]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/10.2.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Vectorize/LoopVectorize.cpp
- Copy stable/10@285827 to releng/10.2 in preparation for 10.2-RC1
[FreeBSD/releng/10.2.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Vectorize / LoopVectorize.cpp
1 //===- LoopVectorize.cpp - A Loop Vectorizer ------------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This is the LLVM loop vectorizer. This pass modifies 'vectorizable' loops
11 // and generates target-independent LLVM-IR.
12 // The vectorizer uses the TargetTransformInfo analysis to estimate the costs
13 // of instructions in order to estimate the profitability of vectorization.
14 //
15 // The loop vectorizer combines consecutive loop iterations into a single
16 // 'wide' iteration. After this transformation the index is incremented
17 // by the SIMD vector width, and not by one.
18 //
19 // This pass has three parts:
20 // 1. The main loop pass that drives the different parts.
21 // 2. LoopVectorizationLegality - A unit that checks for the legality
22 //    of the vectorization.
23 // 3. InnerLoopVectorizer - A unit that performs the actual
24 //    widening of instructions.
25 // 4. LoopVectorizationCostModel - A unit that checks for the profitability
26 //    of vectorization. It decides on the optimal vector width, which
27 //    can be one, if vectorization is not profitable.
28 //
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30 //
31 // The reduction-variable vectorization is based on the paper:
32 //  D. Nuzman and R. Henderson. Multi-platform Auto-vectorization.
33 //
34 // Variable uniformity checks are inspired by:
35 //  Karrenberg, R. and Hack, S. Whole Function Vectorization.
36 //
37 // Other ideas/concepts are from:
38 //  A. Zaks and D. Nuzman. Autovectorization in GCC-two years later.
39 //
40 //  S. Maleki, Y. Gao, M. Garzaran, T. Wong and D. Padua.  An Evaluation of
41 //  Vectorizing Compilers.
42 //
43 //===----------------------------------------------------------------------===//
44
45 #define LV_NAME "loop-vectorize"
46 #define DEBUG_TYPE LV_NAME
47
48 #include "llvm/Transforms/Vectorize.h"
49 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
50 #include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
51 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
52 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
53 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
54 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
55 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
56 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
57 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
58 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
59 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
60 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
61 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
62 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
63 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
64 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
65 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
66 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
67 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
68 #include "llvm/Analysis/Verifier.h"
69 #include "llvm/IR/Constants.h"
70 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
71 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
72 #include "llvm/IR/Function.h"
73 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
74 #include "llvm/IR/Instructions.h"
75 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
76 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
77 #include "llvm/IR/Module.h"
78 #include "llvm/IR/Type.h"
79 #include "llvm/IR/Value.h"
80 #include "llvm/Pass.h"
81 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
82 #include "llvm/Support/Debug.h"
83 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
84 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
85 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
86 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
87 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
88 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
89 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
90 #include <algorithm>
91 #include <map>
92
93 using namespace llvm;
94 using namespace llvm::PatternMatch;
95
96 static cl::opt<unsigned>
97 VectorizationFactor("force-vector-width", cl::init(0), cl::Hidden,
98                     cl::desc("Sets the SIMD width. Zero is autoselect."));
99
100 static cl::opt<unsigned>
101 VectorizationUnroll("force-vector-unroll", cl::init(0), cl::Hidden,
102                     cl::desc("Sets the vectorization unroll count. "
103                              "Zero is autoselect."));
104
105 static cl::opt<bool>
106 EnableIfConversion("enable-if-conversion", cl::init(true), cl::Hidden,
107                    cl::desc("Enable if-conversion during vectorization."));
108
109 /// We don't vectorize loops with a known constant trip count below this number.
110 static cl::opt<unsigned>
111 TinyTripCountVectorThreshold("vectorizer-min-trip-count", cl::init(16),
112                              cl::Hidden,
113                              cl::desc("Don't vectorize loops with a constant "
114                                       "trip count that is smaller than this "
115                                       "value."));
116
117 /// We don't unroll loops with a known constant trip count below this number.
118 static const unsigned TinyTripCountUnrollThreshold = 128;
119
120 /// When performing memory disambiguation checks at runtime do not make more
121 /// than this number of comparisons.
122 static const unsigned RuntimeMemoryCheckThreshold = 8;
123
124 /// Maximum simd width.
125 static const unsigned MaxVectorWidth = 64;
126
127 /// Maximum vectorization unroll count.
128 static const unsigned MaxUnrollFactor = 16;
129
130 /// The cost of a loop that is considered 'small' by the unroller.
131 static const unsigned SmallLoopCost = 20;
132
133 namespace {
134
135 // Forward declarations.
136 class LoopVectorizationLegality;
137 class LoopVectorizationCostModel;
138
139 /// InnerLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
140 /// block to a specified vectorization factor (VF).
141 /// This class performs the widening of scalars into vectors, or multiple
142 /// scalars. This class also implements the following features:
143 /// * It inserts an epilogue loop for handling loops that don't have iteration
144 ///   counts that are known to be a multiple of the vectorization factor.
145 /// * It handles the code generation for reduction variables.
146 /// * Scalarization (implementation using scalars) of un-vectorizable
147 ///   instructions.
148 /// InnerLoopVectorizer does not perform any vectorization-legality
149 /// checks, and relies on the caller to check for the different legality
150 /// aspects. The InnerLoopVectorizer relies on the
151 /// LoopVectorizationLegality class to provide information about the induction
152 /// and reduction variables that were found to a given vectorization factor.
153 class InnerLoopVectorizer {
154 public:
155   InnerLoopVectorizer(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
156                       DominatorTree *DT, DataLayout *DL,
157                       const TargetLibraryInfo *TLI, unsigned VecWidth,
158                       unsigned UnrollFactor)
159       : OrigLoop(OrigLoop), SE(SE), LI(LI), DT(DT), DL(DL), TLI(TLI),
160         VF(VecWidth), UF(UnrollFactor), Builder(SE->getContext()), Induction(0),
161         OldInduction(0), WidenMap(UnrollFactor) {}
162
163   // Perform the actual loop widening (vectorization).
164   void vectorize(LoopVectorizationLegality *Legal) {
165     // Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
166     createEmptyLoop(Legal);
167     // Widen each instruction in the old loop to a new one in the new loop.
168     // Use the Legality module to find the induction and reduction variables.
169     vectorizeLoop(Legal);
170     // Register the new loop and update the analysis passes.
171     updateAnalysis();
172   }
173
174   virtual ~InnerLoopVectorizer() {}
175
176 protected:
177   /// A small list of PHINodes.
178   typedef SmallVector<PHINode*, 4> PhiVector;
179   /// When we unroll loops we have multiple vector values for each scalar.
180   /// This data structure holds the unrolled and vectorized values that
181   /// originated from one scalar instruction.
182   typedef SmallVector<Value*, 2> VectorParts;
183
184   // When we if-convert we need create edge masks. We have to cache values so
185   // that we don't end up with exponential recursion/IR.
186   typedef DenseMap<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>,
187                    VectorParts> EdgeMaskCache;
188
189   /// Add code that checks at runtime if the accessed arrays overlap.
190   /// Returns the comparator value or NULL if no check is needed.
191   Instruction *addRuntimeCheck(LoopVectorizationLegality *Legal,
192                                Instruction *Loc);
193   /// Create an empty loop, based on the loop ranges of the old loop.
194   void createEmptyLoop(LoopVectorizationLegality *Legal);
195   /// Copy and widen the instructions from the old loop.
196   virtual void vectorizeLoop(LoopVectorizationLegality *Legal);
197
198   /// \brief The Loop exit block may have single value PHI nodes where the
199   /// incoming value is 'Undef'. While vectorizing we only handled real values
200   /// that were defined inside the loop. Here we fix the 'undef case'.
201   /// See PR14725.
202   void fixLCSSAPHIs();
203
204   /// A helper function that computes the predicate of the block BB, assuming
205   /// that the header block of the loop is set to True. It returns the *entry*
206   /// mask for the block BB.
207   VectorParts createBlockInMask(BasicBlock *BB);
208   /// A helper function that computes the predicate of the edge between SRC
209   /// and DST.
210   VectorParts createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst);
211
212   /// A helper function to vectorize a single BB within the innermost loop.
213   void vectorizeBlockInLoop(LoopVectorizationLegality *Legal, BasicBlock *BB,
214                             PhiVector *PV);
215
216   /// Vectorize a single PHINode in a block. This method handles the induction
217   /// variable canonicalization. It supports both VF = 1 for unrolled loops and
218   /// arbitrary length vectors.
219   void widenPHIInstruction(Instruction *PN, VectorParts &Entry,
220                            LoopVectorizationLegality *Legal,
221                            unsigned UF, unsigned VF, PhiVector *PV);
222
223   /// Insert the new loop to the loop hierarchy and pass manager
224   /// and update the analysis passes.
225   void updateAnalysis();
226
227   /// This instruction is un-vectorizable. Implement it as a sequence
228   /// of scalars.
229   virtual void scalarizeInstruction(Instruction *Instr);
230
231   /// Vectorize Load and Store instructions,
232   virtual void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr,
233                                   LoopVectorizationLegality *Legal);
234
235   /// Create a broadcast instruction. This method generates a broadcast
236   /// instruction (shuffle) for loop invariant values and for the induction
237   /// value. If this is the induction variable then we extend it to N, N+1, ...
238   /// this is needed because each iteration in the loop corresponds to a SIMD
239   /// element.
240   virtual Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
241
242   /// This function adds 0, 1, 2 ... to each vector element, starting at zero.
243   /// If Negate is set then negative numbers are added e.g. (0, -1, -2, ...).
244   /// The sequence starts at StartIndex.
245   virtual Value *getConsecutiveVector(Value* Val, int StartIdx, bool Negate);
246
247   /// When we go over instructions in the basic block we rely on previous
248   /// values within the current basic block or on loop invariant values.
249   /// When we widen (vectorize) values we place them in the map. If the values
250   /// are not within the map, they have to be loop invariant, so we simply
251   /// broadcast them into a vector.
252   VectorParts &getVectorValue(Value *V);
253
254   /// Generate a shuffle sequence that will reverse the vector Vec.
255   virtual Value *reverseVector(Value *Vec);
256
257   /// This is a helper class that holds the vectorizer state. It maps scalar
258   /// instructions to vector instructions. When the code is 'unrolled' then
259   /// then a single scalar value is mapped to multiple vector parts. The parts
260   /// are stored in the VectorPart type.
261   struct ValueMap {
262     /// C'tor.  UnrollFactor controls the number of vectors ('parts') that
263     /// are mapped.
264     ValueMap(unsigned UnrollFactor) : UF(UnrollFactor) {}
265
266     /// \return True if 'Key' is saved in the Value Map.
267     bool has(Value *Key) const { return MapStorage.count(Key); }
268
269     /// Initializes a new entry in the map. Sets all of the vector parts to the
270     /// save value in 'Val'.
271     /// \return A reference to a vector with splat values.
272     VectorParts &splat(Value *Key, Value *Val) {
273       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
274       Entry.assign(UF, Val);
275       return Entry;
276     }
277
278     ///\return A reference to the value that is stored at 'Key'.
279     VectorParts &get(Value *Key) {
280       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
281       if (Entry.empty())
282         Entry.resize(UF);
283       assert(Entry.size() == UF);
284       return Entry;
285     }
286
287   private:
288     /// The unroll factor. Each entry in the map stores this number of vector
289     /// elements.
290     unsigned UF;
291
292     /// Map storage. We use std::map and not DenseMap because insertions to a
293     /// dense map invalidates its iterators.
294     std::map<Value *, VectorParts> MapStorage;
295   };
296
297   /// The original loop.
298   Loop *OrigLoop;
299   /// Scev analysis to use.
300   ScalarEvolution *SE;
301   /// Loop Info.
302   LoopInfo *LI;
303   /// Dominator Tree.
304   DominatorTree *DT;
305   /// Data Layout.
306   DataLayout *DL;
307   /// Target Library Info.
308   const TargetLibraryInfo *TLI;
309
310   /// The vectorization SIMD factor to use. Each vector will have this many
311   /// vector elements.
312   unsigned VF;
313
314 protected:
315   /// The vectorization unroll factor to use. Each scalar is vectorized to this
316   /// many different vector instructions.
317   unsigned UF;
318
319   /// The builder that we use
320   IRBuilder<> Builder;
321
322   // --- Vectorization state ---
323
324   /// The vector-loop preheader.
325   BasicBlock *LoopVectorPreHeader;
326   /// The scalar-loop preheader.
327   BasicBlock *LoopScalarPreHeader;
328   /// Middle Block between the vector and the scalar.
329   BasicBlock *LoopMiddleBlock;
330   ///The ExitBlock of the scalar loop.
331   BasicBlock *LoopExitBlock;
332   ///The vector loop body.
333   BasicBlock *LoopVectorBody;
334   ///The scalar loop body.
335   BasicBlock *LoopScalarBody;
336   /// A list of all bypass blocks. The first block is the entry of the loop.
337   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopBypassBlocks;
338
339   /// The new Induction variable which was added to the new block.
340   PHINode *Induction;
341   /// The induction variable of the old basic block.
342   PHINode *OldInduction;
343   /// Holds the extended (to the widest induction type) start index.
344   Value *ExtendedIdx;
345   /// Maps scalars to widened vectors.
346   ValueMap WidenMap;
347   EdgeMaskCache MaskCache;
348 };
349
350 class InnerLoopUnroller : public InnerLoopVectorizer {
351 public:
352   InnerLoopUnroller(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
353                     DominatorTree *DT, DataLayout *DL,
354                     const TargetLibraryInfo *TLI, unsigned UnrollFactor) :
355     InnerLoopVectorizer(OrigLoop, SE, LI, DT, DL, TLI, 1, UnrollFactor) { }
356
357 private:
358   virtual void scalarizeInstruction(Instruction *Instr);
359   virtual void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr,
360                                           LoopVectorizationLegality *Legal);
361   virtual Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
362   virtual Value *getConsecutiveVector(Value* Val, int StartIdx, bool Negate);
363   virtual Value *reverseVector(Value *Vec);
364 };
365
366 /// \brief Look for a meaningful debug location on the instruction or it's
367 /// operands.
368 static Instruction *getDebugLocFromInstOrOperands(Instruction *I) {
369   if (!I)
370     return I;
371
372   DebugLoc Empty;
373   if (I->getDebugLoc() != Empty)
374     return I;
375
376   for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end(); OI != OE; ++OI) {
377     if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OI))
378       if (OpInst->getDebugLoc() != Empty)
379         return OpInst;
380   }
381
382   return I;
383 }
384
385 /// \brief Set the debug location in the builder using the debug location in the
386 /// instruction.
387 static void setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr) {
388   if (const Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(Ptr))
389     B.SetCurrentDebugLocation(Inst->getDebugLoc());
390   else
391     B.SetCurrentDebugLocation(DebugLoc());
392 }
393
394 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
395 /// to what vectorization factor.
396 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
397 /// legality. This class has two main kinds of checks:
398 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
399 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
400 ///   correctness of the program.
401 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeInstrs and canVectorizeMemory
402 /// checks for a number of different conditions, such as the availability of a
403 /// single induction variable, that all types are supported and vectorize-able,
404 /// etc. This code reflects the capabilities of InnerLoopVectorizer.
405 /// This class is also used by InnerLoopVectorizer for identifying
406 /// induction variable and the different reduction variables.
407 class LoopVectorizationLegality {
408 public:
409   LoopVectorizationLegality(Loop *L, ScalarEvolution *SE, DataLayout *DL,
410                             DominatorTree *DT, TargetLibraryInfo *TLI)
411       : TheLoop(L), SE(SE), DL(DL), DT(DT), TLI(TLI),
412         Induction(0), WidestIndTy(0), HasFunNoNaNAttr(false),
413         MaxSafeDepDistBytes(-1U) {}
414
415   /// This enum represents the kinds of reductions that we support.
416   enum ReductionKind {
417     RK_NoReduction, ///< Not a reduction.
418     RK_IntegerAdd,  ///< Sum of integers.
419     RK_IntegerMult, ///< Product of integers.
420     RK_IntegerOr,   ///< Bitwise or logical OR of numbers.
421     RK_IntegerAnd,  ///< Bitwise or logical AND of numbers.
422     RK_IntegerXor,  ///< Bitwise or logical XOR of numbers.
423     RK_IntegerMinMax, ///< Min/max implemented in terms of select(cmp()).
424     RK_FloatAdd,    ///< Sum of floats.
425     RK_FloatMult,   ///< Product of floats.
426     RK_FloatMinMax  ///< Min/max implemented in terms of select(cmp()).
427   };
428
429   /// This enum represents the kinds of inductions that we support.
430   enum InductionKind {
431     IK_NoInduction,         ///< Not an induction variable.
432     IK_IntInduction,        ///< Integer induction variable. Step = 1.
433     IK_ReverseIntInduction, ///< Reverse int induction variable. Step = -1.
434     IK_PtrInduction,        ///< Pointer induction var. Step = sizeof(elem).
435     IK_ReversePtrInduction  ///< Reverse ptr indvar. Step = - sizeof(elem).
436   };
437
438   // This enum represents the kind of minmax reduction.
439   enum MinMaxReductionKind {
440     MRK_Invalid,
441     MRK_UIntMin,
442     MRK_UIntMax,
443     MRK_SIntMin,
444     MRK_SIntMax,
445     MRK_FloatMin,
446     MRK_FloatMax
447   };
448
449   /// This struct holds information about reduction variables.
450   struct ReductionDescriptor {
451     ReductionDescriptor() : StartValue(0), LoopExitInstr(0),
452       Kind(RK_NoReduction), MinMaxKind(MRK_Invalid) {}
453
454     ReductionDescriptor(Value *Start, Instruction *Exit, ReductionKind K,
455                         MinMaxReductionKind MK)
456         : StartValue(Start), LoopExitInstr(Exit), Kind(K), MinMaxKind(MK) {}
457
458     // The starting value of the reduction.
459     // It does not have to be zero!
460     TrackingVH<Value> StartValue;
461     // The instruction who's value is used outside the loop.
462     Instruction *LoopExitInstr;
463     // The kind of the reduction.
464     ReductionKind Kind;
465     // If this a min/max reduction the kind of reduction.
466     MinMaxReductionKind MinMaxKind;
467   };
468
469   /// This POD struct holds information about a potential reduction operation.
470   struct ReductionInstDesc {
471     ReductionInstDesc(bool IsRedux, Instruction *I) :
472       IsReduction(IsRedux), PatternLastInst(I), MinMaxKind(MRK_Invalid) {}
473
474     ReductionInstDesc(Instruction *I, MinMaxReductionKind K) :
475       IsReduction(true), PatternLastInst(I), MinMaxKind(K) {}
476
477     // Is this instruction a reduction candidate.
478     bool IsReduction;
479     // The last instruction in a min/max pattern (select of the select(icmp())
480     // pattern), or the current reduction instruction otherwise.
481     Instruction *PatternLastInst;
482     // If this is a min/max pattern the comparison predicate.
483     MinMaxReductionKind MinMaxKind;
484   };
485
486   /// This struct holds information about the memory runtime legality
487   /// check that a group of pointers do not overlap.
488   struct RuntimePointerCheck {
489     RuntimePointerCheck() : Need(false) {}
490
491     /// Reset the state of the pointer runtime information.
492     void reset() {
493       Need = false;
494       Pointers.clear();
495       Starts.clear();
496       Ends.clear();
497       IsWritePtr.clear();
498       DependencySetId.clear();
499     }
500
501     /// Insert a pointer and calculate the start and end SCEVs.
502     void insert(ScalarEvolution *SE, Loop *Lp, Value *Ptr, bool WritePtr,
503                 unsigned DepSetId);
504
505     /// This flag indicates if we need to add the runtime check.
506     bool Need;
507     /// Holds the pointers that we need to check.
508     SmallVector<TrackingVH<Value>, 2> Pointers;
509     /// Holds the pointer value at the beginning of the loop.
510     SmallVector<const SCEV*, 2> Starts;
511     /// Holds the pointer value at the end of the loop.
512     SmallVector<const SCEV*, 2> Ends;
513     /// Holds the information if this pointer is used for writing to memory.
514     SmallVector<bool, 2> IsWritePtr;
515     /// Holds the id of the set of pointers that could be dependent because of a
516     /// shared underlying object.
517     SmallVector<unsigned, 2> DependencySetId;
518   };
519
520   /// A struct for saving information about induction variables.
521   struct InductionInfo {
522     InductionInfo(Value *Start, InductionKind K) : StartValue(Start), IK(K) {}
523     InductionInfo() : StartValue(0), IK(IK_NoInduction) {}
524     /// Start value.
525     TrackingVH<Value> StartValue;
526     /// Induction kind.
527     InductionKind IK;
528   };
529
530   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
531   /// of the reductions that were found in the loop.
532   typedef DenseMap<PHINode*, ReductionDescriptor> ReductionList;
533
534   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
535   /// induction descriptor.
536   typedef MapVector<PHINode*, InductionInfo> InductionList;
537
538   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
539   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
540   /// loop, only that it is legal to do so.
541   bool canVectorize();
542
543   /// Returns the Induction variable.
544   PHINode *getInduction() { return Induction; }
545
546   /// Returns the reduction variables found in the loop.
547   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
548
549   /// Returns the induction variables found in the loop.
550   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
551
552   /// Returns the widest induction type.
553   Type *getWidestInductionType() { return WidestIndTy; }
554
555   /// Returns True if V is an induction variable in this loop.
556   bool isInductionVariable(const Value *V);
557
558   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
559   /// to be vectorized.
560   bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB);
561
562   /// Check if this  pointer is consecutive when vectorizing. This happens
563   /// when the last index of the GEP is the induction variable, or that the
564   /// pointer itself is an induction variable.
565   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
566   /// Returns:
567   /// 0 - Stride is unknown or non consecutive.
568   /// 1 - Address is consecutive.
569   /// -1 - Address is consecutive, and decreasing.
570   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
571
572   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
573   bool isUniform(Value *V);
574
575   /// Returns true if this instruction will remain scalar after vectorization.
576   bool isUniformAfterVectorization(Instruction* I) { return Uniforms.count(I); }
577
578   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
579   RuntimePointerCheck *getRuntimePointerCheck() { return &PtrRtCheck; }
580
581   /// This function returns the identity element (or neutral element) for
582   /// the operation K.
583   static Constant *getReductionIdentity(ReductionKind K, Type *Tp);
584
585   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return MaxSafeDepDistBytes; }
586
587 private:
588   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
589   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
590   /// and we only need to check individual instructions.
591   bool canVectorizeInstrs();
592
593   /// When we vectorize loops we may change the order in which
594   /// we read and write from memory. This method checks if it is
595   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
596   /// Returns true if the loop is vectorizable
597   bool canVectorizeMemory();
598
599   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
600   /// transformation.
601   bool canVectorizeWithIfConvert();
602
603   /// Collect the variables that need to stay uniform after vectorization.
604   void collectLoopUniforms();
605
606   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
607   /// executed. \p SafePtrs is a list of addresses that are known to be legal
608   /// and we know that we can read from them without segfault.
609   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB, SmallPtrSet<Value *, 8>& SafePtrs);
610
611   /// Returns True, if 'Phi' is the kind of reduction variable for type
612   /// 'Kind'. If this is a reduction variable, it adds it to ReductionList.
613   bool AddReductionVar(PHINode *Phi, ReductionKind Kind);
614   /// Returns a struct describing if the instruction 'I' can be a reduction
615   /// variable of type 'Kind'. If the reduction is a min/max pattern of
616   /// select(icmp()) this function advances the instruction pointer 'I' from the
617   /// compare instruction to the select instruction and stores this pointer in
618   /// 'PatternLastInst' member of the returned struct.
619   ReductionInstDesc isReductionInstr(Instruction *I, ReductionKind Kind,
620                                      ReductionInstDesc &Desc);
621   /// Returns true if the instruction is a Select(ICmp(X, Y), X, Y) instruction
622   /// pattern corresponding to a min(X, Y) or max(X, Y).
623   static ReductionInstDesc isMinMaxSelectCmpPattern(Instruction *I,
624                                                     ReductionInstDesc &Prev);
625   /// Returns the induction kind of Phi. This function may return NoInduction
626   /// if the PHI is not an induction variable.
627   InductionKind isInductionVariable(PHINode *Phi);
628
629   /// The loop that we evaluate.
630   Loop *TheLoop;
631   /// Scev analysis.
632   ScalarEvolution *SE;
633   /// DataLayout analysis.
634   DataLayout *DL;
635   /// Dominators.
636   DominatorTree *DT;
637   /// Target Library Info.
638   TargetLibraryInfo *TLI;
639
640   //  ---  vectorization state --- //
641
642   /// Holds the integer induction variable. This is the counter of the
643   /// loop.
644   PHINode *Induction;
645   /// Holds the reduction variables.
646   ReductionList Reductions;
647   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
648   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
649   /// variables can be pointers.
650   InductionList Inductions;
651   /// Holds the widest induction type encountered.
652   Type *WidestIndTy;
653
654   /// Allowed outside users. This holds the reduction
655   /// vars which can be accessed from outside the loop.
656   SmallPtrSet<Value*, 4> AllowedExit;
657   /// This set holds the variables which are known to be uniform after
658   /// vectorization.
659   SmallPtrSet<Instruction*, 4> Uniforms;
660   /// We need to check that all of the pointers in this list are disjoint
661   /// at runtime.
662   RuntimePointerCheck PtrRtCheck;
663   /// Can we assume the absence of NaNs.
664   bool HasFunNoNaNAttr;
665
666   unsigned MaxSafeDepDistBytes;
667 };
668
669 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
670 /// vectorization.
671 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because of
672 /// a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict the
673 /// expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set. We use the
674 /// TargetTransformInfo to query the different backends for the cost of
675 /// different operations.
676 class LoopVectorizationCostModel {
677 public:
678   LoopVectorizationCostModel(Loop *L, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
679                              LoopVectorizationLegality *Legal,
680                              const TargetTransformInfo &TTI,
681                              DataLayout *DL, const TargetLibraryInfo *TLI)
682       : TheLoop(L), SE(SE), LI(LI), Legal(Legal), TTI(TTI), DL(DL), TLI(TLI) {}
683
684   /// Information about vectorization costs
685   struct VectorizationFactor {
686     unsigned Width; // Vector width with best cost
687     unsigned Cost; // Cost of the loop with that width
688   };
689   /// \return The most profitable vectorization factor and the cost of that VF.
690   /// This method checks every power of two up to VF. If UserVF is not ZERO
691   /// then this vectorization factor will be selected if vectorization is
692   /// possible.
693   VectorizationFactor selectVectorizationFactor(bool OptForSize,
694                                                 unsigned UserVF);
695
696   /// \return The size (in bits) of the widest type in the code that
697   /// needs to be vectorized. We ignore values that remain scalar such as
698   /// 64 bit loop indices.
699   unsigned getWidestType();
700
701   /// \return The most profitable unroll factor.
702   /// If UserUF is non-zero then this method finds the best unroll-factor
703   /// based on register pressure and other parameters.
704   /// VF and LoopCost are the selected vectorization factor and the cost of the
705   /// selected VF.
706   unsigned selectUnrollFactor(bool OptForSize, unsigned UserUF, unsigned VF,
707                               unsigned LoopCost);
708
709   /// \brief A struct that represents some properties of the register usage
710   /// of a loop.
711   struct RegisterUsage {
712     /// Holds the number of loop invariant values that are used in the loop.
713     unsigned LoopInvariantRegs;
714     /// Holds the maximum number of concurrent live intervals in the loop.
715     unsigned MaxLocalUsers;
716     /// Holds the number of instructions in the loop.
717     unsigned NumInstructions;
718   };
719
720   /// \return  information about the register usage of the loop.
721   RegisterUsage calculateRegisterUsage();
722
723 private:
724   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
725   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
726   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
727   /// the factor width.
728   unsigned expectedCost(unsigned VF);
729
730   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
731   /// width. Vector width of one means scalar.
732   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
733
734   /// A helper function for converting Scalar types to vector types.
735   /// If the incoming type is void, we return void. If the VF is 1, we return
736   /// the scalar type.
737   static Type* ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF);
738
739   /// Returns whether the instruction is a load or store and will be a emitted
740   /// as a vector operation.
741   bool isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *I);
742
743   /// The loop that we evaluate.
744   Loop *TheLoop;
745   /// Scev analysis.
746   ScalarEvolution *SE;
747   /// Loop Info analysis.
748   LoopInfo *LI;
749   /// Vectorization legality.
750   LoopVectorizationLegality *Legal;
751   /// Vector target information.
752   const TargetTransformInfo &TTI;
753   /// Target data layout information.
754   DataLayout *DL;
755   /// Target Library Info.
756   const TargetLibraryInfo *TLI;
757 };
758
759 /// Utility class for getting and setting loop vectorizer hints in the form
760 /// of loop metadata.
761 struct LoopVectorizeHints {
762   /// Vectorization width.
763   unsigned Width;
764   /// Vectorization unroll factor.
765   unsigned Unroll;
766
767   LoopVectorizeHints(const Loop *L, bool DisableUnrolling)
768   : Width(VectorizationFactor)
769   , Unroll(DisableUnrolling ? 1 : VectorizationUnroll)
770   , LoopID(L->getLoopID()) {
771     getHints(L);
772     // The command line options override any loop metadata except for when
773     // width == 1 which is used to indicate the loop is already vectorized.
774     if (VectorizationFactor.getNumOccurrences() > 0 && Width != 1)
775       Width = VectorizationFactor;
776     if (VectorizationUnroll.getNumOccurrences() > 0)
777       Unroll = VectorizationUnroll;
778
779     DEBUG(if (DisableUnrolling && Unroll == 1)
780             dbgs() << "LV: Unrolling disabled by the pass manager\n");
781   }
782
783   /// Return the loop vectorizer metadata prefix.
784   static StringRef Prefix() { return "llvm.vectorizer."; }
785
786   MDNode *createHint(LLVMContext &Context, StringRef Name, unsigned V) {
787     SmallVector<Value*, 2> Vals;
788     Vals.push_back(MDString::get(Context, Name));
789     Vals.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), V));
790     return MDNode::get(Context, Vals);
791   }
792
793   /// Mark the loop L as already vectorized by setting the width to 1.
794   void setAlreadyVectorized(Loop *L) {
795     LLVMContext &Context = L->getHeader()->getContext();
796
797     Width = 1;
798
799     // Create a new loop id with one more operand for the already_vectorized
800     // hint. If the loop already has a loop id then copy the existing operands.
801     SmallVector<Value*, 4> Vals(1);
802     if (LoopID)
803       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i)
804         Vals.push_back(LoopID->getOperand(i));
805
806     Vals.push_back(createHint(Context, Twine(Prefix(), "width").str(), Width));
807     Vals.push_back(createHint(Context, Twine(Prefix(), "unroll").str(), 1));
808
809     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, Vals);
810     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
811     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
812
813     L->setLoopID(NewLoopID);
814     if (LoopID)
815       LoopID->replaceAllUsesWith(NewLoopID);
816
817     LoopID = NewLoopID;
818   }
819
820 private:
821   MDNode *LoopID;
822
823   /// Find hints specified in the loop metadata.
824   void getHints(const Loop *L) {
825     if (!LoopID)
826       return;
827
828     // First operand should refer to the loop id itself.
829     assert(LoopID->getNumOperands() > 0 && "requires at least one operand");
830     assert(LoopID->getOperand(0) == LoopID && "invalid loop id");
831
832     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
833       const MDString *S = 0;
834       SmallVector<Value*, 4> Args;
835
836       // The expected hint is either a MDString or a MDNode with the first
837       // operand a MDString.
838       if (const MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i))) {
839         if (!MD || MD->getNumOperands() == 0)
840           continue;
841         S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
842         for (unsigned i = 1, ie = MD->getNumOperands(); i < ie; ++i)
843           Args.push_back(MD->getOperand(i));
844       } else {
845         S = dyn_cast<MDString>(LoopID->getOperand(i));
846         assert(Args.size() == 0 && "too many arguments for MDString");
847       }
848
849       if (!S)
850         continue;
851
852       // Check if the hint starts with the vectorizer prefix.
853       StringRef Hint = S->getString();
854       if (!Hint.startswith(Prefix()))
855         continue;
856       // Remove the prefix.
857       Hint = Hint.substr(Prefix().size(), StringRef::npos);
858
859       if (Args.size() == 1)
860         getHint(Hint, Args[0]);
861     }
862   }
863
864   // Check string hint with one operand.
865   void getHint(StringRef Hint, Value *Arg) {
866     const ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Arg);
867     if (!C) return;
868     unsigned Val = C->getZExtValue();
869
870     if (Hint == "width") {
871       if (isPowerOf2_32(Val) && Val <= MaxVectorWidth)
872         Width = Val;
873       else
874         DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid width hint metadata\n");
875     } else if (Hint == "unroll") {
876       if (isPowerOf2_32(Val) && Val <= MaxUnrollFactor)
877         Unroll = Val;
878       else
879         DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid unroll hint metadata\n");
880     } else {
881       DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring unknown hint " << Hint << '\n');
882     }
883   }
884 };
885
886 /// The LoopVectorize Pass.
887 struct LoopVectorize : public LoopPass {
888   /// Pass identification, replacement for typeid
889   static char ID;
890
891   explicit LoopVectorize(bool NoUnrolling = false)
892     : LoopPass(ID), DisableUnrolling(NoUnrolling) {
893     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
894   }
895
896   ScalarEvolution *SE;
897   DataLayout *DL;
898   LoopInfo *LI;
899   TargetTransformInfo *TTI;
900   DominatorTree *DT;
901   TargetLibraryInfo *TLI;
902   bool DisableUnrolling;
903
904   virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
905     // We only vectorize innermost loops.
906     if (!L->empty())
907       return false;
908
909     SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
910     DL = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
911     LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
912     TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfo>();
913     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
914     TLI = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfo>();
915
916     // If the target claims to have no vector registers don't attempt
917     // vectorization.
918     if (!TTI->getNumberOfRegisters(true))
919       return false;
920
921     if (DL == NULL) {
922       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing because of missing data layout\n");
923       return false;
924     }
925
926     DEBUG(dbgs() << "LV: Checking a loop in \"" <<
927           L->getHeader()->getParent()->getName() << "\"\n");
928
929     LoopVectorizeHints Hints(L, DisableUnrolling);
930
931     if (Hints.Width == 1 && Hints.Unroll == 1) {
932       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing.\n");
933       return false;
934     }
935
936     // Check if it is legal to vectorize the loop.
937     LoopVectorizationLegality LVL(L, SE, DL, DT, TLI);
938     if (!LVL.canVectorize()) {
939       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing.\n");
940       return false;
941     }
942
943     // Use the cost model.
944     LoopVectorizationCostModel CM(L, SE, LI, &LVL, *TTI, DL, TLI);
945
946     // Check the function attributes to find out if this function should be
947     // optimized for size.
948     Function *F = L->getHeader()->getParent();
949     Attribute::AttrKind SzAttr = Attribute::OptimizeForSize;
950     Attribute::AttrKind FlAttr = Attribute::NoImplicitFloat;
951     unsigned FnIndex = AttributeSet::FunctionIndex;
952     bool OptForSize = F->getAttributes().hasAttribute(FnIndex, SzAttr);
953     bool NoFloat = F->getAttributes().hasAttribute(FnIndex, FlAttr);
954
955     if (NoFloat) {
956       DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize when the NoImplicitFloat"
957             "attribute is used.\n");
958       return false;
959     }
960
961     // Select the optimal vectorization factor.
962     LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor VF;
963     VF = CM.selectVectorizationFactor(OptForSize, Hints.Width);
964     // Select the unroll factor.
965     unsigned UF = CM.selectUnrollFactor(OptForSize, Hints.Unroll, VF.Width,
966                                         VF.Cost);
967
968     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop ("<< VF.Width << ") in "<<
969           F->getParent()->getModuleIdentifier() << '\n');
970     DEBUG(dbgs() << "LV: Unroll Factor is " << UF << '\n');
971
972     if (VF.Width == 1) {
973       DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial.\n");
974       if (UF == 1)
975         return false;
976       // We decided not to vectorize, but we may want to unroll.
977       InnerLoopUnroller Unroller(L, SE, LI, DT, DL, TLI, UF);
978       Unroller.vectorize(&LVL);
979     } else {
980       // If we decided that it is *legal* to vectorize the loop then do it.
981       InnerLoopVectorizer LB(L, SE, LI, DT, DL, TLI, VF.Width, UF);
982       LB.vectorize(&LVL);
983     }
984
985     // Mark the loop as already vectorized to avoid vectorizing again.
986     Hints.setAlreadyVectorized(L);
987
988     DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
989     return true;
990   }
991
992   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
993     LoopPass::getAnalysisUsage(AU);
994     AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
995     AU.addRequiredID(LCSSAID);
996     AU.addRequired<DominatorTree>();
997     AU.addRequired<LoopInfo>();
998     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
999     AU.addRequired<TargetTransformInfo>();
1000     AU.addPreserved<LoopInfo>();
1001     AU.addPreserved<DominatorTree>();
1002   }
1003
1004 };
1005
1006 } // end anonymous namespace
1007
1008 //===----------------------------------------------------------------------===//
1009 // Implementation of LoopVectorizationLegality, InnerLoopVectorizer and
1010 // LoopVectorizationCostModel.
1011 //===----------------------------------------------------------------------===//
1012
1013 void
1014 LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck::insert(ScalarEvolution *SE,
1015                                                        Loop *Lp, Value *Ptr,
1016                                                        bool WritePtr,
1017                                                        unsigned DepSetId) {
1018   const SCEV *Sc = SE->getSCEV(Ptr);
1019   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Sc);
1020   assert(AR && "Invalid addrec expression");
1021   const SCEV *Ex = SE->getBackedgeTakenCount(Lp);
1022   const SCEV *ScEnd = AR->evaluateAtIteration(Ex, *SE);
1023   Pointers.push_back(Ptr);
1024   Starts.push_back(AR->getStart());
1025   Ends.push_back(ScEnd);
1026   IsWritePtr.push_back(WritePtr);
1027   DependencySetId.push_back(DepSetId);
1028 }
1029
1030 Value *InnerLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
1031   // We need to place the broadcast of invariant variables outside the loop.
1032   Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(V);
1033   bool NewInstr = (Instr && Instr->getParent() == LoopVectorBody);
1034   bool Invariant = OrigLoop->isLoopInvariant(V) && !NewInstr;
1035
1036   // Place the code for broadcasting invariant variables in the new preheader.
1037   IRBuilder<>::InsertPointGuard Guard(Builder);
1038   if (Invariant)
1039     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
1040
1041   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
1042   Value *Shuf = Builder.CreateVectorSplat(VF, V, "broadcast");
1043
1044   return Shuf;
1045 }
1046
1047 Value *InnerLoopVectorizer::getConsecutiveVector(Value* Val, int StartIdx,
1048                                                  bool Negate) {
1049   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
1050   assert(Val->getType()->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1051          "Elem must be an integer");
1052   // Create the types.
1053   Type *ITy = Val->getType()->getScalarType();
1054   VectorType *Ty = cast<VectorType>(Val->getType());
1055   int VLen = Ty->getNumElements();
1056   SmallVector<Constant*, 8> Indices;
1057
1058   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
1059   for (int i = 0; i < VLen; ++i) {
1060     int64_t Idx = Negate ? (-i) : i;
1061     Indices.push_back(ConstantInt::get(ITy, StartIdx + Idx, Negate));
1062   }
1063
1064   // Add the consecutive indices to the vector value.
1065   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
1066   assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
1067   return Builder.CreateAdd(Val, Cv, "induction");
1068 }
1069
1070 /// \brief Find the operand of the GEP that should be checked for consecutive
1071 /// stores. This ignores trailing indices that have no effect on the final
1072 /// pointer.
1073 static unsigned getGEPInductionOperand(DataLayout *DL,
1074                                        const GetElementPtrInst *Gep) {
1075   unsigned LastOperand = Gep->getNumOperands() - 1;
1076   unsigned GEPAllocSize = DL->getTypeAllocSize(
1077       cast<PointerType>(Gep->getType()->getScalarType())->getElementType());
1078
1079   // Walk backwards and try to peel off zeros.
1080   while (LastOperand > 1 && match(Gep->getOperand(LastOperand), m_Zero())) {
1081     // Find the type we're currently indexing into.
1082     gep_type_iterator GEPTI = gep_type_begin(Gep);
1083     std::advance(GEPTI, LastOperand - 1);
1084
1085     // If it's a type with the same allocation size as the result of the GEP we
1086     // can peel off the zero index.
1087     if (DL->getTypeAllocSize(*GEPTI) != GEPAllocSize)
1088       break;
1089     --LastOperand;
1090   }
1091
1092   return LastOperand;
1093 }
1094
1095 int LoopVectorizationLegality::isConsecutivePtr(Value *Ptr) {
1096   assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected non ptr");
1097   // Make sure that the pointer does not point to structs.
1098   if (Ptr->getType()->getPointerElementType()->isAggregateType())
1099     return 0;
1100
1101   // If this value is a pointer induction variable we know it is consecutive.
1102   PHINode *Phi = dyn_cast_or_null<PHINode>(Ptr);
1103   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
1104     InductionInfo II = Inductions[Phi];
1105     if (IK_PtrInduction == II.IK)
1106       return 1;
1107     else if (IK_ReversePtrInduction == II.IK)
1108       return -1;
1109   }
1110
1111   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast_or_null<GetElementPtrInst>(Ptr);
1112   if (!Gep)
1113     return 0;
1114
1115   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
1116   Value *GpPtr = Gep->getPointerOperand();
1117   // If this GEP value is a consecutive pointer induction variable and all of
1118   // the indices are constant then we know it is consecutive. We can
1119   Phi = dyn_cast<PHINode>(GpPtr);
1120   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
1121
1122     // Make sure that the pointer does not point to structs.
1123     PointerType *GepPtrType = cast<PointerType>(GpPtr->getType());
1124     if (GepPtrType->getElementType()->isAggregateType())
1125       return 0;
1126
1127     // Make sure that all of the index operands are loop invariant.
1128     for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i)
1129       if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
1130         return 0;
1131
1132     InductionInfo II = Inductions[Phi];
1133     if (IK_PtrInduction == II.IK)
1134       return 1;
1135     else if (IK_ReversePtrInduction == II.IK)
1136       return -1;
1137   }
1138
1139   unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(DL, Gep);
1140
1141   // Check that all of the gep indices are uniform except for our induction
1142   // operand.
1143   for (unsigned i = 0; i != NumOperands; ++i)
1144     if (i != InductionOperand &&
1145         !SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
1146       return 0;
1147
1148   // We can emit wide load/stores only if the last non-zero index is the
1149   // induction variable.
1150   const SCEV *Last = SE->getSCEV(Gep->getOperand(InductionOperand));
1151   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Last)) {
1152     const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
1153
1154     // The memory is consecutive because the last index is consecutive
1155     // and all other indices are loop invariant.
1156     if (Step->isOne())
1157       return 1;
1158     if (Step->isAllOnesValue())
1159       return -1;
1160   }
1161
1162   return 0;
1163 }
1164
1165 bool LoopVectorizationLegality::isUniform(Value *V) {
1166   return (SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(V), TheLoop));
1167 }
1168
1169 InnerLoopVectorizer::VectorParts&
1170 InnerLoopVectorizer::getVectorValue(Value *V) {
1171   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
1172   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
1173
1174   // If we have this scalar in the map, return it.
1175   if (WidenMap.has(V))
1176     return WidenMap.get(V);
1177
1178   // If this scalar is unknown, assume that it is a constant or that it is
1179   // loop invariant. Broadcast V and save the value for future uses.
1180   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
1181   return WidenMap.splat(V, B);
1182 }
1183
1184 Value *InnerLoopVectorizer::reverseVector(Value *Vec) {
1185   assert(Vec->getType()->isVectorTy() && "Invalid type");
1186   SmallVector<Constant*, 8> ShuffleMask;
1187   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
1188     ShuffleMask.push_back(Builder.getInt32(VF - i - 1));
1189
1190   return Builder.CreateShuffleVector(Vec, UndefValue::get(Vec->getType()),
1191                                      ConstantVector::get(ShuffleMask),
1192                                      "reverse");
1193 }
1194
1195
1196 void InnerLoopVectorizer::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr,
1197                                              LoopVectorizationLegality *Legal) {
1198   // Attempt to issue a wide load.
1199   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
1200   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
1201
1202   assert((LI || SI) && "Invalid Load/Store instruction");
1203
1204   Type *ScalarDataTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
1205   Type *DataTy = VectorType::get(ScalarDataTy, VF);
1206   Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
1207   unsigned Alignment = LI ? LI->getAlignment() : SI->getAlignment();
1208   // An alignment of 0 means target abi alignment. We need to use the scalar's
1209   // target abi alignment in such a case.
1210   if (!Alignment)
1211     Alignment = DL->getABITypeAlignment(ScalarDataTy);
1212   unsigned AddressSpace = Ptr->getType()->getPointerAddressSpace();
1213   unsigned ScalarAllocatedSize = DL->getTypeAllocSize(ScalarDataTy);
1214   unsigned VectorElementSize = DL->getTypeStoreSize(DataTy)/VF;
1215
1216   if (ScalarAllocatedSize != VectorElementSize)
1217     return scalarizeInstruction(Instr);
1218
1219   // If the pointer is loop invariant or if it is non consecutive,
1220   // scalarize the load.
1221   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
1222   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
1223   bool UniformLoad = LI && Legal->isUniform(Ptr);
1224   if (!ConsecutiveStride || UniformLoad)
1225     return scalarizeInstruction(Instr);
1226
1227   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
1228   VectorParts &Entry = WidenMap.get(Instr);
1229
1230   // Handle consecutive loads/stores.
1231   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
1232   if (Gep && Legal->isInductionVariable(Gep->getPointerOperand())) {
1233     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
1234     Value *PtrOperand = Gep->getPointerOperand();
1235     Value *FirstBasePtr = getVectorValue(PtrOperand)[0];
1236     FirstBasePtr = Builder.CreateExtractElement(FirstBasePtr, Zero);
1237
1238     // Create the new GEP with the new induction variable.
1239     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
1240     Gep2->setOperand(0, FirstBasePtr);
1241     Gep2->setName("gep.indvar.base");
1242     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
1243   } else if (Gep) {
1244     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
1245     assert(SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getPointerOperand()),
1246                                OrigLoop) && "Base ptr must be invariant");
1247
1248     // The last index does not have to be the induction. It can be
1249     // consecutive and be a function of the index. For example A[I+1];
1250     unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
1251     unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(DL, Gep);
1252     // Create the new GEP with the new induction variable.
1253     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
1254
1255     for (unsigned i = 0; i < NumOperands; ++i) {
1256       Value *GepOperand = Gep->getOperand(i);
1257       Instruction *GepOperandInst = dyn_cast<Instruction>(GepOperand);
1258
1259       // Update last index or loop invariant instruction anchored in loop.
1260       if (i == InductionOperand ||
1261           (GepOperandInst && OrigLoop->contains(GepOperandInst))) {
1262         assert((i == InductionOperand ||
1263                SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(GepOperandInst), OrigLoop)) &&
1264                "Must be last index or loop invariant");
1265
1266         VectorParts &GEPParts = getVectorValue(GepOperand);
1267         Value *Index = GEPParts[0];
1268         Index = Builder.CreateExtractElement(Index, Zero);
1269         Gep2->setOperand(i, Index);
1270         Gep2->setName("gep.indvar.idx");
1271       }
1272     }
1273     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
1274   } else {
1275     // Use the induction element ptr.
1276     assert(isa<PHINode>(Ptr) && "Invalid induction ptr");
1277     setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
1278     VectorParts &PtrVal = getVectorValue(Ptr);
1279     Ptr = Builder.CreateExtractElement(PtrVal[0], Zero);
1280   }
1281
1282   // Handle Stores:
1283   if (SI) {
1284     assert(!Legal->isUniform(SI->getPointerOperand()) &&
1285            "We do not allow storing to uniform addresses");
1286     setDebugLocFromInst(Builder, SI);
1287     // We don't want to update the value in the map as it might be used in
1288     // another expression. So don't use a reference type for "StoredVal".
1289     VectorParts StoredVal = getVectorValue(SI->getValueOperand());
1290
1291     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
1292       // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
1293       Value *PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
1294
1295       if (Reverse) {
1296         // If we store to reverse consecutive memory locations then we need
1297         // to reverse the order of elements in the stored value.
1298         StoredVal[Part] = reverseVector(StoredVal[Part]);
1299         // If the address is consecutive but reversed, then the
1300         // wide store needs to start at the last vector element.
1301         PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
1302         PartPtr = Builder.CreateGEP(PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
1303       }
1304
1305       Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
1306                                             DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
1307       Builder.CreateStore(StoredVal[Part], VecPtr)->setAlignment(Alignment);
1308     }
1309     return;
1310   }
1311
1312   // Handle loads.
1313   assert(LI && "Must have a load instruction");
1314   setDebugLocFromInst(Builder, LI);
1315   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
1316     // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
1317     Value *PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
1318
1319     if (Reverse) {
1320       // If the address is consecutive but reversed, then the
1321       // wide store needs to start at the last vector element.
1322       PartPtr = Builder.CreateGEP(Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
1323       PartPtr = Builder.CreateGEP(PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
1324     }
1325
1326     Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
1327                                           DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
1328     Value *LI = Builder.CreateLoad(VecPtr, "wide.load");
1329     cast<LoadInst>(LI)->setAlignment(Alignment);
1330     Entry[Part] = Reverse ? reverseVector(LI) :  LI;
1331   }
1332 }
1333
1334 void InnerLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr) {
1335   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
1336   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
1337   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
1338
1339   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
1340
1341   // Find all of the vectorized parameters.
1342   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
1343     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
1344
1345     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
1346     if (SrcOp == OldInduction) {
1347       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
1348       continue;
1349     }
1350
1351     // Try using previously calculated values.
1352     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
1353
1354     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block
1355     // then it should already be vectorized.
1356     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
1357       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
1358       // The parameter is a vector value from earlier.
1359       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
1360     } else {
1361       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
1362       VectorParts Scalars;
1363       Scalars.append(UF, SrcOp);
1364       Params.push_back(Scalars);
1365     }
1366   }
1367
1368   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
1369          "Invalid number of operands");
1370
1371   // Does this instruction return a value ?
1372   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
1373
1374   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? 0 :
1375     UndefValue::get(VectorType::get(Instr->getType(), VF));
1376   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
1377   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
1378
1379   // For each vector unroll 'part':
1380   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
1381     // For each scalar that we create:
1382     for (unsigned Width = 0; Width < VF; ++Width) {
1383       Instruction *Cloned = Instr->clone();
1384       if (!IsVoidRetTy)
1385         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
1386       // Replace the operands of the cloned instructions with extracted scalars.
1387       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
1388         Value *Op = Params[op][Part];
1389         // Param is a vector. Need to extract the right lane.
1390         if (Op->getType()->isVectorTy())
1391           Op = Builder.CreateExtractElement(Op, Builder.getInt32(Width));
1392         Cloned->setOperand(op, Op);
1393       }
1394
1395       // Place the cloned scalar in the new loop.
1396       Builder.Insert(Cloned);
1397
1398       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
1399       // so that future users will be able to use it.
1400       if (!IsVoidRetTy)
1401         VecResults[Part] = Builder.CreateInsertElement(VecResults[Part], Cloned,
1402                                                        Builder.getInt32(Width));
1403     }
1404   }
1405 }
1406
1407 Instruction *
1408 InnerLoopVectorizer::addRuntimeCheck(LoopVectorizationLegality *Legal,
1409                                      Instruction *Loc) {
1410   LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck *PtrRtCheck =
1411   Legal->getRuntimePointerCheck();
1412
1413   if (!PtrRtCheck->Need)
1414     return NULL;
1415
1416   unsigned NumPointers = PtrRtCheck->Pointers.size();
1417   SmallVector<TrackingVH<Value> , 2> Starts;
1418   SmallVector<TrackingVH<Value> , 2> Ends;
1419
1420   LLVMContext &Ctx = Loc->getContext();
1421   SCEVExpander Exp(*SE, "induction");
1422
1423   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
1424     Value *Ptr = PtrRtCheck->Pointers[i];
1425     const SCEV *Sc = SE->getSCEV(Ptr);
1426
1427     if (SE->isLoopInvariant(Sc, OrigLoop)) {
1428       DEBUG(dbgs() << "LV: Adding RT check for a loop invariant ptr:" <<
1429             *Ptr <<"\n");
1430       Starts.push_back(Ptr);
1431       Ends.push_back(Ptr);
1432     } else {
1433       DEBUG(dbgs() << "LV: Adding RT check for range:" << *Ptr << '\n');
1434       unsigned AS = Ptr->getType()->getPointerAddressSpace();
1435
1436       // Use this type for pointer arithmetic.
1437       Type *PtrArithTy = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS);
1438
1439       Value *Start = Exp.expandCodeFor(PtrRtCheck->Starts[i], PtrArithTy, Loc);
1440       Value *End = Exp.expandCodeFor(PtrRtCheck->Ends[i], PtrArithTy, Loc);
1441       Starts.push_back(Start);
1442       Ends.push_back(End);
1443     }
1444   }
1445
1446   IRBuilder<> ChkBuilder(Loc);
1447   // Our instructions might fold to a constant.
1448   Value *MemoryRuntimeCheck = 0;
1449   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
1450     for (unsigned j = i+1; j < NumPointers; ++j) {
1451       // No need to check if two readonly pointers intersect.
1452       if (!PtrRtCheck->IsWritePtr[i] && !PtrRtCheck->IsWritePtr[j])
1453         continue;
1454
1455       // Only need to check pointers between two different dependency sets.
1456       if (PtrRtCheck->DependencySetId[i] == PtrRtCheck->DependencySetId[j])
1457        continue;
1458
1459       unsigned AS0 = Starts[i]->getType()->getPointerAddressSpace();
1460       unsigned AS1 = Starts[j]->getType()->getPointerAddressSpace();
1461
1462       assert((AS0 == Ends[j]->getType()->getPointerAddressSpace()) &&
1463              (AS1 == Ends[i]->getType()->getPointerAddressSpace()) &&
1464              "Trying to bounds check pointers with different address spaces");
1465
1466       Type *PtrArithTy0 = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS0);
1467       Type *PtrArithTy1 = Type::getInt8PtrTy(Ctx, AS1);
1468
1469       Value *Start0 = ChkBuilder.CreateBitCast(Starts[i], PtrArithTy0, "bc");
1470       Value *Start1 = ChkBuilder.CreateBitCast(Starts[j], PtrArithTy1, "bc");
1471       Value *End0 =   ChkBuilder.CreateBitCast(Ends[i],   PtrArithTy1, "bc");
1472       Value *End1 =   ChkBuilder.CreateBitCast(Ends[j],   PtrArithTy0, "bc");
1473
1474       Value *Cmp0 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start0, End1, "bound0");
1475       Value *Cmp1 = ChkBuilder.CreateICmpULE(Start1, End0, "bound1");
1476       Value *IsConflict = ChkBuilder.CreateAnd(Cmp0, Cmp1, "found.conflict");
1477       if (MemoryRuntimeCheck)
1478         IsConflict = ChkBuilder.CreateOr(MemoryRuntimeCheck, IsConflict,
1479                                          "conflict.rdx");
1480       MemoryRuntimeCheck = IsConflict;
1481     }
1482   }
1483
1484   // We have to do this trickery because the IRBuilder might fold the check to a
1485   // constant expression in which case there is no Instruction anchored in a
1486   // the block.
1487   Instruction *Check = BinaryOperator::CreateAnd(MemoryRuntimeCheck,
1488                                                  ConstantInt::getTrue(Ctx));
1489   ChkBuilder.Insert(Check, "memcheck.conflict");
1490   return Check;
1491 }
1492
1493 void
1494 InnerLoopVectorizer::createEmptyLoop(LoopVectorizationLegality *Legal) {
1495   /*
1496    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
1497    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
1498    scalar remainder.
1499
1500        [ ] <-- vector loop bypass (may consist of multiple blocks).
1501      /  |
1502     /   v
1503    |   [ ]     <-- vector pre header.
1504    |    |
1505    |    v
1506    |   [  ] \
1507    |   [  ]_|   <-- vector loop.
1508    |    |
1509     \   v
1510       >[ ]   <--- middle-block.
1511      /  |
1512     /   v
1513    |   [ ]     <--- new preheader.
1514    |    |
1515    |    v
1516    |   [ ] \
1517    |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
1518     \   |
1519      \  v
1520       >[ ]     <-- exit block.
1521    ...
1522    */
1523
1524   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
1525   BasicBlock *BypassBlock = OrigLoop->getLoopPreheader();
1526   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
1527   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
1528
1529   // Some loops have a single integer induction variable, while other loops
1530   // don't. One example is c++ iterators that often have multiple pointer
1531   // induction variables. In the code below we also support a case where we
1532   // don't have a single induction variable.
1533   OldInduction = Legal->getInduction();
1534   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
1535
1536   // Find the loop boundaries.
1537   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(OrigLoop);
1538   assert(ExitCount != SE->getCouldNotCompute() && "Invalid loop count");
1539
1540   // The exit count might have the type of i64 while the phi is i32. This can
1541   // happen if we have an induction variable that is sign extended before the
1542   // compare. The only way that we get a backedge taken count is that the
1543   // induction variable was signed and as such will not overflow. In such a case
1544   // truncation is legal.
1545   if (ExitCount->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1546       IdxTy->getPrimitiveSizeInBits())
1547     ExitCount = SE->getTruncateOrNoop(ExitCount, IdxTy);
1548
1549   ExitCount = SE->getNoopOrZeroExtend(ExitCount, IdxTy);
1550   // Get the total trip count from the count by adding 1.
1551   ExitCount = SE->getAddExpr(ExitCount,
1552                              SE->getConstant(ExitCount->getType(), 1));
1553
1554   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
1555   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
1556   SCEVExpander Exp(*SE, "induction");
1557
1558   // Count holds the overall loop count (N).
1559   Value *Count = Exp.expandCodeFor(ExitCount, ExitCount->getType(),
1560                                    BypassBlock->getTerminator());
1561
1562   // The loop index does not have to start at Zero. Find the original start
1563   // value from the induction PHI node. If we don't have an induction variable
1564   // then we know that it starts at zero.
1565   Builder.SetInsertPoint(BypassBlock->getTerminator());
1566   Value *StartIdx = ExtendedIdx = OldInduction ?
1567     Builder.CreateZExt(OldInduction->getIncomingValueForBlock(BypassBlock),
1568                        IdxTy):
1569     ConstantInt::get(IdxTy, 0);
1570
1571   assert(BypassBlock && "Invalid loop structure");
1572   LoopBypassBlocks.push_back(BypassBlock);
1573
1574   // Split the single block loop into the two loop structure described above.
1575   BasicBlock *VectorPH =
1576   BypassBlock->splitBasicBlock(BypassBlock->getTerminator(), "vector.ph");
1577   BasicBlock *VecBody =
1578   VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.body");
1579   BasicBlock *MiddleBlock =
1580   VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(), "middle.block");
1581   BasicBlock *ScalarPH =
1582   MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(), "scalar.ph");
1583
1584   // Create and register the new vector loop.
1585   Loop* Lp = new Loop();
1586   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
1587
1588   // Insert the new loop into the loop nest and register the new basic blocks
1589   // before calling any utilities such as SCEV that require valid LoopInfo.
1590   if (ParentLoop) {
1591     ParentLoop->addChildLoop(Lp);
1592     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, LI->getBase());
1593     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(VectorPH, LI->getBase());
1594     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, LI->getBase());
1595   } else {
1596     LI->addTopLevelLoop(Lp);
1597   }
1598   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, LI->getBase());
1599
1600   // Use this IR builder to create the loop instructions (Phi, Br, Cmp)
1601   // inside the loop.
1602   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstNonPHI());
1603
1604   // Generate the induction variable.
1605   setDebugLocFromInst(Builder, getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
1606   Induction = Builder.CreatePHI(IdxTy, 2, "index");
1607   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
1608   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
1609   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF * UF);
1610
1611   // This is the IR builder that we use to add all of the logic for bypassing
1612   // the new vector loop.
1613   IRBuilder<> BypassBuilder(BypassBlock->getTerminator());
1614   setDebugLocFromInst(BypassBuilder,
1615                       getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
1616
1617   // We may need to extend the index in case there is a type mismatch.
1618   // We know that the count starts at zero and does not overflow.
1619   if (Count->getType() != IdxTy) {
1620     // The exit count can be of pointer type. Convert it to the correct
1621     // integer type.
1622     if (ExitCount->getType()->isPointerTy())
1623       Count = BypassBuilder.CreatePointerCast(Count, IdxTy, "ptrcnt.to.int");
1624     else
1625       Count = BypassBuilder.CreateZExtOrTrunc(Count, IdxTy, "cnt.cast");
1626   }
1627
1628   // Add the start index to the loop count to get the new end index.
1629   Value *IdxEnd = BypassBuilder.CreateAdd(Count, StartIdx, "end.idx");
1630
1631   // Now we need to generate the expression for N - (N % VF), which is
1632   // the part that the vectorized body will execute.
1633   Value *R = BypassBuilder.CreateURem(Count, Step, "n.mod.vf");
1634   Value *CountRoundDown = BypassBuilder.CreateSub(Count, R, "n.vec");
1635   Value *IdxEndRoundDown = BypassBuilder.CreateAdd(CountRoundDown, StartIdx,
1636                                                      "end.idx.rnd.down");
1637
1638   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
1639   // jump to the scalar loop.
1640   Value *Cmp = BypassBuilder.CreateICmpEQ(IdxEndRoundDown, StartIdx,
1641                                           "cmp.zero");
1642
1643   BasicBlock *LastBypassBlock = BypassBlock;
1644
1645   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
1646   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
1647   // faster.
1648   Instruction *MemRuntimeCheck = addRuntimeCheck(Legal,
1649                                                  BypassBlock->getTerminator());
1650   if (MemRuntimeCheck) {
1651     // Create a new block containing the memory check.
1652     BasicBlock *CheckBlock = BypassBlock->splitBasicBlock(MemRuntimeCheck,
1653                                                           "vector.memcheck");
1654     if (ParentLoop)
1655       ParentLoop->addBasicBlockToLoop(CheckBlock, LI->getBase());
1656     LoopBypassBlocks.push_back(CheckBlock);
1657
1658     // Replace the branch into the memory check block with a conditional branch
1659     // for the "few elements case".
1660     Instruction *OldTerm = BypassBlock->getTerminator();
1661     BranchInst::Create(MiddleBlock, CheckBlock, Cmp, OldTerm);
1662     OldTerm->eraseFromParent();
1663
1664     Cmp = MemRuntimeCheck;
1665     LastBypassBlock = CheckBlock;
1666   }
1667
1668   LastBypassBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
1669   BranchInst::Create(MiddleBlock, VectorPH, Cmp,
1670                      LastBypassBlock);
1671
1672   // We are going to resume the execution of the scalar loop.
1673   // Go over all of the induction variables that we found and fix the
1674   // PHIs that are left in the scalar version of the loop.
1675   // The starting values of PHI nodes depend on the counter of the last
1676   // iteration in the vectorized loop.
1677   // If we come from a bypass edge then we need to start from the original
1678   // start value.
1679
1680   // This variable saves the new starting index for the scalar loop.
1681   PHINode *ResumeIndex = 0;
1682   LoopVectorizationLegality::InductionList::iterator I, E;
1683   LoopVectorizationLegality::InductionList *List = Legal->getInductionVars();
1684   // Set builder to point to last bypass block.
1685   BypassBuilder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
1686   for (I = List->begin(), E = List->end(); I != E; ++I) {
1687     PHINode *OrigPhi = I->first;
1688     LoopVectorizationLegality::InductionInfo II = I->second;
1689
1690     Type *ResumeValTy = (OrigPhi == OldInduction) ? IdxTy : OrigPhi->getType();
1691     PHINode *ResumeVal = PHINode::Create(ResumeValTy, 2, "resume.val",
1692                                          MiddleBlock->getTerminator());
1693     // We might have extended the type of the induction variable but we need a
1694     // truncated version for the scalar loop.
1695     PHINode *TruncResumeVal = (OrigPhi == OldInduction) ?
1696       PHINode::Create(OrigPhi->getType(), 2, "trunc.resume.val",
1697                       MiddleBlock->getTerminator()) : 0;
1698
1699     Value *EndValue = 0;
1700     switch (II.IK) {
1701     case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
1702       llvm_unreachable("Unknown induction");
1703     case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
1704       // Handle the integer induction counter.
1705       assert(OrigPhi->getType()->isIntegerTy() && "Invalid type");
1706
1707       // We have the canonical induction variable.
1708       if (OrigPhi == OldInduction) {
1709         // Create a truncated version of the resume value for the scalar loop,
1710         // we might have promoted the type to a larger width.
1711         EndValue =
1712           BypassBuilder.CreateTrunc(IdxEndRoundDown, OrigPhi->getType());
1713         // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
1714         // or the value at the end of the vectorized loop.
1715         for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
1716           TruncResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[I]);
1717         TruncResumeVal->addIncoming(EndValue, VecBody);
1718
1719         // We know what the end value is.
1720         EndValue = IdxEndRoundDown;
1721         // We also know which PHI node holds it.
1722         ResumeIndex = ResumeVal;
1723         break;
1724       }
1725
1726       // Not the canonical induction variable - add the vector loop count to the
1727       // start value.
1728       Value *CRD = BypassBuilder.CreateSExtOrTrunc(CountRoundDown,
1729                                                    II.StartValue->getType(),
1730                                                    "cast.crd");
1731       EndValue = BypassBuilder.CreateAdd(CRD, II.StartValue , "ind.end");
1732       break;
1733     }
1734     case LoopVectorizationLegality::IK_ReverseIntInduction: {
1735       // Convert the CountRoundDown variable to the PHI size.
1736       Value *CRD = BypassBuilder.CreateSExtOrTrunc(CountRoundDown,
1737                                                    II.StartValue->getType(),
1738                                                    "cast.crd");
1739       // Handle reverse integer induction counter.
1740       EndValue = BypassBuilder.CreateSub(II.StartValue, CRD, "rev.ind.end");
1741       break;
1742     }
1743     case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction: {
1744       // For pointer induction variables, calculate the offset using
1745       // the end index.
1746       EndValue = BypassBuilder.CreateGEP(II.StartValue, CountRoundDown,
1747                                          "ptr.ind.end");
1748       break;
1749     }
1750     case LoopVectorizationLegality::IK_ReversePtrInduction: {
1751       // The value at the end of the loop for the reverse pointer is calculated
1752       // by creating a GEP with a negative index starting from the start value.
1753       Value *Zero = ConstantInt::get(CountRoundDown->getType(), 0);
1754       Value *NegIdx = BypassBuilder.CreateSub(Zero, CountRoundDown,
1755                                               "rev.ind.end");
1756       EndValue = BypassBuilder.CreateGEP(II.StartValue, NegIdx,
1757                                          "rev.ptr.ind.end");
1758       break;
1759     }
1760     }// end of case
1761
1762     // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
1763     // or the value at the end of the vectorized loop.
1764     for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I) {
1765       if (OrigPhi == OldInduction)
1766         ResumeVal->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[I]);
1767       else
1768         ResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[I]);
1769     }
1770     ResumeVal->addIncoming(EndValue, VecBody);
1771
1772     // Fix the scalar body counter (PHI node).
1773     unsigned BlockIdx = OrigPhi->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
1774     // The old inductions phi node in the scalar body needs the truncated value.
1775     if (OrigPhi == OldInduction)
1776       OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, TruncResumeVal);
1777     else
1778       OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, ResumeVal);
1779   }
1780
1781   // If we are generating a new induction variable then we also need to
1782   // generate the code that calculates the exit value. This value is not
1783   // simply the end of the counter because we may skip the vectorized body
1784   // in case of a runtime check.
1785   if (!OldInduction){
1786     assert(!ResumeIndex && "Unexpected resume value found");
1787     ResumeIndex = PHINode::Create(IdxTy, 2, "new.indc.resume.val",
1788                                   MiddleBlock->getTerminator());
1789     for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
1790       ResumeIndex->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[I]);
1791     ResumeIndex->addIncoming(IdxEndRoundDown, VecBody);
1792   }
1793
1794   // Make sure that we found the index where scalar loop needs to continue.
1795   assert(ResumeIndex && ResumeIndex->getType()->isIntegerTy() &&
1796          "Invalid resume Index");
1797
1798   // Add a check in the middle block to see if we have completed
1799   // all of the iterations in the first vector loop.
1800   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
1801   Value *CmpN = CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, IdxEnd,
1802                                 ResumeIndex, "cmp.n",
1803                                 MiddleBlock->getTerminator());
1804
1805   BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN, MiddleBlock->getTerminator());
1806   // Remove the old terminator.
1807   MiddleBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
1808
1809   // Create i+1 and fill the PHINode.
1810   Value *NextIdx = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
1811   Induction->addIncoming(StartIdx, VectorPH);
1812   Induction->addIncoming(NextIdx, VecBody);
1813   // Create the compare.
1814   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(NextIdx, IdxEndRoundDown);
1815   Builder.CreateCondBr(ICmp, MiddleBlock, VecBody);
1816
1817   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
1818   VecBody->getTerminator()->eraseFromParent();
1819
1820   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
1821   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstInsertionPt());
1822
1823   // Save the state.
1824   LoopVectorPreHeader = VectorPH;
1825   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
1826   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
1827   LoopExitBlock = ExitBlock;
1828   LoopVectorBody = VecBody;
1829   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
1830
1831   LoopVectorizeHints Hints(Lp, true);
1832   Hints.setAlreadyVectorized(Lp);
1833 }
1834
1835 /// This function returns the identity element (or neutral element) for
1836 /// the operation K.
1837 Constant*
1838 LoopVectorizationLegality::getReductionIdentity(ReductionKind K, Type *Tp) {
1839   switch (K) {
1840   case RK_IntegerXor:
1841   case RK_IntegerAdd:
1842   case RK_IntegerOr:
1843     // Adding, Xoring, Oring zero to a number does not change it.
1844     return ConstantInt::get(Tp, 0);
1845   case RK_IntegerMult:
1846     // Multiplying a number by 1 does not change it.
1847     return ConstantInt::get(Tp, 1);
1848   case RK_IntegerAnd:
1849     // AND-ing a number with an all-1 value does not change it.
1850     return ConstantInt::get(Tp, -1, true);
1851   case  RK_FloatMult:
1852     // Multiplying a number by 1 does not change it.
1853     return ConstantFP::get(Tp, 1.0L);
1854   case  RK_FloatAdd:
1855     // Adding zero to a number does not change it.
1856     return ConstantFP::get(Tp, 0.0L);
1857   default:
1858     llvm_unreachable("Unknown reduction kind");
1859   }
1860 }
1861
1862 static Intrinsic::ID checkUnaryFloatSignature(const CallInst &I,
1863                                               Intrinsic::ID ValidIntrinsicID) {
1864   if (I.getNumArgOperands() != 1 ||
1865       !I.getArgOperand(0)->getType()->isFloatingPointTy() ||
1866       I.getType() != I.getArgOperand(0)->getType() ||
1867       !I.onlyReadsMemory())
1868     return Intrinsic::not_intrinsic;
1869
1870   return ValidIntrinsicID;
1871 }
1872
1873 static Intrinsic::ID checkBinaryFloatSignature(const CallInst &I,
1874                                                Intrinsic::ID ValidIntrinsicID) {
1875   if (I.getNumArgOperands() != 2 ||
1876       !I.getArgOperand(0)->getType()->isFloatingPointTy() ||
1877       !I.getArgOperand(1)->getType()->isFloatingPointTy() ||
1878       I.getType() != I.getArgOperand(0)->getType() ||
1879       I.getType() != I.getArgOperand(1)->getType() ||
1880       !I.onlyReadsMemory())
1881     return Intrinsic::not_intrinsic;
1882
1883   return ValidIntrinsicID;
1884 }
1885
1886
1887 static Intrinsic::ID
1888 getIntrinsicIDForCall(CallInst *CI, const TargetLibraryInfo *TLI) {
1889   // If we have an intrinsic call, check if it is trivially vectorizable.
1890   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI)) {
1891     switch (II->getIntrinsicID()) {
1892     case Intrinsic::sqrt:
1893     case Intrinsic::sin:
1894     case Intrinsic::cos:
1895     case Intrinsic::exp:
1896     case Intrinsic::exp2:
1897     case Intrinsic::log:
1898     case Intrinsic::log10:
1899     case Intrinsic::log2:
1900     case Intrinsic::fabs:
1901     case Intrinsic::copysign:
1902     case Intrinsic::floor:
1903     case Intrinsic::ceil:
1904     case Intrinsic::trunc:
1905     case Intrinsic::rint:
1906     case Intrinsic::nearbyint:
1907     case Intrinsic::round:
1908     case Intrinsic::pow:
1909     case Intrinsic::fma:
1910     case Intrinsic::fmuladd:
1911     case Intrinsic::lifetime_start:
1912     case Intrinsic::lifetime_end:
1913       return II->getIntrinsicID();
1914     default:
1915       return Intrinsic::not_intrinsic;
1916     }
1917   }
1918
1919   if (!TLI)
1920     return Intrinsic::not_intrinsic;
1921
1922   LibFunc::Func Func;
1923   Function *F = CI->getCalledFunction();
1924   // We're going to make assumptions on the semantics of the functions, check
1925   // that the target knows that it's available in this environment and it does
1926   // not have local linkage.
1927   if (!F || F->hasLocalLinkage() || !TLI->getLibFunc(F->getName(), Func))
1928     return Intrinsic::not_intrinsic;
1929
1930   // Otherwise check if we have a call to a function that can be turned into a
1931   // vector intrinsic.
1932   switch (Func) {
1933   default:
1934     break;
1935   case LibFunc::sin:
1936   case LibFunc::sinf:
1937   case LibFunc::sinl:
1938     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::sin);
1939   case LibFunc::cos:
1940   case LibFunc::cosf:
1941   case LibFunc::cosl:
1942     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::cos);
1943   case LibFunc::exp:
1944   case LibFunc::expf:
1945   case LibFunc::expl:
1946     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::exp);
1947   case LibFunc::exp2:
1948   case LibFunc::exp2f:
1949   case LibFunc::exp2l:
1950     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::exp2);
1951   case LibFunc::log:
1952   case LibFunc::logf:
1953   case LibFunc::logl:
1954     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::log);
1955   case LibFunc::log10:
1956   case LibFunc::log10f:
1957   case LibFunc::log10l:
1958     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::log10);
1959   case LibFunc::log2:
1960   case LibFunc::log2f:
1961   case LibFunc::log2l:
1962     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::log2);
1963   case LibFunc::fabs:
1964   case LibFunc::fabsf:
1965   case LibFunc::fabsl:
1966     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::fabs);
1967   case LibFunc::copysign:
1968   case LibFunc::copysignf:
1969   case LibFunc::copysignl:
1970     return checkBinaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::copysign);
1971   case LibFunc::floor:
1972   case LibFunc::floorf:
1973   case LibFunc::floorl:
1974     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::floor);
1975   case LibFunc::ceil:
1976   case LibFunc::ceilf:
1977   case LibFunc::ceill:
1978     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::ceil);
1979   case LibFunc::trunc:
1980   case LibFunc::truncf:
1981   case LibFunc::truncl:
1982     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::trunc);
1983   case LibFunc::rint:
1984   case LibFunc::rintf:
1985   case LibFunc::rintl:
1986     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::rint);
1987   case LibFunc::nearbyint:
1988   case LibFunc::nearbyintf:
1989   case LibFunc::nearbyintl:
1990     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::nearbyint);
1991   case LibFunc::round:
1992   case LibFunc::roundf:
1993   case LibFunc::roundl:
1994     return checkUnaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::round);
1995   case LibFunc::pow:
1996   case LibFunc::powf:
1997   case LibFunc::powl:
1998     return checkBinaryFloatSignature(*CI, Intrinsic::pow);
1999   }
2000
2001   return Intrinsic::not_intrinsic;
2002 }
2003
2004 /// This function translates the reduction kind to an LLVM binary operator.
2005 static unsigned
2006 getReductionBinOp(LoopVectorizationLegality::ReductionKind Kind) {
2007   switch (Kind) {
2008     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerAdd:
2009       return Instruction::Add;
2010     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerMult:
2011       return Instruction::Mul;
2012     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerOr:
2013       return Instruction::Or;
2014     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerAnd:
2015       return Instruction::And;
2016     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerXor:
2017       return Instruction::Xor;
2018     case LoopVectorizationLegality::RK_FloatMult:
2019       return Instruction::FMul;
2020     case LoopVectorizationLegality::RK_FloatAdd:
2021       return Instruction::FAdd;
2022     case LoopVectorizationLegality::RK_IntegerMinMax:
2023       return Instruction::ICmp;
2024     case LoopVectorizationLegality::RK_FloatMinMax:
2025       return Instruction::FCmp;
2026     default:
2027       llvm_unreachable("Unknown reduction operation");
2028   }
2029 }
2030
2031 Value *createMinMaxOp(IRBuilder<> &Builder,
2032                       LoopVectorizationLegality::MinMaxReductionKind RK,
2033                       Value *Left,
2034                       Value *Right) {
2035   CmpInst::Predicate P = CmpInst::ICMP_NE;
2036   switch (RK) {
2037   default:
2038     llvm_unreachable("Unknown min/max reduction kind");
2039   case LoopVectorizationLegality::MRK_UIntMin:
2040     P = CmpInst::ICMP_ULT;
2041     break;
2042   case LoopVectorizationLegality::MRK_UIntMax:
2043     P = CmpInst::ICMP_UGT;
2044     break;
2045   case LoopVectorizationLegality::MRK_SIntMin:
2046     P = CmpInst::ICMP_SLT;
2047     break;
2048   case LoopVectorizationLegality::MRK_SIntMax:
2049     P = CmpInst::ICMP_SGT;
2050     break;
2051   case LoopVectorizationLegality::MRK_FloatMin:
2052     P = CmpInst::FCMP_OLT;
2053     break;
2054   case LoopVectorizationLegality::MRK_FloatMax:
2055     P = CmpInst::FCMP_OGT;
2056     break;
2057   }
2058
2059   Value *Cmp;
2060   if (RK == LoopVectorizationLegality::MRK_FloatMin ||
2061       RK == LoopVectorizationLegality::MRK_FloatMax)
2062     Cmp = Builder.CreateFCmp(P, Left, Right, "rdx.minmax.cmp");
2063   else
2064     Cmp = Builder.CreateICmp(P, Left, Right, "rdx.minmax.cmp");
2065
2066   Value *Select = Builder.CreateSelect(Cmp, Left, Right, "rdx.minmax.select");
2067   return Select;
2068 }
2069
2070 namespace {
2071 struct CSEDenseMapInfo {
2072   static bool canHandle(Instruction *I) {
2073     return isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
2074            isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I);
2075   }
2076   static inline Instruction *getEmptyKey() {
2077     return DenseMapInfo<Instruction *>::getEmptyKey();
2078   }
2079   static inline Instruction *getTombstoneKey() {
2080     return DenseMapInfo<Instruction *>::getTombstoneKey();
2081   }
2082   static unsigned getHashValue(Instruction *I) {
2083     assert(canHandle(I) && "Unknown instruction!");
2084     return hash_combine(I->getOpcode(), hash_combine_range(I->value_op_begin(),
2085                                                            I->value_op_end()));
2086   }
2087   static bool isEqual(Instruction *LHS, Instruction *RHS) {
2088     if (LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey() ||
2089         LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey())
2090       return LHS == RHS;
2091     return LHS->isIdenticalTo(RHS);
2092   }
2093 };
2094 }
2095
2096 ///\brief Perform cse of induction variable instructions.
2097 static void cse(BasicBlock *BB) {
2098   // Perform simple cse.
2099   SmallDenseMap<Instruction *, Instruction *, 4, CSEDenseMapInfo> CSEMap;
2100   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
2101     Instruction *In = I++;
2102
2103     if (!CSEDenseMapInfo::canHandle(In))
2104       continue;
2105
2106     // Check if we can replace this instruction with any of the
2107     // visited instructions.
2108     if (Instruction *V = CSEMap.lookup(In)) {
2109       In->replaceAllUsesWith(V);
2110       In->eraseFromParent();
2111       continue;
2112     }
2113
2114     CSEMap[In] = In;
2115   }
2116 }
2117
2118 void
2119 InnerLoopVectorizer::vectorizeLoop(LoopVectorizationLegality *Legal) {
2120   //===------------------------------------------------===//
2121   //
2122   // Notice: any optimization or new instruction that go
2123   // into the code below should be also be implemented in
2124   // the cost-model.
2125   //
2126   //===------------------------------------------------===//
2127   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
2128
2129   // In order to support reduction variables we need to be able to vectorize
2130   // Phi nodes. Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two
2131   // stages. First, we create a new vector PHI node with no incoming edges.
2132   // We use this value when we vectorize all of the instructions that use the
2133   // PHI. Next, after all of the instructions in the block are complete we
2134   // add the new incoming edges to the PHI. At this point all of the
2135   // instructions in the basic block are vectorized, so we can use them to
2136   // construct the PHI.
2137   PhiVector RdxPHIsToFix;
2138
2139   // Scan the loop in a topological order to ensure that defs are vectorized
2140   // before users.
2141   LoopBlocksDFS DFS(OrigLoop);
2142   DFS.perform(LI);
2143
2144   // Vectorize all of the blocks in the original loop.
2145   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
2146        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb)
2147     vectorizeBlockInLoop(Legal, *bb, &RdxPHIsToFix);
2148
2149   // At this point every instruction in the original loop is widened to
2150   // a vector form. We are almost done. Now, we need to fix the PHI nodes
2151   // that we vectorized. The PHI nodes are currently empty because we did
2152   // not want to introduce cycles. Notice that the remaining PHI nodes
2153   // that we need to fix are reduction variables.
2154
2155   // Create the 'reduced' values for each of the induction vars.
2156   // The reduced values are the vector values that we scalarize and combine
2157   // after the loop is finished.
2158   for (PhiVector::iterator it = RdxPHIsToFix.begin(), e = RdxPHIsToFix.end();
2159        it != e; ++it) {
2160     PHINode *RdxPhi = *it;
2161     assert(RdxPhi && "Unable to recover vectorized PHI");
2162
2163     // Find the reduction variable descriptor.
2164     assert(Legal->getReductionVars()->count(RdxPhi) &&
2165            "Unable to find the reduction variable");
2166     LoopVectorizationLegality::ReductionDescriptor RdxDesc =
2167     (*Legal->getReductionVars())[RdxPhi];
2168
2169     setDebugLocFromInst(Builder, RdxDesc.StartValue);
2170
2171     // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
2172     // To do so, we need to generate the 'identity' vector and overide
2173     // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
2174     // to do it in the vector-loop preheader.
2175     Builder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks.front()->getTerminator());
2176
2177     // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
2178     VectorParts &VectorExit = getVectorValue(RdxDesc.LoopExitInstr);
2179     Type *VecTy = VectorExit[0]->getType();
2180
2181     // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
2182     // one for multiplication, -1 for And.
2183     Value *Identity;
2184     Value *VectorStart;
2185     if (RdxDesc.Kind == LoopVectorizationLegality::RK_IntegerMinMax ||
2186         RdxDesc.Kind == LoopVectorizationLegality::RK_FloatMinMax) {
2187       // MinMax reduction have the start value as their identify.
2188       if (VF == 1) {
2189         VectorStart = Identity = RdxDesc.StartValue;
2190       } else {
2191         VectorStart = Identity = Builder.CreateVectorSplat(VF,
2192                                                            RdxDesc.StartValue,
2193                                                            "minmax.ident");
2194       }
2195     } else {
2196       // Handle other reduction kinds:
2197       Constant *Iden =
2198       LoopVectorizationLegality::getReductionIdentity(RdxDesc.Kind,
2199                                                       VecTy->getScalarType());
2200       if (VF == 1) {
2201         Identity = Iden;
2202         // This vector is the Identity vector where the first element is the
2203         // incoming scalar reduction.
2204         VectorStart = RdxDesc.StartValue;
2205       } else {
2206         Identity = ConstantVector::getSplat(VF, Iden);
2207
2208         // This vector is the Identity vector where the first element is the
2209         // incoming scalar reduction.
2210         VectorStart = Builder.CreateInsertElement(Identity,
2211                                                   RdxDesc.StartValue, Zero);
2212       }
2213     }
2214
2215     // Fix the vector-loop phi.
2216     // We created the induction variable so we know that the
2217     // preheader is the first entry.
2218     BasicBlock *VecPreheader = Induction->getIncomingBlock(0);
2219
2220     // Reductions do not have to start at zero. They can start with
2221     // any loop invariant values.
2222     VectorParts &VecRdxPhi = WidenMap.get(RdxPhi);
2223     BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
2224     Value *LoopVal = RdxPhi->getIncomingValueForBlock(Latch);
2225     VectorParts &Val = getVectorValue(LoopVal);
2226     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
2227       // Make sure to add the reduction stat value only to the
2228       // first unroll part.
2229       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
2230       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(StartVal, VecPreheader);
2231       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(Val[part], LoopVectorBody);
2232     }
2233
2234     // Before each round, move the insertion point right between
2235     // the PHIs and the values we are going to write.
2236     // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
2237     // instructions.
2238     Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
2239
2240     VectorParts RdxParts;
2241     setDebugLocFromInst(Builder, RdxDesc.LoopExitInstr);
2242     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
2243       // This PHINode contains the vectorized reduction variable, or
2244       // the initial value vector, if we bypass the vector loop.
2245       VectorParts &RdxExitVal = getVectorValue(RdxDesc.LoopExitInstr);
2246       PHINode *NewPhi = Builder.CreatePHI(VecTy, 2, "rdx.vec.exit.phi");
2247       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
2248       for (unsigned I = 0, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2249         NewPhi->addIncoming(StartVal, LoopBypassBlocks[I]);
2250       NewPhi->addIncoming(RdxExitVal[part], LoopVectorBody);
2251       RdxParts.push_back(NewPhi);
2252     }
2253
2254     // Reduce all of the unrolled parts into a single vector.
2255     Value *ReducedPartRdx = RdxParts[0];
2256     unsigned Op = getReductionBinOp(RdxDesc.Kind);
2257     setDebugLocFromInst(Builder, ReducedPartRdx);
2258     for (unsigned part = 1; part < UF; ++part) {
2259       if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
2260         ReducedPartRdx = Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Op,
2261                                              RdxParts[part], ReducedPartRdx,
2262                                              "bin.rdx");
2263       else
2264         ReducedPartRdx = createMinMaxOp(Builder, RdxDesc.MinMaxKind,
2265                                         ReducedPartRdx, RdxParts[part]);
2266     }
2267
2268     if (VF > 1) {
2269       // VF is a power of 2 so we can emit the reduction using log2(VF) shuffles
2270       // and vector ops, reducing the set of values being computed by half each
2271       // round.
2272       assert(isPowerOf2_32(VF) &&
2273              "Reduction emission only supported for pow2 vectors!");
2274       Value *TmpVec = ReducedPartRdx;
2275       SmallVector<Constant*, 32> ShuffleMask(VF, 0);
2276       for (unsigned i = VF; i != 1; i >>= 1) {
2277         // Move the upper half of the vector to the lower half.
2278         for (unsigned j = 0; j != i/2; ++j)
2279           ShuffleMask[j] = Builder.getInt32(i/2 + j);
2280
2281         // Fill the rest of the mask with undef.
2282         std::fill(&ShuffleMask[i/2], ShuffleMask.end(),
2283                   UndefValue::get(Builder.getInt32Ty()));
2284
2285         Value *Shuf =
2286         Builder.CreateShuffleVector(TmpVec,
2287                                     UndefValue::get(TmpVec->getType()),
2288                                     ConstantVector::get(ShuffleMask),
2289                                     "rdx.shuf");
2290
2291         if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
2292           TmpVec = Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Op, TmpVec, Shuf,
2293                                        "bin.rdx");
2294         else
2295           TmpVec = createMinMaxOp(Builder, RdxDesc.MinMaxKind, TmpVec, Shuf);
2296       }
2297
2298       // The result is in the first element of the vector.
2299       ReducedPartRdx = Builder.CreateExtractElement(TmpVec,
2300                                                     Builder.getInt32(0));
2301     }
2302
2303     // Now, we need to fix the users of the reduction variable
2304     // inside and outside of the scalar remainder loop.
2305     // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
2306     // PHI nodes in the exit blocks.
2307     for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
2308          LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
2309       PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
2310       if (!LCSSAPhi) break;
2311
2312       // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
2313       // we already fixed them.
2314       assert(LCSSAPhi->getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
2315
2316       // We found our reduction value exit-PHI. Update it with the
2317       // incoming bypass edge.
2318       if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == RdxDesc.LoopExitInstr) {
2319         // Add an edge coming from the bypass.
2320         LCSSAPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
2321         break;
2322       }
2323     }// end of the LCSSA phi scan.
2324
2325     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
2326     // from the vector body and from the backedge value.
2327     int IncomingEdgeBlockIdx =
2328     (RdxPhi)->getBasicBlockIndex(OrigLoop->getLoopLatch());
2329     assert(IncomingEdgeBlockIdx >= 0 && "Invalid block index");
2330     // Pick the other block.
2331     int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1);
2332     (RdxPhi)->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, ReducedPartRdx);
2333     (RdxPhi)->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, RdxDesc.LoopExitInstr);
2334   }// end of for each redux variable.
2335
2336   fixLCSSAPHIs();
2337
2338   // Remove redundant induction instructions.
2339   cse(LoopVectorBody);
2340 }
2341
2342 void InnerLoopVectorizer::fixLCSSAPHIs() {
2343   for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
2344        LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
2345     PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
2346     if (!LCSSAPhi) break;
2347     if (LCSSAPhi->getNumIncomingValues() == 1)
2348       LCSSAPhi->addIncoming(UndefValue::get(LCSSAPhi->getType()),
2349                             LoopMiddleBlock);
2350   }
2351
2352
2353 InnerLoopVectorizer::VectorParts
2354 InnerLoopVectorizer::createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst) {
2355   assert(std::find(pred_begin(Dst), pred_end(Dst), Src) != pred_end(Dst) &&
2356          "Invalid edge");
2357
2358   // Look for cached value.
2359   std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*> Edge(Src, Dst);
2360   EdgeMaskCache::iterator ECEntryIt = MaskCache.find(Edge);
2361   if (ECEntryIt != MaskCache.end())
2362     return ECEntryIt->second;
2363
2364   VectorParts SrcMask = createBlockInMask(Src);
2365
2366   // The terminator has to be a branch inst!
2367   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Src->getTerminator());
2368   assert(BI && "Unexpected terminator found");
2369
2370   if (BI->isConditional()) {
2371     VectorParts EdgeMask = getVectorValue(BI->getCondition());
2372
2373     if (BI->getSuccessor(0) != Dst)
2374       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
2375         EdgeMask[part] = Builder.CreateNot(EdgeMask[part]);
2376
2377     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
2378       EdgeMask[part] = Builder.CreateAnd(EdgeMask[part], SrcMask[part]);
2379
2380     MaskCache[Edge] = EdgeMask;
2381     return EdgeMask;
2382   }
2383
2384   MaskCache[Edge] = SrcMask;
2385   return SrcMask;
2386 }
2387
2388 InnerLoopVectorizer::VectorParts
2389 InnerLoopVectorizer::createBlockInMask(BasicBlock *BB) {
2390   assert(OrigLoop->contains(BB) && "Block is not a part of a loop");
2391
2392   // Loop incoming mask is all-one.
2393   if (OrigLoop->getHeader() == BB) {
2394     Value *C = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 1);
2395     return getVectorValue(C);
2396   }
2397
2398   // This is the block mask. We OR all incoming edges, and with zero.
2399   Value *Zero = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 0);
2400   VectorParts BlockMask = getVectorValue(Zero);
2401
2402   // For each pred:
2403   for (pred_iterator it = pred_begin(BB), e = pred_end(BB); it != e; ++it) {
2404     VectorParts EM = createEdgeMask(*it, BB);
2405     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
2406       BlockMask[part] = Builder.CreateOr(BlockMask[part], EM[part]);
2407   }
2408
2409   return BlockMask;
2410 }
2411
2412 void InnerLoopVectorizer::widenPHIInstruction(Instruction *PN,
2413                                               InnerLoopVectorizer::VectorParts &Entry,
2414                                               LoopVectorizationLegality *Legal,
2415                                               unsigned UF, unsigned VF, PhiVector *PV) {
2416   PHINode* P = cast<PHINode>(PN);
2417   // Handle reduction variables:
2418   if (Legal->getReductionVars()->count(P)) {
2419     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
2420       // This is phase one of vectorizing PHIs.
2421       Type *VecTy = (VF == 1) ? PN->getType() :
2422       VectorType::get(PN->getType(), VF);
2423       Entry[part] = PHINode::Create(VecTy, 2, "vec.phi",
2424                                     LoopVectorBody-> getFirstInsertionPt());
2425     }
2426     PV->push_back(P);
2427     return;
2428   }
2429
2430   setDebugLocFromInst(Builder, P);
2431   // Check for PHI nodes that are lowered to vector selects.
2432   if (P->getParent() != OrigLoop->getHeader()) {
2433     // We know that all PHIs in non header blocks are converted into
2434     // selects, so we don't have to worry about the insertion order and we
2435     // can just use the builder.
2436     // At this point we generate the predication tree. There may be
2437     // duplications since this is a simple recursive scan, but future
2438     // optimizations will clean it up.
2439
2440     unsigned NumIncoming = P->getNumIncomingValues();
2441
2442     // Generate a sequence of selects of the form:
2443     // SELECT(Mask3, In3,
2444     //      SELECT(Mask2, In2,
2445     //                   ( ...)))
2446     for (unsigned In = 0; In < NumIncoming; In++) {
2447       VectorParts Cond = createEdgeMask(P->getIncomingBlock(In),
2448                                         P->getParent());
2449       VectorParts &In0 = getVectorValue(P->getIncomingValue(In));
2450
2451       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
2452         // We might have single edge PHIs (blocks) - use an identity
2453         // 'select' for the first PHI operand.
2454         if (In == 0)
2455           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
2456                                              In0[part]);
2457         else
2458           // Select between the current value and the previous incoming edge
2459           // based on the incoming mask.
2460           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
2461                                              Entry[part], "predphi");
2462       }
2463     }
2464     return;
2465   }
2466
2467   // This PHINode must be an induction variable.
2468   // Make sure that we know about it.
2469   assert(Legal->getInductionVars()->count(P) &&
2470          "Not an induction variable");
2471
2472   LoopVectorizationLegality::InductionInfo II =
2473   Legal->getInductionVars()->lookup(P);
2474
2475   switch (II.IK) {
2476     case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
2477       llvm_unreachable("Unknown induction");
2478     case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
2479       assert(P->getType() == II.StartValue->getType() && "Types must match");
2480       Type *PhiTy = P->getType();
2481       Value *Broadcasted;
2482       if (P == OldInduction) {
2483         // Handle the canonical induction variable. We might have had to
2484         // extend the type.
2485         Broadcasted = Builder.CreateTrunc(Induction, PhiTy);
2486       } else {
2487         // Handle other induction variables that are now based on the
2488         // canonical one.
2489         Value *NormalizedIdx = Builder.CreateSub(Induction, ExtendedIdx,
2490                                                  "normalized.idx");
2491         NormalizedIdx = Builder.CreateSExtOrTrunc(NormalizedIdx, PhiTy);
2492         Broadcasted = Builder.CreateAdd(II.StartValue, NormalizedIdx,
2493                                         "offset.idx");
2494       }
2495       Broadcasted = getBroadcastInstrs(Broadcasted);
2496       // After broadcasting the induction variable we need to make the vector
2497       // consecutive by adding 0, 1, 2, etc.
2498       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
2499         Entry[part] = getConsecutiveVector(Broadcasted, VF * part, false);
2500       return;
2501     }
2502     case LoopVectorizationLegality::IK_ReverseIntInduction:
2503     case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction:
2504     case LoopVectorizationLegality::IK_ReversePtrInduction:
2505       // Handle reverse integer and pointer inductions.
2506       Value *StartIdx = ExtendedIdx;
2507       // This is the normalized GEP that starts counting at zero.
2508       Value *NormalizedIdx = Builder.CreateSub(Induction, StartIdx,
2509                                                "normalized.idx");
2510
2511       // Handle the reverse integer induction variable case.
2512       if (LoopVectorizationLegality::IK_ReverseIntInduction == II.IK) {
2513         IntegerType *DstTy = cast<IntegerType>(II.StartValue->getType());
2514         Value *CNI = Builder.CreateSExtOrTrunc(NormalizedIdx, DstTy,
2515                                                "resize.norm.idx");
2516         Value *ReverseInd  = Builder.CreateSub(II.StartValue, CNI,
2517                                                "reverse.idx");
2518
2519         // This is a new value so do not hoist it out.
2520         Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ReverseInd);
2521         // After broadcasting the induction variable we need to make the
2522         // vector consecutive by adding  ... -3, -2, -1, 0.
2523         for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
2524           Entry[part] = getConsecutiveVector(Broadcasted, -(int)VF * part,
2525                                              true);
2526         return;
2527       }
2528
2529       // Handle the pointer induction variable case.
2530       assert(P->getType()->isPointerTy() && "Unexpected type.");
2531
2532       // Is this a reverse induction ptr or a consecutive induction ptr.
2533       bool Reverse = (LoopVectorizationLegality::IK_ReversePtrInduction ==
2534                       II.IK);
2535
2536       // This is the vector of results. Notice that we don't generate
2537       // vector geps because scalar geps result in better code.
2538       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
2539         if (VF == 1) {
2540           int EltIndex = (part) * (Reverse ? -1 : 1);
2541           Constant *Idx = ConstantInt::get(Induction->getType(), EltIndex);
2542           Value *GlobalIdx;
2543           if (Reverse)
2544             GlobalIdx = Builder.CreateSub(Idx, NormalizedIdx, "gep.ridx");
2545           else
2546             GlobalIdx = Builder.CreateAdd(NormalizedIdx, Idx, "gep.idx");
2547
2548           Value *SclrGep = Builder.CreateGEP(II.StartValue, GlobalIdx,
2549                                              "next.gep");
2550           Entry[part] = SclrGep;
2551           continue;
2552         }
2553
2554         Value *VecVal = UndefValue::get(VectorType::get(P->getType(), VF));
2555         for (unsigned int i = 0; i < VF; ++i) {
2556           int EltIndex = (i + part * VF) * (Reverse ? -1 : 1);
2557           Constant *Idx = ConstantInt::get(Induction->getType(), EltIndex);
2558           Value *GlobalIdx;
2559           if (!Reverse)
2560             GlobalIdx = Builder.CreateAdd(NormalizedIdx, Idx, "gep.idx");
2561           else
2562             GlobalIdx = Builder.CreateSub(Idx, NormalizedIdx, "gep.ridx");
2563
2564           Value *SclrGep = Builder.CreateGEP(II.StartValue, GlobalIdx,
2565                                              "next.gep");
2566           VecVal = Builder.CreateInsertElement(VecVal, SclrGep,
2567                                                Builder.getInt32(i),
2568                                                "insert.gep");
2569         }
2570         Entry[part] = VecVal;
2571       }
2572       return;
2573   }
2574 }
2575
2576 void
2577 InnerLoopVectorizer::vectorizeBlockInLoop(LoopVectorizationLegality *Legal,
2578                                           BasicBlock *BB, PhiVector *PV) {
2579   // For each instruction in the old loop.
2580   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
2581     VectorParts &Entry = WidenMap.get(it);
2582     switch (it->getOpcode()) {
2583     case Instruction::Br:
2584       // Nothing to do for PHIs and BR, since we already took care of the
2585       // loop control flow instructions.
2586       continue;
2587     case Instruction::PHI:{
2588       // Vectorize PHINodes.
2589       widenPHIInstruction(it, Entry, Legal, UF, VF, PV);
2590       continue;
2591     }// End of PHI.
2592
2593     case Instruction::Add:
2594     case Instruction::FAdd:
2595     case Instruction::Sub:
2596     case Instruction::FSub:
2597     case Instruction::Mul:
2598     case Instruction::FMul:
2599     case Instruction::UDiv:
2600     case Instruction::SDiv:
2601     case Instruction::FDiv:
2602     case Instruction::URem:
2603     case Instruction::SRem:
2604     case Instruction::FRem:
2605     case Instruction::Shl:
2606     case Instruction::LShr:
2607     case Instruction::AShr:
2608     case Instruction::And:
2609     case Instruction::Or:
2610     case Instruction::Xor: {
2611       // Just widen binops.
2612       BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(it);
2613       setDebugLocFromInst(Builder, BinOp);
2614       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
2615       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
2616
2617       // Use this vector value for all users of the original instruction.
2618       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2619         Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), A[Part], B[Part]);
2620
2621         // Update the NSW, NUW and Exact flags. Notice: V can be an Undef.
2622         BinaryOperator *VecOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V);
2623         if (VecOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(BinOp)) {
2624           VecOp->setHasNoSignedWrap(BinOp->hasNoSignedWrap());
2625           VecOp->setHasNoUnsignedWrap(BinOp->hasNoUnsignedWrap());
2626         }
2627         if (VecOp && isa<PossiblyExactOperator>(VecOp))
2628           VecOp->setIsExact(BinOp->isExact());
2629
2630         Entry[Part] = V;
2631       }
2632       break;
2633     }
2634     case Instruction::Select: {
2635       // Widen selects.
2636       // If the selector is loop invariant we can create a select
2637       // instruction with a scalar condition. Otherwise, use vector-select.
2638       bool InvariantCond = SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(it->getOperand(0)),
2639                                                OrigLoop);
2640       setDebugLocFromInst(Builder, it);
2641
2642       // The condition can be loop invariant  but still defined inside the
2643       // loop. This means that we can't just use the original 'cond' value.
2644       // We have to take the 'vectorized' value and pick the first lane.
2645       // Instcombine will make this a no-op.
2646       VectorParts &Cond = getVectorValue(it->getOperand(0));
2647       VectorParts &Op0  = getVectorValue(it->getOperand(1));
2648       VectorParts &Op1  = getVectorValue(it->getOperand(2));
2649
2650       Value *ScalarCond = (VF == 1) ? Cond[0] :
2651         Builder.CreateExtractElement(Cond[0], Builder.getInt32(0));
2652
2653       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2654         Entry[Part] = Builder.CreateSelect(
2655           InvariantCond ? ScalarCond : Cond[Part],
2656           Op0[Part],
2657           Op1[Part]);
2658       }
2659       break;
2660     }
2661
2662     case Instruction::ICmp:
2663     case Instruction::FCmp: {
2664       // Widen compares. Generate vector compares.
2665       bool FCmp = (it->getOpcode() == Instruction::FCmp);
2666       CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(it);
2667       setDebugLocFromInst(Builder, it);
2668       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
2669       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
2670       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2671         Value *C = 0;
2672         if (FCmp)
2673           C = Builder.CreateFCmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
2674         else
2675           C = Builder.CreateICmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
2676         Entry[Part] = C;
2677       }
2678       break;
2679     }
2680
2681     case Instruction::Store:
2682     case Instruction::Load:
2683         vectorizeMemoryInstruction(it, Legal);
2684         break;
2685     case Instruction::ZExt:
2686     case Instruction::SExt:
2687     case Instruction::FPToUI:
2688     case Instruction::FPToSI:
2689     case Instruction::FPExt:
2690     case Instruction::PtrToInt:
2691     case Instruction::IntToPtr:
2692     case Instruction::SIToFP:
2693     case Instruction::UIToFP:
2694     case Instruction::Trunc:
2695     case Instruction::FPTrunc:
2696     case Instruction::BitCast: {
2697       CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(it);
2698       setDebugLocFromInst(Builder, it);
2699       /// Optimize the special case where the source is the induction
2700       /// variable. Notice that we can only optimize the 'trunc' case
2701       /// because: a. FP conversions lose precision, b. sext/zext may wrap,
2702       /// c. other casts depend on pointer size.
2703       if (CI->getOperand(0) == OldInduction &&
2704           it->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
2705         Value *ScalarCast = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), Induction,
2706                                                CI->getType());
2707         Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ScalarCast);
2708         for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
2709           Entry[Part] = getConsecutiveVector(Broadcasted, VF * Part, false);
2710         break;
2711       }
2712       /// Vectorize casts.
2713       Type *DestTy = (VF == 1) ? CI->getType() :
2714                                  VectorType::get(CI->getType(), VF);
2715
2716       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
2717       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
2718         Entry[Part] = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), A[Part], DestTy);
2719       break;
2720     }
2721
2722     case Instruction::Call: {
2723       // Ignore dbg intrinsics.
2724       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
2725         break;
2726       setDebugLocFromInst(Builder, it);
2727
2728       Module *M = BB->getParent()->getParent();
2729       CallInst *CI = cast<CallInst>(it);
2730       Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
2731       assert(ID && "Not an intrinsic call!");
2732       switch (ID) {
2733       case Intrinsic::lifetime_end:
2734       case Intrinsic::lifetime_start:
2735         scalarizeInstruction(it);
2736         break;
2737       default:
2738         for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2739           SmallVector<Value *, 4> Args;
2740           for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i) {
2741             VectorParts &Arg = getVectorValue(CI->getArgOperand(i));
2742             Args.push_back(Arg[Part]);
2743           }
2744           Type *Tys[] = {CI->getType()};
2745           if (VF > 1)
2746             Tys[0] = VectorType::get(CI->getType()->getScalarType(), VF);
2747
2748           Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, ID, Tys);
2749           Entry[Part] = Builder.CreateCall(F, Args);
2750         }
2751         break;
2752       }
2753       break;
2754     }
2755
2756     default:
2757       // All other instructions are unsupported. Scalarize them.
2758       scalarizeInstruction(it);
2759       break;
2760     }// end of switch.
2761   }// end of for_each instr.
2762 }
2763
2764 void InnerLoopVectorizer::updateAnalysis() {
2765   // Forget the original basic block.
2766   SE->forgetLoop(OrigLoop);
2767
2768   // Update the dominator tree information.
2769   assert(DT->properlyDominates(LoopBypassBlocks.front(), LoopExitBlock) &&
2770          "Entry does not dominate exit.");
2771
2772   for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2773     DT->addNewBlock(LoopBypassBlocks[I], LoopBypassBlocks[I-1]);
2774   DT->addNewBlock(LoopVectorPreHeader, LoopBypassBlocks.back());
2775   DT->addNewBlock(LoopVectorBody, LoopVectorPreHeader);
2776   DT->addNewBlock(LoopMiddleBlock, LoopBypassBlocks.front());
2777   DT->addNewBlock(LoopScalarPreHeader, LoopMiddleBlock);
2778   DT->changeImmediateDominator(LoopScalarBody, LoopScalarPreHeader);
2779   DT->changeImmediateDominator(LoopExitBlock, LoopMiddleBlock);
2780
2781   DEBUG(DT->verifyAnalysis());
2782 }
2783
2784 /// \brief Check whether it is safe to if-convert this phi node.
2785 ///
2786 /// Phi nodes with constant expressions that can trap are not safe to if
2787 /// convert.
2788 static bool canIfConvertPHINodes(BasicBlock *BB) {
2789   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
2790     PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I);
2791     if (!Phi)
2792       return true;
2793     for (unsigned p = 0, e = Phi->getNumIncomingValues(); p != e; ++p)
2794       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Phi->getIncomingValue(p)))
2795         if (C->canTrap())
2796           return false;
2797   }
2798   return true;
2799 }
2800
2801 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeWithIfConvert() {
2802   if (!EnableIfConversion)
2803     return false;
2804
2805   assert(TheLoop->getNumBlocks() > 1 && "Single block loops are vectorizable");
2806
2807   // A list of pointers that we can safely read and write to.
2808   SmallPtrSet<Value *, 8> SafePointes;
2809
2810   // Collect safe addresses.
2811   for (Loop::block_iterator BI = TheLoop->block_begin(),
2812          BE = TheLoop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
2813     BasicBlock *BB = *BI;
2814
2815     if (blockNeedsPredication(BB))
2816       continue;
2817
2818     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
2819       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
2820         SafePointes.insert(LI->getPointerOperand());
2821       else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
2822         SafePointes.insert(SI->getPointerOperand());
2823     }
2824   }
2825
2826   // Collect the blocks that need predication.
2827   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
2828   for (Loop::block_iterator BI = TheLoop->block_begin(),
2829          BE = TheLoop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
2830     BasicBlock *BB = *BI;
2831
2832     // We don't support switch statements inside loops.
2833     if (!isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
2834       return false;
2835
2836     // We must be able to predicate all blocks that need to be predicated.
2837     if (blockNeedsPredication(BB)) {
2838       if (!blockCanBePredicated(BB, SafePointes))
2839         return false;
2840     } else if (BB != Header && !canIfConvertPHINodes(BB))
2841       return false;
2842
2843   }
2844
2845   // We can if-convert this loop.
2846   return true;
2847 }
2848
2849 bool LoopVectorizationLegality::canVectorize() {
2850   // We must have a loop in canonical form. Loops with indirectbr in them cannot
2851   // be canonicalized.
2852   if (!TheLoop->getLoopPreheader())
2853     return false;
2854
2855   // We can only vectorize innermost loops.
2856   if (TheLoop->getSubLoopsVector().size())
2857     return false;
2858
2859   // We must have a single backedge.
2860   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1)
2861     return false;
2862
2863   // We must have a single exiting block.
2864   if (!TheLoop->getExitingBlock())
2865     return false;
2866
2867   // We only handle bottom-tested loops, i.e. loop in which the condition is
2868   // checked at the end of each iteration. With that we can assume that all
2869   // instructions in the loop are executed the same number of times.
2870   if (TheLoop->getExitingBlock() != TheLoop->getLoopLatch()) {
2871     DEBUG(dbgs() << "LV: loop control flow is not understood by vectorizer\n");
2872     return false;
2873   }
2874
2875   // We need to have a loop header.
2876   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop: " <<
2877         TheLoop->getHeader()->getName() << '\n');
2878
2879   // Check if we can if-convert non single-bb loops.
2880   unsigned NumBlocks = TheLoop->getNumBlocks();
2881   if (NumBlocks != 1 && !canVectorizeWithIfConvert()) {
2882     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't if-convert the loop.\n");
2883     return false;
2884   }
2885
2886   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
2887   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(TheLoop);
2888   if (ExitCount == SE->getCouldNotCompute()) {
2889     DEBUG(dbgs() << "LV: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
2890     return false;
2891   }
2892
2893   // Do not loop-vectorize loops with a tiny trip count.
2894   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
2895   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop, Latch);
2896   if (TC > 0u && TC < TinyTripCountVectorThreshold) {
2897     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop with a very small trip count. " <<
2898           "This loop is not worth vectorizing.\n");
2899     return false;
2900   }
2901
2902   // Check if we can vectorize the instructions and CFG in this loop.
2903   if (!canVectorizeInstrs()) {
2904     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize the instructions or CFG\n");
2905     return false;
2906   }
2907
2908   // Go over each instruction and look at memory deps.
2909   if (!canVectorizeMemory()) {
2910     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize due to memory conflicts\n");
2911     return false;
2912   }
2913
2914   // Collect all of the variables that remain uniform after vectorization.
2915   collectLoopUniforms();
2916
2917   DEBUG(dbgs() << "LV: We can vectorize this loop" <<
2918         (PtrRtCheck.Need ? " (with a runtime bound check)" : "")
2919         <<"!\n");
2920
2921   // Okay! We can vectorize. At this point we don't have any other mem analysis
2922   // which may limit our maximum vectorization factor, so just return true with
2923   // no restrictions.
2924   return true;
2925 }
2926
2927 static Type *convertPointerToIntegerType(DataLayout &DL, Type *Ty) {
2928   if (Ty->isPointerTy())
2929     return DL.getIntPtrType(Ty);
2930
2931   // It is possible that char's or short's overflow when we ask for the loop's
2932   // trip count, work around this by changing the type size.
2933   if (Ty->getScalarSizeInBits() < 32)
2934     return Type::getInt32Ty(Ty->getContext());
2935
2936   return Ty;
2937 }
2938
2939 static Type* getWiderType(DataLayout &DL, Type *Ty0, Type *Ty1) {
2940   Ty0 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty0);
2941   Ty1 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty1);
2942   if (Ty0->getScalarSizeInBits() > Ty1->getScalarSizeInBits())
2943     return Ty0;
2944   return Ty1;
2945 }
2946
2947 /// \brief Check that the instruction has outside loop users and is not an
2948 /// identified reduction variable.
2949 static bool hasOutsideLoopUser(const Loop *TheLoop, Instruction *Inst,
2950                                SmallPtrSet<Value *, 4> &Reductions) {
2951   // Reduction instructions are allowed to have exit users. All other
2952   // instructions must not have external users.
2953   if (!Reductions.count(Inst))
2954     //Check that all of the users of the loop are inside the BB.
2955     for (Value::use_iterator I = Inst->use_begin(), E = Inst->use_end();
2956          I != E; ++I) {
2957       Instruction *U = cast<Instruction>(*I);
2958       // This user may be a reduction exit value.
2959       if (!TheLoop->contains(U)) {
2960         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an outside user for : " << *U << '\n');
2961         return true;
2962       }
2963     }
2964   return false;
2965 }
2966
2967 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeInstrs() {
2968   BasicBlock *PreHeader = TheLoop->getLoopPreheader();
2969   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
2970
2971   // Look for the attribute signaling the absence of NaNs.
2972   Function &F = *Header->getParent();
2973   if (F.hasFnAttribute("no-nans-fp-math"))
2974     HasFunNoNaNAttr = F.getAttributes().getAttribute(
2975       AttributeSet::FunctionIndex,
2976       "no-nans-fp-math").getValueAsString() == "true";
2977
2978   // For each block in the loop.
2979   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
2980        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
2981
2982     // Scan the instructions in the block and look for hazards.
2983     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
2984          ++it) {
2985
2986       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(it)) {
2987         Type *PhiTy = Phi->getType();
2988         // Check that this PHI type is allowed.
2989         if (!PhiTy->isIntegerTy() &&
2990             !PhiTy->isFloatingPointTy() &&
2991             !PhiTy->isPointerTy()) {
2992           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an non-int non-pointer PHI.\n");
2993           return false;
2994         }
2995
2996         // If this PHINode is not in the header block, then we know that we
2997         // can convert it to select during if-conversion. No need to check if
2998         // the PHIs in this block are induction or reduction variables.
2999         if (*bb != Header) {
3000           // Check that this instruction has no outside users or is an
3001           // identified reduction value with an outside user.
3002           if(!hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit))
3003             continue;
3004           return false;
3005         }
3006
3007         // We only allow if-converted PHIs with more than two incoming values.
3008         if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
3009           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an invalid PHI.\n");
3010           return false;
3011         }
3012
3013         // This is the value coming from the preheader.
3014         Value *StartValue = Phi->getIncomingValueForBlock(PreHeader);
3015         // Check if this is an induction variable.
3016         InductionKind IK = isInductionVariable(Phi);
3017
3018         if (IK_NoInduction != IK) {
3019           // Get the widest type.
3020           if (!WidestIndTy)
3021             WidestIndTy = convertPointerToIntegerType(*DL, PhiTy);
3022           else
3023             WidestIndTy = getWiderType(*DL, PhiTy, WidestIndTy);
3024
3025           // Int inductions are special because we only allow one IV.
3026           if (IK == IK_IntInduction) {
3027             // Use the phi node with the widest type as induction. Use the last
3028             // one if there are multiple (no good reason for doing this other
3029             // than it is expedient).
3030             if (!Induction || PhiTy == WidestIndTy)
3031               Induction = Phi;
3032           }
3033
3034           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an induction variable.\n");
3035           Inductions[Phi] = InductionInfo(StartValue, IK);
3036
3037           // Until we explicitly handle the case of an induction variable with
3038           // an outside loop user we have to give up vectorizing this loop.
3039           if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit))
3040             return false;
3041
3042           continue;
3043         }
3044
3045         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerAdd)) {
3046           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an ADD reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3047           continue;
3048         }
3049         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerMult)) {
3050           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a MUL reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3051           continue;
3052         }
3053         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerOr)) {
3054           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an OR reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3055           continue;
3056         }
3057         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerAnd)) {
3058           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an AND reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3059           continue;
3060         }
3061         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerXor)) {
3062           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a XOR reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3063           continue;
3064         }
3065         if (AddReductionVar(Phi, RK_IntegerMinMax)) {
3066           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a MINMAX reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3067           continue;
3068         }
3069         if (AddReductionVar(Phi, RK_FloatMult)) {
3070           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an FMult reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3071           continue;
3072         }
3073         if (AddReductionVar(Phi, RK_FloatAdd)) {
3074           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an FAdd reduction PHI."<< *Phi <<"\n");
3075           continue;
3076         }
3077         if (AddReductionVar(Phi, RK_FloatMinMax)) {
3078           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an float MINMAX reduction PHI."<< *Phi <<
3079                 "\n");
3080           continue;
3081         }
3082
3083         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified PHI."<< *Phi <<"\n");
3084         return false;
3085       }// end of PHI handling
3086
3087       // We still don't handle functions. However, we can ignore dbg intrinsic
3088       // calls and we do handle certain intrinsic and libm functions.
3089       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(it);
3090       if (CI && !getIntrinsicIDForCall(CI, TLI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(CI)) {
3091         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a call site.\n");
3092         return false;
3093       }
3094
3095       // Check that the instruction return type is vectorizable.
3096       // Also, we can't vectorize extractelement instructions.
3097       if ((!VectorType::isValidElementType(it->getType()) &&
3098            !it->getType()->isVoidTy()) || isa<ExtractElementInst>(it)) {
3099         DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable type.\n");
3100         return false;
3101       }
3102
3103       // Check that the stored type is vectorizable.
3104       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it)) {
3105         Type *T = ST->getValueOperand()->getType();
3106         if (!VectorType::isValidElementType(T))
3107           return false;
3108       }
3109
3110       // Reduction instructions are allowed to have exit users.
3111       // All other instructions must not have external users.
3112       if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit))
3113         return false;
3114
3115     } // next instr.
3116
3117   }
3118
3119   if (!Induction) {
3120     DEBUG(dbgs() << "LV: Did not find one integer induction var.\n");
3121     if (Inductions.empty())
3122       return false;
3123   }
3124
3125   return true;
3126 }
3127
3128 void LoopVectorizationLegality::collectLoopUniforms() {
3129   // We now know that the loop is vectorizable!
3130   // Collect variables that will remain uniform after vectorization.
3131   std::vector<Value*> Worklist;
3132   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
3133
3134   // Start with the conditional branch and walk up the block.
3135   Worklist.push_back(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
3136
3137   while (Worklist.size()) {
3138     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Worklist.back());
3139     Worklist.pop_back();
3140
3141     // Look at instructions inside this loop.
3142     // Stop when reaching PHI nodes.
3143     // TODO: we need to follow values all over the loop, not only in this block.
3144     if (!I || !TheLoop->contains(I) || isa<PHINode>(I))
3145       continue;
3146
3147     // This is a known uniform.
3148     Uniforms.insert(I);
3149
3150     // Insert all operands.
3151     Worklist.insert(Worklist.end(), I->op_begin(), I->op_end());
3152   }
3153 }
3154
3155 namespace {
3156 /// \brief Analyses memory accesses in a loop.
3157 ///
3158 /// Checks whether run time pointer checks are needed and builds sets for data
3159 /// dependence checking.
3160 class AccessAnalysis {
3161 public:
3162   /// \brief Read or write access location.
3163   typedef PointerIntPair<Value *, 1, bool> MemAccessInfo;
3164   typedef SmallPtrSet<MemAccessInfo, 8> MemAccessInfoSet;
3165
3166   /// \brief Set of potential dependent memory accesses.
3167   typedef EquivalenceClasses<MemAccessInfo> DepCandidates;
3168
3169   AccessAnalysis(DataLayout *Dl, DepCandidates &DA) :
3170     DL(Dl), DepCands(DA), AreAllWritesIdentified(true),
3171     AreAllReadsIdentified(true), IsRTCheckNeeded(false) {}
3172
3173   /// \brief Register a load  and whether it is only read from.
3174   void addLoad(Value *Ptr, bool IsReadOnly) {
3175     Accesses.insert(MemAccessInfo(Ptr, false));
3176     if (IsReadOnly)
3177       ReadOnlyPtr.insert(Ptr);
3178   }
3179
3180   /// \brief Register a store.
3181   void addStore(Value *Ptr) {
3182     Accesses.insert(MemAccessInfo(Ptr, true));
3183   }
3184
3185   /// \brief Check whether we can check the pointers at runtime for
3186   /// non-intersection.
3187   bool canCheckPtrAtRT(LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck &RtCheck,
3188                        unsigned &NumComparisons, ScalarEvolution *SE,
3189                        Loop *TheLoop, bool ShouldCheckStride = false);
3190
3191   /// \brief Goes over all memory accesses, checks whether a RT check is needed
3192   /// and builds sets of dependent accesses.
3193   void buildDependenceSets() {
3194     // Process read-write pointers first.
3195     processMemAccesses(false);
3196     // Next, process read pointers.
3197     processMemAccesses(true);
3198   }
3199
3200   bool isRTCheckNeeded() { return IsRTCheckNeeded; }
3201
3202   bool isDependencyCheckNeeded() { return !CheckDeps.empty(); }
3203   void resetDepChecks() { CheckDeps.clear(); }
3204
3205   MemAccessInfoSet &getDependenciesToCheck() { return CheckDeps; }
3206
3207 private:
3208   typedef SetVector<MemAccessInfo> PtrAccessSet;
3209   typedef DenseMap<Value*, MemAccessInfo> UnderlyingObjToAccessMap;
3210
3211   /// \brief Go over all memory access or only the deferred ones if
3212   /// \p UseDeferred is true and check whether runtime pointer checks are needed
3213   /// and build sets of dependency check candidates.
3214   void processMemAccesses(bool UseDeferred);
3215
3216   /// Set of all accesses.
3217   PtrAccessSet Accesses;
3218
3219   /// Set of access to check after all writes have been processed.
3220   PtrAccessSet DeferredAccesses;
3221
3222   /// Map of pointers to last access encountered.
3223   UnderlyingObjToAccessMap ObjToLastAccess;
3224
3225   /// Set of accesses that need a further dependence check.
3226   MemAccessInfoSet CheckDeps;
3227
3228   /// Set of pointers that are read only.
3229   SmallPtrSet<Value*, 16> ReadOnlyPtr;
3230
3231   /// Set of underlying objects already written to.
3232   SmallPtrSet<Value*, 16> WriteObjects;
3233
3234   DataLayout *DL;
3235
3236   /// Sets of potentially dependent accesses - members of one set share an
3237   /// underlying pointer. The set "CheckDeps" identfies which sets really need a
3238   /// dependence check.
3239   DepCandidates &DepCands;
3240
3241   bool AreAllWritesIdentified;
3242   bool AreAllReadsIdentified;
3243   bool IsRTCheckNeeded;
3244 };
3245
3246 } // end anonymous namespace
3247
3248 /// \brief Check whether a pointer can participate in a runtime bounds check.
3249 static bool hasComputableBounds(ScalarEvolution *SE, Value *Ptr) {
3250   const SCEV *PtrScev = SE->getSCEV(Ptr);
3251   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PtrScev);
3252   if (!AR)
3253     return false;
3254
3255   return AR->isAffine();
3256 }
3257
3258 /// \brief Check the stride of the pointer and ensure that it does not wrap in
3259 /// the address space.
3260 static int isStridedPtr(ScalarEvolution *SE, DataLayout *DL, Value *Ptr,
3261                         const Loop *Lp);
3262
3263 bool AccessAnalysis::canCheckPtrAtRT(
3264                        LoopVectorizationLegality::RuntimePointerCheck &RtCheck,
3265                         unsigned &NumComparisons, ScalarEvolution *SE,
3266                         Loop *TheLoop, bool ShouldCheckStride) {
3267   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
3268   // to place a runtime bound check.
3269   unsigned NumReadPtrChecks = 0;
3270   unsigned NumWritePtrChecks = 0;
3271   bool CanDoRT = true;
3272
3273   bool IsDepCheckNeeded = isDependencyCheckNeeded();
3274   // We assign consecutive id to access from different dependence sets.
3275   // Accesses within the same set don't need a runtime check.
3276   unsigned RunningDepId = 1;
3277   DenseMap<Value *, unsigned> DepSetId;
3278
3279   for (PtrAccessSet::iterator AI = Accesses.begin(), AE = Accesses.end();
3280        AI != AE; ++AI) {
3281     const MemAccessInfo &Access = *AI;
3282     Value *Ptr = Access.getPointer();
3283     bool IsWrite = Access.getInt();
3284
3285     // Just add write checks if we have both.
3286     if (!IsWrite && Accesses.count(MemAccessInfo(Ptr, true)))
3287       continue;
3288
3289     if (IsWrite)
3290       ++NumWritePtrChecks;
3291     else
3292       ++NumReadPtrChecks;
3293
3294     if (hasComputableBounds(SE, Ptr) &&
3295         // When we run after a failing dependency check we have to make sure we
3296         // don't have wrapping pointers.
3297         (!ShouldCheckStride || isStridedPtr(SE, DL, Ptr, TheLoop) == 1)) {
3298       // The id of the dependence set.
3299       unsigned DepId;
3300
3301       if (IsDepCheckNeeded) {
3302         Value *Leader = DepCands.getLeaderValue(Access).getPointer();
3303         unsigned &LeaderId = DepSetId[Leader];
3304         if (!LeaderId)
3305           LeaderId = RunningDepId++;
3306         DepId = LeaderId;
3307       } else
3308         // Each access has its own dependence set.
3309         DepId = RunningDepId++;
3310
3311       RtCheck.insert(SE, TheLoop, Ptr, IsWrite, DepId);
3312
3313       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a runtime check ptr:" << *Ptr << '\n');
3314     } else {
3315       CanDoRT = false;
3316     }
3317   }
3318
3319   if (IsDepCheckNeeded && CanDoRT && RunningDepId == 2)
3320     NumComparisons = 0; // Only one dependence set.
3321   else {
3322     NumComparisons = (NumWritePtrChecks * (NumReadPtrChecks +
3323                                            NumWritePtrChecks - 1));
3324   }
3325
3326   // If the pointers that we would use for the bounds comparison have different
3327   // address spaces, assume the values aren't directly comparable, so we can't
3328   // use them for the runtime check. We also have to assume they could
3329   // overlap. In the future there should be metadata for whether address spaces
3330   // are disjoint.
3331   unsigned NumPointers = RtCheck.Pointers.size();
3332   for (unsigned i = 0; i < NumPointers; ++i) {
3333     for (unsigned j = i + 1; j < NumPointers; ++j) {
3334       // Only need to check pointers between two different dependency sets.
3335       if (RtCheck.DependencySetId[i] == RtCheck.DependencySetId[j])
3336        continue;
3337
3338       Value *PtrI = RtCheck.Pointers[i];
3339       Value *PtrJ = RtCheck.Pointers[j];
3340
3341       unsigned ASi = PtrI->getType()->getPointerAddressSpace();
3342       unsigned ASj = PtrJ->getType()->getPointerAddressSpace();
3343       if (ASi != ASj) {
3344         DEBUG(dbgs() << "LV: Runtime check would require comparison between"
3345                        " different address spaces\n");
3346         return false;
3347       }
3348     }
3349   }
3350
3351   return CanDoRT;
3352 }
3353
3354 static bool isFunctionScopeIdentifiedObject(Value *Ptr) {
3355   return isNoAliasArgument(Ptr) || isNoAliasCall(Ptr) || isa<AllocaInst>(Ptr);
3356 }
3357
3358 void AccessAnalysis::processMemAccesses(bool UseDeferred) {
3359   // We process the set twice: first we process read-write pointers, last we
3360   // process read-only pointers. This allows us to skip dependence tests for
3361   // read-only pointers.
3362
3363   PtrAccessSet &S = UseDeferred ? DeferredAccesses : Accesses;
3364   for (PtrAccessSet::iterator AI = S.begin(), AE = S.end(); AI != AE; ++AI) {
3365     const MemAccessInfo &Access = *AI;
3366     Value *Ptr = Access.getPointer();
3367     bool IsWrite = Access.getInt();
3368
3369     DepCands.insert(Access);
3370
3371     // Memorize read-only pointers for later processing and skip them in the
3372     // first round (they need to be checked after we have seen all write
3373     // pointers). Note: we also mark pointer that are not consecutive as
3374     // "read-only" pointers (so that we check "a[b[i]] +="). Hence, we need the
3375     // second check for "!IsWrite".
3376     bool IsReadOnlyPtr = ReadOnlyPtr.count(Ptr) && !IsWrite;
3377     if (!UseDeferred && IsReadOnlyPtr) {
3378       DeferredAccesses.insert(Access);
3379       continue;
3380     }
3381
3382     bool NeedDepCheck = false;
3383     // Check whether there is the possiblity of dependency because of underlying
3384     // objects being the same.
3385     typedef SmallVector<Value*, 16> ValueVector;
3386     ValueVector TempObjects;
3387     GetUnderlyingObjects(Ptr, TempObjects, DL);
3388     for (ValueVector::iterator UI = TempObjects.begin(), UE = TempObjects.end();
3389          UI != UE; ++UI) {
3390       Value *UnderlyingObj = *UI;
3391
3392       // If this is a write then it needs to be an identified object.  If this a
3393       // read and all writes (so far) are identified function scope objects we
3394       // don't need an identified underlying object but only an Argument (the
3395       // next write is going to invalidate this assumption if it is
3396       // unidentified).
3397       // This is a micro-optimization for the case where all writes are
3398       // identified and we have one argument pointer.
3399       // Otherwise, we do need a runtime check.
3400       if ((IsWrite && !isFunctionScopeIdentifiedObject(UnderlyingObj)) ||
3401           (!IsWrite && (!AreAllWritesIdentified ||
3402                         !isa<Argument>(UnderlyingObj)) &&
3403            !isIdentifiedObject(UnderlyingObj))) {
3404         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified " <<
3405               (IsWrite ?  "write" : "read" ) << " ptr: " << *UnderlyingObj <<
3406               "\n");
3407         IsRTCheckNeeded = (IsRTCheckNeeded ||
3408                            !isIdentifiedObject(UnderlyingObj) ||
3409                            !AreAllReadsIdentified);
3410
3411         if (IsWrite)
3412           AreAllWritesIdentified = false;
3413         if (!IsWrite)
3414           AreAllReadsIdentified = false;
3415       }
3416
3417       // If this is a write - check other reads and writes for conflicts.  If
3418       // this is a read only check other writes for conflicts (but only if there
3419       // is no other write to the ptr - this is an optimization to catch "a[i] =
3420       // a[i] + " without having to do a dependence check).
3421       if ((IsWrite || IsReadOnlyPtr) && WriteObjects.count(UnderlyingObj))
3422         NeedDepCheck = true;
3423
3424       if (IsWrite)
3425         WriteObjects.insert(UnderlyingObj);
3426
3427       // Create sets of pointers connected by shared underlying objects.
3428       UnderlyingObjToAccessMap::iterator Prev =
3429         ObjToLastAccess.find(UnderlyingObj);
3430       if (Prev != ObjToLastAccess.end())
3431         DepCands.unionSets(Access, Prev->second);
3432
3433       ObjToLastAccess[UnderlyingObj] = Access;
3434     }
3435
3436     if (NeedDepCheck)
3437       CheckDeps.insert(Access);
3438   }
3439 }
3440
3441 namespace {
3442 /// \brief Checks memory dependences among accesses to the same underlying
3443 /// object to determine whether there vectorization is legal or not (and at
3444 /// which vectorization factor).
3445 ///
3446 /// This class works under the assumption that we already checked that memory
3447 /// locations with different underlying pointers are "must-not alias".
3448 /// We use the ScalarEvolution framework to symbolically evalutate access
3449 /// functions pairs. Since we currently don't restructure the loop we can rely
3450 /// on the program order of memory accesses to determine their safety.
3451 /// At the moment we will only deem accesses as safe for:
3452 ///  * A negative constant distance assuming program order.
3453 ///
3454 ///      Safe: tmp = a[i + 1];     OR     a[i + 1] = x;
3455 ///            a[i] = tmp;                y = a[i];
3456 ///
3457 ///   The latter case is safe because later checks guarantuee that there can't
3458 ///   be a cycle through a phi node (that is, we check that "x" and "y" is not
3459 ///   the same variable: a header phi can only be an induction or a reduction, a
3460 ///   reduction can't have a memory sink, an induction can't have a memory
3461 ///   source). This is important and must not be violated (or we have to
3462 ///   resort to checking for cycles through memory).
3463 ///
3464 ///  * A positive constant distance assuming program order that is bigger
3465 ///    than the biggest memory access.
3466 ///
3467 ///     tmp = a[i]        OR              b[i] = x
3468 ///     a[i+2] = tmp                      y = b[i+2];
3469 ///
3470 ///     Safe distance: 2 x sizeof(a[0]), and 2 x sizeof(b[0]), respectively.
3471 ///
3472 ///  * Zero distances and all accesses have the same size.
3473 ///
3474 class MemoryDepChecker {
3475 public:
3476   typedef PointerIntPair<Value *, 1, bool> MemAccessInfo;
3477   typedef SmallPtrSet<MemAccessInfo, 8> MemAccessInfoSet;
3478
3479   MemoryDepChecker(ScalarEvolution *Se, DataLayout *Dl, const Loop *L)
3480       : SE(Se), DL(Dl), InnermostLoop(L), AccessIdx(0),
3481         ShouldRetryWithRuntimeCheck(false) {}
3482
3483   /// \brief Register the location (instructions are given increasing numbers)
3484   /// of a write access.
3485   void addAccess(StoreInst *SI) {
3486     Value *Ptr = SI->getPointerOperand();
3487     Accesses[MemAccessInfo(Ptr, true)].push_back(AccessIdx);
3488     InstMap.push_back(SI);
3489     ++AccessIdx;
3490   }
3491
3492   /// \brief Register the location (instructions are given increasing numbers)
3493   /// of a write access.
3494   void addAccess(LoadInst *LI) {
3495     Value *Ptr = LI->getPointerOperand();
3496     Accesses[MemAccessInfo(Ptr, false)].push_back(AccessIdx);
3497     InstMap.push_back(LI);
3498     ++AccessIdx;
3499   }
3500
3501   /// \brief Check whether the dependencies between the accesses are safe.
3502   ///
3503   /// Only checks sets with elements in \p CheckDeps.
3504   bool areDepsSafe(AccessAnalysis::DepCandidates &AccessSets,
3505                    MemAccessInfoSet &CheckDeps);
3506
3507   /// \brief The maximum number of bytes of a vector register we can vectorize
3508   /// the accesses safely with.
3509   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return MaxSafeDepDistBytes; }
3510
3511   /// \brief In same cases when the dependency check fails we can still
3512   /// vectorize the loop with a dynamic array access check.
3513   bool shouldRetryWithRuntimeCheck() { return ShouldRetryWithRuntimeCheck; }
3514
3515 private:
3516   ScalarEvolution *SE;
3517   DataLayout *DL;
3518   const Loop *InnermostLoop;
3519
3520   /// \brief Maps access locations (ptr, read/write) to program order.
3521   DenseMap<MemAccessInfo, std::vector<unsigned> > Accesses;
3522
3523   /// \brief Memory access instructions in program order.
3524   SmallVector<Instruction *, 16> InstMap;
3525
3526   /// \brief The program order index to be used for the next instruction.
3527   unsigned AccessIdx;
3528
3529   // We can access this many bytes in parallel safely.
3530   unsigned MaxSafeDepDistBytes;
3531
3532   /// \brief If we see a non constant dependence distance we can still try to
3533   /// vectorize this loop with runtime checks.
3534   bool ShouldRetryWithRuntimeCheck;
3535
3536   /// \brief Check whether there is a plausible dependence between the two
3537   /// accesses.
3538   ///
3539   /// Access \p A must happen before \p B in program order. The two indices
3540   /// identify the index into the program order map.
3541   ///
3542   /// This function checks  whether there is a plausible dependence (or the
3543   /// absence of such can't be proved) between the two accesses. If there is a
3544   /// plausible dependence but the dependence distance is bigger than one
3545   /// element access it records this distance in \p MaxSafeDepDistBytes (if this
3546   /// distance is smaller than any other distance encountered so far).
3547   /// Otherwise, this function returns true signaling a possible dependence.
3548   bool isDependent(const MemAccessInfo &A, unsigned AIdx,
3549                    const MemAccessInfo &B, unsigned BIdx);
3550
3551   /// \brief Check whether the data dependence could prevent store-load
3552   /// forwarding.
3553   bool couldPreventStoreLoadForward(unsigned Distance, unsigned TypeByteSize);
3554 };
3555
3556 } // end anonymous namespace
3557
3558 static bool isInBoundsGep(Value *Ptr) {
3559   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
3560     return GEP->isInBounds();
3561   return false;
3562 }
3563
3564 /// \brief Check whether the access through \p Ptr has a constant stride.
3565 static int isStridedPtr(ScalarEvolution *SE, DataLayout *DL, Value *Ptr,
3566                         const Loop *Lp) {
3567   const Type *Ty = Ptr->getType();
3568   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non ptr");
3569
3570   // Make sure that the pointer does not point to aggregate types.
3571   const PointerType *PtrTy = cast<PointerType>(Ty);
3572   if (PtrTy->getElementType()->isAggregateType()) {
3573     DEBUG(dbgs() << "LV: Bad stride - Not a pointer to a scalar type" << *Ptr <<
3574           "\n");
3575     return 0;
3576   }
3577
3578   const SCEV *PtrScev = SE->getSCEV(Ptr);
3579   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PtrScev);
3580   if (!AR) {
3581     DEBUG(dbgs() << "LV: Bad stride - Not an AddRecExpr pointer "
3582           << *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
3583     return 0;
3584   }
3585
3586   // The accesss function must stride over the innermost loop.
3587   if (Lp != AR->getLoop()) {
3588     DEBUG(dbgs() << "LV: Bad stride - Not striding over innermost loop " <<
3589           *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
3590   }
3591
3592   // The address calculation must not wrap. Otherwise, a dependence could be
3593   // inverted.
3594   // An inbounds getelementptr that is a AddRec with a unit stride
3595   // cannot wrap per definition. The unit stride requirement is checked later.
3596   // An getelementptr without an inbounds attribute and unit stride would have
3597   // to access the pointer value "0" which is undefined behavior in address
3598   // space 0, therefore we can also vectorize this case.
3599   bool IsInBoundsGEP = isInBoundsGep(Ptr);
3600   bool IsNoWrapAddRec = AR->getNoWrapFlags(SCEV::NoWrapMask);
3601   bool IsInAddressSpaceZero = PtrTy->getAddressSpace() == 0;
3602   if (!IsNoWrapAddRec && !IsInBoundsGEP && !IsInAddressSpaceZero) {
3603     DEBUG(dbgs() << "LV: Bad stride - Pointer may wrap in the address space "
3604           << *Ptr << " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
3605     return 0;
3606   }
3607
3608   // Check the step is constant.
3609   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
3610
3611   // Calculate the pointer stride and check if it is consecutive.
3612   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
3613   if (!C) {
3614     DEBUG(dbgs() << "LV: Bad stride - Not a constant strided " << *Ptr <<
3615           " SCEV: " << *PtrScev << "\n");
3616     return 0;
3617   }
3618
3619   int64_t Size = DL->getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
3620   const APInt &APStepVal = C->getValue()->getValue();
3621
3622   // Huge step value - give up.
3623   if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
3624     return 0;
3625
3626   int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
3627
3628   // Strided access.
3629   int64_t Stride = StepVal / Size;
3630   int64_t Rem = StepVal % Size;
3631   if (Rem)
3632     return 0;
3633
3634   // If the SCEV could wrap but we have an inbounds gep with a unit stride we
3635   // know we can't "wrap around the address space". In case of address space
3636   // zero we know that this won't happen without triggering undefined behavior.
3637   if (!IsNoWrapAddRec && (IsInBoundsGEP || IsInAddressSpaceZero) &&
3638       Stride != 1 && Stride != -1)
3639     return 0;
3640
3641   return Stride;
3642 }
3643
3644 bool MemoryDepChecker::couldPreventStoreLoadForward(unsigned Distance,
3645                                                     unsigned TypeByteSize) {
3646   // If loads occur at a distance that is not a multiple of a feasible vector
3647   // factor store-load forwarding does not take place.
3648   // Positive dependences might cause troubles because vectorizing them might
3649   // prevent store-load forwarding making vectorized code run a lot slower.
3650   //   a[i] = a[i-3] ^ a[i-8];
3651   //   The stores to a[i:i+1] don't align with the stores to a[i-3:i-2] and
3652   //   hence on your typical architecture store-load forwarding does not take
3653   //   place. Vectorizing in such cases does not make sense.
3654   // Store-load forwarding distance.
3655   const unsigned NumCyclesForStoreLoadThroughMemory = 8*TypeByteSize;
3656   // Maximum vector factor.
3657   unsigned MaxVFWithoutSLForwardIssues = MaxVectorWidth*TypeByteSize;
3658   if(MaxSafeDepDistBytes < MaxVFWithoutSLForwardIssues)
3659     MaxVFWithoutSLForwardIssues = MaxSafeDepDistBytes;
3660
3661   for (unsigned vf = 2*TypeByteSize; vf <= MaxVFWithoutSLForwardIssues;
3662        vf *= 2) {
3663     if (Distance % vf && Distance / vf < NumCyclesForStoreLoadThroughMemory) {
3664       MaxVFWithoutSLForwardIssues = (vf >>=1);
3665       break;
3666     }
3667   }
3668
3669   if (MaxVFWithoutSLForwardIssues< 2*TypeByteSize) {
3670     DEBUG(dbgs() << "LV: Distance " << Distance <<
3671           " that could cause a store-load forwarding conflict\n");
3672     return true;
3673   }
3674
3675   if (MaxVFWithoutSLForwardIssues < MaxSafeDepDistBytes &&
3676       MaxVFWithoutSLForwardIssues != MaxVectorWidth*TypeByteSize)
3677     MaxSafeDepDistBytes = MaxVFWithoutSLForwardIssues;
3678   return false;
3679 }
3680
3681 bool MemoryDepChecker::isDependent(const MemAccessInfo &A, unsigned AIdx,
3682                                    const MemAccessInfo &B, unsigned BIdx) {
3683   assert (AIdx < BIdx && "Must pass arguments in program order");
3684
3685   Value *APtr = A.getPointer();
3686   Value *BPtr = B.getPointer();
3687   bool AIsWrite = A.getInt();
3688   bool BIsWrite = B.getInt();
3689
3690   // Two reads are independent.
3691   if (!AIsWrite && !BIsWrite)
3692     return false;
3693
3694   const SCEV *AScev = SE->getSCEV(APtr);
3695   const SCEV *BScev = SE->getSCEV(BPtr);
3696
3697   int StrideAPtr = isStridedPtr(SE, DL, APtr, InnermostLoop);
3698   int StrideBPtr = isStridedPtr(SE, DL, BPtr, InnermostLoop);
3699
3700   const SCEV *Src = AScev;
3701   const SCEV *Sink = BScev;
3702
3703   // If the induction step is negative we have to invert source and sink of the
3704   // dependence.
3705   if (StrideAPtr < 0) {
3706     //Src = BScev;
3707     //Sink = AScev;
3708     std::swap(APtr, BPtr);
3709     std::swap(Src, Sink);
3710     std::swap(AIsWrite, BIsWrite);
3711     std::swap(AIdx, BIdx);
3712     std::swap(StrideAPtr, StrideBPtr);
3713   }
3714
3715   const SCEV *Dist = SE->getMinusSCEV(Sink, Src);
3716
3717   DEBUG(dbgs() << "LV: Src Scev: " << *Src << "Sink Scev: " << *Sink
3718         << "(Induction step: " << StrideAPtr <<  ")\n");
3719   DEBUG(dbgs() << "LV: Distance for " << *InstMap[AIdx] << " to "
3720         << *InstMap[BIdx] << ": " << *Dist << "\n");
3721
3722   // Need consecutive accesses. We don't want to vectorize
3723   // "A[B[i]] += ..." and similar code or pointer arithmetic that could wrap in
3724   // the address space.
3725   if (!StrideAPtr || !StrideBPtr || StrideAPtr != StrideBPtr){
3726     DEBUG(dbgs() << "Non-consecutive pointer access\n");
3727     return true;
3728   }
3729
3730   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Dist);
3731   if (!C) {
3732     DEBUG(dbgs() << "LV: Dependence because of non constant distance\n");
3733     ShouldRetryWithRuntimeCheck = true;
3734     return true;
3735   }
3736
3737   Type *ATy = APtr->getType()->getPointerElementType();
3738   Type *BTy = BPtr->getType()->getPointerElementType();
3739   unsigned TypeByteSize = DL->getTypeAllocSize(ATy);
3740
3741   // Negative distances are not plausible dependencies.
3742   const APInt &Val = C->getValue()->getValue();
3743   if (Val.isNegative()) {
3744     bool IsTrueDataDependence = (AIsWrite && !BIsWrite);
3745     if (IsTrueDataDependence &&
3746         (couldPreventStoreLoadForward(Val.abs().getZExtValue(), TypeByteSize) ||
3747          ATy != BTy))
3748       return true;
3749
3750     DEBUG(dbgs() << "LV: Dependence is negative: NoDep\n");
3751     return false;
3752   }
3753
3754   // Write to the same location with the same size.
3755   // Could be improved to assert type sizes are the same (i32 == float, etc).
3756   if (Val == 0) {
3757     if (ATy == BTy)
3758       return false;
3759     DEBUG(dbgs() << "LV: Zero dependence difference but different types\n");
3760     return true;
3761   }
3762
3763   assert(Val.isStrictlyPositive() && "Expect a positive value");
3764
3765   // Positive distance bigger than max vectorization factor.
3766   if (ATy != BTy) {
3767     DEBUG(dbgs() <<
3768           "LV: ReadWrite-Write positive dependency with different types\n");
3769     return false;
3770   }
3771
3772   unsigned Distance = (unsigned) Val.getZExtValue();
3773
3774   // Bail out early if passed-in parameters make vectorization not feasible.
3775   unsigned ForcedFactor = VectorizationFactor ? VectorizationFactor : 1;
3776   unsigned ForcedUnroll = VectorizationUnroll ? VectorizationUnroll : 1;
3777
3778   // The distance must be bigger than the size needed for a vectorized version
3779   // of the operation and the size of the vectorized operation must not be
3780   // bigger than the currrent maximum size.
3781   if (Distance < 2*TypeByteSize ||
3782       2*TypeByteSize > MaxSafeDepDistBytes ||
3783       Distance < TypeByteSize * ForcedUnroll * ForcedFactor) {
3784     DEBUG(dbgs() << "LV: Failure because of Positive distance "
3785         << Val.getSExtValue() << '\n');
3786     return true;
3787   }
3788
3789   MaxSafeDepDistBytes = Distance < MaxSafeDepDistBytes ?
3790     Distance : MaxSafeDepDistBytes;
3791
3792   bool IsTrueDataDependence = (!AIsWrite && BIsWrite);
3793   if (IsTrueDataDependence &&
3794       couldPreventStoreLoadForward(Distance, TypeByteSize))
3795      return true;
3796
3797   DEBUG(dbgs() << "LV: Positive distance " << Val.getSExtValue() <<
3798         " with max VF = " << MaxSafeDepDistBytes / TypeByteSize << '\n');
3799
3800   return false;
3801 }
3802
3803 bool
3804 MemoryDepChecker::areDepsSafe(AccessAnalysis::DepCandidates &AccessSets,
3805                               MemAccessInfoSet &CheckDeps) {
3806
3807   MaxSafeDepDistBytes = -1U;
3808   while (!CheckDeps.empty()) {
3809     MemAccessInfo CurAccess = *CheckDeps.begin();
3810
3811     // Get the relevant memory access set.
3812     EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::iterator I =
3813       AccessSets.findValue(AccessSets.getLeaderValue(CurAccess));
3814
3815     // Check accesses within this set.
3816     EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::member_iterator AI, AE;
3817     AI = AccessSets.member_begin(I), AE = AccessSets.member_end();
3818
3819     // Check every access pair.
3820     while (AI != AE) {
3821       CheckDeps.erase(*AI);
3822       EquivalenceClasses<MemAccessInfo>::member_iterator OI = llvm::next(AI);
3823       while (OI != AE) {
3824         // Check every accessing instruction pair in program order.
3825         for (std::vector<unsigned>::iterator I1 = Accesses[*AI].begin(),
3826              I1E = Accesses[*AI].end(); I1 != I1E; ++I1)
3827           for (std::vector<unsigned>::iterator I2 = Accesses[*OI].begin(),
3828                I2E = Accesses[*OI].end(); I2 != I2E; ++I2) {
3829             if (*I1 < *I2 && isDependent(*AI, *I1, *OI, *I2))
3830               return false;
3831             if (*I2 < *I1 && isDependent(*OI, *I2, *AI, *I1))
3832               return false;
3833           }
3834         ++OI;
3835       }
3836       AI++;
3837     }
3838   }
3839   return true;
3840 }
3841
3842 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeMemory() {
3843
3844   typedef SmallVector<Value*, 16> ValueVector;
3845   typedef SmallPtrSet<Value*, 16> ValueSet;
3846
3847   // Holds the Load and Store *instructions*.
3848   ValueVector Loads;
3849   ValueVector Stores;
3850
3851   // Holds all the different accesses in the loop.
3852   unsigned NumReads = 0;
3853   unsigned NumReadWrites = 0;
3854
3855   PtrRtCheck.Pointers.clear();
3856   PtrRtCheck.Need = false;
3857
3858   const bool IsAnnotatedParallel = TheLoop->isAnnotatedParallel();
3859   MemoryDepChecker DepChecker(SE, DL, TheLoop);
3860
3861   // For each block.
3862   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
3863        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
3864
3865     // Scan the BB and collect legal loads and stores.
3866     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
3867          ++it) {
3868
3869       // If this is a load, save it. If this instruction can read from memory
3870       // but is not a load, then we quit. Notice that we don't handle function
3871       // calls that read or write.
3872       if (it->mayReadFromMemory()) {
3873         // Many math library functions read the rounding mode. We will only
3874         // vectorize a loop if it contains known function calls that don't set
3875         // the flag. Therefore, it is safe to ignore this read from memory.
3876         CallInst *Call = dyn_cast<CallInst>(it);
3877         if (Call && getIntrinsicIDForCall(Call, TLI))
3878           continue;
3879
3880         LoadInst *Ld = dyn_cast<LoadInst>(it);
3881         if (!Ld) return false;
3882         if (!Ld->isSimple() && !IsAnnotatedParallel) {
3883           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-simple load.\n");
3884           return false;
3885         }
3886         Loads.push_back(Ld);
3887         DepChecker.addAccess(Ld);
3888         continue;
3889       }
3890
3891       // Save 'store' instructions. Abort if other instructions write to memory.
3892       if (it->mayWriteToMemory()) {
3893         StoreInst *St = dyn_cast<StoreInst>(it);
3894         if (!St) return false;
3895         if (!St->isSimple() && !IsAnnotatedParallel) {
3896           DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-simple store.\n");
3897           return false;
3898         }
3899         Stores.push_back(St);
3900         DepChecker.addAccess(St);
3901       }
3902     } // Next instr.
3903   } // Next block.
3904
3905   // Now we have two lists that hold the loads and the stores.
3906   // Next, we find the pointers that they use.
3907
3908   // Check if we see any stores. If there are no stores, then we don't
3909   // care if the pointers are *restrict*.
3910   if (!Stores.size()) {
3911     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a read-only loop!\n");
3912     return true;
3913   }
3914
3915   AccessAnalysis::DepCandidates DependentAccesses;
3916   AccessAnalysis Accesses(DL, DependentAccesses);
3917
3918   // Holds the analyzed pointers. We don't want to call GetUnderlyingObjects
3919   // multiple times on the same object. If the ptr is accessed twice, once
3920   // for read and once for write, it will only appear once (on the write
3921   // list). This is okay, since we are going to check for conflicts between
3922   // writes and between reads and writes, but not between reads and reads.
3923   ValueSet Seen;
3924
3925   ValueVector::iterator I, IE;
3926   for (I = Stores.begin(), IE = Stores.end(); I != IE; ++I) {
3927     StoreInst *ST = cast<StoreInst>(*I);
3928     Value* Ptr = ST->getPointerOperand();
3929
3930     if (isUniform(Ptr)) {
3931       DEBUG(dbgs() << "LV: We don't allow storing to uniform addresses\n");
3932       return false;
3933     }
3934
3935     // If we did *not* see this pointer before, insert it to  the read-write
3936     // list. At this phase it is only a 'write' list.
3937     if (Seen.insert(Ptr)) {
3938       ++NumReadWrites;
3939       Accesses.addStore(Ptr);
3940     }
3941   }
3942
3943   if (IsAnnotatedParallel) {
3944     DEBUG(dbgs()
3945           << "LV: A loop annotated parallel, ignore memory dependency "
3946           << "checks.\n");
3947     return true;
3948   }
3949
3950   for (I = Loads.begin(), IE = Loads.end(); I != IE; ++I) {
3951     LoadInst *LD = cast<LoadInst>(*I);
3952     Value* Ptr = LD->getPointerOperand();
3953     // If we did *not* see this pointer before, insert it to the
3954     // read list. If we *did* see it before, then it is already in
3955     // the read-write list. This allows us to vectorize expressions
3956     // such as A[i] += x;  Because the address of A[i] is a read-write
3957     // pointer. This only works if the index of A[i] is consecutive.
3958     // If the address of i is unknown (for example A[B[i]]) then we may
3959     // read a few words, modify, and write a few words, and some of the
3960     // words may be written to the same address.
3961     bool IsReadOnlyPtr = false;
3962     if (Seen.insert(Ptr) || !isStridedPtr(SE, DL, Ptr, TheLoop)) {
3963       ++NumReads;
3964       IsReadOnlyPtr = true;
3965     }
3966     Accesses.addLoad(Ptr, IsReadOnlyPtr);
3967   }
3968
3969   // If we write (or read-write) to a single destination and there are no
3970   // other reads in this loop then is it safe to vectorize.
3971   if (NumReadWrites == 1 && NumReads == 0) {
3972     DEBUG(dbgs() << "LV: Found a write-only loop!\n");
3973     return true;
3974   }
3975
3976   // Build dependence sets and check whether we need a runtime pointer bounds
3977   // check.
3978   Accesses.buildDependenceSets();
3979   bool NeedRTCheck = Accesses.isRTCheckNeeded();
3980
3981   // Find pointers with computable bounds. We are going to use this information
3982   // to place a runtime bound check.
3983   unsigned NumComparisons = 0;
3984   bool CanDoRT = false;
3985   if (NeedRTCheck)
3986     CanDoRT = Accesses.canCheckPtrAtRT(PtrRtCheck, NumComparisons, SE, TheLoop);
3987
3988
3989   DEBUG(dbgs() << "LV: We need to do " << NumComparisons <<
3990         " pointer comparisons.\n");
3991
3992   // If we only have one set of dependences to check pointers among we don't
3993   // need a runtime check.
3994   if (NumComparisons == 0 && NeedRTCheck)
3995     NeedRTCheck = false;
3996
3997   // Check that we did not collect too many pointers or found an unsizeable
3998   // pointer.
3999   if (!CanDoRT || NumComparisons > RuntimeMemoryCheckThreshold) {
4000     PtrRtCheck.reset();
4001     CanDoRT = false;
4002   }
4003
4004   if (CanDoRT) {
4005     DEBUG(dbgs() << "LV: We can perform a memory runtime check if needed.\n");
4006   }
4007
4008   if (NeedRTCheck && !CanDoRT) {
4009     DEBUG(dbgs() << "LV: We can't vectorize because we can't find " <<
4010           "the array bounds.\n");
4011     PtrRtCheck.reset();
4012     return false;
4013   }
4014
4015   PtrRtCheck.Need = NeedRTCheck;
4016
4017   bool CanVecMem = true;
4018   if (Accesses.isDependencyCheckNeeded()) {
4019     DEBUG(dbgs() << "LV: Checking memory dependencies\n");
4020     CanVecMem = DepChecker.areDepsSafe(DependentAccesses,
4021                                        Accesses.getDependenciesToCheck());
4022     MaxSafeDepDistBytes = DepChecker.getMaxSafeDepDistBytes();
4023
4024     if (!CanVecMem && DepChecker.shouldRetryWithRuntimeCheck()) {
4025       DEBUG(dbgs() << "LV: Retrying with memory checks\n");
4026       NeedRTCheck = true;
4027
4028       // Clear the dependency checks. We assume they are not needed.
4029       Accesses.resetDepChecks();
4030
4031       PtrRtCheck.reset();
4032       PtrRtCheck.Need = true;
4033
4034       CanDoRT = Accesses.canCheckPtrAtRT(PtrRtCheck, NumComparisons, SE,
4035                                          TheLoop, true);
4036       // Check that we did not collect too many pointers or found an unsizeable
4037       // pointer.
4038       if (!CanDoRT || NumComparisons > RuntimeMemoryCheckThreshold) {
4039         DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize with memory checks\n");
4040         PtrRtCheck.reset();
4041         return false;
4042       }
4043
4044       CanVecMem = true;
4045     }
4046   }
4047
4048   DEBUG(dbgs() << "LV: We" << (NeedRTCheck ? "" : " don't") <<
4049         " need a runtime memory check.\n");
4050
4051   return CanVecMem;
4052 }
4053
4054 static bool hasMultipleUsesOf(Instruction *I,
4055                               SmallPtrSet<Instruction *, 8> &Insts) {
4056   unsigned NumUses = 0;
4057   for(User::op_iterator Use = I->op_begin(), E = I->op_end(); Use != E; ++Use) {
4058     if (Insts.count(dyn_cast<Instruction>(*Use)))
4059       ++NumUses;
4060     if (NumUses > 1)
4061       return true;
4062   }
4063
4064   return false;
4065 }
4066
4067 static bool areAllUsesIn(Instruction *I, SmallPtrSet<Instruction *, 8> &Set) {
4068   for(User::op_iterator Use = I->op_begin(), E = I->op_end(); Use != E; ++Use)
4069     if (!Set.count(dyn_cast<Instruction>(*Use)))
4070       return false;
4071   return true;
4072 }
4073
4074 bool LoopVectorizationLegality::AddReductionVar(PHINode *Phi,
4075                                                 ReductionKind Kind) {
4076   if (Phi->getNumIncomingValues() != 2)
4077     return false;
4078
4079   // Reduction variables are only found in the loop header block.
4080   if (Phi->getParent() != TheLoop->getHeader())
4081     return false;
4082
4083   // Obtain the reduction start value from the value that comes from the loop
4084   // preheader.
4085   Value *RdxStart = Phi->getIncomingValueForBlock(TheLoop->getLoopPreheader());
4086
4087   // ExitInstruction is the single value which is used outside the loop.
4088   // We only allow for a single reduction value to be used outside the loop.
4089   // This includes users of the reduction, variables (which form a cycle
4090   // which ends in the phi node).
4091   Instruction *ExitInstruction = 0;
4092   // Indicates that we found a reduction operation in our scan.
4093   bool FoundReduxOp = false;
4094
4095   // We start with the PHI node and scan for all of the users of this
4096   // instruction. All users must be instructions that can be used as reduction
4097   // variables (such as ADD). We must have a single out-of-block user. The cycle
4098   // must include the original PHI.
4099   bool FoundStartPHI = false;
4100
4101   // To recognize min/max patterns formed by a icmp select sequence, we store
4102   // the number of instruction we saw from the recognized min/max pattern,
4103   //  to make sure we only see exactly the two instructions.
4104   unsigned NumCmpSelectPatternInst = 0;
4105   ReductionInstDesc ReduxDesc(false, 0);
4106
4107   SmallPtrSet<Instruction *, 8> VisitedInsts;
4108   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
4109   Worklist.push_back(Phi);
4110   VisitedInsts.insert(Phi);
4111
4112   // A value in the reduction can be used:
4113   //  - By the reduction:
4114   //      - Reduction operation:
4115   //        - One use of reduction value (safe).
4116   //        - Multiple use of reduction value (not safe).
4117   //      - PHI:
4118   //        - All uses of the PHI must be the reduction (safe).
4119   //        - Otherwise, not safe.
4120   //  - By one instruction outside of the loop (safe).
4121   //  - By further instructions outside of the loop (not safe).
4122   //  - By an instruction that is not part of the reduction (not safe).
4123   //    This is either:
4124   //      * An instruction type other than PHI or the reduction operation.
4125   //      * A PHI in the header other than the initial PHI.
4126   while (!Worklist.empty()) {
4127     Instruction *Cur = Worklist.back();
4128     Worklist.pop_back();
4129
4130     // No Users.
4131     // If the instruction has no users then this is a broken chain and can't be
4132     // a reduction variable.
4133     if (Cur->use_empty())
4134       return false;
4135
4136     bool IsAPhi = isa<PHINode>(Cur);
4137
4138     // A header PHI use other than the original PHI.
4139     if (Cur != Phi && IsAPhi && Cur->getParent() == Phi->getParent())
4140       return false;
4141
4142     // Reductions of instructions such as Div, and Sub is only possible if the
4143     // LHS is the reduction variable.
4144     if (!Cur->isCommutative() && !IsAPhi && !isa<SelectInst>(Cur) &&
4145         !isa<ICmpInst>(Cur) && !isa<FCmpInst>(Cur) &&
4146         !VisitedInsts.count(dyn_cast<Instruction>(Cur->getOperand(0))))
4147       return false;
4148
4149     // Any reduction instruction must be of one of the allowed kinds.
4150     ReduxDesc = isReductionInstr(Cur, Kind, ReduxDesc);
4151     if (!ReduxDesc.IsReduction)
4152       return false;
4153
4154     // A reduction operation must only have one use of the reduction value.
4155     if (!IsAPhi && Kind != RK_IntegerMinMax && Kind != RK_FloatMinMax &&
4156         hasMultipleUsesOf(Cur, VisitedInsts))
4157       return false;
4158
4159     // All inputs to a PHI node must be a reduction value.
4160     if(IsAPhi && Cur != Phi && !areAllUsesIn(Cur, VisitedInsts))
4161       return false;
4162
4163     if (Kind == RK_IntegerMinMax && (isa<ICmpInst>(Cur) ||
4164                                      isa<SelectInst>(Cur)))
4165       ++NumCmpSelectPatternInst;
4166     if (Kind == RK_FloatMinMax && (isa<FCmpInst>(Cur) ||
4167                                    isa<SelectInst>(Cur)))
4168       ++NumCmpSelectPatternInst;
4169
4170     // Check  whether we found a reduction operator.
4171     FoundReduxOp |= !IsAPhi;
4172
4173     // Process users of current instruction. Push non PHI nodes after PHI nodes
4174     // onto the stack. This way we are going to have seen all inputs to PHI
4175     // nodes once we get to them.
4176     SmallVector<Instruction *, 8> NonPHIs;
4177     SmallVector<Instruction *, 8> PHIs;
4178     for (Value::use_iterator UI = Cur->use_begin(), E = Cur->use_end(); UI != E;
4179          ++UI) {
4180       Instruction *Usr = cast<Instruction>(*UI);
4181
4182       // Check if we found the exit user.
4183       BasicBlock *Parent = Usr->getParent();
4184       if (!TheLoop->contains(Parent)) {
4185         // Exit if you find multiple outside users or if the header phi node is
4186         // being used. In this case the user uses the value of the previous
4187         // iteration, in which case we would loose "VF-1" iterations of the
4188         // reduction operation if we vectorize.
4189         if (ExitInstruction != 0 || Cur == Phi)
4190           return false;
4191
4192         // The instruction used by an outside user must be the last instruction
4193         // before we feed back to the reduction phi. Otherwise, we loose VF-1
4194         // operations on the value.
4195         if (std::find(Phi->op_begin(), Phi->op_end(), Cur) == Phi->op_end())
4196          return false;
4197
4198         ExitInstruction = Cur;
4199         continue;
4200       }
4201
4202       // Process instructions only once (termination). Each reduction cycle
4203       // value must only be used once, except by phi nodes and min/max
4204       // reductions which are represented as a cmp followed by a select.
4205       ReductionInstDesc IgnoredVal(false, 0);
4206       if (VisitedInsts.insert(Usr)) {
4207         if (isa<PHINode>(Usr))
4208           PHIs.push_back(Usr);
4209         else
4210           NonPHIs.push_back(Usr);
4211       } else if (!isa<PHINode>(Usr) &&
4212                  ((!isa<FCmpInst>(Usr) &&
4213                    !isa<ICmpInst>(Usr) &&
4214                    !isa<SelectInst>(Usr)) ||
4215                   !isMinMaxSelectCmpPattern(Usr, IgnoredVal).IsReduction))
4216         return false;
4217
4218       // Remember that we completed the cycle.
4219       if (Usr == Phi)
4220         FoundStartPHI = true;
4221     }
4222     Worklist.append(PHIs.begin(), PHIs.end());
4223     Worklist.append(NonPHIs.begin(), NonPHIs.end());
4224   }
4225
4226   // This means we have seen one but not the other instruction of the
4227   // pattern or more than just a select and cmp.
4228   if ((Kind == RK_IntegerMinMax || Kind == RK_FloatMinMax) &&
4229       NumCmpSelectPatternInst != 2)
4230     return false;
4231
4232   if (!FoundStartPHI || !FoundReduxOp || !ExitInstruction)
4233     return false;
4234
4235   // We found a reduction var if we have reached the original phi node and we
4236   // only have a single instruction with out-of-loop users.
4237
4238   // This instruction is allowed to have out-of-loop users.
4239   AllowedExit.insert(ExitInstruction);
4240
4241   // Save the description of this reduction variable.
4242   ReductionDescriptor RD(RdxStart, ExitInstruction, Kind,
4243                          ReduxDesc.MinMaxKind);
4244   Reductions[Phi] = RD;
4245   // We've ended the cycle. This is a reduction variable if we have an
4246   // outside user and it has a binary op.
4247
4248   return true;
4249 }
4250
4251 /// Returns true if the instruction is a Select(ICmp(X, Y), X, Y) instruction
4252 /// pattern corresponding to a min(X, Y) or max(X, Y).
4253 LoopVectorizationLegality::ReductionInstDesc
4254 LoopVectorizationLegality::isMinMaxSelectCmpPattern(Instruction *I,
4255                                                     ReductionInstDesc &Prev) {
4256
4257   assert((isa<ICmpInst>(I) || isa<FCmpInst>(I) || isa<SelectInst>(I)) &&
4258          "Expect a select instruction");
4259   Instruction *Cmp = 0;
4260   SelectInst *Select = 0;
4261
4262   // We must handle the select(cmp()) as a single instruction. Advance to the
4263   // select.
4264   if ((Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(I)) || (Cmp = dyn_cast<FCmpInst>(I))) {
4265     if (!Cmp->hasOneUse() || !(Select = dyn_cast<SelectInst>(*I->use_begin())))
4266       return ReductionInstDesc(false, I);
4267     return ReductionInstDesc(Select, Prev.MinMaxKind);
4268   }
4269
4270   // Only handle single use cases for now.
4271   if (!(Select = dyn_cast<SelectInst>(I)))
4272     return ReductionInstDesc(false, I);
4273   if (!(Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(I->getOperand(0))) &&
4274       !(Cmp = dyn_cast<FCmpInst>(I->getOperand(0))))
4275     return ReductionInstDesc(false, I);
4276   if (!Cmp->hasOneUse())
4277     return ReductionInstDesc(false, I);
4278
4279   Value *CmpLeft;
4280   Value *CmpRight;
4281
4282   // Look for a min/max pattern.
4283   if (m_UMin(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4284     return ReductionInstDesc(Select, MRK_UIntMin);
4285   else if (m_UMax(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4286     return ReductionInstDesc(Select, MRK_UIntMax);
4287   else if (m_SMax(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4288     return ReductionInstDesc(Select, MRK_SIntMax);
4289   else if (m_SMin(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4290     return ReductionInstDesc(Select, MRK_SIntMin);
4291   else if (m_OrdFMin(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4292     return ReductionInstDesc(Select, MRK_FloatMin);
4293   else if (m_OrdFMax(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4294     return ReductionInstDesc(Select, MRK_FloatMax);
4295   else if (m_UnordFMin(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4296     return ReductionInstDesc(Select, MRK_FloatMin);
4297   else if (m_UnordFMax(m_Value(CmpLeft), m_Value(CmpRight)).match(Select))
4298     return ReductionInstDesc(Select, MRK_FloatMax);
4299
4300   return ReductionInstDesc(false, I);
4301 }
4302
4303 LoopVectorizationLegality::ReductionInstDesc
4304 LoopVectorizationLegality::isReductionInstr(Instruction *I,
4305                                             ReductionKind Kind,
4306                                             ReductionInstDesc &Prev) {
4307   bool FP = I->getType()->isFloatingPointTy();
4308   bool FastMath = (FP && I->isCommutative() && I->isAssociative());
4309   switch (I->getOpcode()) {
4310   default:
4311     return ReductionInstDesc(false, I);
4312   case Instruction::PHI:
4313       if (FP && (Kind != RK_FloatMult && Kind != RK_FloatAdd &&
4314                  Kind != RK_FloatMinMax))
4315         return ReductionInstDesc(false, I);
4316     return ReductionInstDesc(I, Prev.MinMaxKind);
4317   case Instruction::Sub:
4318   case Instruction::Add:
4319     return ReductionInstDesc(Kind == RK_IntegerAdd, I);
4320   case Instruction::Mul:
4321     return ReductionInstDesc(Kind == RK_IntegerMult, I);
4322   case Instruction::And:
4323     return ReductionInstDesc(Kind == RK_IntegerAnd, I);
4324   case Instruction::Or:
4325     return ReductionInstDesc(Kind == RK_IntegerOr, I);
4326   case Instruction::Xor:
4327     return ReductionInstDesc(Kind == RK_IntegerXor, I);
4328   case Instruction::FMul:
4329     return ReductionInstDesc(Kind == RK_FloatMult && FastMath, I);
4330   case Instruction::FAdd:
4331     return ReductionInstDesc(Kind == RK_FloatAdd && FastMath, I);
4332   case Instruction::FCmp:
4333   case Instruction::ICmp:
4334   case Instruction::Select:
4335     if (Kind != RK_IntegerMinMax &&
4336         (!HasFunNoNaNAttr || Kind != RK_FloatMinMax))
4337       return ReductionInstDesc(false, I);
4338     return isMinMaxSelectCmpPattern(I, Prev);
4339   }
4340 }
4341
4342 LoopVectorizationLegality::InductionKind
4343 LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(PHINode *Phi) {
4344   Type *PhiTy = Phi->getType();
4345   // We only handle integer and pointer inductions variables.
4346   if (!PhiTy->isIntegerTy() && !PhiTy->isPointerTy())
4347     return IK_NoInduction;
4348
4349   // Check that the PHI is consecutive.
4350   const SCEV *PhiScev = SE->getSCEV(Phi);
4351   const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(PhiScev);
4352   if (!AR) {
4353     DEBUG(dbgs() << "LV: PHI is not a poly recurrence.\n");
4354     return IK_NoInduction;
4355   }
4356   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
4357
4358   // Integer inductions need to have a stride of one.
4359   if (PhiTy->isIntegerTy()) {
4360     if (Step->isOne())
4361       return IK_IntInduction;
4362     if (Step->isAllOnesValue())
4363       return IK_ReverseIntInduction;
4364     return IK_NoInduction;
4365   }
4366
4367   // Calculate the pointer stride and check if it is consecutive.
4368   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
4369   if (!C)
4370     return IK_NoInduction;
4371
4372   assert(PhiTy->isPointerTy() && "The PHI must be a pointer");
4373   uint64_t Size = DL->getTypeAllocSize(PhiTy->getPointerElementType());
4374   if (C->getValue()->equalsInt(Size))
4375     return IK_PtrInduction;
4376   else if (C->getValue()->equalsInt(0 - Size))
4377     return IK_ReversePtrInduction;
4378
4379   return IK_NoInduction;
4380 }
4381
4382 bool LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(const Value *V) {
4383   Value *In0 = const_cast<Value*>(V);
4384   PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(In0);
4385   if (!PN)
4386     return false;
4387
4388   return Inductions.count(PN);
4389 }
4390
4391 bool LoopVectorizationLegality::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB)  {
4392   assert(TheLoop->contains(BB) && "Unknown block used");
4393
4394   // Blocks that do not dominate the latch need predication.
4395   BasicBlock* Latch = TheLoop->getLoopLatch();
4396   return !DT->dominates(BB, Latch);
4397 }
4398
4399 bool LoopVectorizationLegality::blockCanBePredicated(BasicBlock *BB,
4400                                             SmallPtrSet<Value *, 8>& SafePtrs) {
4401   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
4402     // We might be able to hoist the load.
4403     if (it->mayReadFromMemory()) {
4404       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(it);
4405       if (!LI || !SafePtrs.count(LI->getPointerOperand()))
4406         return false;
4407     }
4408
4409     // We don't predicate stores at the moment.
4410     if (it->mayWriteToMemory() || it->mayThrow())
4411       return false;
4412
4413     // Check that we don't have a constant expression that can trap as operand.
4414     for (Instruction::op_iterator OI = it->op_begin(), OE = it->op_end();
4415          OI != OE; ++OI) {
4416       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*OI))
4417         if (C->canTrap())
4418           return false;
4419     }
4420
4421     // The instructions below can trap.
4422     switch (it->getOpcode()) {
4423     default: continue;
4424     case Instruction::UDiv:
4425     case Instruction::SDiv:
4426     case Instruction::URem:
4427     case Instruction::SRem:
4428              return false;
4429     }
4430   }
4431
4432   return true;
4433 }
4434
4435 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
4436 LoopVectorizationCostModel::selectVectorizationFactor(bool OptForSize,
4437                                                       unsigned UserVF) {
4438   // Width 1 means no vectorize
4439   VectorizationFactor Factor = { 1U, 0U };
4440   if (OptForSize && Legal->getRuntimePointerCheck()->Need) {
4441     DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. Runtime ptr check is required in Os.\n");
4442     return Factor;
4443   }
4444
4445   // Find the trip count.
4446   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop, TheLoop->getLoopLatch());
4447   DEBUG(dbgs() << "LV: Found trip count: " << TC << '\n');
4448
4449   unsigned WidestType = getWidestType();
4450   unsigned WidestRegister = TTI.getRegisterBitWidth(true);
4451   unsigned MaxSafeDepDist = -1U;
4452   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
4453     MaxSafeDepDist = Legal->getMaxSafeDepDistBytes() * 8;
4454   WidestRegister = ((WidestRegister < MaxSafeDepDist) ?
4455                     WidestRegister : MaxSafeDepDist);
4456   unsigned MaxVectorSize = WidestRegister / WidestType;
4457   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest type: " << WidestType << " bits.\n");
4458   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest register is: "
4459           << WidestRegister << " bits.\n");
4460
4461   if (MaxVectorSize == 0) {
4462     DEBUG(dbgs() << "LV: The target has no vector registers.\n");
4463     MaxVectorSize = 1;
4464   }
4465
4466   assert(MaxVectorSize <= 32 && "Did not expect to pack so many elements"
4467          " into one vector!");
4468
4469   unsigned VF = MaxVectorSize;
4470
4471   // If we optimize the program for size, avoid creating the tail loop.
4472   if (OptForSize) {
4473     // If we are unable to calculate the trip count then don't try to vectorize.
4474     if (TC < 2) {
4475       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required in Os.\n");
4476       return Factor;
4477     }
4478
4479     // Find the maximum SIMD width that can fit within the trip count.
4480     VF = TC % MaxVectorSize;
4481
4482     if (VF == 0)
4483       VF = MaxVectorSize;
4484
4485     // If the trip count that we found modulo the vectorization factor is not
4486     // zero then we require a tail.
4487     if (VF < 2) {
4488       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required in Os.\n");
4489       return Factor;
4490     }
4491   }
4492
4493   if (UserVF != 0) {
4494     assert(isPowerOf2_32(UserVF) && "VF needs to be a power of two");
4495     DEBUG(dbgs() << "LV: Using user VF " << UserVF << ".\n");
4496
4497     Factor.Width = UserVF;
4498     return Factor;
4499   }
4500
4501   float Cost = expectedCost(1);
4502   unsigned Width = 1;
4503   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalar loop costs: " << (int)Cost << ".\n");
4504   for (unsigned i=2; i <= VF; i*=2) {
4505     // Notice that the vector loop needs to be executed less times, so
4506     // we need to divide the cost of the vector loops by the width of
4507     // the vector elements.
4508     float VectorCost = expectedCost(i) / (float)i;
4509     DEBUG(dbgs() << "LV: Vector loop of width " << i << " costs: " <<
4510           (int)VectorCost << ".\n");
4511     if (VectorCost < Cost) {
4512       Cost = VectorCost;
4513       Width = i;
4514     }
4515   }
4516
4517   DEBUG(dbgs() << "LV: Selecting VF = : "<< Width << ".\n");
4518   Factor.Width = Width;
4519   Factor.Cost = Width * Cost;
4520   return Factor;
4521 }
4522
4523 unsigned LoopVectorizationCostModel::getWidestType() {
4524   unsigned MaxWidth = 8;
4525
4526   // For each block.
4527   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
4528        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
4529     BasicBlock *BB = *bb;
4530
4531     // For each instruction in the loop.
4532     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
4533       Type *T = it->getType();
4534
4535       // Only examine Loads, Stores and PHINodes.
4536       if (!isa<LoadInst>(it) && !isa<StoreInst>(it) && !isa<PHINode>(it))
4537         continue;
4538
4539       // Examine PHI nodes that are reduction variables.
4540       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(it))
4541         if (!Legal->getReductionVars()->count(PN))
4542           continue;
4543
4544       // Examine the stored values.
4545       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it))
4546         T = ST->getValueOperand()->getType();
4547
4548       // Ignore loaded pointer types and stored pointer types that are not
4549       // consecutive. However, we do want to take consecutive stores/loads of
4550       // pointer vectors into account.
4551       if (T->isPointerTy() && !isConsecutiveLoadOrStore(it))
4552         continue;
4553
4554       MaxWidth = std::max(MaxWidth,
4555                           (unsigned)DL->getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
4556     }
4557   }
4558
4559   return MaxWidth;
4560 }
4561
4562 unsigned
4563 LoopVectorizationCostModel::selectUnrollFactor(bool OptForSize,
4564                                                unsigned UserUF,
4565                                                unsigned VF,
4566                                                unsigned LoopCost) {
4567
4568   // -- The unroll heuristics --
4569   // We unroll the loop in order to expose ILP and reduce the loop overhead.
4570   // There are many micro-architectural considerations that we can't predict
4571   // at this level. For example frontend pressure (on decode or fetch) due to
4572   // code size, or the number and capabilities of the execution ports.
4573   //
4574   // We use the following heuristics to select the unroll factor:
4575   // 1. If the code has reductions the we unroll in order to break the cross
4576   // iteration dependency.
4577   // 2. If the loop is really small then we unroll in order to reduce the loop
4578   // overhead.
4579   // 3. We don't unroll if we think that we will spill registers to memory due
4580   // to the increased register pressure.
4581
4582   // Use the user preference, unless 'auto' is selected.
4583   if (UserUF != 0)
4584     return UserUF;
4585
4586   // When we optimize for size we don't unroll.
4587   if (OptForSize)
4588     return 1;
4589
4590   // We used the distance for the unroll factor.
4591   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
4592     return 1;
4593
4594   // Do not unroll loops with a relatively small trip count.
4595   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop,
4596                                               TheLoop->getLoopLatch());
4597   if (TC > 1 && TC < TinyTripCountUnrollThreshold)
4598     return 1;
4599
4600   unsigned TargetVectorRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(true);
4601   DEBUG(dbgs() << "LV: The target has " << TargetVectorRegisters <<
4602         " vector registers\n");
4603
4604   LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage R = calculateRegisterUsage();
4605   // We divide by these constants so assume that we have at least one
4606   // instruction that uses at least one register.
4607   R.MaxLocalUsers = std::max(R.MaxLocalUsers, 1U);
4608   R.NumInstructions = std::max(R.NumInstructions, 1U);
4609
4610   // We calculate the unroll factor using the following formula.
4611   // Subtract the number of loop invariants from the number of available
4612   // registers. These registers are used by all of the unrolled instances.
4613   // Next, divide the remaining registers by the number of registers that is
4614   // required by the loop, in order to estimate how many parallel instances
4615   // fit without causing spills.
4616   unsigned UF = (TargetVectorRegisters - R.LoopInvariantRegs) / R.MaxLocalUsers;
4617
4618   // Clamp the unroll factor ranges to reasonable factors.
4619   unsigned MaxUnrollSize = TTI.getMaximumUnrollFactor();
4620
4621   // If we did not calculate the cost for VF (because the user selected the VF)
4622   // then we calculate the cost of VF here.
4623   if (LoopCost == 0)
4624     LoopCost = expectedCost(VF);
4625
4626   // Clamp the calculated UF to be between the 1 and the max unroll factor
4627   // that the target allows.
4628   if (UF > MaxUnrollSize)
4629     UF = MaxUnrollSize;
4630   else if (UF < 1)
4631     UF = 1;
4632
4633   bool HasReductions = Legal->getReductionVars()->size();
4634
4635   // Decide if we want to unroll if we decided that it is legal to vectorize
4636   // but not profitable.
4637   if (VF == 1) {
4638     if (TheLoop->getNumBlocks() > 1 || !HasReductions ||
4639         LoopCost > SmallLoopCost)
4640       return 1;
4641
4642     return UF;
4643   }
4644
4645   if (HasReductions) {
4646     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling because of reductions.\n");
4647     return UF;
4648   }
4649
4650   // We want to unroll tiny loops in order to reduce the loop overhead.
4651   // We assume that the cost overhead is 1 and we use the cost model
4652   // to estimate the cost of the loop and unroll until the cost of the
4653   // loop overhead is about 5% of the cost of the loop.
4654   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop cost is " << LoopCost << '\n');
4655   if (LoopCost < SmallLoopCost) {
4656     DEBUG(dbgs() << "LV: Unrolling to reduce branch cost.\n");
4657     unsigned NewUF = SmallLoopCost / (LoopCost + 1);
4658     return std::min(NewUF, UF);
4659   }
4660
4661   DEBUG(dbgs() << "LV: Not Unrolling.\n");
4662   return 1;
4663 }
4664
4665 LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage
4666 LoopVectorizationCostModel::calculateRegisterUsage() {
4667   // This function calculates the register usage by measuring the highest number
4668   // of values that are alive at a single location. Obviously, this is a very
4669   // rough estimation. We scan the loop in a topological order in order and
4670   // assign a number to each instruction. We use RPO to ensure that defs are
4671   // met before their users. We assume that each instruction that has in-loop
4672   // users starts an interval. We record every time that an in-loop value is
4673   // used, so we have a list of the first and last occurrences of each
4674   // instruction. Next, we transpose this data structure into a multi map that
4675   // holds the list of intervals that *end* at a specific location. This multi
4676   // map allows us to perform a linear search. We scan the instructions linearly
4677   // and record each time that a new interval starts, by placing it in a set.
4678   // If we find this value in the multi-map then we remove it from the set.
4679   // The max register usage is the maximum size of the set.
4680   // We also search for instructions that are defined outside the loop, but are
4681   // used inside the loop. We need this number separately from the max-interval
4682   // usage number because when we unroll, loop-invariant values do not take
4683   // more register.
4684   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
4685   DFS.perform(LI);
4686
4687   RegisterUsage R;
4688   R.NumInstructions = 0;
4689
4690   // Each 'key' in the map opens a new interval. The values
4691   // of the map are the index of the 'last seen' usage of the
4692   // instruction that is the key.
4693   typedef DenseMap<Instruction*, unsigned> IntervalMap;
4694   // Maps instruction to its index.
4695   DenseMap<unsigned, Instruction*> IdxToInstr;
4696   // Marks the end of each interval.
4697   IntervalMap EndPoint;
4698   // Saves the list of instruction indices that are used in the loop.
4699   SmallSet<Instruction*, 8> Ends;
4700   // Saves the list of values that are used in the loop but are
4701   // defined outside the loop, such as arguments and constants.
4702   SmallPtrSet<Value*, 8> LoopInvariants;
4703
4704   unsigned Index = 0;
4705   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
4706        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb) {
4707     R.NumInstructions += (*bb)->size();
4708     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
4709          ++it) {
4710       Instruction *I = it;
4711       IdxToInstr[Index++] = I;
4712
4713       // Save the end location of each USE.
4714       for (unsigned i = 0; i < I->getNumOperands(); ++i) {
4715         Value *U = I->getOperand(i);
4716         Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(U);
4717
4718         // Ignore non-instruction values such as arguments, constants, etc.
4719         if (!Instr) continue;
4720
4721         // If this instruction is outside the loop then record it and continue.
4722         if (!TheLoop->contains(Instr)) {
4723           LoopInvariants.insert(Instr);
4724           continue;
4725         }
4726
4727         // Overwrite previous end points.
4728         EndPoint[Instr] = Index;
4729         Ends.insert(Instr);
4730       }
4731     }
4732   }
4733
4734   // Saves the list of intervals that end with the index in 'key'.
4735   typedef SmallVector<Instruction*, 2> InstrList;
4736   DenseMap<unsigned, InstrList> TransposeEnds;
4737
4738   // Transpose the EndPoints to a list of values that end at each index.
4739   for (IntervalMap::iterator it = EndPoint.begin(), e = EndPoint.end();
4740        it != e; ++it)
4741     TransposeEnds[it->second].push_back(it->first);
4742
4743   SmallSet<Instruction*, 8> OpenIntervals;
4744   unsigned MaxUsage = 0;
4745
4746
4747   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Calculating max register usage:\n");
4748   for (unsigned int i = 0; i < Index; ++i) {
4749     Instruction *I = IdxToInstr[i];
4750     // Ignore instructions that are never used within the loop.
4751     if (!Ends.count(I)) continue;
4752
4753     // Remove all of the instructions that end at this location.
4754     InstrList &List = TransposeEnds[i];
4755     for (unsigned int j=0, e = List.size(); j < e; ++j)
4756       OpenIntervals.erase(List[j]);
4757
4758     // Count the number of live interals.
4759     MaxUsage = std::max(MaxUsage, OpenIntervals.size());
4760
4761     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): At #" << i << " Interval # " <<
4762           OpenIntervals.size() << '\n');
4763
4764     // Add the current instruction to the list of open intervals.
4765     OpenIntervals.insert(I);
4766   }
4767
4768   unsigned Invariant = LoopInvariants.size();
4769   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found max usage: " << MaxUsage << '\n');
4770   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found invariant usage: " << Invariant << '\n');
4771   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): LoopSize: " << R.NumInstructions << '\n');
4772
4773   R.LoopInvariantRegs = Invariant;
4774   R.MaxLocalUsers = MaxUsage;
4775   return R;
4776 }
4777
4778 unsigned LoopVectorizationCostModel::expectedCost(unsigned VF) {
4779   unsigned Cost = 0;
4780
4781   // For each block.
4782   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
4783        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
4784     unsigned BlockCost = 0;
4785     BasicBlock *BB = *bb;
4786
4787     // For each instruction in the old loop.
4788     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
4789       // Skip dbg intrinsics.
4790       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
4791         continue;
4792
4793       unsigned C = getInstructionCost(it, VF);
4794       BlockCost += C;
4795       DEBUG(dbgs() << "LV: Found an estimated cost of " << C << " for VF " <<
4796             VF << " For instruction: " << *it << '\n');
4797     }
4798
4799     // We assume that if-converted blocks have a 50% chance of being executed.
4800     // When the code is scalar then some of the blocks are avoided due to CF.
4801     // When the code is vectorized we execute all code paths.
4802     if (VF == 1 && Legal->blockNeedsPredication(*bb))
4803       BlockCost /= 2;
4804
4805     Cost += BlockCost;
4806   }
4807
4808   return Cost;
4809 }
4810
4811 /// \brief Check whether the address computation for a non-consecutive memory
4812 /// access looks like an unlikely candidate for being merged into the indexing
4813 /// mode.
4814 ///
4815 /// We look for a GEP which has one index that is an induction variable and all
4816 /// other indices are loop invariant. If the stride of this access is also
4817 /// within a small bound we decide that this address computation can likely be
4818 /// merged into the addressing mode.
4819 /// In all other cases, we identify the address computation as complex.
4820 static bool isLikelyComplexAddressComputation(Value *Ptr,
4821                                               LoopVectorizationLegality *Legal,
4822                                               ScalarEvolution *SE,
4823                                               const Loop *TheLoop) {
4824   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
4825   if (!Gep)
4826     return true;
4827
4828   // We are looking for a gep with all loop invariant indices except for one
4829   // which should be an induction variable.
4830   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
4831   for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i) {
4832     Value *Opd = Gep->getOperand(i);
4833     if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Opd), TheLoop) &&
4834         !Legal->isInductionVariable(Opd))
4835       return true;
4836   }
4837
4838   // Now we know we have a GEP ptr, %inv, %ind, %inv. Make sure that the step
4839   // can likely be merged into the address computation.
4840   unsigned MaxMergeDistance = 64;
4841
4842   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(Ptr));
4843   if (!AddRec)
4844     return true;
4845
4846   // Check the step is constant.
4847   const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*SE);
4848   // Calculate the pointer stride and check if it is consecutive.
4849   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
4850   if (!C)
4851     return true;
4852
4853   const APInt &APStepVal = C->getValue()->getValue();
4854
4855   // Huge step value - give up.
4856   if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
4857     return true;
4858
4859   int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
4860
4861   return StepVal > MaxMergeDistance;
4862 }
4863
4864 unsigned
4865 LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF) {
4866   // If we know that this instruction will remain uniform, check the cost of
4867   // the scalar version.
4868   if (Legal->isUniformAfterVectorization(I))
4869     VF = 1;
4870
4871   Type *RetTy = I->getType();
4872   Type *VectorTy = ToVectorTy(RetTy, VF);
4873
4874   // TODO: We need to estimate the cost of intrinsic calls.
4875   switch (I->getOpcode()) {
4876   case Instruction::GetElementPtr:
4877     // We mark this instruction as zero-cost because the cost of GEPs in
4878     // vectorized code depends on whether the corresponding memory instruction
4879     // is scalarized or not. Therefore, we handle GEPs with the memory
4880     // instruction cost.
4881     return 0;
4882   case Instruction::Br: {
4883     return TTI.getCFInstrCost(I->getOpcode());
4884   }
4885   case Instruction::PHI:
4886     //TODO: IF-converted IFs become selects.
4887     return 0;
4888   case Instruction::Add:
4889   case Instruction::FAdd:
4890   case Instruction::Sub:
4891   case Instruction::FSub:
4892   case Instruction::Mul:
4893   case Instruction::FMul:
4894   case Instruction::UDiv:
4895   case Instruction::SDiv:
4896   case Instruction::FDiv:
4897   case Instruction::URem:
4898   case Instruction::SRem:
4899   case Instruction::FRem:
4900   case Instruction::Shl:
4901   case Instruction::LShr:
4902   case Instruction::AShr:
4903   case Instruction::And:
4904   case Instruction::Or:
4905   case Instruction::Xor: {
4906     // Certain instructions can be cheaper to vectorize if they have a constant
4907     // second vector operand. One example of this are shifts on x86.
4908     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
4909       TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
4910     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
4911       TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
4912
4913     if (isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)))
4914       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
4915
4916     return TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, Op1VK, Op2VK);
4917   }
4918   case Instruction::Select: {
4919     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
4920     const SCEV *CondSCEV = SE->getSCEV(SI->getCondition());
4921     bool ScalarCond = (SE->isLoopInvariant(CondSCEV, TheLoop));
4922     Type *CondTy = SI->getCondition()->getType();
4923     if (!ScalarCond)
4924       CondTy = VectorType::get(CondTy, VF);
4925
4926     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, CondTy);
4927   }
4928   case Instruction::ICmp:
4929   case Instruction::FCmp: {
4930     Type *ValTy = I->getOperand(0)->getType();
4931     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
4932     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy);
4933   }
4934   case Instruction::Store:
4935   case Instruction::Load: {
4936     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
4937     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
4938     Type *ValTy = (SI ? SI->getValueOperand()->getType() :
4939                    LI->getType());
4940     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
4941
4942     unsigned Alignment = SI ? SI->getAlignment() : LI->getAlignment();
4943     unsigned AS = SI ? SI->getPointerAddressSpace() :
4944       LI->getPointerAddressSpace();
4945     Value *Ptr = SI ? SI->getPointerOperand() : LI->getPointerOperand();
4946     // We add the cost of address computation here instead of with the gep
4947     // instruction because only here we know whether the operation is
4948     // scalarized.
4949     if (VF == 1)
4950       return TTI.getAddressComputationCost(VectorTy) +
4951         TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
4952
4953     // Scalarized loads/stores.
4954     int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
4955     bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
4956     unsigned ScalarAllocatedSize = DL->getTypeAllocSize(ValTy);
4957     unsigned VectorElementSize = DL->getTypeStoreSize(VectorTy)/VF;
4958     if (!ConsecutiveStride || ScalarAllocatedSize != VectorElementSize) {
4959       bool IsComplexComputation =
4960         isLikelyComplexAddressComputation(Ptr, Legal, SE, TheLoop);
4961       unsigned Cost = 0;
4962       // The cost of extracting from the value vector and pointer vector.
4963       Type *PtrTy = ToVectorTy(Ptr->getType(), VF);
4964       for (unsigned i = 0; i < VF; ++i) {
4965         //  The cost of extracting the pointer operand.
4966         Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, PtrTy, i);
4967         // In case of STORE, the cost of ExtractElement from the vector.
4968         // In case of LOAD, the cost of InsertElement into the returned
4969         // vector.
4970         Cost += TTI.getVectorInstrCost(SI ? Instruction::ExtractElement :
4971                                             Instruction::InsertElement,
4972                                             VectorTy, i);
4973       }
4974
4975       // The cost of the scalar loads/stores.
4976       Cost += VF * TTI.getAddressComputationCost(PtrTy, IsComplexComputation);
4977       Cost += VF * TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy->getScalarType(),
4978                                        Alignment, AS);
4979       return Cost;
4980     }
4981
4982     // Wide load/stores.
4983     unsigned Cost = TTI.getAddressComputationCost(VectorTy);
4984     Cost += TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
4985
4986     if (Reverse)
4987       Cost += TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse,
4988                                   VectorTy, 0);
4989     return Cost;
4990   }
4991   case Instruction::ZExt:
4992   case Instruction::SExt:
4993   case Instruction::FPToUI:
4994   case Instruction::FPToSI:
4995   case Instruction::FPExt:
4996   case Instruction::PtrToInt:
4997   case Instruction::IntToPtr:
4998   case Instruction::SIToFP:
4999   case Instruction::UIToFP:
5000   case Instruction::Trunc:
5001   case Instruction::FPTrunc:
5002   case Instruction::BitCast: {
5003     // We optimize the truncation of induction variable.
5004     // The cost of these is the same as the scalar operation.
5005     if (I->getOpcode() == Instruction::Trunc &&
5006         Legal->isInductionVariable(I->getOperand(0)))
5007       return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), I->getType(),
5008                                   I->getOperand(0)->getType());
5009
5010     Type *SrcVecTy = ToVectorTy(I->getOperand(0)->getType(), VF);
5011     return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, SrcVecTy);
5012   }
5013   case Instruction::Call: {
5014     CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
5015     Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
5016     assert(ID && "Not an intrinsic call!");
5017     Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
5018     SmallVector<Type*, 4> Tys;
5019     for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i)
5020       Tys.push_back(ToVectorTy(CI->getArgOperand(i)->getType(), VF));
5021     return TTI.getIntrinsicInstrCost(ID, RetTy, Tys);
5022   }
5023   default: {
5024     // We are scalarizing the instruction. Return the cost of the scalar
5025     // instruction, plus the cost of insert and extract into vector
5026     // elements, times the vector width.
5027     unsigned Cost = 0;
5028
5029     if (!RetTy->isVoidTy() && VF != 1) {
5030       unsigned InsCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement,
5031                                                 VectorTy);
5032       unsigned ExtCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement,
5033                                                 VectorTy);
5034
5035       // The cost of inserting the results plus extracting each one of the
5036       // operands.
5037       Cost += VF * (InsCost + ExtCost * I->getNumOperands());
5038     }
5039
5040     // The cost of executing VF copies of the scalar instruction. This opcode
5041     // is unknown. Assume that it is the same as 'mul'.
5042     Cost += VF * TTI.getArithmeticInstrCost(Instruction::Mul, VectorTy);
5043     return Cost;
5044   }
5045   }// end of switch.
5046 }
5047
5048 Type* LoopVectorizationCostModel::ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF) {
5049   if (Scalar->isVoidTy() || VF == 1)
5050     return Scalar;
5051   return VectorType::get(Scalar, VF);
5052 }
5053
5054 char LoopVectorize::ID = 0;
5055 static const char lv_name[] = "Loop Vectorization";
5056 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
5057 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(TargetTransformInfo)
5058 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
5059 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
5060 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
5061 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
5062 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
5063 INITIALIZE_PASS_END(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
5064
5065 namespace llvm {
5066   Pass *createLoopVectorizePass(bool NoUnrolling) {
5067     return new LoopVectorize(NoUnrolling);
5068   }
5069 }
5070
5071 bool LoopVectorizationCostModel::isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *Inst) {
5072   // Check for a store.
5073   if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
5074     return Legal->isConsecutivePtr(ST->getPointerOperand()) != 0;
5075
5076   // Check for a load.
5077   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
5078     return Legal->isConsecutivePtr(LI->getPointerOperand()) != 0;
5079
5080   return false;
5081 }
5082
5083
5084 void InnerLoopUnroller::scalarizeInstruction(Instruction *Instr) {
5085   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
5086   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
5087   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
5088
5089   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
5090
5091   // Find all of the vectorized parameters.
5092   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
5093     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
5094
5095     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
5096     if (SrcOp == OldInduction) {
5097       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
5098       continue;
5099     }
5100
5101     // Try using previously calculated values.
5102     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
5103
5104     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block
5105     // then it should already be vectorized.
5106     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
5107       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
5108       // The parameter is a vector value from earlier.
5109       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
5110     } else {
5111       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
5112       VectorParts Scalars;
5113       Scalars.append(UF, SrcOp);
5114       Params.push_back(Scalars);
5115     }
5116   }
5117
5118   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
5119          "Invalid number of operands");
5120
5121   // Does this instruction return a value ?
5122   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
5123
5124   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? 0 :
5125   UndefValue::get(Instr->getType());
5126   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
5127   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
5128
5129   // For each vector unroll 'part':
5130   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
5131     // For each scalar that we create:
5132
5133     Instruction *Cloned = Instr->clone();
5134       if (!IsVoidRetTy)
5135         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
5136       // Replace the operands of the cloned instructions with extracted scalars.
5137       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
5138         Value *Op = Params[op][Part];
5139         Cloned->setOperand(op, Op);
5140       }
5141
5142       // Place the cloned scalar in the new loop.
5143       Builder.Insert(Cloned);
5144
5145       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
5146       // so that future users will be able to use it.
5147       if (!IsVoidRetTy)
5148         VecResults[Part] = Cloned;
5149   }
5150 }
5151
5152 void
5153 InnerLoopUnroller::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr,
5154                                               LoopVectorizationLegality*) {
5155   return scalarizeInstruction(Instr);
5156 }
5157
5158 Value *InnerLoopUnroller::reverseVector(Value *Vec) {
5159   return Vec;
5160 }
5161
5162 Value *InnerLoopUnroller::getBroadcastInstrs(Value *V) {
5163   return V;
5164 }
5165
5166 Value *InnerLoopUnroller::getConsecutiveVector(Value* Val, int StartIdx,
5167                                                bool Negate) {
5168   // When unrolling and the VF is 1, we only need to add a simple scalar.
5169   Type *ITy = Val->getType();
5170   assert(!ITy->isVectorTy() && "Val must be a scalar");
5171   Constant *C = ConstantInt::get(ITy, StartIdx, Negate);
5172   return Builder.CreateAdd(Val, C, "induction");
5173 }
5174