]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm-project/llvm/lib/Analysis/LoopAccessAnalysis.cpp
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[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm-project / llvm / lib / Analysis / LoopAccessAnalysis.cpp
1 //===- LoopAccessAnalysis.cpp - Loop Access Analysis Implementation --------==//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8 //
9 // The implementation for the loop memory dependence that was originally
10 // developed for the loop vectorizer.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "llvm/Analysis/LoopAccessAnalysis.h"
15 #include "llvm/ADT/APInt.h"
16 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
17 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
18 #include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
19 #include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
20 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
21 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
22 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
23 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
24 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
25 #include "llvm/ADT/iterator_range.h"
26 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
27 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
28 #include "llvm/Analysis/LoopAnalysisManager.h"
29 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
30 #include "llvm/Analysis/MemoryLocation.h"
31 #include "llvm/Analysis/OptimizationRemarkEmitter.h"
32 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
33 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
34 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
35 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
36 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
37 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
38 #include "llvm/IR/Constants.h"
39 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
40 #include "llvm/IR/DebugLoc.h"
41 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
42 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
43 #include "llvm/IR/Dominators.h"
44 #include "llvm/IR/Function.h"
45 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
46 #include "llvm/IR/Instruction.h"
47 #include "llvm/IR/Instructions.h"
48 #include "llvm/IR/Operator.h"
49 #include "llvm/IR/PassManager.h"
50 #include "llvm/IR/Type.h"
51 #include "llvm/IR/Value.h"
52 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
53 #include "llvm/InitializePasses.h"
54 #include "llvm/Pass.h"
55 #include "llvm/Support/Casting.h"
56 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
57 #include "llvm/Support/Debug.h"
58 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
59 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
60 #include <algorithm>
61 #include <cassert>
62 #include <cstdint>
63 #include <cstdlib>
64 #include <iterator>
65 #include <utility>
66 #include <vector>
67
68 using namespace llvm;
69
70 #define DEBUG_TYPE "loop-accesses"
71
72 static cl::opt<unsigned, true>
73 VectorizationFactor("force-vector-width", cl::Hidden,
74                     cl::desc("Sets the SIMD width. Zero is autoselect."),
75                     cl::location(VectorizerParams::VectorizationFactor));
76 unsigned VectorizerParams::VectorizationFactor;
77
78 static cl::opt<unsigned, true>
79 VectorizationInterleave("force-vector-interleave", cl::Hidden,
80                         cl::desc("Sets the vectorization interleave count. "
81                                  "Zero is autoselect."),
82                         cl::location(
83                             VectorizerParams::VectorizationInterleave));
84 unsigned VectorizerParams::VectorizationInterleave;
85
86 static cl::opt<unsigned, true> RuntimeMemoryCheckThreshold(
87     "runtime-memory-check-threshold", cl::Hidden,
88     cl::desc("When performing memory disambiguation checks at runtime do not "
89              "generate more than this number of comparisons (default = 8)."),
90     cl::location(VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold), cl::init(8));
91 unsigned VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold;
92
93 /// The maximum iterations used to merge memory checks
94 static cl::opt<unsigned> MemoryCheckMergeThreshold(
95     "memory-check-merge-threshold", cl::Hidden,
96     cl::desc("Maximum number of comparisons done when trying to merge "
97              "runtime memory checks. (default = 100)"),
98     cl::init(100));
99
100 /// Maximum SIMD width.
101 const unsigned VectorizerParams::MaxVectorWidth = 64;
102
103 /// We collect dependences up to this threshold.
104 static cl::opt<unsigned>
105     MaxDependences("max-dependences", cl::Hidden,
106                    cl::desc("Maximum number of dependences collected by "
107                             "loop-access analysis (default = 100)"),
108                    cl::init(100));
109
110 /// This enables versioning on the strides of symbolically striding memory
111 /// accesses in code like the following.
112 ///   for (i = 0; i < N; ++i)
113 ///     A[i * Stride1] += B[i * Stride2] ...
114 ///
115 /// Will be roughly translated to
116 ///    if (Stride1 == 1 && Stride2 == 1) {
117 ///      for (i = 0; i < N; i+=4)
118 ///       A[i:i+3] += ...
119 ///    } else
120 ///      ...
121 static cl::opt<bool> EnableMemAccessVersioning(
122     "enable-mem-access-versioning", cl::init(true), cl::Hidden,
123     cl::desc("Enable symbolic stride memory access versioning"));
124
125 /// Enable store-to-load forwarding conflict detection. This option can
126 /// be disabled for correctness testing.
127 static cl::opt<bool> EnableForwardingConflictDetection(
128     "store-to-load-forwarding-conflict-detection", cl::Hidden,
129     cl::desc("Enable conflict detection in loop-access analysis"),
130     cl::init(true));
131
132 bool VectorizerParams::isInterleaveForced() {
133   return ::VectorizationInterleave.getNumOccurrences() > 0;
134 }
135
136 Value *llvm::stripIntegerCast(Value *V) {
137   if (auto *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
138     if (CI->getOperand(0)->getType()->isIntegerTy())
139       return CI->getOperand(0);
140   return V;
141 }
142
143 const SCEV *llvm::replaceSymbolicStrideSCEV(PredicatedScalarEvolution &PSE,
144                                             const ValueToValueMap &PtrToStride,
145                                             Value *Ptr, Value *OrigPtr) {
146   const SCEV *OrigSCEV = PSE.getSCEV(Ptr);
147
148   // If there is an entry in the map return the SCEV of the pointer with the
149   // symbolic stride replaced by one.
150   ValueToValueMap::const_iterator SI =
151       PtrToStride.find(OrigPtr ? OrigPtr : Ptr);
152   if (SI != PtrToStride.end()) {
153     Value *StrideVal = SI->second;
154
155     // Strip casts.
156     StrideVal = stripIntegerCast(StrideVal);
157
158     ScalarEvolution *SE = PSE.getSE();
159     const auto *U = cast<SCEVUnknown>(SE->getSCEV(StrideVal));
160     const auto *CT =
161         static_cast<const SCEVConstant *>(SE->getOne(StrideVal->getType()));
162
163     PSE.addPredicate(*SE->getEqualPredicate(U, CT));
164     auto *Expr = PSE.getSCEV(Ptr);
165
166     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Replacing SCEV: " << *OrigSCEV
167                       << " by: " << *Expr << "\n");
168     return Expr;
169   }
170
171   // Otherwise, just return the SCEV of the original pointer.
172   return OrigSCEV;
173 }
174
175 RuntimeCheckingPtrGroup::RuntimeCheckingPtrGroup(
176     unsigned Index, RuntimePointerChecking &RtCheck)
177     : RtCheck(RtCheck), High(RtCheck.Pointers[Index].End),
178       Low(RtCheck.Pointers[Index].Start) {
179   Members.push_back(Index);
180 }
181
182 /// Calculate Start and End points of memory access.
183 /// Let's assume A is the first access and B is a memory access on N-th loop
184 /// iteration. Then B is calculated as:
185 ///   B = A + Step*N .
186 /// Step value may be positive or negative.
187 /// N is a calculated back-edge taken count:
188 ///     N = (TripCount > 0) ? RoundDown(TripCount -1 , VF) : 0
189 /// Start and End points are calculated in the following way:
190 /// Start = UMIN(A, B) ; End = UMAX(A, B) + SizeOfElt,
191 /// where SizeOfElt is the size of single memory access in bytes.
192 ///
193 /// There is no conflict when the intervals are disjoint:
194 /// NoConflict = (P2.Start >= P1.End) || (P1.Start >= P2.End)
195 void RuntimePointerChecking::insert(Loop *Lp, Value *Ptr, bool WritePtr,
196                                     unsigned DepSetId, unsigned ASId,
197                                     const ValueToValueMap &Strides,
198                                     PredicatedScalarEvolution &PSE) {
199   // Get the stride replaced scev.
200   const SCEV *Sc = replaceSymbolicStrideSCEV(PSE, Strides, Ptr);
201   ScalarEvolution *SE = PSE.getSE();
202
203   const SCEV *ScStart;
204   const SCEV *ScEnd;
205
206   if (SE->isLoopInvariant(Sc, Lp))
207     ScStart = ScEnd = Sc;
208   else {
209     const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Sc);
210     assert(AR && "Invalid addrec expression");
211     const SCEV *Ex = PSE.getBackedgeTakenCount();
212
213     ScStart = AR->getStart();
214     ScEnd = AR->evaluateAtIteration(Ex, *SE);
215     const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
216
217     // For expressions with negative step, the upper bound is ScStart and the
218     // lower bound is ScEnd.
219     if (const auto *CStep = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
220       if (CStep->getValue()->isNegative())
221         std::swap(ScStart, ScEnd);
222     } else {
223       // Fallback case: the step is not constant, but we can still
224       // get the upper and lower bounds of the interval by using min/max
225       // expressions.
226       ScStart = SE->getUMinExpr(ScStart, ScEnd);
227       ScEnd = SE->getUMaxExpr(AR->getStart(), ScEnd);
228     }
229     // Add the size of the pointed element to ScEnd.
230     unsigned EltSize =
231       Ptr->getType()->getPointerElementType()->getScalarSizeInBits() / 8;
232     const SCEV *EltSizeSCEV = SE->getConstant(ScEnd->getType(), EltSize);
233     ScEnd = SE->getAddExpr(ScEnd, EltSizeSCEV);
234   }
235
236   Pointers.emplace_back(Ptr, ScStart, ScEnd, WritePtr, DepSetId, ASId, Sc);
237 }
238
239 SmallVector<RuntimePointerCheck, 4>
240 RuntimePointerChecking::generateChecks() const {
241   SmallVector<RuntimePointerCheck, 4> Checks;
242
243   for (unsigned I = 0; I < CheckingGroups.size(); ++I) {
244     for (unsigned J = I + 1; J < CheckingGroups.size(); ++J) {
245       const RuntimeCheckingPtrGroup &CGI = CheckingGroups[I];
246       const RuntimeCheckingPtrGroup &CGJ = CheckingGroups[J];
247
248       if (needsChecking(CGI, CGJ))
249         Checks.push_back(std::make_pair(&CGI, &CGJ));
250     }
251   }
252   return Checks;
253 }
254
255 void RuntimePointerChecking::generateChecks(
256     MemoryDepChecker::DepCandidates &DepCands, bool UseDependencies) {
257   assert(Checks.empty() && "Checks is not empty");
258   groupChecks(DepCands, UseDependencies);
259   Checks = generateChecks();
260 }
261
262 bool RuntimePointerChecking::needsChecking(
263     const RuntimeCheckingPtrGroup &M, const RuntimeCheckingPtrGroup &N) const {
264   for (unsigned I = 0, EI = M.Members.size(); EI != I; ++I)
265     for (unsigned J = 0, EJ = N.Members.size(); EJ != J; ++J)
266       if (needsChecking(M.Members[I], N.Members[J]))
267         return true;
268   return false;
269 }
270
271 /// Compare \p I and \p J and return the minimum.
272 /// Return nullptr in case we couldn't find an answer.
273 static const SCEV *getMinFromExprs(const SCEV *I, const SCEV *J,
274                                    ScalarEvolution *SE) {
275   const SCEV *Diff = SE->getMinusSCEV(J, I);
276   const SCEVConstant *C = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff);
277
278   if (!C)
279     return nullptr;
280   if (C->getValue()->isNegative())
281     return J;
282   return I;
283 }
284
285 bool RuntimeCheckingPtrGroup::addPointer(unsigned Index) {
286   const SCEV *Start = RtCheck.Pointers[Index].Start;
287   const SCEV *End = RtCheck.Pointers[Index].End;
288
289   // Compare the starts and ends with the known minimum and maximum
290   // of this set. We need to know how we compare against the min/max
291   // of the set in order to be able to emit memchecks.
292   const SCEV *Min0 = getMinFromExprs(Start, Low, RtCheck.SE);
293   if (!Min0)
294     return false;
295
296   const SCEV *Min1 = getMinFromExprs(End, High, RtCheck.SE);
297   if (!Min1)
298     return false;
299
300   // Update the low bound  expression if we've found a new min value.
301   if (Min0 == Start)
302     Low = Start;
303
304   // Update the high bound expression if we've found a new max value.
305   if (Min1 != End)
306     High = End;
307
308   Members.push_back(Index);
309   return true;
310 }
311
312 void RuntimePointerChecking::groupChecks(
313     MemoryDepChecker::DepCandidates &DepCands, bool UseDependencies) {
314   // We build the groups from dependency candidates equivalence classes
315   // because:
316   //    - We know that pointers in the same equivalence class share
317   //      the same underlying object and therefore there is a chance
318   //      that we can compare pointers
319   //    - We wouldn't be able to merge two pointers for which we need
320   //      to emit a memcheck. The classes in DepCands are already
321   //      conveniently built such that no two pointers in the same
322   //      class need checking against each other.
323
324   // We use the following (greedy) algorithm to construct the groups
325   // For every pointer in the equivalence class:
326   //   For each existing group:
327   //   - if the difference between this pointer and the min/max bounds
328   //     of the group is a constant, then make the pointer part of the
329   //     group and update the min/max bounds of that group as required.
330
331   CheckingGroups.clear();
332
333   // If we need to check two pointers to the same underlying object
334   // with a non-constant difference, we shouldn't perform any pointer
335   // grouping with those pointers. This is because we can easily get
336   // into cases where the resulting check would return false, even when
337   // the accesses are safe.
338   //
339   // The following example shows this:
340   // for (i = 0; i < 1000; ++i)
341   //   a[5000 + i * m] = a[i] + a[i + 9000]
342   //
343   // Here grouping gives a check of (5000, 5000 + 1000 * m) against
344   // (0, 10000) which is always false. However, if m is 1, there is no
345   // dependence. Not grouping the checks for a[i] and a[i + 9000] allows
346   // us to perform an accurate check in this case.
347   //
348   // The above case requires that we have an UnknownDependence between
349   // accesses to the same underlying object. This cannot happen unless
350   // FoundNonConstantDistanceDependence is set, and therefore UseDependencies
351   // is also false. In this case we will use the fallback path and create
352   // separate checking groups for all pointers.
353
354   // If we don't have the dependency partitions, construct a new
355   // checking pointer group for each pointer. This is also required
356   // for correctness, because in this case we can have checking between
357   // pointers to the same underlying object.
358   if (!UseDependencies) {
359     for (unsigned I = 0; I < Pointers.size(); ++I)
360       CheckingGroups.push_back(RuntimeCheckingPtrGroup(I, *this));
361     return;
362   }
363
364   unsigned TotalComparisons = 0;
365
366   DenseMap<Value *, unsigned> PositionMap;
367   for (unsigned Index = 0; Index < Pointers.size(); ++Index)
368     PositionMap[Pointers[Index].PointerValue] = Index;
369
370   // We need to keep track of what pointers we've already seen so we
371   // don't process them twice.
372   SmallSet<unsigned, 2> Seen;
373
374   // Go through all equivalence classes, get the "pointer check groups"
375   // and add them to the overall solution. We use the order in which accesses
376   // appear in 'Pointers' to enforce determinism.
377   for (unsigned I = 0; I < Pointers.size(); ++I) {
378     // We've seen this pointer before, and therefore already processed
379     // its equivalence class.
380     if (Seen.count(I))
381       continue;
382
383     MemoryDepChecker::MemAccessInfo Access(Pointers[I].PointerValue,
384                                            Pointers[I].IsWritePtr);
385
386     SmallVector<RuntimeCheckingPtrGroup, 2> Groups;
387     auto LeaderI = DepCands.findValue(DepCands.getLeaderValue(Access));
388
389     // Because DepCands is constructed by visiting accesses in the order in
390     // which they appear in alias sets (which is deterministic) and the
391     // iteration order within an equivalence class member is only dependent on
392     // the order in which unions and insertions are performed on the
393     // equivalence class, the iteration order is deterministic.
394     for (auto MI = DepCands.member_begin(LeaderI), ME = DepCands.member_end();
395          MI != ME; ++MI) {
396       unsigned Pointer = PositionMap[MI->getPointer()];
397       bool Merged = false;
398       // Mark this pointer as seen.
399       Seen.insert(Pointer);
400
401       // Go through all the existing sets and see if we can find one
402       // which can include this pointer.
403       for (RuntimeCheckingPtrGroup &Group : Groups) {
404         // Don't perform more than a certain amount of comparisons.
405         // This should limit the cost of grouping the pointers to something
406         // reasonable.  If we do end up hitting this threshold, the algorithm
407         // will create separate groups for all remaining pointers.
408         if (TotalComparisons > MemoryCheckMergeThreshold)
409           break;
410
411         TotalComparisons++;
412
413         if (Group.addPointer(Pointer)) {
414           Merged = true;
415           break;
416         }
417       }
418
419       if (!Merged)
420         // We couldn't add this pointer to any existing set or the threshold
421         // for the number of comparisons has been reached. Create a new group
422         // to hold the current pointer.
423         Groups.push_back(RuntimeCheckingPtrGroup(Pointer, *this));
424     }
425
426     // We've computed the grouped checks for this partition.
427     // Save the results and continue with the next one.
428     llvm::copy(Groups, std::back_inserter(CheckingGroups));
429   }
430 }
431
432 bool RuntimePointerChecking::arePointersInSamePartition(
433     const SmallVectorImpl<int> &PtrToPartition, unsigned PtrIdx1,
434     unsigned PtrIdx2) {
435   return (PtrToPartition[PtrIdx1] != -1 &&
436           PtrToPartition[PtrIdx1] == PtrToPartition[PtrIdx2]);
437 }
438
439 bool RuntimePointerChecking::needsChecking(unsigned I, unsigned J) const {
440   const PointerInfo &PointerI = Pointers[I];
441   const PointerInfo &PointerJ = Pointers[J];
442
443   // No need to check if two readonly pointers intersect.
444   if (!PointerI.IsWritePtr && !PointerJ.IsWritePtr)
445     return false;
446
447   // Only need to check pointers between two different dependency sets.
448   if (PointerI.DependencySetId == PointerJ.DependencySetId)
449     return false;
450
451   // Only need to check pointers in the same alias set.
452   if (PointerI.AliasSetId != PointerJ.AliasSetId)
453     return false;
454
455   return true;
456 }
457
458 void RuntimePointerChecking::printChecks(
459     raw_ostream &OS, const SmallVectorImpl<RuntimePointerCheck> &Checks,
460     unsigned Depth) const {
461   unsigned N = 0;
462   for (const auto &Check : Checks) {
463     const auto &First = Check.first->Members, &Second = Check.second->Members;
464
465     OS.indent(Depth) << "Check " << N++ << ":\n";
466
467     OS.indent(Depth + 2) << "Comparing group (" << Check.first << "):\n";
468     for (unsigned K = 0; K < First.size(); ++K)
469       OS.indent(Depth + 2) << *Pointers[First[K]].PointerValue << "\n";
470
471     OS.indent(Depth + 2) << "Against group (" << Check.second << "):\n";
472     for (unsigned K = 0; K < Second.size(); ++K)
473       OS.indent(Depth + 2) << *Pointers[Second[K]].PointerValue << "\n";
474   }
475 }
476
477 void RuntimePointerChecking::print(raw_ostream &OS, unsigned Depth) const {
478
479   OS.indent(Depth) << "Run-time memory checks:\n";
480   printChecks(OS, Checks, Depth);
481
482   OS.indent(Depth) << "Grouped accesses:\n";
483   for (unsigned I = 0; I < CheckingGroups.size(); ++I) {
484     const auto &CG = CheckingGroups[I];
485
486     OS.indent(Depth + 2) << "Group " << &CG << ":\n";
487     OS.indent(Depth + 4) << "(Low: " << *CG.Low << " High: " << *CG.High
488                          << ")\n";
489     for (unsigned J = 0; J < CG.Members.size(); ++J) {
490       OS.indent(Depth + 6) << "Member: " << *Pointers[CG.Members[J]].Expr
491                            << "\n";
492     }
493   }
494 }
495
496 namespace {
497
498 /// Analyses memory accesses in a loop.
499 ///
500 /// Checks whether run time pointer checks are needed and builds sets for data
501 /// dependence checking.
502 class AccessAnalysis {
503 public:
504   /// Read or write access location.
505   typedef PointerIntPair<Value *, 1, bool> MemAccessInfo;
506   typedef SmallVector<MemAccessInfo, 8> MemAccessInfoList;
507
508   AccessAnalysis(const DataLayout &Dl, Loop *TheLoop, AAResults *AA,
509                  LoopInfo *LI, MemoryDepChecker::DepCandidates &DA,
510                  PredicatedScalarEvolution &PSE)
511       : DL(Dl), TheLoop(TheLoop), AST(*AA), LI(LI), DepCands(DA),
512         IsRTCheckAnalysisNeeded(false), PSE(PSE) {}
513
514   /// Register a load  and whether it is only read from.
515   void addLoad(MemoryLocation &Loc, bool IsReadOnly) {
516     Value *Ptr = const_cast<Value*>(Loc.Ptr);
517     AST.add(Ptr, LocationSize::unknown(), Loc.AATags);
518     Accesses.insert(MemAccessInfo(Ptr, false));
519     if (IsReadOnly)
520       ReadOnlyPtr.insert(Ptr);
521   }
522
523   /// Register a store.
524   void addStore(MemoryLocation &Loc) {
525     Value *Ptr = const_cast<Value*>(Loc.Ptr);
526     AST.add(Ptr, LocationSize::unknown(), Loc.AATags);
527     Accesses.insert(MemAccessInfo(Ptr, true));
528   }
529
530   /// Check if we can emit a run-time no-alias check for \p Access.
531   ///
532   /// Returns true if we can emit a run-time no alias check for \p Access.
533   /// If we can check this access, this also adds it to a dependence set and
534   /// adds a run-time to check for it to \p RtCheck. If \p Assume is true,
535   /// we will attempt to use additional run-time checks in order to get
536   /// the bounds of the pointer.
537   bool createCheckForAccess(RuntimePointerChecking &RtCheck,
538                             MemAccessInfo Access,
539                             const ValueToValueMap &Strides,
540                             DenseMap<Value *, unsigned> &DepSetId,
541                             Loop *TheLoop, unsigned &RunningDepId,
542                             unsigned ASId, bool ShouldCheckStride,
543                             bool Assume);
544
545   /// Check whether we can check the pointers at runtime for
546   /// non-intersection.
547   ///
548   /// Returns true if we need no check or if we do and we can generate them
549   /// (i.e. the pointers have computable bounds).
550   bool canCheckPtrAtRT(RuntimePointerChecking &RtCheck, ScalarEvolution *SE,
551                        Loop *TheLoop, const ValueToValueMap &Strides,
552                        bool ShouldCheckWrap = false);
553
554   /// Goes over all memory accesses, checks whether a RT check is needed
555   /// and builds sets of dependent accesses.
556   void buildDependenceSets() {
557     processMemAccesses();
558   }
559
560   /// Initial processing of memory accesses determined that we need to
561   /// perform dependency checking.
562   ///
563   /// Note that this can later be cleared if we retry memcheck analysis without
564   /// dependency checking (i.e. FoundNonConstantDistanceDependence).
565   bool isDependencyCheckNeeded() { return !CheckDeps.empty(); }
566
567   /// We decided that no dependence analysis would be used.  Reset the state.
568   void resetDepChecks(MemoryDepChecker &DepChecker) {
569     CheckDeps.clear();
570     DepChecker.clearDependences();
571   }
572
573   MemAccessInfoList &getDependenciesToCheck() { return CheckDeps; }
574
575 private:
576   typedef SetVector<MemAccessInfo> PtrAccessSet;
577
578   /// Go over all memory access and check whether runtime pointer checks
579   /// are needed and build sets of dependency check candidates.
580   void processMemAccesses();
581
582   /// Set of all accesses.
583   PtrAccessSet Accesses;
584
585   const DataLayout &DL;
586
587   /// The loop being checked.
588   const Loop *TheLoop;
589
590   /// List of accesses that need a further dependence check.
591   MemAccessInfoList CheckDeps;
592
593   /// Set of pointers that are read only.
594   SmallPtrSet<Value*, 16> ReadOnlyPtr;
595
596   /// An alias set tracker to partition the access set by underlying object and
597   //intrinsic property (such as TBAA metadata).
598   AliasSetTracker AST;
599
600   LoopInfo *LI;
601
602   /// Sets of potentially dependent accesses - members of one set share an
603   /// underlying pointer. The set "CheckDeps" identfies which sets really need a
604   /// dependence check.
605   MemoryDepChecker::DepCandidates &DepCands;
606
607   /// Initial processing of memory accesses determined that we may need
608   /// to add memchecks.  Perform the analysis to determine the necessary checks.
609   ///
610   /// Note that, this is different from isDependencyCheckNeeded.  When we retry
611   /// memcheck analysis without dependency checking
612   /// (i.e. FoundNonConstantDistanceDependence), isDependencyCheckNeeded is
613   /// cleared while this remains set if we have potentially dependent accesses.
614   bool IsRTCheckAnalysisNeeded;
615
616   /// The SCEV predicate containing all the SCEV-related assumptions.
617   PredicatedScalarEvolution &PSE;
618 };
619
620 } // end anonymous namespace
621
622 /// Check whether a pointer can participate in a runtime bounds check.
623 /// If \p Assume, try harder to prove that we can compute the bounds of \p Ptr
624 /// by adding run-time checks (overflow checks) if necessary.
625 static bool hasComputableBounds(PredicatedScalarEvolution &PSE,
626                                 const ValueToValueMap &Strides, Value *Ptr,
627                                 Loop *L, bool Assume) {
628   const SCEV *PtrScev = replaceSymbolicStrideSCEV(PSE, Strides, Ptr);
629
630   // The bounds for loop-invariant pointer is trivial.
631   if (PSE.getSE()->isLoopInvariant(PtrScev, L))
632     return true;
633
634   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PtrScev);
635
636   if (!AR && Assume)
637     AR = PSE.getAsAddRec(Ptr);
638
639   if (!AR)
640     return false;
641
642   return AR->isAffine();
643 }
644
645 /// Check whether a pointer address cannot wrap.
646 static bool isNoWrap(PredicatedScalarEvolution &PSE,
647                      const ValueToValueMap &Strides, Value *Ptr, Loop *L) {
648   const SCEV *PtrScev = PSE.getSCEV(Ptr);
649   if (PSE.getSE()->isLoopInvariant(PtrScev, L))
650     return true;
651
652   int64_t Stride = getPtrStride(PSE, Ptr, L, Strides);
653   if (Stride == 1 || PSE.hasNoOverflow(Ptr, SCEVWrapPredicate::IncrementNUSW))
654     return true;
655
656   return false;
657 }
658
659 bool AccessAnalysis::createCheckForAccess(RuntimePointerChecking &RtCheck,
660                                           MemAccessInfo Access,
661                                           const ValueToValueMap &StridesMap,
662                                           DenseMap<Value *, unsigned> &DepSetId,
663                                           Loop *TheLoop, unsigned &RunningDepId,
664                                           unsigned ASId, bool ShouldCheckWrap,
665                                           bool Assume) {
666   Value *Ptr = Access.getPointer();
667
668   if (!hasComputableBounds(PSE, StridesMap, Ptr, TheLoop, Assume))
669     return false;
670
671   // When we run after a failing dependency check we have to make sure
672   // we don't have wrapping pointers.
673   if (ShouldCheckWrap && !isNoWrap(PSE, StridesMap, Ptr, TheLoop)) {
674     auto *Expr = PSE.getSCEV(Ptr);
675     if (!Assume || !isa<SCEVAddRecExpr>(Expr))
676       return false;
677     PSE.setNoOverflow(Ptr, SCEVWrapPredicate::IncrementNUSW);
678   }
679
680   // The id of the dependence set.
681   unsigned DepId;
682
683   if (isDependencyCheckNeeded()) {
684     Value *Leader = DepCands.getLeaderValue(Access).getPointer();
685     unsigned &LeaderId = DepSetId[Leader];
686     if (!LeaderId)
687       LeaderId = RunningDepId++;
688     DepId = LeaderId;
689   } else
690     // Each access has its own dependence set.
691     DepId = RunningDepId++;
692
693   bool IsWrite = Access.getInt();
694   RtCheck.insert(TheLoop, Ptr, IsWrite, DepId, ASId, StridesMap, PSE);
695   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a runtime check ptr:" << *Ptr << '\n');
696
697   return true;
698  }
699
700 bool AccessAnalysis::canCheckPtrAtRT(RuntimePointerChecking &RtCheck,
701                                      ScalarEvolution *SE, Loop *TheLoop,
702                                      const ValueToValueMap &StridesMap,
703                                      bool ShouldCheckWrap) {
704   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
705   // to place a runtime bound check.
706   bool CanDoRT = true;
707
708   bool MayNeedRTCheck = false;
709   if (!IsRTCheckAnalysisNeeded) return true;
710
711   bool IsDepCheckNeeded = isDependencyCheckNeeded();
712
713   // We assign a consecutive id to access from different alias sets.
714   // Accesses between different groups doesn't need to be checked.
715   unsigned ASId = 0;
716   for (auto &AS : AST) {
717     int NumReadPtrChecks = 0;
718     int NumWritePtrChecks = 0;
719     bool CanDoAliasSetRT = true;
720     ++ASId;
721
722     // We assign consecutive id to access from different dependence sets.
723     // Accesses within the same set don't need a runtime check.
724     unsigned RunningDepId = 1;
725     DenseMap<Value *, unsigned> DepSetId;
726
727     SmallVector<MemAccessInfo, 4> Retries;
728
729     for (auto A : AS) {
730       Value *Ptr = A.getValue();
731       bool IsWrite = Accesses.count(MemAccessInfo(Ptr, true));
732       MemAccessInfo Access(Ptr, IsWrite);
733
734       if (IsWrite)
735         ++NumWritePtrChecks;
736       else
737         ++NumReadPtrChecks;
738
739       if (!createCheckForAccess(RtCheck, Access, StridesMap, DepSetId, TheLoop,
740                                 RunningDepId, ASId, ShouldCheckWrap, false)) {
741         LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Can't find bounds for ptr:" << *Ptr << '\n');
742         Retries.push_back(Access);
743         CanDoAliasSetRT = false;
744       }
745     }
746
747     // If we have at least two writes or one write and a read then we need to
748     // check them.  But there is no need to checks if there is only one
749     // dependence set for this alias set.
750     //
751     // Note that this function computes CanDoRT and MayNeedRTCheck
752     // independently. For example CanDoRT=false, MayNeedRTCheck=false means that
753     // we have a pointer for which we couldn't find the bounds but we don't
754     // actually need to emit any checks so it does not matter.
755     bool NeedsAliasSetRTCheck = false;
756     if (!(IsDepCheckNeeded && CanDoAliasSetRT && RunningDepId == 2)) {
757       NeedsAliasSetRTCheck = (NumWritePtrChecks >= 2 ||
758                              (NumReadPtrChecks >= 1 && NumWritePtrChecks >= 1));
759       // For alias sets without at least 2 writes or 1 write and 1 read, there
760       // is no need to generate RT checks and CanDoAliasSetRT for this alias set
761       // does not impact whether runtime checks can be generated.
762       if (!NeedsAliasSetRTCheck) {
763         assert((AS.size() <= 1 ||
764                 all_of(AS,
765                        [this](auto AC) {
766                          MemAccessInfo AccessWrite(AC.getValue(), true);
767                          return DepCands.findValue(AccessWrite) ==
768                                 DepCands.end();
769                        })) &&
770                "Can only skip updating CanDoRT below, if all entries in AS "
771                "are reads or there is at most 1 entry");
772         continue;
773       }
774     }
775
776     // We need to perform run-time alias checks, but some pointers had bounds
777     // that couldn't be checked.
778     if (NeedsAliasSetRTCheck && !CanDoAliasSetRT) {
779       // Reset the CanDoSetRt flag and retry all accesses that have failed.
780       // We know that we need these checks, so we can now be more aggressive
781       // and add further checks if required (overflow checks).
782       CanDoAliasSetRT = true;
783       for (auto Access : Retries)
784         if (!createCheckForAccess(RtCheck, Access, StridesMap, DepSetId,
785                                   TheLoop, RunningDepId, ASId,
786                                   ShouldCheckWrap, /*Assume=*/true)) {
787           CanDoAliasSetRT = false;
788           break;
789         }
790     }
791
792     CanDoRT &= CanDoAliasSetRT;
793     MayNeedRTCheck |= NeedsAliasSetRTCheck;
794     ++ASId;
795   }
796
797   // If the pointers that we would use for the bounds comparison have different
798   // address spaces, assume the values aren't directly comparable, so we can't
799   // use them for the runtime check. We also have to assume they could
800   // overlap. In the future there should be metadata for whether address spaces
801   // are disjoint.
802   unsigned NumPointers = RtCheck.Pointers.size();
803   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
804     for (unsigned j = i + 1; j < NumPointers; ++j) {
805       // Only need to check pointers between two different dependency sets.
806       if (RtCheck.Pointers[i].DependencySetId ==
807           RtCheck.Pointers[j].DependencySetId)
808        continue;
809       // Only need to check pointers in the same alias set.
810       if (RtCheck.Pointers[i].AliasSetId != RtCheck.Pointers[j].AliasSetId)
811         continue;
812
813       Value *PtrI = RtCheck.Pointers[i].PointerValue;
814       Value *PtrJ = RtCheck.Pointers[j].PointerValue;
815
816       unsigned ASi = PtrI->getType()->getPointerAddressSpace();
817       unsigned ASj = PtrJ->getType()->getPointerAddressSpace();
818       if (ASi != ASj) {
819         LLVM_DEBUG(
820             dbgs() << "LAA: Runtime check would require comparison between"
821                       " different address spaces\n");
822         return false;
823       }
824     }
825   }
826
827   if (MayNeedRTCheck && CanDoRT)
828     RtCheck.generateChecks(DepCands, IsDepCheckNeeded);
829
830   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: We need to do " << RtCheck.getNumberOfChecks()
831                     << " pointer comparisons.\n");
832
833   // If we can do run-time checks, but there are no checks, no runtime checks
834   // are needed. This can happen when all pointers point to the same underlying
835   // object for example.
836   RtCheck.Need = CanDoRT ? RtCheck.getNumberOfChecks() != 0 : MayNeedRTCheck;
837
838   bool CanDoRTIfNeeded = !RtCheck.Need || CanDoRT;
839   if (!CanDoRTIfNeeded)
840     RtCheck.reset();
841   return CanDoRTIfNeeded;
842 }
843
844 void AccessAnalysis::processMemAccesses() {
845   // We process the set twice: first we process read-write pointers, last we
846   // process read-only pointers. This allows us to skip dependence tests for
847   // read-only pointers.
848
849   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Processing memory accesses...\n");
850   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  AST: "; AST.dump());
851   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA:   Accesses(" << Accesses.size() << "):\n");
852   LLVM_DEBUG({
853     for (auto A : Accesses)
854       dbgs() << "\t" << *A.getPointer() << " (" <<
855                 (A.getInt() ? "write" : (ReadOnlyPtr.count(A.getPointer()) ?
856                                          "read-only" : "read")) << ")\n";
857   });
858
859   // The AliasSetTracker has nicely partitioned our pointers by metadata
860   // compatibility and potential for underlying-object overlap. As a result, we
861   // only need to check for potential pointer dependencies within each alias
862   // set.
863   for (auto &AS : AST) {
864     // Note that both the alias-set tracker and the alias sets themselves used
865     // linked lists internally and so the iteration order here is deterministic
866     // (matching the original instruction order within each set).
867
868     bool SetHasWrite = false;
869
870     // Map of pointers to last access encountered.
871     typedef DenseMap<const Value*, MemAccessInfo> UnderlyingObjToAccessMap;
872     UnderlyingObjToAccessMap ObjToLastAccess;
873
874     // Set of access to check after all writes have been processed.
875     PtrAccessSet DeferredAccesses;
876
877     // Iterate over each alias set twice, once to process read/write pointers,
878     // and then to process read-only pointers.
879     for (int SetIteration = 0; SetIteration < 2; ++SetIteration) {
880       bool UseDeferred = SetIteration > 0;
881       PtrAccessSet &S = UseDeferred ? DeferredAccesses : Accesses;
882
883       for (auto AV : AS) {
884         Value *Ptr = AV.getValue();
885
886         // For a single memory access in AliasSetTracker, Accesses may contain
887         // both read and write, and they both need to be handled for CheckDeps.
888         for (auto AC : S) {
889           if (AC.getPointer() != Ptr)
890             continue;
891
892           bool IsWrite = AC.getInt();
893
894           // If we're using the deferred access set, then it contains only
895           // reads.
896           bool IsReadOnlyPtr = ReadOnlyPtr.count(Ptr) && !IsWrite;
897           if (UseDeferred && !IsReadOnlyPtr)
898             continue;
899           // Otherwise, the pointer must be in the PtrAccessSet, either as a
900           // read or a write.
901           assert(((IsReadOnlyPtr && UseDeferred) || IsWrite ||
902                   S.count(MemAccessInfo(Ptr, false))) &&
903                  "Alias-set pointer not in the access set?");
904
905           MemAccessInfo Access(Ptr, IsWrite);
906           DepCands.insert(Access);
907
908           // Memorize read-only pointers for later processing and skip them in
909           // the first round (they need to be checked after we have seen all
910           // write pointers). Note: we also mark pointer that are not
911           // consecutive as "read-only" pointers (so that we check
912           // "a[b[i]] +="). Hence, we need the second check for "!IsWrite".
913           if (!UseDeferred && IsReadOnlyPtr) {
914             DeferredAccesses.insert(Access);
915             continue;
916           }
917
918           // If this is a write - check other reads and writes for conflicts. If
919           // this is a read only check other writes for conflicts (but only if
920           // there is no other write to the ptr - this is an optimization to
921           // catch "a[i] = a[i] + " without having to do a dependence check).
922           if ((IsWrite || IsReadOnlyPtr) && SetHasWrite) {
923             CheckDeps.push_back(Access);
924             IsRTCheckAnalysisNeeded = true;
925           }
926
927           if (IsWrite)
928             SetHasWrite = true;
929
930           // Create sets of pointers connected by a shared alias set and
931           // underlying object.
932           typedef SmallVector<const Value *, 16> ValueVector;
933           ValueVector TempObjects;
934
935           GetUnderlyingObjects(Ptr, TempObjects, DL, LI);
936           LLVM_DEBUG(dbgs()
937                      << "Underlying objects for pointer " << *Ptr << "\n");
938           for (const Value *UnderlyingObj : TempObjects) {
939             // nullptr never alias, don't join sets for pointer that have "null"
940             // in their UnderlyingObjects list.
941             if (isa<ConstantPointerNull>(UnderlyingObj) &&
942                 !NullPointerIsDefined(
943                     TheLoop->getHeader()->getParent(),
944                     UnderlyingObj->getType()->getPointerAddressSpace()))
945               continue;
946
947             UnderlyingObjToAccessMap::iterator Prev =
948                 ObjToLastAccess.find(UnderlyingObj);
949             if (Prev != ObjToLastAccess.end())
950               DepCands.unionSets(Access, Prev->second);
951
952             ObjToLastAccess[UnderlyingObj] = Access;
953             LLVM_DEBUG(dbgs() << "  " << *UnderlyingObj << "\n");
954           }
955         }
956       }
957     }
958   }
959 }
960
961 static bool isInBoundsGep(Value *Ptr) {
962   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
963     return GEP->isInBounds();
964   return false;
965 }
966
967 /// Return true if an AddRec pointer \p Ptr is unsigned non-wrapping,
968 /// i.e. monotonically increasing/decreasing.
969 static bool isNoWrapAddRec(Value *Ptr, const SCEVAddRecExpr *AR,
970                            PredicatedScalarEvolution &PSE, const Loop *L) {
971   // FIXME: This should probably only return true for NUW.
972   if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::NoWrapMask))
973     return true;
974
975   // Scalar evolution does not propagate the non-wrapping flags to values that
976   // are derived from a non-wrapping induction variable because non-wrapping
977   // could be flow-sensitive.
978   //
979   // Look through the potentially overflowing instruction to try to prove
980   // non-wrapping for the *specific* value of Ptr.
981
982   // The arithmetic implied by an inbounds GEP can't overflow.
983   auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
984   if (!GEP || !GEP->isInBounds())
985     return false;
986
987   // Make sure there is only one non-const index and analyze that.
988   Value *NonConstIndex = nullptr;
989   for (Value *Index : make_range(GEP->idx_begin(), GEP->idx_end()))
990     if (!isa<ConstantInt>(Index)) {
991       if (NonConstIndex)
992         return false;
993       NonConstIndex = Index;
994     }
995   if (!NonConstIndex)
996     // The recurrence is on the pointer, ignore for now.
997     return false;
998
999   // The index in GEP is signed.  It is non-wrapping if it's derived from a NSW
1000   // AddRec using a NSW operation.
1001   if (auto *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(NonConstIndex))
1002     if (OBO->hasNoSignedWrap() &&
1003         // Assume constant for other the operand so that the AddRec can be
1004         // easily found.
1005         isa<ConstantInt>(OBO->getOperand(1))) {
1006       auto *OpScev = PSE.getSCEV(OBO->getOperand(0));
1007
1008       if (auto *OpAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(OpScev))
1009         return OpAR->getLoop() == L && OpAR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1010     }
1011
1012   return false;
1013 }
1014
1015 /// Check whether the access through \p Ptr has a constant stride.
1016 int64_t llvm::getPtrStride(PredicatedScalarEvolution &PSE, Value *Ptr,
1017                            const Loop *Lp, const ValueToValueMap &StridesMap,
1018                            bool Assume, bool ShouldCheckWrap) {
1019   Type *Ty = Ptr->getType();
1020   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-ptr");
1021
1022   // Make sure that the pointer does not point to aggregate types.
1023   auto *PtrTy = cast<PointerType>(Ty);
1024   if (PtrTy->getElementType()->isAggregateType()) {
1025     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not a pointer to a scalar type"
1026                       << *Ptr << "\n");
1027     return 0;
1028   }
1029
1030   const SCEV *PtrScev = replaceSymbolicStrideSCEV(PSE, StridesMap, Ptr);
1031
1032   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PtrScev);
1033   if (Assume && !AR)
1034     AR = PSE.getAsAddRec(Ptr);
1035
1036   if (!AR) {
1037     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not an AddRecExpr pointer " << *Ptr
1038                       << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
1039     return 0;
1040   }
1041
1042   // The access function must stride over the innermost loop.
1043   if (Lp != AR->getLoop()) {
1044     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not striding over innermost loop "
1045                       << *Ptr << " SCEV: " << *AR << "\n");
1046     return 0;
1047   }
1048
1049   // The address calculation must not wrap. Otherwise, a dependence could be
1050   // inverted.
1051   // An inbounds getelementptr that is a AddRec with a unit stride
1052   // cannot wrap per definition. The unit stride requirement is checked later.
1053   // An getelementptr without an inbounds attribute and unit stride would have
1054   // to access the pointer value "0" which is undefined behavior in address
1055   // space 0, therefore we can also vectorize this case.
1056   bool IsInBoundsGEP = isInBoundsGep(Ptr);
1057   bool IsNoWrapAddRec = !ShouldCheckWrap ||
1058     PSE.hasNoOverflow(Ptr, SCEVWrapPredicate::IncrementNUSW) ||
1059     isNoWrapAddRec(Ptr, AR, PSE, Lp);
1060   if (!IsNoWrapAddRec && !IsInBoundsGEP &&
1061       NullPointerIsDefined(Lp->getHeader()->getParent(),
1062                            PtrTy->getAddressSpace())) {
1063     if (Assume) {
1064       PSE.setNoOverflow(Ptr, SCEVWrapPredicate::IncrementNUSW);
1065       IsNoWrapAddRec = true;
1066       LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Pointer may wrap in the address space:\n"
1067                         << "LAA:   Pointer: " << *Ptr << "\n"
1068                         << "LAA:   SCEV: " << *AR << "\n"
1069                         << "LAA:   Added an overflow assumption\n");
1070     } else {
1071       LLVM_DEBUG(
1072           dbgs() << "LAA: Bad stride - Pointer may wrap in the address space "
1073                  << *Ptr << " SCEV: " << *AR << "\n");
1074       return 0;
1075     }
1076   }
1077
1078   // Check the step is constant.
1079   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*PSE.getSE());
1080
1081   // Calculate the pointer stride and check if it is constant.
1082   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
1083   if (!C) {
1084     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Bad stride - Not a constant strided " << *Ptr
1085                       << " SCEV: " << *AR << "\n");
1086     return 0;
1087   }
1088
1089   auto &DL = Lp->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
1090   int64_t Size = DL.getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
1091   const APInt &APStepVal = C->getAPInt();
1092
1093   // Huge step value - give up.
1094   if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
1095     return 0;
1096
1097   int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
1098
1099   // Strided access.
1100   int64_t Stride = StepVal / Size;
1101   int64_t Rem = StepVal % Size;
1102   if (Rem)
1103     return 0;
1104
1105   // If the SCEV could wrap but we have an inbounds gep with a unit stride we
1106   // know we can't "wrap around the address space". In case of address space
1107   // zero we know that this won't happen without triggering undefined behavior.
1108   if (!IsNoWrapAddRec && Stride != 1 && Stride != -1 &&
1109       (IsInBoundsGEP || !NullPointerIsDefined(Lp->getHeader()->getParent(),
1110                                               PtrTy->getAddressSpace()))) {
1111     if (Assume) {
1112       // We can avoid this case by adding a run-time check.
1113       LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Non unit strided pointer which is not either "
1114                         << "inbounds or in address space 0 may wrap:\n"
1115                         << "LAA:   Pointer: " << *Ptr << "\n"
1116                         << "LAA:   SCEV: " << *AR << "\n"
1117                         << "LAA:   Added an overflow assumption\n");
1118       PSE.setNoOverflow(Ptr, SCEVWrapPredicate::IncrementNUSW);
1119     } else
1120       return 0;
1121   }
1122
1123   return Stride;
1124 }
1125
1126 bool llvm::sortPtrAccesses(ArrayRef<Value *> VL, const DataLayout &DL,
1127                            ScalarEvolution &SE,
1128                            SmallVectorImpl<unsigned> &SortedIndices) {
1129   assert(llvm::all_of(
1130              VL, [](const Value *V) { return V->getType()->isPointerTy(); }) &&
1131          "Expected list of pointer operands.");
1132   SmallVector<std::pair<int64_t, Value *>, 4> OffValPairs;
1133   OffValPairs.reserve(VL.size());
1134
1135   // Walk over the pointers, and map each of them to an offset relative to
1136   // first pointer in the array.
1137   Value *Ptr0 = VL[0];
1138   const SCEV *Scev0 = SE.getSCEV(Ptr0);
1139   Value *Obj0 = GetUnderlyingObject(Ptr0, DL);
1140
1141   llvm::SmallSet<int64_t, 4> Offsets;
1142   for (auto *Ptr : VL) {
1143     // TODO: Outline this code as a special, more time consuming, version of
1144     // computeConstantDifference() function.
1145     if (Ptr->getType()->getPointerAddressSpace() !=
1146         Ptr0->getType()->getPointerAddressSpace())
1147       return false;
1148     // If a pointer refers to a different underlying object, bail - the
1149     // pointers are by definition incomparable.
1150     Value *CurrObj = GetUnderlyingObject(Ptr, DL);
1151     if (CurrObj != Obj0)
1152       return false;
1153
1154     const SCEV *Scev = SE.getSCEV(Ptr);
1155     const auto *Diff = dyn_cast<SCEVConstant>(SE.getMinusSCEV(Scev, Scev0));
1156     // The pointers may not have a constant offset from each other, or SCEV
1157     // may just not be smart enough to figure out they do. Regardless,
1158     // there's nothing we can do.
1159     if (!Diff)
1160       return false;
1161
1162     // Check if the pointer with the same offset is found.
1163     int64_t Offset = Diff->getAPInt().getSExtValue();
1164     if (!Offsets.insert(Offset).second)
1165       return false;
1166     OffValPairs.emplace_back(Offset, Ptr);
1167   }
1168   SortedIndices.clear();
1169   SortedIndices.resize(VL.size());
1170   std::iota(SortedIndices.begin(), SortedIndices.end(), 0);
1171
1172   // Sort the memory accesses and keep the order of their uses in UseOrder.
1173   llvm::stable_sort(SortedIndices, [&](unsigned Left, unsigned Right) {
1174     return OffValPairs[Left].first < OffValPairs[Right].first;
1175   });
1176
1177   // Check if the order is consecutive already.
1178   if (llvm::all_of(SortedIndices, [&SortedIndices](const unsigned I) {
1179         return I == SortedIndices[I];
1180       }))
1181     SortedIndices.clear();
1182
1183   return true;
1184 }
1185
1186 /// Take the address space operand from the Load/Store instruction.
1187 /// Returns -1 if this is not a valid Load/Store instruction.
1188 static unsigned getAddressSpaceOperand(Value *I) {
1189   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I))
1190     return L->getPointerAddressSpace();
1191   if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(I))
1192     return S->getPointerAddressSpace();
1193   return -1;
1194 }
1195
1196 /// Returns true if the memory operations \p A and \p B are consecutive.
1197 bool llvm::isConsecutiveAccess(Value *A, Value *B, const DataLayout &DL,
1198                                ScalarEvolution &SE, bool CheckType) {
1199   Value *PtrA = getLoadStorePointerOperand(A);
1200   Value *PtrB = getLoadStorePointerOperand(B);
1201   unsigned ASA = getAddressSpaceOperand(A);
1202   unsigned ASB = getAddressSpaceOperand(B);
1203
1204   // Check that the address spaces match and that the pointers are valid.
1205   if (!PtrA || !PtrB || (ASA != ASB))
1206     return false;
1207
1208   // Make sure that A and B are different pointers.
1209   if (PtrA == PtrB)
1210     return false;
1211
1212   // Make sure that A and B have the same type if required.
1213   if (CheckType && PtrA->getType() != PtrB->getType())
1214     return false;
1215
1216   unsigned IdxWidth = DL.getIndexSizeInBits(ASA);
1217   Type *Ty = cast<PointerType>(PtrA->getType())->getElementType();
1218
1219   APInt OffsetA(IdxWidth, 0), OffsetB(IdxWidth, 0);
1220   PtrA = PtrA->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(DL, OffsetA);
1221   PtrB = PtrB->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(DL, OffsetB);
1222
1223   // Retrieve the address space again as pointer stripping now tracks through
1224   // `addrspacecast`.
1225   ASA = cast<PointerType>(PtrA->getType())->getAddressSpace();
1226   ASB = cast<PointerType>(PtrB->getType())->getAddressSpace();
1227   // Check that the address spaces match and that the pointers are valid.
1228   if (ASA != ASB)
1229     return false;
1230
1231   IdxWidth = DL.getIndexSizeInBits(ASA);
1232   OffsetA = OffsetA.sextOrTrunc(IdxWidth);
1233   OffsetB = OffsetB.sextOrTrunc(IdxWidth);
1234
1235   APInt Size(IdxWidth, DL.getTypeStoreSize(Ty));
1236
1237   //  OffsetDelta = OffsetB - OffsetA;
1238   const SCEV *OffsetSCEVA = SE.getConstant(OffsetA);
1239   const SCEV *OffsetSCEVB = SE.getConstant(OffsetB);
1240   const SCEV *OffsetDeltaSCEV = SE.getMinusSCEV(OffsetSCEVB, OffsetSCEVA);
1241   const APInt &OffsetDelta = cast<SCEVConstant>(OffsetDeltaSCEV)->getAPInt();
1242
1243   // Check if they are based on the same pointer. That makes the offsets
1244   // sufficient.
1245   if (PtrA == PtrB)
1246     return OffsetDelta == Size;
1247
1248   // Compute the necessary base pointer delta to have the necessary final delta
1249   // equal to the size.
1250   // BaseDelta = Size - OffsetDelta;
1251   const SCEV *SizeSCEV = SE.getConstant(Size);
1252   const SCEV *BaseDelta = SE.getMinusSCEV(SizeSCEV, OffsetDeltaSCEV);
1253
1254   // Otherwise compute the distance with SCEV between the base pointers.
1255   const SCEV *PtrSCEVA = SE.getSCEV(PtrA);
1256   const SCEV *PtrSCEVB = SE.getSCEV(PtrB);
1257   const SCEV *X = SE.getAddExpr(PtrSCEVA, BaseDelta);
1258   return X == PtrSCEVB;
1259 }
1260
1261 MemoryDepChecker::VectorizationSafetyStatus
1262 MemoryDepChecker::Dependence::isSafeForVectorization(DepType Type) {
1263   switch (Type) {
1264   case NoDep:
1265   case Forward:
1266   case BackwardVectorizable:
1267     return VectorizationSafetyStatus::Safe;
1268
1269   case Unknown:
1270     return VectorizationSafetyStatus::PossiblySafeWithRtChecks;
1271   case ForwardButPreventsForwarding:
1272   case Backward:
1273   case BackwardVectorizableButPreventsForwarding:
1274     return VectorizationSafetyStatus::Unsafe;
1275   }
1276   llvm_unreachable("unexpected DepType!");
1277 }
1278
1279 bool MemoryDepChecker::Dependence::isBackward() const {
1280   switch (Type) {
1281   case NoDep:
1282   case Forward:
1283   case ForwardButPreventsForwarding:
1284   case Unknown:
1285     return false;
1286
1287   case BackwardVectorizable:
1288   case Backward:
1289   case BackwardVectorizableButPreventsForwarding:
1290     return true;
1291   }
1292   llvm_unreachable("unexpected DepType!");
1293 }
1294
1295 bool MemoryDepChecker::Dependence::isPossiblyBackward() const {
1296   return isBackward() || Type == Unknown;
1297 }
1298
1299 bool MemoryDepChecker::Dependence::isForward() const {
1300   switch (Type) {
1301   case Forward:
1302   case ForwardButPreventsForwarding:
1303     return true;
1304
1305   case NoDep:
1306   case Unknown:
1307   case BackwardVectorizable:
1308   case Backward:
1309   case BackwardVectorizableButPreventsForwarding:
1310     return false;
1311   }
1312   llvm_unreachable("unexpected DepType!");
1313 }
1314
1315 bool MemoryDepChecker::couldPreventStoreLoadForward(uint64_t Distance,
1316                                                     uint64_t TypeByteSize) {
1317   // If loads occur at a distance that is not a multiple of a feasible vector
1318   // factor store-load forwarding does not take place.
1319   // Positive dependences might cause troubles because vectorizing them might
1320   // prevent store-load forwarding making vectorized code run a lot slower.
1321   //   a[i] = a[i-3] ^ a[i-8];
1322   //   The stores to a[i:i+1] don't align with the stores to a[i-3:i-2] and
1323   //   hence on your typical architecture store-load forwarding does not take
1324   //   place. Vectorizing in such cases does not make sense.
1325   // Store-load forwarding distance.
1326
1327   // After this many iterations store-to-load forwarding conflicts should not
1328   // cause any slowdowns.
1329   const uint64_t NumItersForStoreLoadThroughMemory = 8 * TypeByteSize;
1330   // Maximum vector factor.
1331   uint64_t MaxVFWithoutSLForwardIssues = std::min(
1332       VectorizerParams::MaxVectorWidth * TypeByteSize, MaxSafeDepDistBytes);
1333
1334   // Compute the smallest VF at which the store and load would be misaligned.
1335   for (uint64_t VF = 2 * TypeByteSize; VF <= MaxVFWithoutSLForwardIssues;
1336        VF *= 2) {
1337     // If the number of vector iteration between the store and the load are
1338     // small we could incur conflicts.
1339     if (Distance % VF && Distance / VF < NumItersForStoreLoadThroughMemory) {
1340       MaxVFWithoutSLForwardIssues = (VF >>= 1);
1341       break;
1342     }
1343   }
1344
1345   if (MaxVFWithoutSLForwardIssues < 2 * TypeByteSize) {
1346     LLVM_DEBUG(
1347         dbgs() << "LAA: Distance " << Distance
1348                << " that could cause a store-load forwarding conflict\n");
1349     return true;
1350   }
1351
1352   if (MaxVFWithoutSLForwardIssues < MaxSafeDepDistBytes &&
1353       MaxVFWithoutSLForwardIssues !=
1354           VectorizerParams::MaxVectorWidth * TypeByteSize)
1355     MaxSafeDepDistBytes = MaxVFWithoutSLForwardIssues;
1356   return false;
1357 }
1358
1359 void MemoryDepChecker::mergeInStatus(VectorizationSafetyStatus S) {
1360   if (Status < S)
1361     Status = S;
1362 }
1363
1364 /// Given a non-constant (unknown) dependence-distance \p Dist between two
1365 /// memory accesses, that have the same stride whose absolute value is given
1366 /// in \p Stride, and that have the same type size \p TypeByteSize,
1367 /// in a loop whose takenCount is \p BackedgeTakenCount, check if it is
1368 /// possible to prove statically that the dependence distance is larger
1369 /// than the range that the accesses will travel through the execution of
1370 /// the loop. If so, return true; false otherwise. This is useful for
1371 /// example in loops such as the following (PR31098):
1372 ///     for (i = 0; i < D; ++i) {
1373 ///                = out[i];
1374 ///       out[i+D] =
1375 ///     }
1376 static bool isSafeDependenceDistance(const DataLayout &DL, ScalarEvolution &SE,
1377                                      const SCEV &BackedgeTakenCount,
1378                                      const SCEV &Dist, uint64_t Stride,
1379                                      uint64_t TypeByteSize) {
1380
1381   // If we can prove that
1382   //      (**) |Dist| > BackedgeTakenCount * Step
1383   // where Step is the absolute stride of the memory accesses in bytes,
1384   // then there is no dependence.
1385   //
1386   // Rationale:
1387   // We basically want to check if the absolute distance (|Dist/Step|)
1388   // is >= the loop iteration count (or > BackedgeTakenCount).
1389   // This is equivalent to the Strong SIV Test (Practical Dependence Testing,
1390   // Section 4.2.1); Note, that for vectorization it is sufficient to prove
1391   // that the dependence distance is >= VF; This is checked elsewhere.
1392   // But in some cases we can prune unknown dependence distances early, and
1393   // even before selecting the VF, and without a runtime test, by comparing
1394   // the distance against the loop iteration count. Since the vectorized code
1395   // will be executed only if LoopCount >= VF, proving distance >= LoopCount
1396   // also guarantees that distance >= VF.
1397   //
1398   const uint64_t ByteStride = Stride * TypeByteSize;
1399   const SCEV *Step = SE.getConstant(BackedgeTakenCount.getType(), ByteStride);
1400   const SCEV *Product = SE.getMulExpr(&BackedgeTakenCount, Step);
1401
1402   const SCEV *CastedDist = &Dist;
1403   const SCEV *CastedProduct = Product;
1404   uint64_t DistTypeSize = DL.getTypeAllocSize(Dist.getType());
1405   uint64_t ProductTypeSize = DL.getTypeAllocSize(Product->getType());
1406
1407   // The dependence distance can be positive/negative, so we sign extend Dist;
1408   // The multiplication of the absolute stride in bytes and the
1409   // backedgeTakenCount is non-negative, so we zero extend Product.
1410   if (DistTypeSize > ProductTypeSize)
1411     CastedProduct = SE.getZeroExtendExpr(Product, Dist.getType());
1412   else
1413     CastedDist = SE.getNoopOrSignExtend(&Dist, Product->getType());
1414
1415   // Is  Dist - (BackedgeTakenCount * Step) > 0 ?
1416   // (If so, then we have proven (**) because |Dist| >= Dist)
1417   const SCEV *Minus = SE.getMinusSCEV(CastedDist, CastedProduct);
1418   if (SE.isKnownPositive(Minus))
1419     return true;
1420
1421   // Second try: Is  -Dist - (BackedgeTakenCount * Step) > 0 ?
1422   // (If so, then we have proven (**) because |Dist| >= -1*Dist)
1423   const SCEV *NegDist = SE.getNegativeSCEV(CastedDist);
1424   Minus = SE.getMinusSCEV(NegDist, CastedProduct);
1425   if (SE.isKnownPositive(Minus))
1426     return true;
1427
1428   return false;
1429 }
1430
1431 /// Check the dependence for two accesses with the same stride \p Stride.
1432 /// \p Distance is the positive distance and \p TypeByteSize is type size in
1433 /// bytes.
1434 ///
1435 /// \returns true if they are independent.
1436 static bool areStridedAccessesIndependent(uint64_t Distance, uint64_t Stride,
1437                                           uint64_t TypeByteSize) {
1438   assert(Stride > 1 && "The stride must be greater than 1");
1439   assert(TypeByteSize > 0 && "The type size in byte must be non-zero");
1440   assert(Distance > 0 && "The distance must be non-zero");
1441
1442   // Skip if the distance is not multiple of type byte size.
1443   if (Distance % TypeByteSize)
1444     return false;
1445
1446   uint64_t ScaledDist = Distance / TypeByteSize;
1447
1448   // No dependence if the scaled distance is not multiple of the stride.
1449   // E.g.
1450   //      for (i = 0; i < 1024 ; i += 4)
1451   //        A[i+2] = A[i] + 1;
1452   //
1453   // Two accesses in memory (scaled distance is 2, stride is 4):
1454   //     | A[0] |      |      |      | A[4] |      |      |      |
1455   //     |      |      | A[2] |      |      |      | A[6] |      |
1456   //
1457   // E.g.
1458   //      for (i = 0; i < 1024 ; i += 3)
1459   //        A[i+4] = A[i] + 1;
1460   //
1461   // Two accesses in memory (scaled distance is 4, stride is 3):
1462   //     | A[0] |      |      | A[3] |      |      | A[6] |      |      |
1463   //     |      |      |      |      | A[4] |      |      | A[7] |      |
1464   return ScaledDist % Stride;
1465 }
1466
1467 MemoryDepChecker::Dependence::DepType
1468 MemoryDepChecker::isDependent(const MemAccessInfo &A, unsigned AIdx,
1469                               const MemAccessInfo &B, unsigned BIdx,
1470                               const ValueToValueMap &Strides) {
1471   assert (AIdx < BIdx && "Must pass arguments in program order");
1472
1473   Value *APtr = A.getPointer();
1474   Value *BPtr = B.getPointer();
1475   bool AIsWrite = A.getInt();
1476   bool BIsWrite = B.getInt();
1477
1478   // Two reads are independent.
1479   if (!AIsWrite && !BIsWrite)
1480     return Dependence::NoDep;
1481
1482   // We cannot check pointers in different address spaces.
1483   if (APtr->getType()->getPointerAddressSpace() !=
1484       BPtr->getType()->getPointerAddressSpace())
1485     return Dependence::Unknown;
1486
1487   int64_t StrideAPtr = getPtrStride(PSE, APtr, InnermostLoop, Strides, true);
1488   int64_t StrideBPtr = getPtrStride(PSE, BPtr, InnermostLoop, Strides, true);
1489
1490   const SCEV *Src = PSE.getSCEV(APtr);
1491   const SCEV *Sink = PSE.getSCEV(BPtr);
1492
1493   // If the induction step is negative we have to invert source and sink of the
1494   // dependence.
1495   if (StrideAPtr < 0) {
1496     std::swap(APtr, BPtr);
1497     std::swap(Src, Sink);
1498     std::swap(AIsWrite, BIsWrite);
1499     std::swap(AIdx, BIdx);
1500     std::swap(StrideAPtr, StrideBPtr);
1501   }
1502
1503   const SCEV *Dist = PSE.getSE()->getMinusSCEV(Sink, Src);
1504
1505   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Src Scev: " << *Src << "Sink Scev: " << *Sink
1506                     << "(Induction step: " << StrideAPtr << ")\n");
1507   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Distance for " << *InstMap[AIdx] << " to "
1508                     << *InstMap[BIdx] << ": " << *Dist << "\n");
1509
1510   // Need accesses with constant stride. We don't want to vectorize
1511   // "A[B[i]] += ..." and similar code or pointer arithmetic that could wrap in
1512   // the address space.
1513   if (!StrideAPtr || !StrideBPtr || StrideAPtr != StrideBPtr){
1514     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Pointer access with non-constant stride\n");
1515     return Dependence::Unknown;
1516   }
1517
1518   Type *ATy = APtr->getType()->getPointerElementType();
1519   Type *BTy = BPtr->getType()->getPointerElementType();
1520   auto &DL = InnermostLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
1521   uint64_t TypeByteSize = DL.getTypeAllocSize(ATy);
1522   uint64_t Stride = std::abs(StrideAPtr);
1523   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Dist);
1524   if (!C) {
1525     if (TypeByteSize == DL.getTypeAllocSize(BTy) &&
1526         isSafeDependenceDistance(DL, *(PSE.getSE()),
1527                                  *(PSE.getBackedgeTakenCount()), *Dist, Stride,
1528                                  TypeByteSize))
1529       return Dependence::NoDep;
1530
1531     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Dependence because of non-constant distance\n");
1532     FoundNonConstantDistanceDependence = true;
1533     return Dependence::Unknown;
1534   }
1535
1536   const APInt &Val = C->getAPInt();
1537   int64_t Distance = Val.getSExtValue();
1538
1539   // Attempt to prove strided accesses independent.
1540   if (std::abs(Distance) > 0 && Stride > 1 && ATy == BTy &&
1541       areStridedAccessesIndependent(std::abs(Distance), Stride, TypeByteSize)) {
1542     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Strided accesses are independent\n");
1543     return Dependence::NoDep;
1544   }
1545
1546   // Negative distances are not plausible dependencies.
1547   if (Val.isNegative()) {
1548     bool IsTrueDataDependence = (AIsWrite && !BIsWrite);
1549     if (IsTrueDataDependence && EnableForwardingConflictDetection &&
1550         (couldPreventStoreLoadForward(Val.abs().getZExtValue(), TypeByteSize) ||
1551          ATy != BTy)) {
1552       LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Forward but may prevent st->ld forwarding\n");
1553       return Dependence::ForwardButPreventsForwarding;
1554     }
1555
1556     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Dependence is negative\n");
1557     return Dependence::Forward;
1558   }
1559
1560   // Write to the same location with the same size.
1561   // Could be improved to assert type sizes are the same (i32 == float, etc).
1562   if (Val == 0) {
1563     if (ATy == BTy)
1564       return Dependence::Forward;
1565     LLVM_DEBUG(
1566         dbgs() << "LAA: Zero dependence difference but different types\n");
1567     return Dependence::Unknown;
1568   }
1569
1570   assert(Val.isStrictlyPositive() && "Expect a positive value");
1571
1572   if (ATy != BTy) {
1573     LLVM_DEBUG(
1574         dbgs()
1575         << "LAA: ReadWrite-Write positive dependency with different types\n");
1576     return Dependence::Unknown;
1577   }
1578
1579   // Bail out early if passed-in parameters make vectorization not feasible.
1580   unsigned ForcedFactor = (VectorizerParams::VectorizationFactor ?
1581                            VectorizerParams::VectorizationFactor : 1);
1582   unsigned ForcedUnroll = (VectorizerParams::VectorizationInterleave ?
1583                            VectorizerParams::VectorizationInterleave : 1);
1584   // The minimum number of iterations for a vectorized/unrolled version.
1585   unsigned MinNumIter = std::max(ForcedFactor * ForcedUnroll, 2U);
1586
1587   // It's not vectorizable if the distance is smaller than the minimum distance
1588   // needed for a vectroized/unrolled version. Vectorizing one iteration in
1589   // front needs TypeByteSize * Stride. Vectorizing the last iteration needs
1590   // TypeByteSize (No need to plus the last gap distance).
1591   //
1592   // E.g. Assume one char is 1 byte in memory and one int is 4 bytes.
1593   //      foo(int *A) {
1594   //        int *B = (int *)((char *)A + 14);
1595   //        for (i = 0 ; i < 1024 ; i += 2)
1596   //          B[i] = A[i] + 1;
1597   //      }
1598   //
1599   // Two accesses in memory (stride is 2):
1600   //     | A[0] |      | A[2] |      | A[4] |      | A[6] |      |
1601   //                              | B[0] |      | B[2] |      | B[4] |
1602   //
1603   // Distance needs for vectorizing iterations except the last iteration:
1604   // 4 * 2 * (MinNumIter - 1). Distance needs for the last iteration: 4.
1605   // So the minimum distance needed is: 4 * 2 * (MinNumIter - 1) + 4.
1606   //
1607   // If MinNumIter is 2, it is vectorizable as the minimum distance needed is
1608   // 12, which is less than distance.
1609   //
1610   // If MinNumIter is 4 (Say if a user forces the vectorization factor to be 4),
1611   // the minimum distance needed is 28, which is greater than distance. It is
1612   // not safe to do vectorization.
1613   uint64_t MinDistanceNeeded =
1614       TypeByteSize * Stride * (MinNumIter - 1) + TypeByteSize;
1615   if (MinDistanceNeeded > static_cast<uint64_t>(Distance)) {
1616     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Failure because of positive distance "
1617                       << Distance << '\n');
1618     return Dependence::Backward;
1619   }
1620
1621   // Unsafe if the minimum distance needed is greater than max safe distance.
1622   if (MinDistanceNeeded > MaxSafeDepDistBytes) {
1623     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Failure because it needs at least "
1624                       << MinDistanceNeeded << " size in bytes");
1625     return Dependence::Backward;
1626   }
1627
1628   // Positive distance bigger than max vectorization factor.
1629   // FIXME: Should use max factor instead of max distance in bytes, which could
1630   // not handle different types.
1631   // E.g. Assume one char is 1 byte in memory and one int is 4 bytes.
1632   //      void foo (int *A, char *B) {
1633   //        for (unsigned i = 0; i < 1024; i++) {
1634   //          A[i+2] = A[i] + 1;
1635   //          B[i+2] = B[i] + 1;
1636   //        }
1637   //      }
1638   //
1639   // This case is currently unsafe according to the max safe distance. If we
1640   // analyze the two accesses on array B, the max safe dependence distance
1641   // is 2. Then we analyze the accesses on array A, the minimum distance needed
1642   // is 8, which is less than 2 and forbidden vectorization, But actually
1643   // both A and B could be vectorized by 2 iterations.
1644   MaxSafeDepDistBytes =
1645       std::min(static_cast<uint64_t>(Distance), MaxSafeDepDistBytes);
1646
1647   bool IsTrueDataDependence = (!AIsWrite && BIsWrite);
1648   if (IsTrueDataDependence && EnableForwardingConflictDetection &&
1649       couldPreventStoreLoadForward(Distance, TypeByteSize))
1650     return Dependence::BackwardVectorizableButPreventsForwarding;
1651
1652   uint64_t MaxVF = MaxSafeDepDistBytes / (TypeByteSize * Stride);
1653   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Positive distance " << Val.getSExtValue()
1654                     << " with max VF = " << MaxVF << '\n');
1655   uint64_t MaxVFInBits = MaxVF * TypeByteSize * 8;
1656   MaxSafeRegisterWidth = std::min(MaxSafeRegisterWidth, MaxVFInBits);
1657   return Dependence::BackwardVectorizable;
1658 }
1659
1660 bool MemoryDepChecker::areDepsSafe(DepCandidates &AccessSets,
1661                                    MemAccessInfoList &CheckDeps,
1662                                    const ValueToValueMap &Strides) {
1663
1664   MaxSafeDepDistBytes = -1;
1665   SmallPtrSet<MemAccessInfo, 8> Visited;
1666   for (MemAccessInfo CurAccess : CheckDeps) {
1667     if (Visited.count(CurAccess))
1668       continue;
1669
1670     // Get the relevant memory access set.
1671     EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::iterator I =
1672       AccessSets.findValue(AccessSets.getLeaderValue(CurAccess));
1673
1674     // Check accesses within this set.
1675     EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::member_iterator AI =
1676         AccessSets.member_begin(I);
1677     EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::member_iterator AE =
1678         AccessSets.member_end();
1679
1680     // Check every access pair.
1681     while (AI != AE) {
1682       Visited.insert(*AI);
1683       bool AIIsWrite = AI->getInt();
1684       // Check loads only against next equivalent class, but stores also against
1685       // other stores in the same equivalence class - to the same address.
1686       EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::member_iterator OI =
1687           (AIIsWrite ? AI : std::next(AI));
1688       while (OI != AE) {
1689         // Check every accessing instruction pair in program order.
1690         for (std::vector<unsigned>::iterator I1 = Accesses[*AI].begin(),
1691              I1E = Accesses[*AI].end(); I1 != I1E; ++I1)
1692           // Scan all accesses of another equivalence class, but only the next
1693           // accesses of the same equivalent class.
1694           for (std::vector<unsigned>::iterator
1695                    I2 = (OI == AI ? std::next(I1) : Accesses[*OI].begin()),
1696                    I2E = (OI == AI ? I1E : Accesses[*OI].end());
1697                I2 != I2E; ++I2) {
1698             auto A = std::make_pair(&*AI, *I1);
1699             auto B = std::make_pair(&*OI, *I2);
1700
1701             assert(*I1 != *I2);
1702             if (*I1 > *I2)
1703               std::swap(A, B);
1704
1705             Dependence::DepType Type =
1706                 isDependent(*A.first, A.second, *B.first, B.second, Strides);
1707             mergeInStatus(Dependence::isSafeForVectorization(Type));
1708
1709             // Gather dependences unless we accumulated MaxDependences
1710             // dependences.  In that case return as soon as we find the first
1711             // unsafe dependence.  This puts a limit on this quadratic
1712             // algorithm.
1713             if (RecordDependences) {
1714               if (Type != Dependence::NoDep)
1715                 Dependences.push_back(Dependence(A.second, B.second, Type));
1716
1717               if (Dependences.size() >= MaxDependences) {
1718                 RecordDependences = false;
1719                 Dependences.clear();
1720                 LLVM_DEBUG(dbgs()
1721                            << "Too many dependences, stopped recording\n");
1722               }
1723             }
1724             if (!RecordDependences && !isSafeForVectorization())
1725               return false;
1726           }
1727         ++OI;
1728       }
1729       AI++;
1730     }
1731   }
1732
1733   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Total Dependences: " << Dependences.size() << "\n");
1734   return isSafeForVectorization();
1735 }
1736
1737 SmallVector<Instruction *, 4>
1738 MemoryDepChecker::getInstructionsForAccess(Value *Ptr, bool isWrite) const {
1739   MemAccessInfo Access(Ptr, isWrite);
1740   auto &IndexVector = Accesses.find(Access)->second;
1741
1742   SmallVector<Instruction *, 4> Insts;
1743   transform(IndexVector,
1744                  std::back_inserter(Insts),
1745                  [&](unsigned Idx) { return this->InstMap[Idx]; });
1746   return Insts;
1747 }
1748
1749 const char *MemoryDepChecker::Dependence::DepName[] = {
1750     "NoDep", "Unknown", "Forward", "ForwardButPreventsForwarding", "Backward",
1751     "BackwardVectorizable", "BackwardVectorizableButPreventsForwarding"};
1752
1753 void MemoryDepChecker::Dependence::print(
1754     raw_ostream &OS, unsigned Depth,
1755     const SmallVectorImpl<Instruction *> &Instrs) const {
1756   OS.indent(Depth) << DepName[Type] << ":\n";
1757   OS.indent(Depth + 2) << *Instrs[Source] << " -> \n";
1758   OS.indent(Depth + 2) << *Instrs[Destination] << "\n";
1759 }
1760
1761 bool LoopAccessInfo::canAnalyzeLoop() {
1762   // We need to have a loop header.
1763   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a loop in "
1764                     << TheLoop->getHeader()->getParent()->getName() << ": "
1765                     << TheLoop->getHeader()->getName() << '\n');
1766
1767   // We can only analyze innermost loops.
1768   if (!TheLoop->empty()) {
1769     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: loop is not the innermost loop\n");
1770     recordAnalysis("NotInnerMostLoop") << "loop is not the innermost loop";
1771     return false;
1772   }
1773
1774   // We must have a single backedge.
1775   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1) {
1776     LLVM_DEBUG(
1777         dbgs() << "LAA: loop control flow is not understood by analyzer\n");
1778     recordAnalysis("CFGNotUnderstood")
1779         << "loop control flow is not understood by analyzer";
1780     return false;
1781   }
1782
1783   // We must have a single exiting block.
1784   if (!TheLoop->getExitingBlock()) {
1785     LLVM_DEBUG(
1786         dbgs() << "LAA: loop control flow is not understood by analyzer\n");
1787     recordAnalysis("CFGNotUnderstood")
1788         << "loop control flow is not understood by analyzer";
1789     return false;
1790   }
1791
1792   // We only handle bottom-tested loops, i.e. loop in which the condition is
1793   // checked at the end of each iteration. With that we can assume that all
1794   // instructions in the loop are executed the same number of times.
1795   if (TheLoop->getExitingBlock() != TheLoop->getLoopLatch()) {
1796     LLVM_DEBUG(
1797         dbgs() << "LAA: loop control flow is not understood by analyzer\n");
1798     recordAnalysis("CFGNotUnderstood")
1799         << "loop control flow is not understood by analyzer";
1800     return false;
1801   }
1802
1803   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
1804   const SCEV *ExitCount = PSE->getBackedgeTakenCount();
1805   if (ExitCount == PSE->getSE()->getCouldNotCompute()) {
1806     recordAnalysis("CantComputeNumberOfIterations")
1807         << "could not determine number of loop iterations";
1808     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
1809     return false;
1810   }
1811
1812   return true;
1813 }
1814
1815 void LoopAccessInfo::analyzeLoop(AAResults *AA, LoopInfo *LI,
1816                                  const TargetLibraryInfo *TLI,
1817                                  DominatorTree *DT) {
1818   typedef SmallPtrSet<Value*, 16> ValueSet;
1819
1820   // Holds the Load and Store instructions.
1821   SmallVector<LoadInst *, 16> Loads;
1822   SmallVector<StoreInst *, 16> Stores;
1823
1824   // Holds all the different accesses in the loop.
1825   unsigned NumReads = 0;
1826   unsigned NumReadWrites = 0;
1827
1828   bool HasComplexMemInst = false;
1829
1830   // A runtime check is only legal to insert if there are no convergent calls.
1831   HasConvergentOp = false;
1832
1833   PtrRtChecking->Pointers.clear();
1834   PtrRtChecking->Need = false;
1835
1836   const bool IsAnnotatedParallel = TheLoop->isAnnotatedParallel();
1837
1838   const bool EnableMemAccessVersioningOfLoop =
1839       EnableMemAccessVersioning &&
1840       !TheLoop->getHeader()->getParent()->hasOptSize();
1841
1842   // For each block.
1843   for (BasicBlock *BB : TheLoop->blocks()) {
1844     // Scan the BB and collect legal loads and stores. Also detect any
1845     // convergent instructions.
1846     for (Instruction &I : *BB) {
1847       if (auto *Call = dyn_cast<CallBase>(&I)) {
1848         if (Call->isConvergent())
1849           HasConvergentOp = true;
1850       }
1851
1852       // With both a non-vectorizable memory instruction and a convergent
1853       // operation, found in this loop, no reason to continue the search.
1854       if (HasComplexMemInst && HasConvergentOp) {
1855         CanVecMem = false;
1856         return;
1857       }
1858
1859       // Avoid hitting recordAnalysis multiple times.
1860       if (HasComplexMemInst)
1861         continue;
1862
1863       // If this is a load, save it. If this instruction can read from memory
1864       // but is not a load, then we quit. Notice that we don't handle function
1865       // calls that read or write.
1866       if (I.mayReadFromMemory()) {
1867         // Many math library functions read the rounding mode. We will only
1868         // vectorize a loop if it contains known function calls that don't set
1869         // the flag. Therefore, it is safe to ignore this read from memory.
1870         auto *Call = dyn_cast<CallInst>(&I);
1871         if (Call && getVectorIntrinsicIDForCall(Call, TLI))
1872           continue;
1873
1874         // If the function has an explicit vectorized counterpart, we can safely
1875         // assume that it can be vectorized.
1876         if (Call && !Call->isNoBuiltin() && Call->getCalledFunction() &&
1877             !VFDatabase::getMappings(*Call).empty())
1878           continue;
1879
1880         auto *Ld = dyn_cast<LoadInst>(&I);
1881         if (!Ld) {
1882           recordAnalysis("CantVectorizeInstruction", Ld)
1883             << "instruction cannot be vectorized";
1884           HasComplexMemInst = true;
1885           continue;
1886         }
1887         if (!Ld->isSimple() && !IsAnnotatedParallel) {
1888           recordAnalysis("NonSimpleLoad", Ld)
1889               << "read with atomic ordering or volatile read";
1890           LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a non-simple load.\n");
1891           HasComplexMemInst = true;
1892           continue;
1893         }
1894         NumLoads++;
1895         Loads.push_back(Ld);
1896         DepChecker->addAccess(Ld);
1897         if (EnableMemAccessVersioningOfLoop)
1898           collectStridedAccess(Ld);
1899         continue;
1900       }
1901
1902       // Save 'store' instructions. Abort if other instructions write to memory.
1903       if (I.mayWriteToMemory()) {
1904         auto *St = dyn_cast<StoreInst>(&I);
1905         if (!St) {
1906           recordAnalysis("CantVectorizeInstruction", St)
1907               << "instruction cannot be vectorized";
1908           HasComplexMemInst = true;
1909           continue;
1910         }
1911         if (!St->isSimple() && !IsAnnotatedParallel) {
1912           recordAnalysis("NonSimpleStore", St)
1913               << "write with atomic ordering or volatile write";
1914           LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a non-simple store.\n");
1915           HasComplexMemInst = true;
1916           continue;
1917         }
1918         NumStores++;
1919         Stores.push_back(St);
1920         DepChecker->addAccess(St);
1921         if (EnableMemAccessVersioningOfLoop)
1922           collectStridedAccess(St);
1923       }
1924     } // Next instr.
1925   } // Next block.
1926
1927   if (HasComplexMemInst) {
1928     CanVecMem = false;
1929     return;
1930   }
1931
1932   // Now we have two lists that hold the loads and the stores.
1933   // Next, we find the pointers that they use.
1934
1935   // Check if we see any stores. If there are no stores, then we don't
1936   // care if the pointers are *restrict*.
1937   if (!Stores.size()) {
1938     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a read-only loop!\n");
1939     CanVecMem = true;
1940     return;
1941   }
1942
1943   MemoryDepChecker::DepCandidates DependentAccesses;
1944   AccessAnalysis Accesses(TheLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout(),
1945                           TheLoop, AA, LI, DependentAccesses, *PSE);
1946
1947   // Holds the analyzed pointers. We don't want to call GetUnderlyingObjects
1948   // multiple times on the same object. If the ptr is accessed twice, once
1949   // for read and once for write, it will only appear once (on the write
1950   // list). This is okay, since we are going to check for conflicts between
1951   // writes and between reads and writes, but not between reads and reads.
1952   ValueSet Seen;
1953
1954   // Record uniform store addresses to identify if we have multiple stores
1955   // to the same address.
1956   ValueSet UniformStores;
1957
1958   for (StoreInst *ST : Stores) {
1959     Value *Ptr = ST->getPointerOperand();
1960
1961     if (isUniform(Ptr))
1962       HasDependenceInvolvingLoopInvariantAddress |=
1963           !UniformStores.insert(Ptr).second;
1964
1965     // If we did *not* see this pointer before, insert it to  the read-write
1966     // list. At this phase it is only a 'write' list.
1967     if (Seen.insert(Ptr).second) {
1968       ++NumReadWrites;
1969
1970       MemoryLocation Loc = MemoryLocation::get(ST);
1971       // The TBAA metadata could have a control dependency on the predication
1972       // condition, so we cannot rely on it when determining whether or not we
1973       // need runtime pointer checks.
1974       if (blockNeedsPredication(ST->getParent(), TheLoop, DT))
1975         Loc.AATags.TBAA = nullptr;
1976
1977       Accesses.addStore(Loc);
1978     }
1979   }
1980
1981   if (IsAnnotatedParallel) {
1982     LLVM_DEBUG(
1983         dbgs() << "LAA: A loop annotated parallel, ignore memory dependency "
1984                << "checks.\n");
1985     CanVecMem = true;
1986     return;
1987   }
1988
1989   for (LoadInst *LD : Loads) {
1990     Value *Ptr = LD->getPointerOperand();
1991     // If we did *not* see this pointer before, insert it to the
1992     // read list. If we *did* see it before, then it is already in
1993     // the read-write list. This allows us to vectorize expressions
1994     // such as A[i] += x;  Because the address of A[i] is a read-write
1995     // pointer. This only works if the index of A[i] is consecutive.
1996     // If the address of i is unknown (for example A[B[i]]) then we may
1997     // read a few words, modify, and write a few words, and some of the
1998     // words may be written to the same address.
1999     bool IsReadOnlyPtr = false;
2000     if (Seen.insert(Ptr).second ||
2001         !getPtrStride(*PSE, Ptr, TheLoop, SymbolicStrides)) {
2002       ++NumReads;
2003       IsReadOnlyPtr = true;
2004     }
2005
2006     // See if there is an unsafe dependency between a load to a uniform address and
2007     // store to the same uniform address.
2008     if (UniformStores.count(Ptr)) {
2009       LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Found an unsafe dependency between a uniform "
2010                            "load and uniform store to the same address!\n");
2011       HasDependenceInvolvingLoopInvariantAddress = true;
2012     }
2013
2014     MemoryLocation Loc = MemoryLocation::get(LD);
2015     // The TBAA metadata could have a control dependency on the predication
2016     // condition, so we cannot rely on it when determining whether or not we
2017     // need runtime pointer checks.
2018     if (blockNeedsPredication(LD->getParent(), TheLoop, DT))
2019       Loc.AATags.TBAA = nullptr;
2020
2021     Accesses.addLoad(Loc, IsReadOnlyPtr);
2022   }
2023
2024   // If we write (or read-write) to a single destination and there are no
2025   // other reads in this loop then is it safe to vectorize.
2026   if (NumReadWrites == 1 && NumReads == 0) {
2027     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a write-only loop!\n");
2028     CanVecMem = true;
2029     return;
2030   }
2031
2032   // Build dependence sets and check whether we need a runtime pointer bounds
2033   // check.
2034   Accesses.buildDependenceSets();
2035
2036   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
2037   // to place a runtime bound check.
2038   bool CanDoRTIfNeeded = Accesses.canCheckPtrAtRT(*PtrRtChecking, PSE->getSE(),
2039                                                   TheLoop, SymbolicStrides);
2040   if (!CanDoRTIfNeeded) {
2041     recordAnalysis("CantIdentifyArrayBounds") << "cannot identify array bounds";
2042     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: We can't vectorize because we can't find "
2043                       << "the array bounds.\n");
2044     CanVecMem = false;
2045     return;
2046   }
2047
2048   LLVM_DEBUG(
2049     dbgs() << "LAA: May be able to perform a memory runtime check if needed.\n");
2050
2051   CanVecMem = true;
2052   if (Accesses.isDependencyCheckNeeded()) {
2053     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Checking memory dependencies\n");
2054     CanVecMem = DepChecker->areDepsSafe(
2055         DependentAccesses, Accesses.getDependenciesToCheck(), SymbolicStrides);
2056     MaxSafeDepDistBytes = DepChecker->getMaxSafeDepDistBytes();
2057
2058     if (!CanVecMem && DepChecker->shouldRetryWithRuntimeCheck()) {
2059       LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Retrying with memory checks\n");
2060
2061       // Clear the dependency checks. We assume they are not needed.
2062       Accesses.resetDepChecks(*DepChecker);
2063
2064       PtrRtChecking->reset();
2065       PtrRtChecking->Need = true;
2066
2067       auto *SE = PSE->getSE();
2068       CanDoRTIfNeeded = Accesses.canCheckPtrAtRT(*PtrRtChecking, SE, TheLoop,
2069                                                  SymbolicStrides, true);
2070
2071       // Check that we found the bounds for the pointer.
2072       if (!CanDoRTIfNeeded) {
2073         recordAnalysis("CantCheckMemDepsAtRunTime")
2074             << "cannot check memory dependencies at runtime";
2075         LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Can't vectorize with memory checks\n");
2076         CanVecMem = false;
2077         return;
2078       }
2079
2080       CanVecMem = true;
2081     }
2082   }
2083
2084   if (HasConvergentOp) {
2085     recordAnalysis("CantInsertRuntimeCheckWithConvergent")
2086       << "cannot add control dependency to convergent operation";
2087     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: We can't vectorize because a runtime check "
2088                          "would be needed with a convergent operation\n");
2089     CanVecMem = false;
2090     return;
2091   }
2092
2093   if (CanVecMem)
2094     LLVM_DEBUG(
2095         dbgs() << "LAA: No unsafe dependent memory operations in loop.  We"
2096                << (PtrRtChecking->Need ? "" : " don't")
2097                << " need runtime memory checks.\n");
2098   else {
2099     recordAnalysis("UnsafeMemDep")
2100         << "unsafe dependent memory operations in loop. Use "
2101            "#pragma loop distribute(enable) to allow loop distribution "
2102            "to attempt to isolate the offending operations into a separate "
2103            "loop";
2104     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: unsafe dependent memory operations in loop\n");
2105   }
2106 }
2107
2108 bool LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB, Loop *TheLoop,
2109                                            DominatorTree *DT)  {
2110   assert(TheLoop->contains(BB) && "Unknown block used");
2111
2112   // Blocks that do not dominate the latch need predication.
2113   BasicBlock* Latch = TheLoop->getLoopLatch();
2114   return !DT->dominates(BB, Latch);
2115 }
2116
2117 OptimizationRemarkAnalysis &LoopAccessInfo::recordAnalysis(StringRef RemarkName,
2118                                                            Instruction *I) {
2119   assert(!Report && "Multiple reports generated");
2120
2121   Value *CodeRegion = TheLoop->getHeader();
2122   DebugLoc DL = TheLoop->getStartLoc();
2123
2124   if (I) {
2125     CodeRegion = I->getParent();
2126     // If there is no debug location attached to the instruction, revert back to
2127     // using the loop's.
2128     if (I->getDebugLoc())
2129       DL = I->getDebugLoc();
2130   }
2131
2132   Report = std::make_unique<OptimizationRemarkAnalysis>(DEBUG_TYPE, RemarkName, DL,
2133                                                    CodeRegion);
2134   return *Report;
2135 }
2136
2137 bool LoopAccessInfo::isUniform(Value *V) const {
2138   auto *SE = PSE->getSE();
2139   // Since we rely on SCEV for uniformity, if the type is not SCEVable, it is
2140   // never considered uniform.
2141   // TODO: Is this really what we want? Even without FP SCEV, we may want some
2142   // trivially loop-invariant FP values to be considered uniform.
2143   if (!SE->isSCEVable(V->getType()))
2144     return false;
2145   return (SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(V), TheLoop));
2146 }
2147
2148 void LoopAccessInfo::collectStridedAccess(Value *MemAccess) {
2149   Value *Ptr = nullptr;
2150   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(MemAccess))
2151     Ptr = LI->getPointerOperand();
2152   else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(MemAccess))
2153     Ptr = SI->getPointerOperand();
2154   else
2155     return;
2156
2157   Value *Stride = getStrideFromPointer(Ptr, PSE->getSE(), TheLoop);
2158   if (!Stride)
2159     return;
2160
2161   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a strided access that is a candidate for "
2162                        "versioning:");
2163   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Ptr: " << *Ptr << " Stride: " << *Stride << "\n");
2164
2165   // Avoid adding the "Stride == 1" predicate when we know that
2166   // Stride >= Trip-Count. Such a predicate will effectively optimize a single
2167   // or zero iteration loop, as Trip-Count <= Stride == 1.
2168   //
2169   // TODO: We are currently not making a very informed decision on when it is
2170   // beneficial to apply stride versioning. It might make more sense that the
2171   // users of this analysis (such as the vectorizer) will trigger it, based on
2172   // their specific cost considerations; For example, in cases where stride
2173   // versioning does  not help resolving memory accesses/dependences, the
2174   // vectorizer should evaluate the cost of the runtime test, and the benefit
2175   // of various possible stride specializations, considering the alternatives
2176   // of using gather/scatters (if available).
2177
2178   const SCEV *StrideExpr = PSE->getSCEV(Stride);
2179   const SCEV *BETakenCount = PSE->getBackedgeTakenCount();
2180
2181   // Match the types so we can compare the stride and the BETakenCount.
2182   // The Stride can be positive/negative, so we sign extend Stride;
2183   // The backedgeTakenCount is non-negative, so we zero extend BETakenCount.
2184   const DataLayout &DL = TheLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
2185   uint64_t StrideTypeSize = DL.getTypeAllocSize(StrideExpr->getType());
2186   uint64_t BETypeSize = DL.getTypeAllocSize(BETakenCount->getType());
2187   const SCEV *CastedStride = StrideExpr;
2188   const SCEV *CastedBECount = BETakenCount;
2189   ScalarEvolution *SE = PSE->getSE();
2190   if (BETypeSize >= StrideTypeSize)
2191     CastedStride = SE->getNoopOrSignExtend(StrideExpr, BETakenCount->getType());
2192   else
2193     CastedBECount = SE->getZeroExtendExpr(BETakenCount, StrideExpr->getType());
2194   const SCEV *StrideMinusBETaken = SE->getMinusSCEV(CastedStride, CastedBECount);
2195   // Since TripCount == BackEdgeTakenCount + 1, checking:
2196   // "Stride >= TripCount" is equivalent to checking:
2197   // Stride - BETakenCount > 0
2198   if (SE->isKnownPositive(StrideMinusBETaken)) {
2199     LLVM_DEBUG(
2200         dbgs() << "LAA: Stride>=TripCount; No point in versioning as the "
2201                   "Stride==1 predicate will imply that the loop executes "
2202                   "at most once.\n");
2203     return;
2204   }
2205   LLVM_DEBUG(dbgs() << "LAA: Found a strided access that we can version.");
2206
2207   SymbolicStrides[Ptr] = Stride;
2208   StrideSet.insert(Stride);
2209 }
2210
2211 LoopAccessInfo::LoopAccessInfo(Loop *L, ScalarEvolution *SE,
2212                                const TargetLibraryInfo *TLI, AAResults *AA,
2213                                DominatorTree *DT, LoopInfo *LI)
2214     : PSE(std::make_unique<PredicatedScalarEvolution>(*SE, *L)),
2215       PtrRtChecking(std::make_unique<RuntimePointerChecking>(SE)),
2216       DepChecker(std::make_unique<MemoryDepChecker>(*PSE, L)), TheLoop(L),
2217       NumLoads(0), NumStores(0), MaxSafeDepDistBytes(-1), CanVecMem(false),
2218       HasConvergentOp(false),
2219       HasDependenceInvolvingLoopInvariantAddress(false) {
2220   if (canAnalyzeLoop())
2221     analyzeLoop(AA, LI, TLI, DT);
2222 }
2223
2224 void LoopAccessInfo::print(raw_ostream &OS, unsigned Depth) const {
2225   if (CanVecMem) {
2226     OS.indent(Depth) << "Memory dependences are safe";
2227     if (MaxSafeDepDistBytes != -1ULL)
2228       OS << " with a maximum dependence distance of " << MaxSafeDepDistBytes
2229          << " bytes";
2230     if (PtrRtChecking->Need)
2231       OS << " with run-time checks";
2232     OS << "\n";
2233   }
2234
2235   if (HasConvergentOp)
2236     OS.indent(Depth) << "Has convergent operation in loop\n";
2237
2238   if (Report)
2239     OS.indent(Depth) << "Report: " << Report->getMsg() << "\n";
2240
2241   if (auto *Dependences = DepChecker->getDependences()) {
2242     OS.indent(Depth) << "Dependences:\n";
2243     for (auto &Dep : *Dependences) {
2244       Dep.print(OS, Depth + 2, DepChecker->getMemoryInstructions());
2245       OS << "\n";
2246     }
2247   } else
2248     OS.indent(Depth) << "Too many dependences, not recorded\n";
2249
2250   // List the pair of accesses need run-time checks to prove independence.
2251   PtrRtChecking->print(OS, Depth);
2252   OS << "\n";
2253
2254   OS.indent(Depth) << "Non vectorizable stores to invariant address were "
2255                    << (HasDependenceInvolvingLoopInvariantAddress ? "" : "not ")
2256                    << "found in loop.\n";
2257
2258   OS.indent(Depth) << "SCEV assumptions:\n";
2259   PSE->getUnionPredicate().print(OS, Depth);
2260
2261   OS << "\n";
2262
2263   OS.indent(Depth) << "Expressions re-written:\n";
2264   PSE->print(OS, Depth);
2265 }
2266
2267 LoopAccessLegacyAnalysis::LoopAccessLegacyAnalysis() : FunctionPass(ID) {
2268   initializeLoopAccessLegacyAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2269 }
2270
2271 const LoopAccessInfo &LoopAccessLegacyAnalysis::getInfo(Loop *L) {
2272   auto &LAI = LoopAccessInfoMap[L];
2273
2274   if (!LAI)
2275     LAI = std::make_unique<LoopAccessInfo>(L, SE, TLI, AA, DT, LI);
2276
2277   return *LAI.get();
2278 }
2279
2280 void LoopAccessLegacyAnalysis::print(raw_ostream &OS, const Module *M) const {
2281   LoopAccessLegacyAnalysis &LAA = *const_cast<LoopAccessLegacyAnalysis *>(this);
2282
2283   for (Loop *TopLevelLoop : *LI)
2284     for (Loop *L : depth_first(TopLevelLoop)) {
2285       OS.indent(2) << L->getHeader()->getName() << ":\n";
2286       auto &LAI = LAA.getInfo(L);
2287       LAI.print(OS, 4);
2288     }
2289 }
2290
2291 bool LoopAccessLegacyAnalysis::runOnFunction(Function &F) {
2292   SE = &getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
2293   auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
2294   TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI(F) : nullptr;
2295   AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
2296   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
2297   LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
2298
2299   return false;
2300 }
2301
2302 void LoopAccessLegacyAnalysis::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
2303     AU.addRequired<ScalarEvolutionWrapperPass>();
2304     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
2305     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
2306     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
2307
2308     AU.setPreservesAll();
2309 }
2310
2311 char LoopAccessLegacyAnalysis::ID = 0;
2312 static const char laa_name[] = "Loop Access Analysis";
2313 #define LAA_NAME "loop-accesses"
2314
2315 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopAccessLegacyAnalysis, LAA_NAME, laa_name, false, true)
2316 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
2317 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolutionWrapperPass)
2318 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
2319 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
2320 INITIALIZE_PASS_END(LoopAccessLegacyAnalysis, LAA_NAME, laa_name, false, true)
2321
2322 AnalysisKey LoopAccessAnalysis::Key;
2323
2324 LoopAccessInfo LoopAccessAnalysis::run(Loop &L, LoopAnalysisManager &AM,
2325                                        LoopStandardAnalysisResults &AR) {
2326   return LoopAccessInfo(&L, &AR.SE, &AR.TLI, &AR.AA, &AR.DT, &AR.LI);
2327 }
2328
2329 namespace llvm {
2330
2331   Pass *createLAAPass() {
2332     return new LoopAccessLegacyAnalysis();
2333   }
2334
2335 } // end namespace llvm