evaluatePtrUse(Load, Load->getPointerOperand());
5591       } else if (auto *Store = dyn_cast<StoreInst>(&I)) {
5592         evaluatePtrUse(Store, Store->getPointerOperand());
5593         evaluatePtrUse(Store, Store->getValueOperand());
5594       }
5595     }
5596   for (auto *I : ScalarPtrs)
5597     if (!PossibleNonScalarPtrs.count(I)) {
5598       DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *I << "\n");
5599       Worklist.insert(I);
5600     }
5601
5602   // (3) Add to the worklist all pointer induction variables and their update
5603   // instructions.
5604   //
5605   // TODO: Once we are able to vectorize pointer induction variables we should
5606   //       no longer insert them into the worklist here.
5607   auto *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
5608   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
5609     auto *Ind = Induction.first;
5610     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
5611     if (Induction.second.getKind() != InductionDescriptor::IK_PtrInduction)
5612       continue;
5613     Worklist.insert(Ind);
5614     Worklist.insert(IndUpdate);
5615     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *Ind << "\n");
5616     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *IndUpdate << "\n");
5617   }
5618
5619   // Expand the worklist by looking through any bitcasts and getelementptr
5620   // instructions we've already identified as scalar. This is similar to the
5621   // expansion step in collectLoopUniforms(); however, here we're only
5622   // expanding to include additional bitcasts and getelementptr instructions.
5623   unsigned Idx = 0;
5624   while (Idx != Worklist.size()) {
5625     Instruction *Dst = Worklist[Idx++];
5626     if (!isLoopVaryingBitCastOrGEP(Dst->getOperand(0)))
5627       continue;
5628     auto *Src = cast<Instruction>(Dst->getOperand(0));
5629     if (all_of(Src->users(), [&](User *U) -> bool {
5630           auto *J = cast<Instruction>(U);
5631           return !TheLoop->contains(J) || Worklist.count(J) ||
5632                  ((isa<LoadInst>(J) || isa<StoreInst>(J)) &&
5633                   isScalarUse(J, Src));
5634         })) {
5635       Worklist.insert(Src);
5636       DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *Src << "\n");
5637     }
5638   }
5639
5640   // An induction variable will remain scalar if all users of the induction
5641   // variable and induction variable update remain scalar.
5642   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
5643     auto *Ind = Induction.first;
5644     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
5645
5646     // We already considered pointer induction variables, so there's no reason
5647     // to look at their users again.
5648     //
5649     // TODO: Once we are able to vectorize pointer induction variables we
5650     //       should no longer skip over them here.
5651     if (Induction.second.getKind() == InductionDescriptor::IK_PtrInduction)
5652       continue;
5653
5654     // Determine if all users of the induction variable are scalar after
5655     // vectorization.
5656     auto ScalarInd = all_of(Ind->users(), [&](User *U) -> bool {
5657       auto *I = cast<Instruction>(U);
5658       return I == IndUpdate || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I);
5659     });
5660     if (!ScalarInd)
5661       continue;
5662
5663     // Determine if all users of the induction variable update instruction are
5664     // scalar after vectorization.
5665     auto ScalarIndUpdate = all_of(IndUpdate->users(), [&](User *U) -> bool {
5666       auto *I = cast<Instruction>(U);
5667       return I == Ind || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I);
5668     });
5669     if (!ScalarIndUpdate)
5670       continue;
5671
5672     // The induction variable and its update instruction will remain scalar.
5673     Worklist.insert(Ind);
5674     Worklist.insert(IndUpdate);
5675     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *Ind << "\n");
5676     DEBUG(dbgs() << "LV: Found scalar instruction: " << *IndUpdate << "\n");
5677   }
5678
5679   Scalars[VF].insert(Worklist.begin(), Worklist.end());
5680 }
5681
5682 bool LoopVectorizationLegality::isScalarWithPredication(Instruction *I) {
5683   if (!blockNeedsPredication(I->getParent()))
5684     return false;
5685   switch(I->getOpcode()) {
5686   default:
5687     break;
5688   case Instruction::Store:
5689     return !isMaskRequired(I);
5690   case Instruction::UDiv:
5691   case Instruction::SDiv:
5692   case Instruction::SRem:
5693   case Instruction::URem:
5694     return mayDivideByZero(*I);
5695   }
5696   return false;
5697 }
5698
5699 bool LoopVectorizationLegality::memoryInstructionCanBeWidened(Instruction *I,
5700                                                               unsigned VF) {
5701   // Get and ensure we have a valid memory instruction.
5702   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
5703   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
5704   assert((LI || SI) && "Invalid memory instruction");
5705
5706   auto *Ptr = getPointerOperand(I);
5707
5708   // In order to be widened, the pointer should be consecutive, first of all.
5709   if (!isConsecutivePtr(Ptr))
5710     return false;
5711
5712   // If the instruction is a store located in a predicated block, it will be
5713   // scalarized.
5714   if (isScalarWithPredication(I))
5715     return false;
5716
5717   // If the instruction's allocated size doesn't equal it's type size, it
5718   // requires padding and will be scalarized.
5719   auto &DL = I->getModule()->getDataLayout();
5720   auto *ScalarTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
5721   if (hasIrregularType(ScalarTy, DL, VF))
5722     return false;
5723
5724   return true;
5725 }
5726
5727 void LoopVectorizationCostModel::collectLoopUniforms(unsigned VF) {
5728
5729   // We should not collect Uniforms more than once per VF. Right now,
5730   // this function is called from collectUniformsAndScalars(), which 
5731   // already does this check. Collecting Uniforms for VF=1 does not make any
5732   // sense.
5733
5734   assert(VF >= 2 && !Uniforms.count(VF) &&
5735          "This function should not be visited twice for the same VF");
5736
5737   // Visit the list of Uniforms. If we'll not find any uniform value, we'll 
5738   // not analyze again.  Uniforms.count(VF) will return 1.
5739   Uniforms[VF].clear();
5740
5741   // We now know that the loop is vectorizable!
5742   // Collect instructions inside the loop that will remain uniform after
5743   // vectorization.
5744
5745   // Global values, params and instructions outside of current loop are out of
5746   // scope.
5747   auto isOutOfScope = [&](Value *V) -> bool {
5748     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5749     return (!I || !TheLoop->contains(I));
5750   };
5751
5752   SetVector<Instruction *> Worklist;
5753   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
5754
5755   // Start with the conditional branch. If the branch condition is an
5756   // instruction contained in the loop that is only used by the branch, it is
5757   // uniform.
5758   auto *Cmp = dyn_cast<Instruction>(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
5759   if (Cmp && TheLoop->contains(Cmp) && Cmp->hasOneUse()) {
5760     Worklist.insert(Cmp);
5761     DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *Cmp << "\n");
5762   }
5763
5764   // Holds consecutive and consecutive-like pointers. Consecutive-like pointers
5765   // are pointers that are treated like consecutive pointers during
5766   // vectorization. The pointer operands of interleaved accesses are an
5767   // example.
5768   SmallSetVector<Instruction *, 8> ConsecutiveLikePtrs;
5769
5770   // Holds pointer operands of instructions that are possibly non-uniform.
5771   SmallPtrSet<Instruction *, 8> PossibleNonUniformPtrs;
5772
5773   auto isUniformDecision = [&](Instruction *I, unsigned VF) {
5774     InstWidening WideningDecision = getWideningDecision(I, VF);
5775     assert(WideningDecision != CM_Unknown &&
5776            "Widening decision should be ready at this moment");
5777
5778     return (WideningDecision == CM_Widen ||
5779             WideningDecision == CM_Interleave);
5780   };
5781   // Iterate over the instructions in the loop, and collect all
5782   // consecutive-like pointer operands in ConsecutiveLikePtrs. If it's possible
5783   // that a consecutive-like pointer operand will be scalarized, we collect it
5784   // in PossibleNonUniformPtrs instead. We use two sets here because a single
5785   // getelementptr instruction can be used by both vectorized and scalarized
5786   // memory instructions. For example, if a loop loads and stores from the same
5787   // location, but the store is conditional, the store will be scalarized, and
5788   // the getelementptr won't remain uniform.
5789   for (auto *BB : TheLoop->blocks())
5790     for (auto &I : *BB) {
5791
5792       // If there's no pointer operand, there's nothing to do.
5793       auto *Ptr = dyn_cast_or_null<Instruction>(getPointerOperand(&I));
5794       if (!Ptr)
5795         continue;
5796
5797       // True if all users of Ptr are memory accesses that have Ptr as their
5798       // pointer operand.
5799       auto UsersAreMemAccesses = all_of(Ptr->users(), [&](User *U) -> bool {
5800         return getPointerOperand(U) == Ptr;
5801       });
5802
5803       // Ensure the memory instruction will not be scalarized or used by
5804       // gather/scatter, making its pointer operand non-uniform. If the pointer
5805       // operand is used by any instruction other than a memory access, we
5806       // conservatively assume the pointer operand may be non-uniform.
5807       if (!UsersAreMemAccesses || !isUniformDecision(&I, VF))
5808         PossibleNonUniformPtrs.insert(Ptr);
5809
5810       // If the memory instruction will be vectorized and its pointer operand
5811       // is consecutive-like, or interleaving - the pointer operand should
5812       // remain uniform.
5813       else
5814         ConsecutiveLikePtrs.insert(Ptr);
5815     }
5816
5817   // Add to the Worklist all consecutive and consecutive-like pointers that
5818   // aren't also identified as possibly non-uniform.
5819   for (auto *V : ConsecutiveLikePtrs)
5820     if (!PossibleNonUniformPtrs.count(V)) {
5821       DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *V << "\n");
5822       Worklist.insert(V);
5823     }
5824
5825   // Expand Worklist in topological order: whenever a new instruction
5826   // is added , its users should be either already inside Worklist, or
5827   // out of scope. It ensures a uniform instruction will only be used
5828   // by uniform instructions or out of scope instructions.
5829   unsigned idx = 0;
5830   while (idx != Worklist.size()) {
5831     Instruction *I = Worklist[idx++];
5832
5833     for (auto OV : I->operand_values()) {
5834       if (isOutOfScope(OV))
5835         continue;
5836       auto *OI = cast<Instruction>(OV);
5837       if (all_of(OI->users(), [&](User *U) -> bool {
5838             auto *J = cast<Instruction>(U);
5839             return !TheLoop->contains(J) || Worklist.count(J) ||
5840                    (OI == getPointerOperand(J) && isUniformDecision(J, VF));
5841           })) {
5842         Worklist.insert(OI);
5843         DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *OI << "\n");
5844       }
5845     }
5846   }
5847
5848   // Returns true if Ptr is the pointer operand of a memory access instruction
5849   // I, and I is known to not require scalarization.
5850   auto isVectorizedMemAccessUse = [&](Instruction *I, Value *Ptr) -> bool {
5851     return getPointerOperand(I) == Ptr && isUniformDecision(I, VF);
5852   };
5853
5854   // For an instruction to be added into Worklist above, all its users inside
5855   // the loop should also be in Worklist. However, this condition cannot be
5856   // true for phi nodes that form a cyclic dependence. We must process phi
5857   // nodes separately. An induction variable will remain uniform if all users
5858   // of the induction variable and induction variable update remain uniform.
5859   // The code below handles both pointer and non-pointer induction variables.
5860   for (auto &Induction : *Legal->getInductionVars()) {
5861     auto *Ind = Induction.first;
5862     auto *IndUpdate = cast<Instruction>(Ind->getIncomingValueForBlock(Latch));
5863
5864     // Determine if all users of the induction variable are uniform after
5865     // vectorization.
5866     auto UniformInd = all_of(Ind->users(), [&](User *U) -> bool {
5867       auto *I = cast<Instruction>(U);
5868       return I == IndUpdate || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I) ||
5869              isVectorizedMemAccessUse(I, Ind);
5870     });
5871     if (!UniformInd)
5872       continue;
5873
5874     // Determine if all users of the induction variable update instruction are
5875     // uniform after vectorization.
5876     auto UniformIndUpdate = all_of(IndUpdate->users(), [&](User *U) -> bool {
5877       auto *I = cast<Instruction>(U);
5878       return I == Ind || !TheLoop->contains(I) || Worklist.count(I) ||
5879              isVectorizedMemAccessUse(I, IndUpdate);
5880     });
5881     if (!UniformIndUpdate)
5882       continue;
5883
5884     // The induction variable and its update instruction will remain uniform.
5885     Worklist.insert(Ind);
5886     Worklist.insert(IndUpdate);
5887     DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *Ind << "\n");
5888     DEBUG(dbgs() << "LV: Found uniform instruction: " << *IndUpdate << "\n");
5889   }
5890
5891   Uniforms[VF].insert(Worklist.begin(), Worklist.end());
5892 }
5893
5894 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeMemory() {
5895   LAI = &(*GetLAA)(*TheLoop);
5896   InterleaveInfo.setLAI(LAI);
5897   const OptimizationRemarkAnalysis *LAR = LAI->getReport();
5898   if (LAR) {
5899     OptimizationRemarkAnalysis VR(Hints->vectorizeAnalysisPassName(),
5900                                   "loop not vectorized: ", *LAR);
5901     ORE->emit(VR);
5902   }
5903   if (!LAI->canVectorizeMemory())
5904     return false;
5905
5906   if (LAI->hasStoreToLoopInvariantAddress()) {
5907     ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVectorizeStoreToLoopInvariantAddress")
5908               << "write to a loop invariant address could not be vectorized");
5909     DEBUG(dbgs() << "LV: We don't allow storing to uniform addresses\n");
5910     return false;
5911   }
5912
5913   Requirements->addRuntimePointerChecks(LAI->getNumRuntimePointerChecks());
5914   PSE.addPredicate(LAI->getPSE().getUnionPredicate());
5915
5916   return true;
5917 }
5918
5919 bool LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(const Value *V) {
5920   Value *In0 = const_cast<Value *>(V);
5921   PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(In0);
5922   if (!PN)
5923     return false;
5924
5925   return Inductions.count(PN);
5926 }
5927
5928 bool LoopVectorizationLegality::isFirstOrderRecurrence(const PHINode *Phi) {
5929   return FirstOrderRecurrences.count(Phi);
5930 }
5931
5932 bool LoopVectorizationLegality::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB) {
5933   return LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
5934 }
5935
5936 bool LoopVectorizationLegality::blockCanBePredicated(
5937     BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs) {
5938   const bool IsAnnotatedParallel = TheLoop->isAnnotatedParallel();
5939
5940   for (Instruction &I : *BB) {
5941     // Check that we don't have a constant expression that can trap as operand.
5942     for (Value *Operand : I.operands()) {
5943       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(Operand))
5944         if (C->canTrap())
5945           return false;
5946     }
5947     // We might be able to hoist the load.
5948     if (I.mayReadFromMemory()) {
5949       auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I);
5950       if (!LI)
5951         return false;
5952       if (!SafePtrs.count(LI->getPointerOperand())) {
5953         if (isLegalMaskedLoad(LI->getType(), LI->getPointerOperand()) ||
5954             isLegalMaskedGather(LI->getType())) {
5955           MaskedOp.insert(LI);
5956           continue;
5957         }
5958         // !llvm.mem.parallel_loop_access implies if-conversion safety.
5959         if (IsAnnotatedParallel)
5960           continue;
5961         return false;
5962       }
5963     }
5964
5965     if (I.mayWriteToMemory()) {
5966       auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I);
5967       // We only support predication of stores in basic blocks with one
5968       // predecessor.
5969       if (!SI)
5970         return false;
5971
5972       // Build a masked store if it is legal for the target.
5973       if (isLegalMaskedStore(SI->getValueOperand()->getType(),
5974                              SI->getPointerOperand()) ||
5975           isLegalMaskedScatter(SI->getValueOperand()->getType())) {
5976         MaskedOp.insert(SI);
5977         continue;
5978       }
5979
5980       bool isSafePtr = (SafePtrs.count(SI->getPointerOperand()) != 0);
5981       bool isSinglePredecessor = SI->getParent()->getSinglePredecessor();
5982
5983       if (++NumPredStores > NumberOfStoresToPredicate || !isSafePtr ||
5984           !isSinglePredecessor)
5985         return false;
5986     }
5987     if (I.mayThrow())
5988       return false;
5989   }
5990
5991   return true;
5992 }
5993
5994 void InterleavedAccessInfo::collectConstStrideAccesses(
5995     MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &AccessStrideInfo,
5996     const ValueToValueMap &Strides) {
5997
5998   auto &DL = TheLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
5999
6000   // Since it's desired that the load/store instructions be maintained in
6001   // "program order" for the interleaved access analysis, we have to visit the
6002   // blocks in the loop in reverse postorder (i.e., in a topological order).
6003   // Such an ordering will ensure that any load/store that may be executed
6004   // before a second load/store will precede the second load/store in
6005   // AccessStrideInfo.
6006   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
6007   DFS.perform(LI);
6008   for (BasicBlock *BB : make_range(DFS.beginRPO(), DFS.endRPO()))
6009     for (auto &I : *BB) {
6010       auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I);
6011       auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I);
6012       if (!LI && !SI)
6013         continue;
6014
6015       Value *Ptr = getPointerOperand(&I);
6016       // We don't check wrapping here because we don't know yet if Ptr will be 
6017       // part of a full group or a group with gaps. Checking wrapping for all 
6018       // pointers (even those that end up in groups with no gaps) will be overly
6019       // conservative. For full groups, wrapping should be ok since if we would 
6020       // wrap around the address space we would do a memory access at nullptr
6021       // even without the transformation. The wrapping checks are therefore
6022       // deferred until after we've formed the interleaved groups.
6023       int64_t Stride = getPtrStride(PSE, Ptr, TheLoop, Strides,
6024                                     /*Assume=*/true, /*ShouldCheckWrap=*/false);
6025
6026       const SCEV *Scev = replaceSymbolicStrideSCEV(PSE, Strides, Ptr);
6027       PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(Ptr->getType());
6028       uint64_t Size = DL.getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
6029
6030       // An alignment of 0 means target ABI alignment.
6031       unsigned Align = getMemInstAlignment(&I);
6032       if (!Align)
6033         Align = DL.getABITypeAlignment(PtrTy->getElementType());
6034
6035       AccessStrideInfo[&I] = StrideDescriptor(Stride, Scev, Size, Align);
6036     }
6037 }
6038
6039 // Analyze interleaved accesses and collect them into interleaved load and
6040 // store groups.
6041 //
6042 // When generating code for an interleaved load group, we effectively hoist all
6043 // loads in the group to the location of the first load in program order. When
6044 // generating code for an interleaved store group, we sink all stores to the
6045 // location of the last store. This code motion can change the order of load
6046 // and store instructions and may break dependences.
6047 //
6048 // The code generation strategy mentioned above ensures that we won't violate
6049 // any write-after-read (WAR) dependences.
6050 //
6051 // E.g., for the WAR dependence:  a = A[i];      // (1)
6052 //                                A[i] = b;      // (2)
6053 //
6054 // The store group of (2) is always inserted at or below (2), and the load
6055 // group of (1) is always inserted at or above (1). Thus, the instructions will
6056 // never be reordered. All other dependences are checked to ensure the
6057 // correctness of the instruction reordering.
6058 //
6059 // The algorithm visits all memory accesses in the loop in bottom-up program
6060 // order. Program order is established by traversing the blocks in the loop in
6061 // reverse postorder when collecting the accesses.
6062 //
6063 // We visit the memory accesses in bottom-up order because it can simplify the
6064 // construction of store groups in the presence of write-after-write (WAW)
6065 // dependences.
6066 //
6067 // E.g., for the WAW dependence:  A[i] = a;      // (1)
6068 //                                A[i] = b;      // (2)
6069 //                                A[i + 1] = c;  // (3)
6070 //
6071 // We will first create a store group with (3) and (2). (1) can't be added to
6072 // this group because it and (2) are dependent. However, (1) can be grouped
6073 // with other accesses that may precede it in program order. Note that a
6074 // bottom-up order does not imply that WAW dependences should not be checked.
6075 void InterleavedAccessInfo::analyzeInterleaving(
6076     const ValueToValueMap &Strides) {
6077   DEBUG(dbgs() << "LV: Analyzing interleaved accesses...\n");
6078
6079   // Holds all accesses with a constant stride.
6080   MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> AccessStrideInfo;
6081   collectConstStrideAccesses(AccessStrideInfo, Strides);
6082
6083   if (AccessStrideInfo.empty())
6084     return;
6085
6086   // Collect the dependences in the loop.
6087   collectDependences();
6088
6089   // Holds all interleaved store groups temporarily.
6090   SmallSetVector<InterleaveGroup *, 4> StoreGroups;
6091   // Holds all interleaved load groups temporarily.
6092   SmallSetVector<InterleaveGroup *, 4> LoadGroups;
6093
6094   // Search in bottom-up program order for pairs of accesses (A and B) that can
6095   // form interleaved load or store groups. In the algorithm below, access A
6096   // precedes access B in program order. We initialize a group for B in the
6097   // outer loop of the algorithm, and then in the inner loop, we attempt to
6098   // insert each A into B's group if:
6099   //
6100   //  1. A and B have the same stride,
6101   //  2. A and B have the same memory object size, and
6102   //  3. A belongs in B's group according to its distance from B.
6103   //
6104   // Special care is taken to ensure group formation will not break any
6105   // dependences.
6106   for (auto BI = AccessStrideInfo.rbegin(), E = AccessStrideInfo.rend();
6107        BI != E; ++BI) {
6108     Instruction *B = BI->first;
6109     StrideDescriptor DesB = BI->second;
6110
6111     // Initialize a group for B if it has an allowable stride. Even if we don't
6112     // create a group for B, we continue with the bottom-up algorithm to ensure
6113     // we don't break any of B's dependences.
6114     InterleaveGroup *Group = nullptr;
6115     if (isStrided(DesB.Stride)) {
6116       Group = getInterleaveGroup(B);
6117       if (!Group) {
6118         DEBUG(dbgs() << "LV: Creating an interleave group with:" << *B << '\n');
6119         Group = createInterleaveGroup(B, DesB.Stride, DesB.Align);
6120       }
6121       if (B->mayWriteToMemory())
6122         StoreGroups.insert(Group);
6123       else
6124         LoadGroups.insert(Group);
6125     }
6126
6127     for (auto AI = std::next(BI); AI != E; ++AI) {
6128       Instruction *A = AI->first;
6129       StrideDescriptor DesA = AI->second;
6130
6131       // Our code motion strategy implies that we can't have dependences
6132       // between accesses in an interleaved group and other accesses located
6133       // between the first and last member of the group. Note that this also
6134       // means that a group can't have more than one member at a given offset.
6135       // The accesses in a group can have dependences with other accesses, but
6136       // we must ensure we don't extend the boundaries of the group such that
6137       // we encompass those dependent accesses.
6138       //
6139       // For example, assume we have the sequence of accesses shown below in a
6140       // stride-2 loop:
6141       //
6142       //  (1, 2) is a group | A[i]   = a;  // (1)
6143       //                    | A[i-1] = b;  // (2) |
6144       //                      A[i-3] = c;  // (3)
6145       //                      A[i]   = d;  // (4) | (2, 4) is not a group
6146       //
6147       // Because accesses (2) and (3) are dependent, we can group (2) with (1)
6148       // but not with (4). If we did, the dependent access (3) would be within
6149       // the boundaries of the (2, 4) group.
6150       if (!canReorderMemAccessesForInterleavedGroups(&*AI, &*BI)) {
6151
6152         // If a dependence exists and A is already in a group, we know that A
6153         // must be a store since A precedes B and WAR dependences are allowed.
6154         // Thus, A would be sunk below B. We release A's group to prevent this
6155         // illegal code motion. A will then be free to form another group with
6156         // instructions that precede it.
6157         if (isInterleaved(A)) {
6158           InterleaveGroup *StoreGroup = getInterleaveGroup(A);
6159           StoreGroups.remove(StoreGroup);
6160           releaseGroup(StoreGroup);
6161         }
6162
6163         // If a dependence exists and A is not already in a group (or it was
6164         // and we just released it), B might be hoisted above A (if B is a
6165         // load) or another store might be sunk below A (if B is a store). In
6166         // either case, we can't add additional instructions to B's group. B
6167         // will only form a group with instructions that it precedes.
6168         break;
6169       }
6170
6171       // At this point, we've checked for illegal code motion. If either A or B
6172       // isn't strided, there's nothing left to do.
6173       if (!isStrided(DesA.Stride) || !isStrided(DesB.Stride))
6174         continue;
6175
6176       // Ignore A if it's already in a group or isn't the same kind of memory
6177       // operation as B.
6178       if (isInterleaved(A) || A->mayReadFromMemory() != B->mayReadFromMemory())
6179         continue;
6180
6181       // Check rules 1 and 2. Ignore A if its stride or size is different from
6182       // that of B.
6183       if (DesA.Stride != DesB.Stride || DesA.Size != DesB.Size)
6184         continue;
6185
6186       // Ignore A if the memory object of A and B don't belong to the same
6187       // address space
6188       if (getMemInstAddressSpace(A) != getMemInstAddressSpace(B))
6189         continue;
6190
6191       // Calculate the distance from A to B.
6192       const SCEVConstant *DistToB = dyn_cast<SCEVConstant>(
6193           PSE.getSE()->getMinusSCEV(DesA.Scev, DesB.Scev));
6194       if (!DistToB)
6195         continue;
6196       int64_t DistanceToB = DistToB->getAPInt().getSExtValue();
6197
6198       // Check rule 3. Ignore A if its distance to B is not a multiple of the
6199       // size.
6200       if (DistanceToB % static_cast<int64_t>(DesB.Size))
6201         continue;
6202
6203       // Ignore A if either A or B is in a predicated block. Although we
6204       // currently prevent group formation for predicated accesses, we may be
6205       // able to relax this limitation in the future once we handle more
6206       // complicated blocks.
6207       if (isPredicated(A->getParent()) || isPredicated(B->getParent()))
6208         continue;
6209
6210       // The index of A is the index of B plus A's distance to B in multiples
6211       // of the size.
6212       int IndexA =
6213           Group->getIndex(B) + DistanceToB / static_cast<int64_t>(DesB.Size);
6214
6215       // Try to insert A into B's group.
6216       if (Group->insertMember(A, IndexA, DesA.Align)) {
6217         DEBUG(dbgs() << "LV: Inserted:" << *A << '\n'
6218                      << "    into the interleave group with" << *B << '\n');
6219         InterleaveGroupMap[A] = Group;
6220
6221         // Set the first load in program order as the insert position.
6222         if (A->mayReadFromMemory())
6223           Group->setInsertPos(A);
6224       }
6225     } // Iteration over A accesses.
6226   } // Iteration over B accesses.
6227
6228   // Remove interleaved store groups with gaps.
6229   for (InterleaveGroup *Group : StoreGroups)
6230     if (Group->getNumMembers() != Group->getFactor())
6231       releaseGroup(Group);
6232
6233   // Remove interleaved groups with gaps (currently only loads) whose memory
6234   // accesses may wrap around. We have to revisit the getPtrStride analysis,
6235   // this time with ShouldCheckWrap=true, since collectConstStrideAccesses does
6236   // not check wrapping (see documentation there).
6237   // FORNOW we use Assume=false;
6238   // TODO: Change to Assume=true but making sure we don't exceed the threshold
6239   // of runtime SCEV assumptions checks (thereby potentially failing to
6240   // vectorize altogether).
6241   // Additional optional optimizations:
6242   // TODO: If we are peeling the loop and we know that the first pointer doesn't
6243   // wrap then we can deduce that all pointers in the group don't wrap.
6244   // This means that we can forcefully peel the loop in order to only have to
6245   // check the first pointer for no-wrap. When we'll change to use Assume=true
6246   // we'll only need at most one runtime check per interleaved group.
6247   //
6248   for (InterleaveGroup *Group : LoadGroups) {
6249
6250     // Case 1: A full group. Can Skip the checks; For full groups, if the wide
6251     // load would wrap around the address space we would do a memory access at
6252     // nullptr even without the transformation.
6253     if (Group->getNumMembers() == Group->getFactor())
6254       continue;
6255
6256     // Case 2: If first and last members of the group don't wrap this implies
6257     // that all the pointers in the group don't wrap.
6258     // So we check only group member 0 (which is always guaranteed to exist),
6259     // and group member Factor - 1; If the latter doesn't exist we rely on
6260     // peeling (if it is a non-reveresed accsess -- see Case 3).
6261     Value *FirstMemberPtr = getPointerOperand(Group->getMember(0));
6262     if (!getPtrStride(PSE, FirstMemberPtr, TheLoop, Strides, /*Assume=*/false,
6263                       /*ShouldCheckWrap=*/true)) {
6264       DEBUG(dbgs() << "LV: Invalidate candidate interleaved group due to "
6265                       "first group member potentially pointer-wrapping.\n");
6266       releaseGroup(Group);
6267       continue;
6268     }
6269     Instruction *LastMember = Group->getMember(Group->getFactor() - 1);
6270     if (LastMember) {
6271       Value *LastMemberPtr = getPointerOperand(LastMember);
6272       if (!getPtrStride(PSE, LastMemberPtr, TheLoop, Strides, /*Assume=*/false, 
6273                         /*ShouldCheckWrap=*/true)) {
6274         DEBUG(dbgs() << "LV: Invalidate candidate interleaved group due to "
6275                         "last group member potentially pointer-wrapping.\n");
6276         releaseGroup(Group);
6277       }
6278     } else {
6279       // Case 3: A non-reversed interleaved load group with gaps: We need
6280       // to execute at least one scalar epilogue iteration. This will ensure 
6281       // we don't speculatively access memory out-of-bounds. We only need
6282       // to look for a member at index factor - 1, since every group must have 
6283       // a member at index zero.
6284       if (Group->isReverse()) {
6285         releaseGroup(Group);
6286         continue;
6287       }
6288       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaved group requires epilogue iteration.\n");
6289       RequiresScalarEpilogue = true;
6290     }
6291   }
6292 }
6293
6294 Optional<unsigned> LoopVectorizationCostModel::computeMaxVF(bool OptForSize) {
6295   if (!EnableCondStoresVectorization && Legal->getNumPredStores()) {
6296     ORE->emit(createMissedAnalysis("ConditionalStore")
6297               << "store that is conditionally executed prevents vectorization");
6298     DEBUG(dbgs() << "LV: No vectorization. There are conditional stores.\n");
6299     return None;
6300   }
6301
6302   if (!OptForSize) // Remaining checks deal with scalar loop when OptForSize.
6303     return computeFeasibleMaxVF(OptForSize);
6304
6305   if (Legal->getRuntimePointerChecking()->Need) {
6306     ORE->emit(createMissedAnalysis("CantVersionLoopWithOptForSize")
6307               << "runtime pointer checks needed. Enable vectorization of this "
6308                  "loop with '#pragma clang loop vectorize(enable)' when "
6309                  "compiling with -Os/-Oz");
6310     DEBUG(dbgs()
6311           << "LV: Aborting. Runtime ptr check is required with -Os/-Oz.\n");
6312     return None;
6313   }
6314
6315   // If we optimize the program for size, avoid creating the tail loop.
6316   unsigned TC = PSE.getSE()->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
6317   DEBUG(dbgs() << "LV: Found trip count: " << TC << '\n');
6318
6319   // If we don't know the precise trip count, don't try to vectorize.
6320   if (TC < 2) {
6321     ORE->emit(
6322         createMissedAnalysis("UnknownLoopCountComplexCFG")
6323         << "unable to calculate the loop count due to complex control flow");
6324     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required with -Os/-Oz.\n");
6325     return None;
6326   }
6327
6328   unsigned MaxVF = computeFeasibleMaxVF(OptForSize);
6329
6330   if (TC % MaxVF != 0) {
6331     // If the trip count that we found modulo the vectorization factor is not
6332     // zero then we require a tail.
6333     // FIXME: look for a smaller MaxVF that does divide TC rather than give up.
6334     // FIXME: return None if loop requiresScalarEpilog(<MaxVF>), or look for a
6335     //        smaller MaxVF that does not require a scalar epilog.
6336
6337     ORE->emit(createMissedAnalysis("NoTailLoopWithOptForSize")
6338               << "cannot optimize for size and vectorize at the "
6339                  "same time. Enable vectorization of this loop "
6340                  "with '#pragma clang loop vectorize(enable)' "
6341                  "when compiling with -Os/-Oz");
6342     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required with -Os/-Oz.\n");
6343     return None;
6344   }
6345
6346   return MaxVF;
6347 }
6348
6349 unsigned LoopVectorizationCostModel::computeFeasibleMaxVF(bool OptForSize) {
6350   MinBWs = computeMinimumValueSizes(TheLoop->getBlocks(), *DB, &TTI);
6351   unsigned SmallestType, WidestType;
6352   std::tie(SmallestType, WidestType) = getSmallestAndWidestTypes();
6353   unsigned WidestRegister = TTI.getRegisterBitWidth(true);
6354   unsigned MaxSafeDepDist = -1U;
6355
6356   // Get the maximum safe dependence distance in bits computed by LAA. If the
6357   // loop contains any interleaved accesses, we divide the dependence distance
6358   // by the maximum interleave factor of all interleaved groups. Note that
6359   // although the division ensures correctness, this is a fairly conservative
6360   // computation because the maximum distance computed by LAA may not involve
6361   // any of the interleaved accesses.
6362   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
6363     MaxSafeDepDist =
6364         Legal->getMaxSafeDepDistBytes() * 8 / Legal->getMaxInterleaveFactor();
6365
6366   WidestRegister =
6367       ((WidestRegister < MaxSafeDepDist) ? WidestRegister : MaxSafeDepDist);
6368   unsigned MaxVectorSize = WidestRegister / WidestType;
6369
6370   DEBUG(dbgs() << "LV: The Smallest and Widest types: " << SmallestType << " / "
6371                << WidestType << " bits.\n");
6372   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest register is: " << WidestRegister
6373                << " bits.\n");
6374
6375   if (MaxVectorSize == 0) {
6376     DEBUG(dbgs() << "LV: The target has no vector registers.\n");
6377     MaxVectorSize = 1;
6378   }
6379
6380   assert(MaxVectorSize <= 64 && "Did not expect to pack so many elements"
6381                                 " into one vector!");
6382
6383   unsigned MaxVF = MaxVectorSize;
6384   if (MaximizeBandwidth && !OptForSize) {
6385     // Collect all viable vectorization factors.
6386     SmallVector<unsigned, 8> VFs;
6387     unsigned NewMaxVectorSize = WidestRegister / SmallestType;
6388     for (unsigned VS = MaxVectorSize; VS <= NewMaxVectorSize; VS *= 2)
6389       VFs.push_back(VS);
6390
6391     // For each VF calculate its register usage.
6392     auto RUs = calculateRegisterUsage(VFs);
6393
6394     // Select the largest VF which doesn't require more registers than existing
6395     // ones.
6396     unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(true);
6397     for (int i = RUs.size() - 1; i >= 0; --i) {
6398       if (RUs[i].MaxLocalUsers <= TargetNumRegisters) {
6399         MaxVF = VFs[i];
6400         break;
6401       }
6402     }
6403   }
6404   return MaxVF;
6405 }
6406
6407 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
6408 LoopVectorizationCostModel::selectVectorizationFactor(unsigned MaxVF) {
6409   float Cost = expectedCost(1).first;
6410 #ifndef NDEBUG
6411   const float ScalarCost = Cost;
6412 #endif /* NDEBUG */
6413   unsigned Width = 1;
6414   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalar loop costs: " << (int)ScalarCost << ".\n");
6415
6416   bool ForceVectorization = Hints->getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled;
6417   // Ignore scalar width, because the user explicitly wants vectorization.
6418   if (ForceVectorization && MaxVF > 1) {
6419     Width = 2;
6420     Cost = expectedCost(Width).first / (float)Width;
6421   }
6422
6423   for (unsigned i = 2; i <= MaxVF; i *= 2) {
6424     // Notice that the vector loop needs to be executed less times, so
6425     // we need to divide the cost of the vector loops by the width of
6426     // the vector elements.
6427     VectorizationCostTy C = expectedCost(i);
6428     float VectorCost = C.first / (float)i;
6429     DEBUG(dbgs() << "LV: Vector loop of width " << i
6430                  << " costs: " << (int)VectorCost << ".\n");
6431     if (!C.second && !ForceVectorization) {
6432       DEBUG(
6433           dbgs() << "LV: Not considering vector loop of width " << i
6434                  << " because it will not generate any vector instructions.\n");
6435       continue;
6436     }
6437     if (VectorCost < Cost) {
6438       Cost = VectorCost;
6439       Width = i;
6440     }
6441   }
6442
6443   DEBUG(if (ForceVectorization && Width > 1 && Cost >= ScalarCost) dbgs()
6444         << "LV: Vectorization seems to be not beneficial, "
6445         << "but was forced by a user.\n");
6446   DEBUG(dbgs() << "LV: Selecting VF: " << Width << ".\n");
6447   VectorizationFactor Factor = {Width, (unsigned)(Width * Cost)};
6448   return Factor;
6449 }
6450
6451 std::pair<unsigned, unsigned>
6452 LoopVectorizationCostModel::getSmallestAndWidestTypes() {
6453   unsigned MinWidth = -1U;
6454   unsigned MaxWidth = 8;
6455   const DataLayout &DL = TheFunction->getParent()->getDataLayout();
6456
6457   // For each block.
6458   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
6459     // For each instruction in the loop.
6460     for (Instruction &I : *BB) {
6461       Type *T = I.getType();
6462
6463       // Skip ignored values.
6464       if (ValuesToIgnore.count(&I))
6465         continue;
6466
6467       // Only examine Loads, Stores and PHINodes.
6468       if (!isa<LoadInst>(I) && !isa<StoreInst>(I) && !isa<PHINode>(I))
6469         continue;
6470
6471       // Examine PHI nodes that are reduction variables. Update the type to
6472       // account for the recurrence type.
6473       if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
6474         if (!Legal->isReductionVariable(PN))
6475           continue;
6476         RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[PN];
6477         T = RdxDesc.getRecurrenceType();
6478       }
6479
6480       // Examine the stored values.
6481       if (auto *ST = dyn_cast<StoreInst>(&I))
6482         T = ST->getValueOperand()->getType();
6483
6484       // Ignore loaded pointer types and stored pointer types that are not
6485       // vectorizable.
6486       //
6487       // FIXME: The check here attempts to predict whether a load or store will
6488       //        be vectorized. We only know this for certain after a VF has
6489       //        been selected. Here, we assume that if an access can be
6490       //        vectorized, it will be. We should also look at extending this
6491       //        optimization to non-pointer types.
6492       //
6493       if (T->isPointerTy() && !isConsecutiveLoadOrStore(&I) &&
6494           !Legal->isAccessInterleaved(&I) && !Legal->isLegalGatherOrScatter(&I))
6495         continue;
6496
6497       MinWidth = std::min(MinWidth,
6498                           (unsigned)DL.getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
6499       MaxWidth = std::max(MaxWidth,
6500                           (unsigned)DL.getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
6501     }
6502   }
6503
6504   return {MinWidth, MaxWidth};
6505 }
6506
6507 unsigned LoopVectorizationCostModel::selectInterleaveCount(bool OptForSize,
6508                                                            unsigned VF,
6509                                                            unsigned LoopCost) {
6510
6511   // -- The interleave heuristics --
6512   // We interleave the loop in order to expose ILP and reduce the loop overhead.
6513   // There are many micro-architectural considerations that we can't predict
6514   // at this level. For example, frontend pressure (on decode or fetch) due to
6515   // code size, or the number and capabilities of the execution ports.
6516   //
6517   // We use the following heuristics to select the interleave count:
6518   // 1. If the code has reductions, then we interleave to break the cross
6519   // iteration dependency.
6520   // 2. If the loop is really small, then we interleave to reduce the loop
6521   // overhead.
6522   // 3. We don't interleave if we think that we will spill registers to memory
6523   // due to the increased register pressure.
6524
6525   // When we optimize for size, we don't interleave.
6526   if (OptForSize)
6527     return 1;
6528
6529   // We used the distance for the interleave count.
6530   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
6531     return 1;
6532
6533   // Do not interleave loops with a relatively small trip count.
6534   unsigned TC = PSE.getSE()->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
6535   if (TC > 1 && TC < TinyTripCountInterleaveThreshold)
6536     return 1;
6537
6538   unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(VF > 1);
6539   DEBUG(dbgs() << "LV: The target has " << TargetNumRegisters
6540                << " registers\n");
6541
6542   if (VF == 1) {
6543     if (ForceTargetNumScalarRegs.getNumOccurrences() > 0)
6544       TargetNumRegisters = ForceTargetNumScalarRegs;
6545   } else {
6546     if (ForceTargetNumVectorRegs.getNumOccurrences() > 0)
6547       TargetNumRegisters = ForceTargetNumVectorRegs;
6548   }
6549
6550   RegisterUsage R = calculateRegisterUsage({VF})[0];
6551   // We divide by these constants so assume that we have at least one
6552   // instruction that uses at least one register.
6553   R.MaxLocalUsers = std::max(R.MaxLocalUsers, 1U);
6554   R.NumInstructions = std::max(R.NumInstructions, 1U);
6555
6556   // We calculate the interleave count using the following formula.
6557   // Subtract the number of loop invariants from the number of available
6558   // registers. These registers are used by all of the interleaved instances.
6559   // Next, divide the remaining registers by the number of registers that is
6560   // required by the loop, in order to estimate how many parallel instances
6561   // fit without causing spills. All of this is rounded down if necessary to be
6562   // a power of two. We want power of two interleave count to simplify any
6563   // addressing operations or alignment considerations.
6564   unsigned IC = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs) /
6565                               R.MaxLocalUsers);
6566
6567   // Don't count the induction variable as interleaved.
6568   if (EnableIndVarRegisterHeur)
6569     IC = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs - 1) /
6570                        std::max(1U, (R.MaxLocalUsers - 1)));
6571
6572   // Clamp the interleave ranges to reasonable counts.
6573   unsigned MaxInterleaveCount = TTI.getMaxInterleaveFactor(VF);
6574
6575   // Check if the user has overridden the max.
6576   if (VF == 1) {
6577     if (ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
6578       MaxInterleaveCount = ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor;
6579   } else {
6580     if (ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
6581       MaxInterleaveCount = ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor;
6582   }
6583
6584   // If we did not calculate the cost for VF (because the user selected the VF)
6585   // then we calculate the cost of VF here.
6586   if (LoopCost == 0)
6587     LoopCost = expectedCost(VF).first;
6588
6589   // Clamp the calculated IC to be between the 1 and the max interleave count
6590   // that the target allows.
6591   if (IC > MaxInterleaveCount)
6592     IC = MaxInterleaveCount;
6593   else if (IC < 1)
6594     IC = 1;
6595
6596   // Interleave if we vectorized this loop and there is a reduction that could
6597   // benefit from interleaving.
6598   if (VF > 1 && Legal->getReductionVars()->size()) {
6599     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving because of reductions.\n");
6600     return IC;
6601   }
6602
6603   // Note that if we've already vectorized the loop we will have done the
6604   // runtime check and so interleaving won't require further checks.
6605   bool InterleavingRequiresRuntimePointerCheck =
6606       (VF == 1 && Legal->getRuntimePointerChecking()->Need);
6607
6608   // We want to interleave small loops in order to reduce the loop overhead and
6609   // potentially expose ILP opportunities.
6610   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop cost is " << LoopCost << '\n');
6611   if (!InterleavingRequiresRuntimePointerCheck && LoopCost < SmallLoopCost) {
6612     // We assume that the cost overhead is 1 and we use the cost model
6613     // to estimate the cost of the loop and interleave until the cost of the
6614     // loop overhead is about 5% of the cost of the loop.
6615     unsigned SmallIC =
6616         std::min(IC, (unsigned)PowerOf2Floor(SmallLoopCost / LoopCost));
6617
6618     // Interleave until store/load ports (estimated by max interleave count) are
6619     // saturated.
6620     unsigned NumStores = Legal->getNumStores();
6621     unsigned NumLoads = Legal->getNumLoads();
6622     unsigned StoresIC = IC / (NumStores ? NumStores : 1);
6623     unsigned LoadsIC = IC / (NumLoads ? NumLoads : 1);
6624
6625     // If we have a scalar reduction (vector reductions are already dealt with
6626     // by this point), we can increase the critical path length if the loop
6627     // we're interleaving is inside another loop. Limit, by default to 2, so the
6628     // critical path only gets increased by one reduction operation.
6629     if (Legal->getReductionVars()->size() && TheLoop->getLoopDepth() > 1) {
6630       unsigned F = static_cast<unsigned>(MaxNestedScalarReductionIC);
6631       SmallIC = std::min(SmallIC, F);
6632       StoresIC = std::min(StoresIC, F);
6633       LoadsIC = std::min(LoadsIC, F);
6634     }
6635
6636     if (EnableLoadStoreRuntimeInterleave &&
6637         std::max(StoresIC, LoadsIC) > SmallIC) {
6638       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to saturate store or load ports.\n");
6639       return std::max(StoresIC, LoadsIC);
6640     }
6641
6642     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to reduce branch cost.\n");
6643     return SmallIC;
6644   }
6645
6646   // Interleave if this is a large loop (small loops are already dealt with by
6647   // this point) that could benefit from interleaving.
6648   bool HasReductions = (Legal->getReductionVars()->size() > 0);
6649   if (TTI.enableAggressiveInterleaving(HasReductions)) {
6650     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to expose ILP.\n");
6651     return IC;
6652   }
6653
6654   DEBUG(dbgs() << "LV: Not Interleaving.\n");
6655   return 1;
6656 }
6657
6658 SmallVector<LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage, 8>
6659 LoopVectorizationCostModel::calculateRegisterUsage(ArrayRef<unsigned> VFs) {
6660   // This function calculates the register usage by measuring the highest number
6661   // of values that are alive at a single location. Obviously, this is a very
6662   // rough estimation. We scan the loop in a topological order in order and
6663   // assign a number to each instruction. We use RPO to ensure that defs are
6664   // met before their users. We assume that each instruction that has in-loop
6665   // users starts an interval. We record every time that an in-loop value is
6666   // used, so we have a list of the first and last occurrences of each
6667   // instruction. Next, we transpose this data structure into a multi map that
6668   // holds the list of intervals that *end* at a specific location. This multi
6669   // map allows us to perform a linear search. We scan the instructions linearly
6670   // and record each time that a new interval starts, by placing it in a set.
6671   // If we find this value in the multi-map then we remove it from the set.
6672   // The max register usage is the maximum size of the set.
6673   // We also search for instructions that are defined outside the loop, but are
6674   // used inside the loop. We need this number separately from the max-interval
6675   // usage number because when we unroll, loop-invariant values do not take
6676   // more register.
6677   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
6678   DFS.perform(LI);
6679
6680   RegisterUsage RU;
6681   RU.NumInstructions = 0;
6682
6683   // Each 'key' in the map opens a new interval. The values
6684   // of the map are the index of the 'last seen' usage of the
6685   // instruction that is the key.
6686   typedef DenseMap<Instruction *, unsigned> IntervalMap;
6687   // Maps instruction to its index.
6688   DenseMap<unsigned, Instruction *> IdxToInstr;
6689   // Marks the end of each interval.
6690   IntervalMap EndPoint;
6691   // Saves the list of instruction indices that are used in the loop.
6692   SmallSet<Instruction *, 8> Ends;
6693   // Saves the list of values that are used in the loop but are
6694   // defined outside the loop, such as arguments and constants.
6695   SmallPtrSet<Value *, 8> LoopInvariants;
6696
6697   unsigned Index = 0;
6698   for (BasicBlock *BB : make_range(DFS.beginRPO(), DFS.endRPO())) {
6699     RU.NumInstructions += BB->size();
6700     for (Instruction &I : *BB) {
6701       IdxToInstr[Index++] = &I;
6702
6703       // Save the end location of each USE.
6704       for (Value *U : I.operands()) {
6705         auto *Instr = dyn_cast<Instruction>(U);
6706
6707         // Ignore non-instruction values such as arguments, constants, etc.
6708         if (!Instr)
6709           continue;
6710
6711         // If this instruction is outside the loop then record it and continue.
6712         if (!TheLoop->contains(Instr)) {
6713           LoopInvariants.insert(Instr);
6714           continue;
6715         }
6716
6717         // Overwrite previous end points.
6718         EndPoint[Instr] = Index;
6719         Ends.insert(Instr);
6720       }
6721     }
6722   }
6723
6724   // Saves the list of intervals that end with the index in 'key'.
6725   typedef SmallVector<Instruction *, 2> InstrList;
6726   DenseMap<unsigned, InstrList> TransposeEnds;
6727
6728   // Transpose the EndPoints to a list of values that end at each index.
6729   for (auto &Interval : EndPoint)
6730     TransposeEnds[Interval.second].push_back(Interval.first);
6731
6732   SmallSet<Instruction *, 8> OpenIntervals;
6733
6734   // Get the size of the widest register.
6735   unsigned MaxSafeDepDist = -1U;
6736   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
6737     MaxSafeDepDist = Legal->getMaxSafeDepDistBytes() * 8;
6738   unsigned WidestRegister =
6739       std::min(TTI.getRegisterBitWidth(true), MaxSafeDepDist);
6740   const DataLayout &DL = TheFunction->getParent()->getDataLayout();
6741
6742   SmallVector<RegisterUsage, 8> RUs(VFs.size());
6743   SmallVector<unsigned, 8> MaxUsages(VFs.size(), 0);
6744
6745   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Calculating max register usage:\n");
6746
6747   // A lambda that gets the register usage for the given type and VF.
6748   auto GetRegUsage = [&DL, WidestRegister](Type *Ty, unsigned VF) {
6749     if (Ty->isTokenTy())
6750       return 0U;
6751     unsigned TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
6752     return std::max<unsigned>(1, VF * TypeSize / WidestRegister);
6753   };
6754
6755   for (unsigned int i = 0; i < Index; ++i) {
6756     Instruction *I = IdxToInstr[i];
6757
6758     // Remove all of the instructions that end at this location.
6759     InstrList &List = TransposeEnds[i];
6760     for (Instruction *ToRemove : List)
6761       OpenIntervals.erase(ToRemove);
6762
6763     // Ignore instructions that are never used within the loop.
6764     if (!Ends.count(I))
6765       continue;
6766
6767     // Skip ignored values.
6768     if (ValuesToIgnore.count(I))
6769       continue;
6770
6771     // For each VF find the maximum usage of registers.
6772     for (unsigned j = 0, e = VFs.size(); j < e; ++j) {
6773       if (VFs[j] == 1) {
6774         MaxUsages[j] = std::max(MaxUsages[j], OpenIntervals.size());
6775         continue;
6776       }
6777       collectUniformsAndScalars(VFs[j]);
6778       // Count the number of live intervals.
6779       unsigned RegUsage = 0;
6780       for (auto Inst : OpenIntervals) {
6781         // Skip ignored values for VF > 1.
6782         if (VecValuesToIgnore.count(Inst) ||
6783             isScalarAfterVectorization(Inst, VFs[j]))
6784           continue;
6785         RegUsage += GetRegUsage(Inst->getType(), VFs[j]);
6786       }
6787       MaxUsages[j] = std::max(MaxUsages[j], RegUsage);
6788     }
6789
6790     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): At #" << i << " Interval # "
6791                  << OpenIntervals.size() << '\n');
6792
6793     // Add the current instruction to the list of open intervals.
6794     OpenIntervals.insert(I);
6795   }
6796
6797   for (unsigned i = 0, e = VFs.size(); i < e; ++i) {
6798     unsigned Invariant = 0;
6799     if (VFs[i] == 1)
6800       Invariant = LoopInvariants.size();
6801     else {
6802       for (auto Inst : LoopInvariants)
6803         Invariant += GetRegUsage(Inst->getType(), VFs[i]);
6804     }
6805
6806     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): VF = " << VFs[i] << '\n');
6807     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found max usage: " << MaxUsages[i] << '\n');
6808     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found invariant usage: " << Invariant << '\n');
6809     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): LoopSize: " << RU.NumInstructions << '\n');
6810
6811     RU.LoopInvariantRegs = Invariant;
6812     RU.MaxLocalUsers = MaxUsages[i];
6813     RUs[i] = RU;
6814   }
6815
6816   return RUs;
6817 }
6818
6819 void LoopVectorizationCostModel::collectInstsToScalarize(unsigned VF) {
6820
6821   // If we aren't vectorizing the loop, or if we've already collected the
6822   // instructions to scalarize, there's nothing to do. Collection may already
6823   // have occurred if we have a user-selected VF and are now computing the
6824   // expected cost for interleaving.
6825   if (VF < 2 || InstsToScalarize.count(VF))
6826     return;
6827
6828   // Initialize a mapping for VF in InstsToScalalarize. If we find that it's
6829   // not profitable to scalarize any instructions, the presence of VF in the
6830   // map will indicate that we've analyzed it already.
6831   ScalarCostsTy &ScalarCostsVF = InstsToScalarize[VF];
6832
6833   // Find all the instructions that are scalar with predication in the loop and
6834   // determine if it would be better to not if-convert the blocks they are in.
6835   // If so, we also record the instructions to scalarize.
6836   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
6837     if (!Legal->blockNeedsPredication(BB))
6838       continue;
6839     for (Instruction &I : *BB)
6840       if (Legal->isScalarWithPredication(&I)) {
6841         ScalarCostsTy ScalarCosts;
6842         if (computePredInstDiscount(&I, ScalarCosts, VF) >= 0)
6843           ScalarCostsVF.insert(ScalarCosts.begin(), ScalarCosts.end());
6844
6845         // Remember that BB will remain after vectorization.
6846         PredicatedBBsAfterVectorization.insert(BB);
6847       }
6848   }
6849 }
6850
6851 int LoopVectorizationCostModel::computePredInstDiscount(
6852     Instruction *PredInst, DenseMap<Instruction *, unsigned> &ScalarCosts,
6853     unsigned VF) {
6854
6855   assert(!isUniformAfterVectorization(PredInst, VF) &&
6856          "Instruction marked uniform-after-vectorization will be predicated");
6857
6858   // Initialize the discount to zero, meaning that the scalar version and the
6859   // vector version cost the same.
6860   int Discount = 0;
6861
6862   // Holds instructions to analyze. The instructions we visit are mapped in
6863   // ScalarCosts. Those instructions are the ones that would be scalarized if
6864   // we find that the scalar version costs less.
6865   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
6866
6867   // Returns true if the given instruction can be scalarized.
6868   auto canBeScalarized = [&](Instruction *I) -> bool {
6869
6870     // We only attempt to scalarize instructions forming a single-use chain
6871     // from the original predicated block that would otherwise be vectorized.
6872     // Although not strictly necessary, we give up on instructions we know will
6873     // already be scalar to avoid traversing chains that are unlikely to be
6874     // beneficial.
6875     if (!I->hasOneUse() || PredInst->getParent() != I->getParent() ||
6876         isScalarAfterVectorization(I, VF))
6877       return false;
6878
6879     // If the instruction is scalar with predication, it will be analyzed
6880     // separately. We ignore it within the context of PredInst.
6881     if (Legal->isScalarWithPredication(I))
6882       return false;
6883
6884     // If any of the instruction's operands are uniform after vectorization,
6885     // the instruction cannot be scalarized. This prevents, for example, a
6886     // masked load from being scalarized.
6887     //
6888     // We assume we will only emit a value for lane zero of an instruction
6889     // marked uniform after vectorization, rather than VF identical values.
6890     // Thus, if we scalarize an instruction that uses a uniform, we would
6891     // create uses of values corresponding to the lanes we aren't emitting code
6892     // for. This behavior can be changed by allowing getScalarValue to clone
6893     // the lane zero values for uniforms rather than asserting.
6894     for (Use &U : I->operands())
6895       if (auto *J = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
6896         if (isUniformAfterVectorization(J, VF))
6897           return false;
6898
6899     // Otherwise, we can scalarize the instruction.
6900     return true;
6901   };
6902
6903   // Returns true if an operand that cannot be scalarized must be extracted
6904   // from a vector. We will account for this scalarization overhead below. Note
6905   // that the non-void predicated instructions are placed in their own blocks,
6906   // and their return values are inserted into vectors. Thus, an extract would
6907   // still be required.
6908   auto needsExtract = [&](Instruction *I) -> bool {
6909     return TheLoop->contains(I) && !isScalarAfterVectorization(I, VF);
6910   };
6911
6912   // Compute the expected cost discount from scalarizing the entire expression
6913   // feeding the predicated instruction. We currently only consider expressions
6914   // that are single-use instruction chains.
6915   Worklist.push_back(PredInst);
6916   while (!Worklist.empty()) {
6917     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
6918
6919     // If we've already analyzed the instruction, there's nothing to do.
6920     if (ScalarCosts.count(I))
6921       continue;
6922
6923     // Compute the cost of the vector instruction. Note that this cost already
6924     // includes the scalarization overhead of the predicated instruction.
6925     unsigned VectorCost = getInstructionCost(I, VF).first;
6926
6927     // Compute the cost of the scalarized instruction. This cost is the cost of
6928     // the instruction as if it wasn't if-converted and instead remained in the
6929     // predicated block. We will scale this cost by block probability after
6930     // computing the scalarization overhead.
6931     unsigned ScalarCost = VF * getInstructionCost(I, 1).first;
6932
6933     // Compute the scalarization overhead of needed insertelement instructions
6934     // and phi nodes.
6935     if (Legal->isScalarWithPredication(I) && !I->getType()->isVoidTy()) {
6936       ScalarCost += TTI.getScalarizationOverhead(ToVectorTy(I->getType(), VF),
6937                                                  true, false);
6938       ScalarCost += VF * TTI.getCFInstrCost(Instruction::PHI);
6939     }
6940
6941     // Compute the scalarization overhead of needed extractelement
6942     // instructions. For each of the instruction's operands, if the operand can
6943     // be scalarized, add it to the worklist; otherwise, account for the
6944     // overhead.
6945     for (Use &U : I->operands())
6946       if (auto *J = dyn_cast<Instruction>(U.get())) {
6947         assert(VectorType::isValidElementType(J->getType()) &&
6948                "Instruction has non-scalar type");
6949         if (canBeScalarized(J))
6950           Worklist.push_back(J);
6951         else if (needsExtract(J))
6952           ScalarCost += TTI.getScalarizationOverhead(
6953                               ToVectorTy(J->getType(),VF), false, true);
6954       }
6955
6956     // Scale the total scalar cost by block probability.
6957     ScalarCost /= getReciprocalPredBlockProb();
6958
6959     // Compute the discount. A non-negative discount means the vector version
6960     // of the instruction costs more, and scalarizing would be beneficial.
6961     Discount += VectorCost - ScalarCost;
6962     ScalarCosts[I] = ScalarCost;
6963   }
6964
6965   return Discount;
6966 }
6967
6968 LoopVectorizationCostModel::VectorizationCostTy
6969 LoopVectorizationCostModel::expectedCost(unsigned VF) {
6970   VectorizationCostTy Cost;
6971
6972   // Collect Uniform and Scalar instructions after vectorization with VF.
6973   collectUniformsAndScalars(VF);
6974
6975   // Collect the instructions (and their associated costs) that will be more
6976   // profitable to scalarize.
6977   collectInstsToScalarize(VF);
6978
6979   // For each block.
6980   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
6981     VectorizationCostTy BlockCost;
6982
6983     // For each instruction in the old loop.
6984     for (Instruction &I : *BB) {
6985       // Skip dbg intrinsics.
6986       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
6987         continue;
6988
6989       // Skip ignored values.
6990       if (ValuesToIgnore.count(&I))
6991         continue;
6992
6993       VectorizationCostTy C = getInstructionCost(&I, VF);
6994
6995       // Check if we should override the cost.
6996       if (ForceTargetInstructionCost.getNumOccurrences() > 0)
6997         C.first = ForceTargetInstructionCost;
6998
6999       BlockCost.first += C.first;
7000       BlockCost.second |= C.second;
7001       DEBUG(dbgs() << "LV: Found an estimated cost of " << C.first << " for VF "
7002                    << VF << " For instruction: " << I << '\n');
7003     }
7004
7005     // If we are vectorizing a predicated block, it will have been
7006     // if-converted. This means that the block's instructions (aside from
7007     // stores and instructions that may divide by zero) will now be
7008     // unconditionally executed. For the scalar case, we may not always execute
7009     // the predicated block. Thus, scale the block's cost by the probability of
7010     // executing it.
7011     if (VF == 1 && Legal->blockNeedsPredication(BB))
7012       BlockCost.first /= getReciprocalPredBlockProb();
7013
7014     Cost.first += BlockCost.first;
7015     Cost.second |= BlockCost.second;
7016   }
7017
7018   return Cost;
7019 }
7020
7021 /// \brief Gets Address Access SCEV after verifying that the access pattern
7022 /// is loop invariant except the induction variable dependence.
7023 ///
7024 /// This SCEV can be sent to the Target in order to estimate the address
7025 /// calculation cost.
7026 static const SCEV *getAddressAccessSCEV(
7027               Value *Ptr,
7028               LoopVectorizationLegality *Legal,
7029               ScalarEvolution *SE,
7030               const Loop *TheLoop) {
7031   auto *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
7032   if (!Gep)
7033     return nullptr;
7034
7035   // We are looking for a gep with all loop invariant indices except for one
7036   // which should be an induction variable.
7037   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
7038   for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i) {
7039     Value *Opd = Gep->getOperand(i);
7040     if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Opd), TheLoop) &&
7041         !Legal->isInductionVariable(Opd))
7042       return nullptr;
7043   }
7044
7045   // Now we know we have a GEP ptr, %inv, %ind, %inv. return the Ptr SCEV.
7046   return SE->getSCEV(Ptr);
7047 }
7048
7049 static bool isStrideMul(Instruction *I, LoopVectorizationLegality *Legal) {
7050   return Legal->hasStride(I->getOperand(0)) ||
7051          Legal->hasStride(I->getOperand(1));
7052 }
7053
7054 unsigned LoopVectorizationCostModel::getMemInstScalarizationCost(Instruction *I,
7055                                                                  unsigned VF) {
7056   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7057   auto SE = PSE.getSE();
7058
7059   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7060   unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7061   Value *Ptr = getPointerOperand(I);
7062   Type *PtrTy = ToVectorTy(Ptr->getType(), VF);
7063
7064   // Figure out whether the access is strided and get the stride value
7065   // if it's known in compile time
7066   const SCEV *PtrSCEV = getAddressAccessSCEV(Ptr, Legal, SE, TheLoop);
7067
7068   // Get the cost of the scalar memory instruction and address computation.
7069   unsigned Cost = VF * TTI.getAddressComputationCost(PtrTy, SE, PtrSCEV);
7070
7071   Cost += VF *
7072           TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy->getScalarType(), Alignment,
7073                               AS, I);
7074
7075   // Get the overhead of the extractelement and insertelement instructions
7076   // we might create due to scalarization.
7077   Cost += getScalarizationOverhead(I, VF, TTI);
7078
7079   // If we have a predicated store, it may not be executed for each vector
7080   // lane. Scale the cost by the probability of executing the predicated
7081   // block.
7082   if (Legal->isScalarWithPredication(I))
7083     Cost /= getReciprocalPredBlockProb();
7084
7085   return Cost;
7086 }
7087
7088 unsigned LoopVectorizationCostModel::getConsecutiveMemOpCost(Instruction *I,
7089                                                              unsigned VF) {
7090   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7091   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7092   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7093   Value *Ptr = getPointerOperand(I);
7094   unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7095   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
7096
7097   assert((ConsecutiveStride == 1 || ConsecutiveStride == -1) &&
7098          "Stride should be 1 or -1 for consecutive memory access");
7099   unsigned Cost = 0;
7100   if (Legal->isMaskRequired(I))
7101     Cost += TTI.getMaskedMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
7102   else
7103     Cost += TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS, I);
7104
7105   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
7106   if (Reverse)
7107     Cost += TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse, VectorTy, 0);
7108   return Cost;
7109 }
7110
7111 unsigned LoopVectorizationCostModel::getUniformMemOpCost(Instruction *I,
7112                                                          unsigned VF) {
7113   LoadInst *LI = cast<LoadInst>(I);
7114   Type *ValTy = LI->getType();
7115   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7116   unsigned Alignment = LI->getAlignment();
7117   unsigned AS = LI->getPointerAddressSpace();
7118
7119   return TTI.getAddressComputationCost(ValTy) +
7120          TTI.getMemoryOpCost(Instruction::Load, ValTy, Alignment, AS) +
7121          TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Broadcast, VectorTy);
7122 }
7123
7124 unsigned LoopVectorizationCostModel::getGatherScatterCost(Instruction *I,
7125                                                           unsigned VF) {
7126   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7127   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7128   unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7129   Value *Ptr = getPointerOperand(I);
7130
7131   return TTI.getAddressComputationCost(VectorTy) +
7132          TTI.getGatherScatterOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Ptr,
7133                                     Legal->isMaskRequired(I), Alignment);
7134 }
7135
7136 unsigned LoopVectorizationCostModel::getInterleaveGroupCost(Instruction *I,
7137                                                             unsigned VF) {
7138   Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7139   Type *VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7140   unsigned AS = getMemInstAddressSpace(I);
7141
7142   auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(I);
7143   assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
7144
7145   unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
7146   Type *WideVecTy = VectorType::get(ValTy, VF * InterleaveFactor);
7147
7148   // Holds the indices of existing members in an interleaved load group.
7149   // An interleaved store group doesn't need this as it doesn't allow gaps.
7150   SmallVector<unsigned, 4> Indices;
7151   if (isa<LoadInst>(I)) {
7152     for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++)
7153       if (Group->getMember(i))
7154         Indices.push_back(i);
7155   }
7156
7157   // Calculate the cost of the whole interleaved group.
7158   unsigned Cost = TTI.getInterleavedMemoryOpCost(I->getOpcode(), WideVecTy,
7159                                                  Group->getFactor(), Indices,
7160                                                  Group->getAlignment(), AS);
7161
7162   if (Group->isReverse())
7163     Cost += Group->getNumMembers() *
7164             TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse, VectorTy, 0);
7165   return Cost;
7166 }
7167
7168 unsigned LoopVectorizationCostModel::getMemoryInstructionCost(Instruction *I,
7169                                                               unsigned VF) {
7170
7171   // Calculate scalar cost only. Vectorization cost should be ready at this
7172   // moment.
7173   if (VF == 1) {
7174     Type *ValTy = getMemInstValueType(I);
7175     unsigned Alignment = getMemInstAlignment(I);
7176     unsigned AS = getMemInstAlignment(I);
7177
7178     return TTI.getAddressComputationCost(ValTy) +
7179            TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy, Alignment, AS, I);
7180   }
7181   return getWideningCost(I, VF);
7182 }
7183
7184 LoopVectorizationCostModel::VectorizationCostTy
7185 LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF) {
7186   // If we know that this instruction will remain uniform, check the cost of
7187   // the scalar version.
7188   if (isUniformAfterVectorization(I, VF))
7189     VF = 1;
7190
7191   if (VF > 1 && isProfitableToScalarize(I, VF))
7192     return VectorizationCostTy(InstsToScalarize[VF][I], false);
7193
7194   Type *VectorTy;
7195   unsigned C = getInstructionCost(I, VF, VectorTy);
7196
7197   bool TypeNotScalarized =
7198       VF > 1 && !VectorTy->isVoidTy() && TTI.getNumberOfParts(VectorTy) < VF;
7199   return VectorizationCostTy(C, TypeNotScalarized);
7200 }
7201
7202 void LoopVectorizationCostModel::setCostBasedWideningDecision(unsigned VF) {
7203   if (VF == 1)
7204     return;
7205   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
7206     // For each instruction in the old loop.
7207     for (Instruction &I : *BB) {
7208       Value *Ptr = getPointerOperand(&I);
7209       if (!Ptr)
7210         continue;
7211
7212       if (isa<LoadInst>(&I) && Legal->isUniform(Ptr)) {
7213         // Scalar load + broadcast
7214         unsigned Cost = getUniformMemOpCost(&I, VF);
7215         setWideningDecision(&I, VF, CM_Scalarize, Cost);
7216         continue;
7217       }
7218
7219       // We assume that widening is the best solution when possible.
7220       if (Legal->memoryInstructionCanBeWidened(&I, VF)) {
7221         unsigned Cost = getConsecutiveMemOpCost(&I, VF);
7222         setWideningDecision(&I, VF, CM_Widen, Cost);
7223         continue;
7224       }
7225
7226       // Choose between Interleaving, Gather/Scatter or Scalarization.
7227       unsigned InterleaveCost = UINT_MAX;
7228       unsigned NumAccesses = 1;
7229       if (Legal->isAccessInterleaved(&I)) {
7230         auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(&I);
7231         assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
7232
7233         // Make one decision for the whole group.
7234         if (getWideningDecision(&I, VF) != CM_Unknown)
7235           continue;
7236
7237         NumAccesses = Group->getNumMembers();
7238         InterleaveCost = getInterleaveGroupCost(&I, VF);
7239       }
7240
7241       unsigned GatherScatterCost =
7242           Legal->isLegalGatherOrScatter(&I)
7243               ? getGatherScatterCost(&I, VF) * NumAccesses
7244               : UINT_MAX;
7245
7246       unsigned ScalarizationCost =
7247           getMemInstScalarizationCost(&I, VF) * NumAccesses;
7248
7249       // Choose better solution for the current VF,
7250       // write down this decision and use it during vectorization.
7251       unsigned Cost;
7252       InstWidening Decision;
7253       if (InterleaveCost <= GatherScatterCost &&
7254           InterleaveCost < ScalarizationCost) {
7255         Decision = CM_Interleave;
7256         Cost = InterleaveCost;
7257       } else if (GatherScatterCost < ScalarizationCost) {
7258         Decision = CM_GatherScatter;
7259         Cost = GatherScatterCost;
7260       } else {
7261         Decision = CM_Scalarize;
7262         Cost = ScalarizationCost;
7263       }
7264       // If the instructions belongs to an interleave group, the whole group
7265       // receives the same decision. The whole group receives the cost, but
7266       // the cost will actually be assigned to one instruction.
7267       if (auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(&I))
7268         setWideningDecision(Group, VF, Decision, Cost);
7269       else
7270         setWideningDecision(&I, VF, Decision, Cost);
7271     }
7272   }
7273 }
7274
7275 unsigned LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I,
7276                                                         unsigned VF,
7277                                                         Type *&VectorTy) {
7278   Type *RetTy = I->getType();
7279   if (canTruncateToMinimalBitwidth(I, VF))
7280     RetTy = IntegerType::get(RetTy->getContext(), MinBWs[I]);
7281   VectorTy = ToVectorTy(RetTy, VF);
7282   auto SE = PSE.getSE();
7283
7284   // TODO: We need to estimate the cost of intrinsic calls.
7285   switch (I->getOpcode()) {
7286   case Instruction::GetElementPtr:
7287     // We mark this instruction as zero-cost because the cost of GEPs in
7288     // vectorized code depends on whether the corresponding memory instruction
7289     // is scalarized or not. Therefore, we handle GEPs with the memory
7290     // instruction cost.
7291     return 0;
7292   case Instruction::Br: {
7293     // In cases of scalarized and predicated instructions, there will be VF
7294     // predicated blocks in the vectorized loop. Each branch around these
7295     // blocks requires also an extract of its vector compare i1 element.
7296     bool ScalarPredicatedBB = false;
7297     BranchInst *BI = cast<BranchInst>(I);
7298     if (VF > 1 && BI->isConditional() &&
7299         (PredicatedBBsAfterVectorization.count(BI->getSuccessor(0)) ||
7300          PredicatedBBsAfterVectorization.count(BI->getSuccessor(1))))
7301       ScalarPredicatedBB = true;
7302
7303     if (ScalarPredicatedBB) {
7304       // Return cost for branches around scalarized and predicated blocks.
7305       Type *Vec_i1Ty =
7306           VectorType::get(IntegerType::getInt1Ty(RetTy->getContext()), VF);
7307       return (TTI.getScalarizationOverhead(Vec_i1Ty, false, true) +
7308               (TTI.getCFInstrCost(Instruction::Br) * VF));
7309     } else if (I->getParent() == TheLoop->getLoopLatch() || VF == 1)
7310       // The back-edge branch will remain, as will all scalar branches.
7311       return TTI.getCFInstrCost(Instruction::Br);
7312     else
7313       // This branch will be eliminated by if-conversion.
7314       return 0;
7315     // Note: We currently assume zero cost for an unconditional branch inside
7316     // a predicated block since it will become a fall-through, although we
7317     // may decide in the future to call TTI for all branches.
7318   }
7319   case Instruction::PHI: {
7320     auto *Phi = cast<PHINode>(I);
7321
7322     // First-order recurrences are replaced by vector shuffles inside the loop.
7323     if (VF > 1 && Legal->isFirstOrderRecurrence(Phi))
7324       return TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_ExtractSubvector,
7325                                 VectorTy, VF - 1, VectorTy);
7326
7327     // TODO: IF-converted IFs become selects.
7328     return 0;
7329   }
7330   case Instruction::UDiv:
7331   case Instruction::SDiv:
7332   case Instruction::URem:
7333   case Instruction::SRem:
7334     // If we have a predicated instruction, it may not be executed for each
7335     // vector lane. Get the scalarization cost and scale this amount by the
7336     // probability of executing the predicated block. If the instruction is not
7337     // predicated, we fall through to the next case.
7338     if (VF > 1 && Legal->isScalarWithPredication(I)) {
7339       unsigned Cost = 0;
7340
7341       // These instructions have a non-void type, so account for the phi nodes
7342       // that we will create. This cost is likely to be zero. The phi node
7343       // cost, if any, should be scaled by the block probability because it
7344       // models a copy at the end of each predicated block.
7345       Cost += VF * TTI.getCFInstrCost(Instruction::PHI);
7346
7347       // The cost of the non-predicated instruction.
7348       Cost += VF * TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), RetTy);
7349
7350       // The cost of insertelement and extractelement instructions needed for
7351       // scalarization.
7352       Cost += getScalarizationOverhead(I, VF, TTI);
7353
7354       // Scale the cost by the probability of executing the predicated blocks.
7355       // This assumes the predicated block for each vector lane is equally
7356       // likely.
7357       return Cost / getReciprocalPredBlockProb();
7358     }
7359   case Instruction::Add:
7360   case Instruction::FAdd:
7361   case Instruction::Sub:
7362   case Instruction::FSub:
7363   case Instruction::Mul:
7364   case Instruction::FMul:
7365   case Instruction::FDiv:
7366   case Instruction::FRem:
7367   case Instruction::Shl:
7368   case Instruction::LShr:
7369   case Instruction::AShr:
7370   case Instruction::And:
7371   case Instruction::Or:
7372   case Instruction::Xor: {
7373     // Since we will replace the stride by 1 the multiplication should go away.
7374     if (I->getOpcode() == Instruction::Mul && isStrideMul(I, Legal))
7375       return 0;
7376     // Certain instructions can be cheaper to vectorize if they have a constant
7377     // second vector operand. One example of this are shifts on x86.
7378     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
7379         TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
7380     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
7381         TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
7382     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op1VP =
7383         TargetTransformInfo::OP_None;
7384     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op2VP =
7385         TargetTransformInfo::OP_None;
7386     Value *Op2 = I->getOperand(1);
7387
7388     // Check for a splat or for a non uniform vector of constants.
7389     if (isa<ConstantInt>(Op2)) {
7390       ConstantInt *CInt = cast<ConstantInt>(Op2);
7391       if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
7392         Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
7393       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
7394     } else if (isa<ConstantVector>(Op2) || isa<ConstantDataVector>(Op2)) {
7395       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_NonUniformConstantValue;
7396       Constant *SplatValue = cast<Constant>(Op2)->getSplatValue();
7397       if (SplatValue) {
7398         ConstantInt *CInt = dyn_cast<ConstantInt>(SplatValue);
7399         if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
7400           Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
7401         Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
7402       }
7403     } else if (Legal->isUniform(Op2)) {
7404       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformValue;
7405     }
7406     SmallVector<const Value *, 4> Operands(I->operand_values()); 
7407     return TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, Op1VK,
7408                                       Op2VK, Op1VP, Op2VP, Operands);
7409   }
7410   case Instruction::Select: {
7411     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
7412     const SCEV *CondSCEV = SE->getSCEV(SI->getCondition());
7413     bool ScalarCond = (SE->isLoopInvariant(CondSCEV, TheLoop));
7414     Type *CondTy = SI->getCondition()->getType();
7415     if (!ScalarCond)
7416       CondTy = VectorType::get(CondTy, VF);
7417
7418     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, CondTy, I);
7419   }
7420   case Instruction::ICmp:
7421   case Instruction::FCmp: {
7422     Type *ValTy = I->getOperand(0)->getType();
7423     Instruction *Op0AsInstruction = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
7424     if (canTruncateToMinimalBitwidth(Op0AsInstruction, VF))
7425       ValTy = IntegerType::get(ValTy->getContext(), MinBWs[Op0AsInstruction]);
7426     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
7427     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, nullptr, I);
7428   }
7429   case Instruction::Store:
7430   case Instruction::Load: {
7431     VectorTy = ToVectorTy(getMemInstValueType(I), VF);
7432     return getMemoryInstructionCost(I, VF);
7433   }
7434   case Instruction::ZExt:
7435   case Instruction::SExt:
7436   case Instruction::FPToUI:
7437   case Instruction::FPToSI:
7438   case Instruction::FPExt:
7439   case Instruction::PtrToInt:
7440   case Instruction::IntToPtr:
7441   case Instruction::SIToFP:
7442   case Instruction::UIToFP:
7443   case Instruction::Trunc:
7444   case Instruction::FPTrunc:
7445   case Instruction::BitCast: {
7446     // We optimize the truncation of induction variables having constant
7447     // integer steps. The cost of these truncations is the same as the scalar
7448     // operation.
7449     if (isOptimizableIVTruncate(I, VF)) {
7450       auto *Trunc = cast<TruncInst>(I);
7451       return TTI.getCastInstrCost(Instruction::Trunc, Trunc->getDestTy(),
7452                                   Trunc->getSrcTy(), Trunc);
7453     }
7454
7455     Type *SrcScalarTy = I->getOperand(0)->getType();
7456     Type *SrcVecTy = ToVectorTy(SrcScalarTy, VF);
7457     if (canTruncateToMinimalBitwidth(I, VF)) {
7458       // This cast is going to be shrunk. This may remove the cast or it might
7459       // turn it into slightly different cast. For example, if MinBW == 16,
7460       // "zext i8 %1 to i32" becomes "zext i8 %1 to i16".
7461       //
7462       // Calculate the modified src and dest types.
7463       Type *MinVecTy = VectorTy;
7464       if (I->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
7465         SrcVecTy = smallestIntegerVectorType(SrcVecTy, MinVecTy);
7466         VectorTy =
7467             largestIntegerVectorType(ToVectorTy(I->getType(), VF), MinVecTy);
7468       } else if (I->getOpcode() == Instruction::ZExt ||
7469                  I->getOpcode() == Instruction::SExt) {
7470         SrcVecTy = largestIntegerVectorType(SrcVecTy, MinVecTy);
7471         VectorTy =
7472             smallestIntegerVectorType(ToVectorTy(I->getType(), VF), MinVecTy);
7473       }
7474     }
7475
7476     return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, SrcVecTy, I);
7477   }
7478   case Instruction::Call: {
7479     bool NeedToScalarize;
7480     CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
7481     unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, TTI, TLI, NeedToScalarize);
7482     if (getVectorIntrinsicIDForCall(CI, TLI))
7483       return std::min(CallCost, getVectorIntrinsicCost(CI, VF, TTI, TLI));
7484     return CallCost;
7485   }
7486   default:
7487     // The cost of executing VF copies of the scalar instruction. This opcode
7488     // is unknown. Assume that it is the same as 'mul'.
7489     return VF * TTI.getArithmeticInstrCost(Instruction::Mul, VectorTy) +
7490            getScalarizationOverhead(I, VF, TTI);
7491   } // end of switch.
7492 }
7493
7494 char LoopVectorize::ID = 0;
7495 static const char lv_name[] = "Loop Vectorization";
7496 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
7497 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
7498 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BasicAAWrapperPass)
7499 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
7500 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
7501 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
7502 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BlockFrequencyInfoWrapperPass)
7503 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
7504 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolutionWrapperPass)
7505 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
7506 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopAccessLegacyAnalysis)
7507 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DemandedBitsWrapperPass)
7508 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(OptimizationRemarkEmitterWrapperPass)
7509 INITIALIZE_PASS_END(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
7510
7511 namespace llvm {
7512 Pass *createLoopVectorizePass(bool NoUnrolling, bool AlwaysVectorize) {
7513   return new LoopVectorize(NoUnrolling, AlwaysVectorize);
7514 }
7515 }
7516
7517 bool LoopVectorizationCostModel::isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *Inst) {
7518
7519   // Check if the pointer operand of a load or store instruction is
7520   // consecutive.
7521   if (auto *Ptr = getPointerOperand(Inst))
7522     return Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
7523   return false;
7524 }
7525
7526 void LoopVectorizationCostModel::collectValuesToIgnore() {
7527   // Ignore ephemeral values.
7528   CodeMetrics::collectEphemeralValues(TheLoop, AC, ValuesToIgnore);
7529
7530   // Ignore type-promoting instructions we identified during reduction
7531   // detection.
7532   for (auto &Reduction : *Legal->getReductionVars()) {
7533     RecurrenceDescriptor &RedDes = Reduction.second;
7534     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Casts = RedDes.getCastInsts();
7535     VecValuesToIgnore.insert(Casts.begin(), Casts.end());
7536   }
7537 }
7538
7539 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
7540 LoopVectorizationPlanner::plan(bool OptForSize, unsigned UserVF) {
7541
7542   // Width 1 means no vectorize, cost 0 means uncomputed cost.
7543   const LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor NoVectorization = {1U,
7544                                                                            0U};
7545   Optional<unsigned> MaybeMaxVF = CM.computeMaxVF(OptForSize);
7546   if (!MaybeMaxVF.hasValue()) // Cases considered too costly to vectorize.
7547     return NoVectorization;
7548
7549   if (UserVF) {
7550     DEBUG(dbgs() << "LV: Using user VF " << UserVF << ".\n");
7551     assert(isPowerOf2_32(UserVF) && "VF needs to be a power of two");
7552     // Collect the instructions (and their associated costs) that will be more
7553     // profitable to scalarize.
7554     CM.selectUserVectorizationFactor(UserVF);
7555     return {UserVF, 0};
7556   }
7557
7558   unsigned MaxVF = MaybeMaxVF.getValue();
7559   assert(MaxVF != 0 && "MaxVF is zero.");
7560   if (MaxVF == 1)
7561     return NoVectorization;
7562
7563   // Select the optimal vectorization factor.
7564   return CM.selectVectorizationFactor(MaxVF);
7565 }
7566
7567 void InnerLoopUnroller::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
7568   auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
7569   bool IfPredicateInstr = (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()));
7570
7571   return scalarizeInstruction(Instr, IfPredicateInstr);
7572 }
7573
7574 Value *InnerLoopUnroller::reverseVector(Value *Vec) { return Vec; }
7575
7576 Value *InnerLoopUnroller::getBroadcastInstrs(Value *V) { return V; }
7577
7578 Value *InnerLoopUnroller::getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step,
7579                                         Instruction::BinaryOps BinOp) {
7580   // When unrolling and the VF is 1, we only need to add a simple scalar.
7581   Type *Ty = Val->getType();
7582   assert(!Ty->isVectorTy() && "Val must be a scalar");
7583
7584   if (Ty->isFloatingPointTy()) {
7585     Constant *C = ConstantFP::get(Ty, (double)StartIdx);
7586
7587     // Floating point operations had to be 'fast' to enable the unrolling.
7588     Value *MulOp = addFastMathFlag(Builder.CreateFMul(C, Step));
7589     return addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(BinOp, Val, MulOp));
7590   }
7591   Constant *C = ConstantInt::get(Ty, StartIdx);
7592   return Builder.CreateAdd(Val, Builder.CreateMul(C, Step), "induction");
7593 }
7594
7595 static void AddRuntimeUnrollDisableMetaData(Loop *L) {
7596   SmallVector<Metadata *, 4> MDs;
7597   // Reserve first location for self reference to the LoopID metadata node.
7598   MDs.push_back(nullptr);
7599   bool IsUnrollMetadata = false;
7600   MDNode *LoopID = L->getLoopID();
7601   if (LoopID) {
7602     // First find existing loop unrolling disable metadata.
7603     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
7604       auto *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
7605       if (MD) {
7606         const auto *S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
7607         IsUnrollMetadata =
7608             S && S->getString().startswith("llvm.loop.unroll.disable");
7609       }
7610       MDs.push_back(LoopID->getOperand(i));
7611     }
7612   }
7613
7614   if (!IsUnrollMetadata) {
7615     // Add runtime unroll disable metadata.
7616     LLVMContext &Context = L->getHeader()->getContext();
7617     SmallVector<Metadata *, 1> DisableOperands;
7618     DisableOperands.push_back(
7619         MDString::get(Context, "llvm.loop.unroll.runtime.disable"));
7620     MDNode *DisableNode = MDNode::get(Context, DisableOperands);
7621     MDs.push_back(DisableNode);
7622     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
7623     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
7624     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
7625     L->setLoopID(NewLoopID);
7626   }
7627 }
7628
7629 bool LoopVectorizePass::processLoop(Loop *L) {
7630   assert(L->empty() && "Only process inner loops.");
7631
7632 #ifndef NDEBUG
7633   const std::string DebugLocStr = getDebugLocString(L);
7634 #endif /* NDEBUG */
7635
7636   DEBUG(dbgs() << "\nLV: Checking a loop in \""
7637                << L->getHeader()->getParent()->getName() << "\" from "
7638                << DebugLocStr << "\n");
7639
7640   LoopVectorizeHints Hints(L, DisableUnrolling, *ORE);
7641
7642   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints:"
7643                << " force="
7644                << (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled
7645                        ? "disabled"
7646                        : (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled
7647                               ? "enabled"
7648                               : "?"))
7649                << " width=" << Hints.getWidth()
7650                << " unroll=" << Hints.getInterleave() << "\n");
7651
7652   // Function containing loop
7653   Function *F = L->getHeader()->getParent();
7654
7655   // Looking at the diagnostic output is the only way to determine if a loop
7656   // was vectorized (other than looking at the IR or machine code), so it
7657   // is important to generate an optimization remark for each loop. Most of
7658   // these messages are generated as OptimizationRemarkAnalysis. Remarks
7659   // generated as OptimizationRemark and OptimizationRemarkMissed are
7660   // less verbose reporting vectorized loops and unvectorized loops that may
7661   // benefit from vectorization, respectively.
7662
7663   if (!Hints.allowVectorization(F, L, AlwaysVectorize)) {
7664     DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints prevent vectorization.\n");
7665     return false;
7666   }
7667
7668   // Check the loop for a trip count threshold:
7669   // do not vectorize loops with a tiny trip count.
7670   const unsigned MaxTC = SE->getSmallConstantMaxTripCount(L);
7671   if (MaxTC > 0u && MaxTC < TinyTripCountVectorThreshold) {
7672     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop with a very small trip count. "
7673                  << "This loop is not worth vectorizing.");
7674     if (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled)
7675       DEBUG(dbgs() << " But vectorizing was explicitly forced.\n");
7676     else {
7677       DEBUG(dbgs() << "\n");
7678       ORE->emit(createMissedAnalysis(Hints.vectorizeAnalysisPassName(),
7679                                      "NotBeneficial", L)
7680                 << "vectorization is not beneficial "
7681                    "and is not explicitly forced");
7682       return false;
7683     }
7684   }
7685
7686   PredicatedScalarEvolution PSE(*SE, *L);
7687
7688   // Check if it is legal to vectorize the loop.
7689   LoopVectorizationRequirements Requirements(*ORE);
7690   LoopVectorizationLegality LVL(L, PSE, DT, TLI, AA, F, TTI, GetLAA, LI, ORE,
7691                                 &Requirements, &Hints);
7692   if (!LVL.canVectorize()) {
7693     DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Cannot prove legality.\n");
7694     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
7695     return false;
7696   }
7697
7698   // Check the function attributes to find out if this function should be
7699   // optimized for size.
7700   bool OptForSize =
7701       Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled && F->optForSize();
7702
7703   // Compute the weighted frequency of this loop being executed and see if it
7704   // is less than 20% of the function entry baseline frequency. Note that we
7705   // always have a canonical loop here because we think we *can* vectorize.
7706   // FIXME: This is hidden behind a flag due to pervasive problems with
7707   // exactly what block frequency models.
7708   if (LoopVectorizeWithBlockFrequency) {
7709     BlockFrequency LoopEntryFreq = BFI->getBlockFreq(L->getLoopPreheader());
7710     if (Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled &&
7711         LoopEntryFreq < ColdEntryFreq)
7712       OptForSize = true;
7713   }
7714
7715   // Check the function attributes to see if implicit floats are allowed.
7716   // FIXME: This check doesn't seem possibly correct -- what if the loop is
7717   // an integer loop and the vector instructions selected are purely integer
7718   // vector instructions?
7719   if (F->hasFnAttribute(Attribute::NoImplicitFloat)) {
7720     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize when the NoImplicitFloat"
7721                     "attribute is used.\n");
7722     ORE->emit(createMissedAnalysis(Hints.vectorizeAnalysisPassName(),
7723                                    "NoImplicitFloat", L)
7724               << "loop not vectorized due to NoImplicitFloat attribute");
7725     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
7726     return false;
7727   }
7728
7729   // Check if the target supports potentially unsafe FP vectorization.
7730   // FIXME: Add a check for the type of safety issue (denormal, signaling)
7731   // for the target we're vectorizing for, to make sure none of the
7732   // additional fp-math flags can help.
7733   if (Hints.isPotentiallyUnsafe() &&
7734       TTI->isFPVectorizationPotentiallyUnsafe()) {
7735     DEBUG(dbgs() << "LV: Potentially unsafe FP op prevents vectorization.\n");
7736     ORE->emit(
7737         createMissedAnalysis(Hints.vectorizeAnalysisPassName(), "UnsafeFP", L)
7738         << "loop not vectorized due to unsafe FP support.");
7739     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
7740     return false;
7741   }
7742
7743   // Use the cost model.
7744   LoopVectorizationCostModel CM(L, PSE, LI, &LVL, *TTI, TLI, DB, AC, ORE, F,
7745                                 &Hints);
7746   CM.collectValuesToIgnore();
7747
7748   // Use the planner for vectorization.
7749   LoopVectorizationPlanner LVP(CM);
7750
7751   // Get user vectorization factor.
7752   unsigned UserVF = Hints.getWidth();
7753
7754   // Plan how to best vectorize, return the best VF and its cost.
7755   LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor VF =
7756       LVP.plan(OptForSize, UserVF);
7757
7758   // Select the interleave count.
7759   unsigned IC = CM.selectInterleaveCount(OptForSize, VF.Width, VF.Cost);
7760
7761   // Get user interleave count.
7762   unsigned UserIC = Hints.getInterleave();
7763
7764   // Identify the diagnostic messages that should be produced.
7765   std::pair<StringRef, std::string> VecDiagMsg, IntDiagMsg;
7766   bool VectorizeLoop = true, InterleaveLoop = true;
7767   if (Requirements.doesNotMeet(F, L, Hints)) {
7768     DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: loop did not meet vectorization "
7769                     "requirements.\n");
7770     emitMissedWarning(F, L, Hints, ORE);
7771     return false;
7772   }
7773
7774   if (VF.Width == 1) {
7775     DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial.\n");
7776     VecDiagMsg = std::make_pair(
7777         "VectorizationNotBeneficial",
7778         "the cost-model indicates that vectorization is not beneficial");
7779     VectorizeLoop = false;
7780   }
7781
7782   if (IC == 1 && UserIC <= 1) {
7783     // Tell the user interleaving is not beneficial.
7784     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving is not beneficial.\n");
7785     IntDiagMsg = std::make_pair(
7786         "InterleavingNotBeneficial",
7787         "the cost-model indicates that interleaving is not beneficial");
7788     InterleaveLoop = false;
7789     if (UserIC == 1) {
7790       IntDiagMsg.first = "InterleavingNotBeneficialAndDisabled";
7791       IntDiagMsg.second +=
7792           " and is explicitly disabled or interleave count is set to 1";
7793     }
7794   } else if (IC > 1 && UserIC == 1) {
7795     // Tell the user interleaving is beneficial, but it explicitly disabled.
7796     DEBUG(dbgs()
7797           << "LV: Interleaving is beneficial but is explicitly disabled.");
7798     IntDiagMsg = std::make_pair(
7799         "InterleavingBeneficialButDisabled",
7800         "the cost-model indicates that interleaving is beneficial "
7801         "but is explicitly disabled or interleave count is set to 1");
7802     InterleaveLoop = false;
7803   }
7804
7805   // Override IC if user provided an interleave count.
7806   IC = UserIC > 0 ? UserIC : IC;
7807
7808   // Emit diagnostic messages, if any.
7809   const char *VAPassName = Hints.vectorizeAnalysisPassName();
7810   if (!VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
7811     // Do not vectorize or interleaving the loop.
7812     ORE->emit(OptimizationRemarkMissed(VAPassName, VecDiagMsg.first,
7813                                          L->getStartLoc(), L->getHeader())
7814               << VecDiagMsg.second);
7815     ORE->emit(OptimizationRemarkMissed(LV_NAME, IntDiagMsg.first,
7816                                          L->getStartLoc(), L->getHeader())
7817               << IntDiagMsg.second);
7818     return false;
7819   } else if (!VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
7820     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
7821     ORE->emit(OptimizationRemarkAnalysis(VAPassName, VecDiagMsg.first,
7822                                          L->getStartLoc(), L->getHeader())
7823               << VecDiagMsg.second);
7824   } else if (VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
7825     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
7826                  << DebugLocStr << '\n');
7827     ORE->emit(OptimizationRemarkAnalysis(LV_NAME, IntDiagMsg.first,
7828                                          L->getStartLoc(), L->getHeader())
7829               << IntDiagMsg.second);
7830   } else if (VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
7831     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
7832                  << DebugLocStr << '\n');
7833     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
7834   }
7835
7836   using namespace ore;
7837   if (!VectorizeLoop) {
7838     assert(IC > 1 && "interleave count should not be 1 or 0");
7839     // If we decided that it is not legal to vectorize the loop, then
7840     // interleave it.
7841     InnerLoopUnroller Unroller(L, PSE, LI, DT, TLI, TTI, AC, ORE, IC, &LVL,
7842                                &CM);
7843     Unroller.vectorize();
7844
7845     ORE->emit(OptimizationRemark(LV_NAME, "Interleaved", L->getStartLoc(),
7846                                  L->getHeader())
7847               << "interleaved loop (interleaved count: "
7848               << NV("InterleaveCount", IC) << ")");
7849   } else {
7850     // If we decided that it is *legal* to vectorize the loop, then do it.
7851     InnerLoopVectorizer LB(L, PSE, LI, DT, TLI, TTI, AC, ORE, VF.Width, IC,
7852                            &LVL, &CM);
7853     LB.vectorize();
7854     ++LoopsVectorized;
7855
7856     // Add metadata to disable runtime unrolling a scalar loop when there are
7857     // no runtime checks about strides and memory. A scalar loop that is
7858     // rarely used is not worth unrolling.
7859     if (!LB.areSafetyChecksAdded())
7860       AddRuntimeUnrollDisableMetaData(L);
7861
7862     // Report the vectorization decision.
7863     ORE->emit(OptimizationRemark(LV_NAME, "Vectorized", L->getStartLoc(),
7864                                  L->getHeader())
7865               << "vectorized loop (vectorization width: "
7866               << NV("VectorizationFactor", VF.Width)
7867               << ", interleaved count: " << NV("InterleaveCount", IC) << ")");
7868   }
7869
7870   // Mark the loop as already vectorized to avoid vectorizing again.
7871   Hints.setAlreadyVectorized();
7872
7873   DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
7874   return true;
7875 }
7876
7877 bool LoopVectorizePass::runImpl(
7878     Function &F, ScalarEvolution &SE_, LoopInfo &LI_, TargetTransformInfo &TTI_,
7879     DominatorTree &DT_, BlockFrequencyInfo &BFI_, TargetLibraryInfo *TLI_,
7880     DemandedBits &DB_, AliasAnalysis &AA_, AssumptionCache &AC_,
7881     std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> &GetLAA_,
7882     OptimizationRemarkEmitter &ORE_) {
7883
7884   SE = &SE_;
7885   LI = &LI_;
7886   TTI = &TTI_;
7887   DT = &DT_;
7888   BFI = &BFI_;
7889   TLI = TLI_;
7890   AA = &AA_;
7891   AC = &AC_;
7892   GetLAA = &GetLAA_;
7893   DB = &DB_;
7894   ORE = &ORE_;
7895
7896   // Compute some weights outside of the loop over the loops. Compute this
7897   // using a BranchProbability to re-use its scaling math.
7898   const BranchProbability ColdProb(1, 5); // 20%
7899   ColdEntryFreq = BlockFrequency(BFI->getEntryFreq()) * ColdProb;
7900
7901   // Don't attempt if
7902   // 1. the target claims to have no vector registers, and
7903   // 2. interleaving won't help ILP.
7904   //
7905   // The second condition is necessary because, even if the target has no
7906   // vector registers, loop vectorization may still enable scalar
7907   // interleaving.
7908   if (!TTI->getNumberOfRegisters(true) && TTI->getMaxInterleaveFactor(1) < 2)
7909     return false;
7910
7911   bool Changed = false;
7912
7913   // The vectorizer requires loops to be in simplified form.
7914   // Since simplification may add new inner loops, it has to run before the
7915   // legality and profitability checks. This means running the loop vectorizer
7916   // will simplify all loops, regardless of whether anything end up being
7917   // vectorized.
7918   for (auto &L : *LI)
7919     Changed |= simplifyLoop(L, DT, LI, SE, AC, false /* PreserveLCSSA */);
7920
7921   // Build up a worklist of inner-loops to vectorize. This is necessary as
7922   // the act of vectorizing or partially unrolling a loop creates new loops
7923   // and can invalidate iterators across the loops.
7924   SmallVector<Loop *, 8> Worklist;
7925
7926   for (Loop *L : *LI)
7927     addAcyclicInnerLoop(*L, Worklist);
7928
7929   LoopsAnalyzed += Worklist.size();
7930
7931   // Now walk the identified inner loops.
7932   while (!Worklist.empty()) {
7933     Loop *L = Worklist.pop_back_val();
7934
7935     // For the inner loops we actually process, form LCSSA to simplify the
7936     // transform.
7937     Changed |= formLCSSARecursively(*L, *DT, LI, SE);
7938
7939     Changed |= processLoop(L);
7940   }
7941
7942   // Process each loop nest in the function.
7943   return Changed;
7944
7945 }
7946
7947
7948 PreservedAnalyses LoopVectorizePass::run(Function &F,
7949                                          FunctionAnalysisManager &AM) {
7950     auto &SE = AM.getResult<ScalarEvolutionAnalysis>(F);
7951     auto &LI = AM.getResult<LoopAnalysis>(F);
7952     auto &TTI = AM.getResult<TargetIRAnalysis>(F);
7953     auto &DT = AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
7954     auto &BFI = AM.getResult<BlockFrequencyAnalysis>(F);
7955     auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
7956     auto &AA = AM.getResult<AAManager>(F);
7957     auto &AC = AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
7958     auto &DB = AM.getResult<DemandedBitsAnalysis>(F);
7959     auto &ORE = AM.getResult<OptimizationRemarkEmitterAnalysis>(F);
7960
7961     auto &LAM = AM.getResult<LoopAnalysisManagerFunctionProxy>(F).getManager();
7962     std::function<const LoopAccessInfo &(Loop &)> GetLAA =
7963         [&](Loop &L) -> const LoopAccessInfo & {
7964       LoopStandardAnalysisResults AR = {AA, AC, DT, LI, SE, TLI, TTI};
7965       return LAM.getResult<LoopAccessAnalysis>(L, AR);
7966     };
7967     bool Changed =
7968         runImpl(F, SE, LI, TTI, DT, BFI, &TLI, DB, AA, AC, GetLAA, ORE);
7969     if (!Changed)
7970       return PreservedAnalyses::all();
7971     PreservedAnalyses PA;
7972     PA.preserve<LoopAnalysis>();
7973     PA.preserve<DominatorTreeAnalysis>();
7974     PA.preserve<BasicAA>();
7975     PA.preserve<GlobalsAA>();
7976     return PA;
7977 }