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Viewing changes to lib/Transforms/Scalar/IndVarSimplify.cpp

  • Committer: Package Import Robot
  • Author(s): Sylvestre Ledru
  • Date: 2015-07-15 17:51:08 UTC
  • Revision ID: package-import@ubuntu.com-20150715175108-l8mynwovkx4zx697
Tags: upstream-3.7~+rc2
ImportĀ upstreamĀ versionĀ 3.7~+rc2

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removed removed

Lines of Context:
 
1
//===- IndVarSimplify.cpp - Induction Variable Elimination ----------------===//
 
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 transformation analyzes and transforms the induction variables (and
 
11
// computations derived from them) into simpler forms suitable for subsequent
 
12
// analysis and transformation.
 
13
//
 
14
// If the trip count of a loop is computable, this pass also makes the following
 
15
// changes:
 
16
//   1. The exit condition for the loop is canonicalized to compare the
 
17
//      induction value against the exit value.  This turns loops like:
 
18
//        'for (i = 7; i*i < 1000; ++i)' into 'for (i = 0; i != 25; ++i)'
 
19
//   2. Any use outside of the loop of an expression derived from the indvar
 
20
//      is changed to compute the derived value outside of the loop, eliminating
 
21
//      the dependence on the exit value of the induction variable.  If the only
 
22
//      purpose of the loop is to compute the exit value of some derived
 
23
//      expression, this transformation will make the loop dead.
 
24
//
 
25
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
26
 
 
27
#include "llvm/Transforms/Scalar.h"
 
28
#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
 
29
#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
 
30
#include "llvm/ADT/Statistic.h"
 
31
#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
 
32
#include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
 
33
#include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
 
34
#include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
 
35
#include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
 
36
#include "llvm/IR/BasicBlock.h"
 
37
#include "llvm/IR/CFG.h"
 
38
#include "llvm/IR/Constants.h"
 
39
#include "llvm/IR/DataLayout.h"
 
40
#include "llvm/IR/Dominators.h"
 
41
#include "llvm/IR/Instructions.h"
 
42
#include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
 
43
#include "llvm/IR/LLVMContext.h"
 
44
#include "llvm/IR/PatternMatch.h"
 
45
#include "llvm/IR/Type.h"
 
46
#include "llvm/Support/CommandLine.h"
 
47
#include "llvm/Support/Debug.h"
 
48
#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 
49
#include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
 
50
#include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
 
51
#include "llvm/Transforms/Utils/SimplifyIndVar.h"
 
52
using namespace llvm;
 
53
 
 
54
#define DEBUG_TYPE "indvars"
 
55
 
 
56
STATISTIC(NumWidened     , "Number of indvars widened");
 
57
STATISTIC(NumReplaced    , "Number of exit values replaced");
 
58
STATISTIC(NumLFTR        , "Number of loop exit tests replaced");
 
59
STATISTIC(NumElimExt     , "Number of IV sign/zero extends eliminated");
 
60
STATISTIC(NumElimIV      , "Number of congruent IVs eliminated");
 
61
 
 
62
// Trip count verification can be enabled by default under NDEBUG if we
 
63
// implement a strong expression equivalence checker in SCEV. Until then, we
 
64
// use the verify-indvars flag, which may assert in some cases.
 
65
static cl::opt<bool> VerifyIndvars(
 
66
  "verify-indvars", cl::Hidden,
 
67
  cl::desc("Verify the ScalarEvolution result after running indvars"));
 
68
 
 
69
static cl::opt<bool> ReduceLiveIVs("liv-reduce", cl::Hidden,
 
70
  cl::desc("Reduce live induction variables."));
 
71
 
 
72
enum ReplaceExitVal { NeverRepl, OnlyCheapRepl, AlwaysRepl };
 
73
 
 
74
static cl::opt<ReplaceExitVal> ReplaceExitValue(
 
75
    "replexitval", cl::Hidden, cl::init(OnlyCheapRepl),
 
76
    cl::desc("Choose the strategy to replace exit value in IndVarSimplify"),
 
77
    cl::values(clEnumValN(NeverRepl, "never", "never replace exit value"),
 
78
               clEnumValN(OnlyCheapRepl, "cheap",
 
79
                          "only replace exit value when the cost is cheap"),
 
80
               clEnumValN(AlwaysRepl, "always",
 
81
                          "always replace exit value whenever possible"),
 
82
               clEnumValEnd));
 
83
 
 
84
namespace {
 
85
struct RewritePhi;
 
86
}
 
87
 
 
88
namespace {
 
89
  class IndVarSimplify : public LoopPass {
 
90
    LoopInfo                  *LI;
 
91
    ScalarEvolution           *SE;
 
92
    DominatorTree             *DT;
 
93
    TargetLibraryInfo         *TLI;
 
94
    const TargetTransformInfo *TTI;
 
95
 
 
96
    SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
 
97
    bool Changed;
 
98
  public:
 
99
 
 
100
    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
 
101
    IndVarSimplify()
 
102
        : LoopPass(ID), LI(nullptr), SE(nullptr), DT(nullptr), Changed(false) {
 
103
      initializeIndVarSimplifyPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 
104
    }
 
105
 
 
106
    bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) override;
 
107
 
 
108
    void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
 
109
      AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
 
110
      AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
 
111
      AU.addRequired<ScalarEvolution>();
 
112
      AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
 
113
      AU.addRequiredID(LCSSAID);
 
114
      AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
 
115
      AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
 
116
      AU.addPreservedID(LCSSAID);
 
117
      AU.setPreservesCFG();
 
118
    }
 
119
 
 
120
  private:
 
121
    void releaseMemory() override {
 
122
      DeadInsts.clear();
 
123
    }
 
124
 
 
125
    bool isValidRewrite(Value *FromVal, Value *ToVal);
 
126
 
 
127
    void HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PH);
 
128
    void RewriteNonIntegerIVs(Loop *L);
 
129
 
 
130
    void SimplifyAndExtend(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter, LPPassManager &LPM);
 
131
 
 
132
    bool CanLoopBeDeleted(Loop *L, SmallVector<RewritePhi, 8> &RewritePhiSet);
 
133
    void RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter);
 
134
 
 
135
    Value *LinearFunctionTestReplace(Loop *L, const SCEV *BackedgeTakenCount,
 
136
                                     PHINode *IndVar, SCEVExpander &Rewriter);
 
137
 
 
138
    void SinkUnusedInvariants(Loop *L);
 
139
 
 
140
    Value *ExpandSCEVIfNeeded(SCEVExpander &Rewriter, const SCEV *S, Loop *L,
 
141
                              Instruction *InsertPt, Type *Ty,
 
142
                              bool &IsHighCostExpansion);
 
143
  };
 
144
}
 
145
 
 
146
char IndVarSimplify::ID = 0;
 
147
INITIALIZE_PASS_BEGIN(IndVarSimplify, "indvars",
 
148
                "Induction Variable Simplification", false, false)
 
149
INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
 
150
INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
 
151
INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
 
152
INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
 
153
INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
 
154
INITIALIZE_PASS_END(IndVarSimplify, "indvars",
 
155
                "Induction Variable Simplification", false, false)
 
156
 
 
157
Pass *llvm::createIndVarSimplifyPass() {
 
158
  return new IndVarSimplify();
 
159
}
 
160
 
 
161
/// isValidRewrite - Return true if the SCEV expansion generated by the
 
162
/// rewriter can replace the original value. SCEV guarantees that it
 
163
/// produces the same value, but the way it is produced may be illegal IR.
 
164
/// Ideally, this function will only be called for verification.
 
165
bool IndVarSimplify::isValidRewrite(Value *FromVal, Value *ToVal) {
 
166
  // If an SCEV expression subsumed multiple pointers, its expansion could
 
167
  // reassociate the GEP changing the base pointer. This is illegal because the
 
168
  // final address produced by a GEP chain must be inbounds relative to its
 
169
  // underlying object. Otherwise basic alias analysis, among other things,
 
170
  // could fail in a dangerous way. Ultimately, SCEV will be improved to avoid
 
171
  // producing an expression involving multiple pointers. Until then, we must
 
172
  // bail out here.
 
173
  //
 
174
  // Retrieve the pointer operand of the GEP. Don't use GetUnderlyingObject
 
175
  // because it understands lcssa phis while SCEV does not.
 
176
  Value *FromPtr = FromVal;
 
177
  Value *ToPtr = ToVal;
 
178
  if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(FromVal)) {
 
179
    FromPtr = GEP->getPointerOperand();
 
180
  }
 
181
  if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(ToVal)) {
 
182
    ToPtr = GEP->getPointerOperand();
 
183
  }
 
184
  if (FromPtr != FromVal || ToPtr != ToVal) {
 
185
    // Quickly check the common case
 
186
    if (FromPtr == ToPtr)
 
187
      return true;
 
188
 
 
189
    // SCEV may have rewritten an expression that produces the GEP's pointer
 
190
    // operand. That's ok as long as the pointer operand has the same base
 
191
    // pointer. Unlike GetUnderlyingObject(), getPointerBase() will find the
 
192
    // base of a recurrence. This handles the case in which SCEV expansion
 
193
    // converts a pointer type recurrence into a nonrecurrent pointer base
 
194
    // indexed by an integer recurrence.
 
195
 
 
196
    // If the GEP base pointer is a vector of pointers, abort.
 
197
    if (!FromPtr->getType()->isPointerTy() || !ToPtr->getType()->isPointerTy())
 
198
      return false;
 
199
 
 
200
    const SCEV *FromBase = SE->getPointerBase(SE->getSCEV(FromPtr));
 
201
    const SCEV *ToBase = SE->getPointerBase(SE->getSCEV(ToPtr));
 
202
    if (FromBase == ToBase)
 
203
      return true;
 
204
 
 
205
    DEBUG(dbgs() << "INDVARS: GEP rewrite bail out "
 
206
          << *FromBase << " != " << *ToBase << "\n");
 
207
 
 
208
    return false;
 
209
  }
 
210
  return true;
 
211
}
 
212
 
 
213
/// Determine the insertion point for this user. By default, insert immediately
 
214
/// before the user. SCEVExpander or LICM will hoist loop invariants out of the
 
215
/// loop. For PHI nodes, there may be multiple uses, so compute the nearest
 
216
/// common dominator for the incoming blocks.
 
217
static Instruction *getInsertPointForUses(Instruction *User, Value *Def,
 
218
                                          DominatorTree *DT) {
 
219
  PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(User);
 
220
  if (!PHI)
 
221
    return User;
 
222
 
 
223
  Instruction *InsertPt = nullptr;
 
224
  for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 
225
    if (PHI->getIncomingValue(i) != Def)
 
226
      continue;
 
227
 
 
228
    BasicBlock *InsertBB = PHI->getIncomingBlock(i);
 
229
    if (!InsertPt) {
 
230
      InsertPt = InsertBB->getTerminator();
 
231
      continue;
 
232
    }
 
233
    InsertBB = DT->findNearestCommonDominator(InsertPt->getParent(), InsertBB);
 
234
    InsertPt = InsertBB->getTerminator();
 
235
  }
 
236
  assert(InsertPt && "Missing phi operand");
 
237
  assert((!isa<Instruction>(Def) ||
 
238
          DT->dominates(cast<Instruction>(Def), InsertPt)) &&
 
239
         "def does not dominate all uses");
 
240
  return InsertPt;
 
241
}
 
242
 
 
243
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
244
// RewriteNonIntegerIVs and helpers. Prefer integer IVs.
 
245
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
246
 
 
247
/// ConvertToSInt - Convert APF to an integer, if possible.
 
248
static bool ConvertToSInt(const APFloat &APF, int64_t &IntVal) {
 
249
  bool isExact = false;
 
250
  // See if we can convert this to an int64_t
 
251
  uint64_t UIntVal;
 
252
  if (APF.convertToInteger(&UIntVal, 64, true, APFloat::rmTowardZero,
 
253
                           &isExact) != APFloat::opOK || !isExact)
 
254
    return false;
 
255
  IntVal = UIntVal;
 
256
  return true;
 
257
}
 
258
 
 
259
/// HandleFloatingPointIV - If the loop has floating induction variable
 
260
/// then insert corresponding integer induction variable if possible.
 
261
/// For example,
 
262
/// for(double i = 0; i < 10000; ++i)
 
263
///   bar(i)
 
264
/// is converted into
 
265
/// for(int i = 0; i < 10000; ++i)
 
266
///   bar((double)i);
 
267
///
 
268
void IndVarSimplify::HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PN) {
 
269
  unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
 
270
  unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
 
271
 
 
272
  // Check incoming value.
 
273
  ConstantFP *InitValueVal =
 
274
    dyn_cast<ConstantFP>(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
 
275
 
 
276
  int64_t InitValue;
 
277
  if (!InitValueVal || !ConvertToSInt(InitValueVal->getValueAPF(), InitValue))
 
278
    return;
 
279
 
 
280
  // Check IV increment. Reject this PN if increment operation is not
 
281
  // an add or increment value can not be represented by an integer.
 
282
  BinaryOperator *Incr =
 
283
    dyn_cast<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(BackEdge));
 
284
  if (Incr == nullptr || Incr->getOpcode() != Instruction::FAdd) return;
 
285
 
 
286
  // If this is not an add of the PHI with a constantfp, or if the constant fp
 
287
  // is not an integer, bail out.
 
288
  ConstantFP *IncValueVal = dyn_cast<ConstantFP>(Incr->getOperand(1));
 
289
  int64_t IncValue;
 
290
  if (IncValueVal == nullptr || Incr->getOperand(0) != PN ||
 
291
      !ConvertToSInt(IncValueVal->getValueAPF(), IncValue))
 
292
    return;
 
293
 
 
294
  // Check Incr uses. One user is PN and the other user is an exit condition
 
295
  // used by the conditional terminator.
 
296
  Value::user_iterator IncrUse = Incr->user_begin();
 
297
  Instruction *U1 = cast<Instruction>(*IncrUse++);
 
298
  if (IncrUse == Incr->user_end()) return;
 
299
  Instruction *U2 = cast<Instruction>(*IncrUse++);
 
300
  if (IncrUse != Incr->user_end()) return;
 
301
 
 
302
  // Find exit condition, which is an fcmp.  If it doesn't exist, or if it isn't
 
303
  // only used by a branch, we can't transform it.
 
304
  FCmpInst *Compare = dyn_cast<FCmpInst>(U1);
 
305
  if (!Compare)
 
306
    Compare = dyn_cast<FCmpInst>(U2);
 
307
  if (!Compare || !Compare->hasOneUse() ||
 
308
      !isa<BranchInst>(Compare->user_back()))
 
309
    return;
 
310
 
 
311
  BranchInst *TheBr = cast<BranchInst>(Compare->user_back());
 
312
 
 
313
  // We need to verify that the branch actually controls the iteration count
 
314
  // of the loop.  If not, the new IV can overflow and no one will notice.
 
315
  // The branch block must be in the loop and one of the successors must be out
 
316
  // of the loop.
 
317
  assert(TheBr->isConditional() && "Can't use fcmp if not conditional");
 
318
  if (!L->contains(TheBr->getParent()) ||
 
319
      (L->contains(TheBr->getSuccessor(0)) &&
 
320
       L->contains(TheBr->getSuccessor(1))))
 
321
    return;
 
322
 
 
323
 
 
324
  // If it isn't a comparison with an integer-as-fp (the exit value), we can't
 
325
  // transform it.
 
326
  ConstantFP *ExitValueVal = dyn_cast<ConstantFP>(Compare->getOperand(1));
 
327
  int64_t ExitValue;
 
328
  if (ExitValueVal == nullptr ||
 
329
      !ConvertToSInt(ExitValueVal->getValueAPF(), ExitValue))
 
330
    return;
 
331
 
 
332
  // Find new predicate for integer comparison.
 
333
  CmpInst::Predicate NewPred = CmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
 
334
  switch (Compare->getPredicate()) {
 
335
  default: return;  // Unknown comparison.
 
336
  case CmpInst::FCMP_OEQ:
 
337
  case CmpInst::FCMP_UEQ: NewPred = CmpInst::ICMP_EQ; break;
 
338
  case CmpInst::FCMP_ONE:
 
339
  case CmpInst::FCMP_UNE: NewPred = CmpInst::ICMP_NE; break;
 
340
  case CmpInst::FCMP_OGT:
 
341
  case CmpInst::FCMP_UGT: NewPred = CmpInst::ICMP_SGT; break;
 
342
  case CmpInst::FCMP_OGE:
 
343
  case CmpInst::FCMP_UGE: NewPred = CmpInst::ICMP_SGE; break;
 
344
  case CmpInst::FCMP_OLT:
 
345
  case CmpInst::FCMP_ULT: NewPred = CmpInst::ICMP_SLT; break;
 
346
  case CmpInst::FCMP_OLE:
 
347
  case CmpInst::FCMP_ULE: NewPred = CmpInst::ICMP_SLE; break;
 
348
  }
 
349
 
 
350
  // We convert the floating point induction variable to a signed i32 value if
 
351
  // we can.  This is only safe if the comparison will not overflow in a way
 
352
  // that won't be trapped by the integer equivalent operations.  Check for this
 
353
  // now.
 
354
  // TODO: We could use i64 if it is native and the range requires it.
 
355
 
 
356
  // The start/stride/exit values must all fit in signed i32.
 
357
  if (!isInt<32>(InitValue) || !isInt<32>(IncValue) || !isInt<32>(ExitValue))
 
358
    return;
 
359
 
 
360
  // If not actually striding (add x, 0.0), avoid touching the code.
 
361
  if (IncValue == 0)
 
362
    return;
 
363
 
 
364
  // Positive and negative strides have different safety conditions.
 
365
  if (IncValue > 0) {
 
366
    // If we have a positive stride, we require the init to be less than the
 
367
    // exit value.
 
368
    if (InitValue >= ExitValue)
 
369
      return;
 
370
 
 
371
    uint32_t Range = uint32_t(ExitValue-InitValue);
 
372
    // Check for infinite loop, either:
 
373
    // while (i <= Exit) or until (i > Exit)
 
374
    if (NewPred == CmpInst::ICMP_SLE || NewPred == CmpInst::ICMP_SGT) {
 
375
      if (++Range == 0) return;  // Range overflows.
 
376
    }
 
377
 
 
378
    unsigned Leftover = Range % uint32_t(IncValue);
 
379
 
 
380
    // If this is an equality comparison, we require that the strided value
 
381
    // exactly land on the exit value, otherwise the IV condition will wrap
 
382
    // around and do things the fp IV wouldn't.
 
383
    if ((NewPred == CmpInst::ICMP_EQ || NewPred == CmpInst::ICMP_NE) &&
 
384
        Leftover != 0)
 
385
      return;
 
386
 
 
387
    // If the stride would wrap around the i32 before exiting, we can't
 
388
    // transform the IV.
 
389
    if (Leftover != 0 && int32_t(ExitValue+IncValue) < ExitValue)
 
390
      return;
 
391
 
 
392
  } else {
 
393
    // If we have a negative stride, we require the init to be greater than the
 
394
    // exit value.
 
395
    if (InitValue <= ExitValue)
 
396
      return;
 
397
 
 
398
    uint32_t Range = uint32_t(InitValue-ExitValue);
 
399
    // Check for infinite loop, either:
 
400
    // while (i >= Exit) or until (i < Exit)
 
401
    if (NewPred == CmpInst::ICMP_SGE || NewPred == CmpInst::ICMP_SLT) {
 
402
      if (++Range == 0) return;  // Range overflows.
 
403
    }
 
404
 
 
405
    unsigned Leftover = Range % uint32_t(-IncValue);
 
406
 
 
407
    // If this is an equality comparison, we require that the strided value
 
408
    // exactly land on the exit value, otherwise the IV condition will wrap
 
409
    // around and do things the fp IV wouldn't.
 
410
    if ((NewPred == CmpInst::ICMP_EQ || NewPred == CmpInst::ICMP_NE) &&
 
411
        Leftover != 0)
 
412
      return;
 
413
 
 
414
    // If the stride would wrap around the i32 before exiting, we can't
 
415
    // transform the IV.
 
416
    if (Leftover != 0 && int32_t(ExitValue+IncValue) > ExitValue)
 
417
      return;
 
418
  }
 
419
 
 
420
  IntegerType *Int32Ty = Type::getInt32Ty(PN->getContext());
 
421
 
 
422
  // Insert new integer induction variable.
 
423
  PHINode *NewPHI = PHINode::Create(Int32Ty, 2, PN->getName()+".int", PN);
 
424
  NewPHI->addIncoming(ConstantInt::get(Int32Ty, InitValue),
 
425
                      PN->getIncomingBlock(IncomingEdge));
 
426
 
 
427
  Value *NewAdd =
 
428
    BinaryOperator::CreateAdd(NewPHI, ConstantInt::get(Int32Ty, IncValue),
 
429
                              Incr->getName()+".int", Incr);
 
430
  NewPHI->addIncoming(NewAdd, PN->getIncomingBlock(BackEdge));
 
431
 
 
432
  ICmpInst *NewCompare = new ICmpInst(TheBr, NewPred, NewAdd,
 
433
                                      ConstantInt::get(Int32Ty, ExitValue),
 
434
                                      Compare->getName());
 
435
 
 
436
  // In the following deletions, PN may become dead and may be deleted.
 
437
  // Use a WeakVH to observe whether this happens.
 
438
  WeakVH WeakPH = PN;
 
439
 
 
440
  // Delete the old floating point exit comparison.  The branch starts using the
 
441
  // new comparison.
 
442
  NewCompare->takeName(Compare);
 
443
  Compare->replaceAllUsesWith(NewCompare);
 
444
  RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Compare, TLI);
 
445
 
 
446
  // Delete the old floating point increment.
 
447
  Incr->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Incr->getType()));
 
448
  RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Incr, TLI);
 
449
 
 
450
  // If the FP induction variable still has uses, this is because something else
 
451
  // in the loop uses its value.  In order to canonicalize the induction
 
452
  // variable, we chose to eliminate the IV and rewrite it in terms of an
 
453
  // int->fp cast.
 
454
  //
 
455
  // We give preference to sitofp over uitofp because it is faster on most
 
456
  // platforms.
 
457
  if (WeakPH) {
 
458
    Value *Conv = new SIToFPInst(NewPHI, PN->getType(), "indvar.conv",
 
459
                                 PN->getParent()->getFirstInsertionPt());
 
460
    PN->replaceAllUsesWith(Conv);
 
461
    RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(PN, TLI);
 
462
  }
 
463
  Changed = true;
 
464
}
 
465
 
 
466
void IndVarSimplify::RewriteNonIntegerIVs(Loop *L) {
 
467
  // First step.  Check to see if there are any floating-point recurrences.
 
468
  // If there are, change them into integer recurrences, permitting analysis by
 
469
  // the SCEV routines.
 
470
  //
 
471
  BasicBlock *Header = L->getHeader();
 
472
 
 
473
  SmallVector<WeakVH, 8> PHIs;
 
474
  for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
 
475
       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
 
476
    PHIs.push_back(PN);
 
477
 
 
478
  for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i)
 
479
    if (PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(&*PHIs[i]))
 
480
      HandleFloatingPointIV(L, PN);
 
481
 
 
482
  // If the loop previously had floating-point IV, ScalarEvolution
 
483
  // may not have been able to compute a trip count. Now that we've done some
 
484
  // re-writing, the trip count may be computable.
 
485
  if (Changed)
 
486
    SE->forgetLoop(L);
 
487
}
 
488
 
 
489
namespace {
 
490
// Collect information about PHI nodes which can be transformed in
 
491
// RewriteLoopExitValues.
 
492
struct RewritePhi {
 
493
  PHINode *PN;
 
494
  unsigned Ith;  // Ith incoming value.
 
495
  Value *Val;    // Exit value after expansion.
 
496
  bool HighCost; // High Cost when expansion.
 
497
  bool SafePhi;  // LCSSASafePhiForRAUW.
 
498
 
 
499
  RewritePhi(PHINode *P, unsigned I, Value *V, bool H, bool S)
 
500
      : PN(P), Ith(I), Val(V), HighCost(H), SafePhi(S) {}
 
501
};
 
502
}
 
503
 
 
504
Value *IndVarSimplify::ExpandSCEVIfNeeded(SCEVExpander &Rewriter, const SCEV *S,
 
505
                                          Loop *L, Instruction *InsertPt,
 
506
                                          Type *ResultTy,
 
507
                                          bool &IsHighCostExpansion) {
 
508
  using namespace llvm::PatternMatch;
 
509
 
 
510
  if (!Rewriter.isHighCostExpansion(S, L)) {
 
511
    IsHighCostExpansion = false;
 
512
    return Rewriter.expandCodeFor(S, ResultTy, InsertPt);
 
513
  }
 
514
 
 
515
  // Before expanding S into an expensive LLVM expression, see if we can use an
 
516
  // already existing value as the expansion for S.  There is potential to make
 
517
  // this significantly smarter, but this simple heuristic already gets some
 
518
  // interesting cases.
 
519
 
 
520
  SmallVector<BasicBlock *, 4> Latches;
 
521
  L->getLoopLatches(Latches);
 
522
 
 
523
  for (BasicBlock *BB : Latches) {
 
524
    ICmpInst::Predicate Pred;
 
525
    Instruction *LHS, *RHS;
 
526
    BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
 
527
 
 
528
    if (!match(BB->getTerminator(),
 
529
               m_Br(m_ICmp(Pred, m_Instruction(LHS), m_Instruction(RHS)),
 
530
                    TrueBB, FalseBB)))
 
531
      continue;
 
532
 
 
533
    if (SE->getSCEV(LHS) == S && DT->dominates(LHS, InsertPt)) {
 
534
      IsHighCostExpansion = false;
 
535
      return LHS;
 
536
    }
 
537
 
 
538
    if (SE->getSCEV(RHS) == S && DT->dominates(RHS, InsertPt)) {
 
539
      IsHighCostExpansion = false;
 
540
      return RHS;
 
541
    }
 
542
  }
 
543
 
 
544
  // We didn't find anything, fall back to using SCEVExpander.
 
545
  assert(Rewriter.isHighCostExpansion(S, L) && "this should not have changed!");
 
546
  IsHighCostExpansion = true;
 
547
  return Rewriter.expandCodeFor(S, ResultTy, InsertPt);
 
548
}
 
549
 
 
550
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
551
// RewriteLoopExitValues - Optimize IV users outside the loop.
 
552
// As a side effect, reduces the amount of IV processing within the loop.
 
553
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
554
 
 
555
/// RewriteLoopExitValues - Check to see if this loop has a computable
 
556
/// loop-invariant execution count.  If so, this means that we can compute the
 
557
/// final value of any expressions that are recurrent in the loop, and
 
558
/// substitute the exit values from the loop into any instructions outside of
 
559
/// the loop that use the final values of the current expressions.
 
560
///
 
561
/// This is mostly redundant with the regular IndVarSimplify activities that
 
562
/// happen later, except that it's more powerful in some cases, because it's
 
563
/// able to brute-force evaluate arbitrary instructions as long as they have
 
564
/// constant operands at the beginning of the loop.
 
565
void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
 
566
  // Verify the input to the pass in already in LCSSA form.
 
567
  assert(L->isLCSSAForm(*DT));
 
568
 
 
569
  SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
 
570
  L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
 
571
 
 
572
  SmallVector<RewritePhi, 8> RewritePhiSet;
 
573
  // Find all values that are computed inside the loop, but used outside of it.
 
574
  // Because of LCSSA, these values will only occur in LCSSA PHI Nodes.  Scan
 
575
  // the exit blocks of the loop to find them.
 
576
  for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
 
577
    BasicBlock *ExitBB = ExitBlocks[i];
 
578
 
 
579
    // If there are no PHI nodes in this exit block, then no values defined
 
580
    // inside the loop are used on this path, skip it.
 
581
    PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(ExitBB->begin());
 
582
    if (!PN) continue;
 
583
 
 
584
    unsigned NumPreds = PN->getNumIncomingValues();
 
585
 
 
586
    // We would like to be able to RAUW single-incoming value PHI nodes. We
 
587
    // have to be certain this is safe even when this is an LCSSA PHI node.
 
588
    // While the computed exit value is no longer varying in *this* loop, the
 
589
    // exit block may be an exit block for an outer containing loop as well,
 
590
    // the exit value may be varying in the outer loop, and thus it may still
 
591
    // require an LCSSA PHI node. The safe case is when this is
 
592
    // single-predecessor PHI node (LCSSA) and the exit block containing it is
 
593
    // part of the enclosing loop, or this is the outer most loop of the nest.
 
594
    // In either case the exit value could (at most) be varying in the same
 
595
    // loop body as the phi node itself. Thus if it is in turn used outside of
 
596
    // an enclosing loop it will only be via a separate LCSSA node.
 
597
    bool LCSSASafePhiForRAUW =
 
598
        NumPreds == 1 &&
 
599
        (!L->getParentLoop() || L->getParentLoop() == LI->getLoopFor(ExitBB));
 
600
 
 
601
    // Iterate over all of the PHI nodes.
 
602
    BasicBlock::iterator BBI = ExitBB->begin();
 
603
    while ((PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++))) {
 
604
      if (PN->use_empty())
 
605
        continue; // dead use, don't replace it
 
606
 
 
607
      // SCEV only supports integer expressions for now.
 
608
      if (!PN->getType()->isIntegerTy() && !PN->getType()->isPointerTy())
 
609
        continue;
 
610
 
 
611
      // It's necessary to tell ScalarEvolution about this explicitly so that
 
612
      // it can walk the def-use list and forget all SCEVs, as it may not be
 
613
      // watching the PHI itself. Once the new exit value is in place, there
 
614
      // may not be a def-use connection between the loop and every instruction
 
615
      // which got a SCEVAddRecExpr for that loop.
 
616
      SE->forgetValue(PN);
 
617
 
 
618
      // Iterate over all of the values in all the PHI nodes.
 
619
      for (unsigned i = 0; i != NumPreds; ++i) {
 
620
        // If the value being merged in is not integer or is not defined
 
621
        // in the loop, skip it.
 
622
        Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
 
623
        if (!isa<Instruction>(InVal))
 
624
          continue;
 
625
 
 
626
        // If this pred is for a subloop, not L itself, skip it.
 
627
        if (LI->getLoopFor(PN->getIncomingBlock(i)) != L)
 
628
          continue; // The Block is in a subloop, skip it.
 
629
 
 
630
        // Check that InVal is defined in the loop.
 
631
        Instruction *Inst = cast<Instruction>(InVal);
 
632
        if (!L->contains(Inst))
 
633
          continue;
 
634
 
 
635
        // Okay, this instruction has a user outside of the current loop
 
636
        // and varies predictably *inside* the loop.  Evaluate the value it
 
637
        // contains when the loop exits, if possible.
 
638
        const SCEV *ExitValue = SE->getSCEVAtScope(Inst, L->getParentLoop());
 
639
        if (!SE->isLoopInvariant(ExitValue, L) ||
 
640
            !isSafeToExpand(ExitValue, *SE))
 
641
          continue;
 
642
 
 
643
        // Computing the value outside of the loop brings no benefit if :
 
644
        //  - it is definitely used inside the loop in a way which can not be
 
645
        //    optimized away.
 
646
        //  - no use outside of the loop can take advantage of hoisting the
 
647
        //    computation out of the loop
 
648
        if (ExitValue->getSCEVType()>=scMulExpr) {
 
649
          unsigned NumHardInternalUses = 0;
 
650
          unsigned NumSoftExternalUses = 0;
 
651
          unsigned NumUses = 0;
 
652
          for (auto IB = Inst->user_begin(), IE = Inst->user_end();
 
653
               IB != IE && NumUses <= 6; ++IB) {
 
654
            Instruction *UseInstr = cast<Instruction>(*IB);
 
655
            unsigned Opc = UseInstr->getOpcode();
 
656
            NumUses++;
 
657
            if (L->contains(UseInstr)) {
 
658
              if (Opc == Instruction::Call || Opc == Instruction::Ret)
 
659
                NumHardInternalUses++;
 
660
            } else {
 
661
              if (Opc == Instruction::PHI) {
 
662
                // Do not count the Phi as a use. LCSSA may have inserted
 
663
                // plenty of trivial ones.
 
664
                NumUses--;
 
665
                for (auto PB = UseInstr->user_begin(),
 
666
                          PE = UseInstr->user_end();
 
667
                     PB != PE && NumUses <= 6; ++PB, ++NumUses) {
 
668
                  unsigned PhiOpc = cast<Instruction>(*PB)->getOpcode();
 
669
                  if (PhiOpc != Instruction::Call && PhiOpc != Instruction::Ret)
 
670
                    NumSoftExternalUses++;
 
671
                }
 
672
                continue;
 
673
              }
 
674
              if (Opc != Instruction::Call && Opc != Instruction::Ret)
 
675
                NumSoftExternalUses++;
 
676
            }
 
677
          }
 
678
          if (NumUses <= 6 && NumHardInternalUses && !NumSoftExternalUses)
 
679
            continue;
 
680
        }
 
681
 
 
682
        bool HighCost = false;
 
683
        Value *ExitVal = ExpandSCEVIfNeeded(Rewriter, ExitValue, L, Inst,
 
684
                                            PN->getType(), HighCost);
 
685
 
 
686
        DEBUG(dbgs() << "INDVARS: RLEV: AfterLoopVal = " << *ExitVal << '\n'
 
687
                     << "  LoopVal = " << *Inst << "\n");
 
688
 
 
689
        if (!isValidRewrite(Inst, ExitVal)) {
 
690
          DeadInsts.push_back(ExitVal);
 
691
          continue;
 
692
        }
 
693
 
 
694
        // Collect all the candidate PHINodes to be rewritten.
 
695
        RewritePhiSet.push_back(
 
696
            RewritePhi(PN, i, ExitVal, HighCost, LCSSASafePhiForRAUW));
 
697
      }
 
698
    }
 
699
  }
 
700
 
 
701
  bool LoopCanBeDel = CanLoopBeDeleted(L, RewritePhiSet);
 
702
 
 
703
  // Transformation.
 
704
  for (const RewritePhi &Phi : RewritePhiSet) {
 
705
    PHINode *PN = Phi.PN;
 
706
    Value *ExitVal = Phi.Val;
 
707
 
 
708
    // Only do the rewrite when the ExitValue can be expanded cheaply.
 
709
    // If LoopCanBeDel is true, rewrite exit value aggressively.
 
710
    if (ReplaceExitValue == OnlyCheapRepl && !LoopCanBeDel && Phi.HighCost) {
 
711
      DeadInsts.push_back(ExitVal);
 
712
      continue;
 
713
    }
 
714
 
 
715
    Changed = true;
 
716
    ++NumReplaced;
 
717
    Instruction *Inst = cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(Phi.Ith));
 
718
    PN->setIncomingValue(Phi.Ith, ExitVal);
 
719
 
 
720
    // If this instruction is dead now, delete it. Don't do it now to avoid
 
721
    // invalidating iterators.
 
722
    if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI))
 
723
      DeadInsts.push_back(Inst);
 
724
 
 
725
    // If we determined that this PHI is safe to replace even if an LCSSA
 
726
    // PHI, do so.
 
727
    if (Phi.SafePhi) {
 
728
      PN->replaceAllUsesWith(ExitVal);
 
729
      PN->eraseFromParent();
 
730
    }
 
731
  }
 
732
 
 
733
  // The insertion point instruction may have been deleted; clear it out
 
734
  // so that the rewriter doesn't trip over it later.
 
735
  Rewriter.clearInsertPoint();
 
736
}
 
737
 
 
738
/// CanLoopBeDeleted - Check whether it is possible to delete the loop after
 
739
/// rewriting exit value. If it is possible, ignore ReplaceExitValue and
 
740
/// do rewriting aggressively.
 
741
bool IndVarSimplify::CanLoopBeDeleted(
 
742
    Loop *L, SmallVector<RewritePhi, 8> &RewritePhiSet) {
 
743
 
 
744
  BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
 
745
  // If there is no preheader, the loop will not be deleted.
 
746
  if (!Preheader)
 
747
    return false;
 
748
 
 
749
  // In LoopDeletion pass Loop can be deleted when ExitingBlocks.size() > 1.
 
750
  // We obviate multiple ExitingBlocks case for simplicity.
 
751
  // TODO: If we see testcase with multiple ExitingBlocks can be deleted
 
752
  // after exit value rewriting, we can enhance the logic here.
 
753
  SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
 
754
  L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
 
755
  SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
 
756
  L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
 
757
  if (ExitBlocks.size() > 1 || ExitingBlocks.size() > 1)
 
758
    return false;
 
759
 
 
760
  BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[0];
 
761
  BasicBlock::iterator BI = ExitBlock->begin();
 
762
  while (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(BI)) {
 
763
    Value *Incoming = P->getIncomingValueForBlock(ExitingBlocks[0]);
 
764
 
 
765
    // If the Incoming value of P is found in RewritePhiSet, we know it
 
766
    // could be rewritten to use a loop invariant value in transformation
 
767
    // phase later. Skip it in the loop invariant check below.
 
768
    bool found = false;
 
769
    for (const RewritePhi &Phi : RewritePhiSet) {
 
770
      unsigned i = Phi.Ith;
 
771
      if (Phi.PN == P && (Phi.PN)->getIncomingValue(i) == Incoming) {
 
772
        found = true;
 
773
        break;
 
774
      }
 
775
    }
 
776
 
 
777
    Instruction *I;
 
778
    if (!found && (I = dyn_cast<Instruction>(Incoming)))
 
779
      if (!L->hasLoopInvariantOperands(I))
 
780
        return false;
 
781
 
 
782
    ++BI;
 
783
  }
 
784
 
 
785
  for (Loop::block_iterator LI = L->block_begin(), LE = L->block_end();
 
786
       LI != LE; ++LI) {
 
787
    for (BasicBlock::iterator BI = (*LI)->begin(), BE = (*LI)->end(); BI != BE;
 
788
         ++BI) {
 
789
      if (BI->mayHaveSideEffects())
 
790
        return false;
 
791
    }
 
792
  }
 
793
 
 
794
  return true;
 
795
}
 
796
 
 
797
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
798
//  IV Widening - Extend the width of an IV to cover its widest uses.
 
799
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
800
 
 
801
namespace {
 
802
  // Collect information about induction variables that are used by sign/zero
 
803
  // extend operations. This information is recorded by CollectExtend and
 
804
  // provides the input to WidenIV.
 
805
  struct WideIVInfo {
 
806
    PHINode *NarrowIV;
 
807
    Type *WidestNativeType; // Widest integer type created [sz]ext
 
808
    bool IsSigned;          // Was a sext user seen before a zext?
 
809
 
 
810
    WideIVInfo() : NarrowIV(nullptr), WidestNativeType(nullptr),
 
811
                   IsSigned(false) {}
 
812
  };
 
813
}
 
814
 
 
815
/// visitCast - Update information about the induction variable that is
 
816
/// extended by this sign or zero extend operation. This is used to determine
 
817
/// the final width of the IV before actually widening it.
 
818
static void visitIVCast(CastInst *Cast, WideIVInfo &WI, ScalarEvolution *SE,
 
819
                        const TargetTransformInfo *TTI) {
 
820
  bool IsSigned = Cast->getOpcode() == Instruction::SExt;
 
821
  if (!IsSigned && Cast->getOpcode() != Instruction::ZExt)
 
822
    return;
 
823
 
 
824
  Type *Ty = Cast->getType();
 
825
  uint64_t Width = SE->getTypeSizeInBits(Ty);
 
826
  if (!Cast->getModule()->getDataLayout().isLegalInteger(Width))
 
827
    return;
 
828
 
 
829
  // Cast is either an sext or zext up to this point.
 
830
  // We should not widen an indvar if arithmetics on the wider indvar are more
 
831
  // expensive than those on the narrower indvar. We check only the cost of ADD
 
832
  // because at least an ADD is required to increment the induction variable. We
 
833
  // could compute more comprehensively the cost of all instructions on the
 
834
  // induction variable when necessary.
 
835
  if (TTI &&
 
836
      TTI->getArithmeticInstrCost(Instruction::Add, Ty) >
 
837
          TTI->getArithmeticInstrCost(Instruction::Add,
 
838
                                      Cast->getOperand(0)->getType())) {
 
839
    return;
 
840
  }
 
841
 
 
842
  if (!WI.WidestNativeType) {
 
843
    WI.WidestNativeType = SE->getEffectiveSCEVType(Ty);
 
844
    WI.IsSigned = IsSigned;
 
845
    return;
 
846
  }
 
847
 
 
848
  // We extend the IV to satisfy the sign of its first user, arbitrarily.
 
849
  if (WI.IsSigned != IsSigned)
 
850
    return;
 
851
 
 
852
  if (Width > SE->getTypeSizeInBits(WI.WidestNativeType))
 
853
    WI.WidestNativeType = SE->getEffectiveSCEVType(Ty);
 
854
}
 
855
 
 
856
namespace {
 
857
 
 
858
/// NarrowIVDefUse - Record a link in the Narrow IV def-use chain along with the
 
859
/// WideIV that computes the same value as the Narrow IV def.  This avoids
 
860
/// caching Use* pointers.
 
861
struct NarrowIVDefUse {
 
862
  Instruction *NarrowDef;
 
863
  Instruction *NarrowUse;
 
864
  Instruction *WideDef;
 
865
 
 
866
  NarrowIVDefUse(): NarrowDef(nullptr), NarrowUse(nullptr), WideDef(nullptr) {}
 
867
 
 
868
  NarrowIVDefUse(Instruction *ND, Instruction *NU, Instruction *WD):
 
869
    NarrowDef(ND), NarrowUse(NU), WideDef(WD) {}
 
870
};
 
871
 
 
872
/// WidenIV - The goal of this transform is to remove sign and zero extends
 
873
/// without creating any new induction variables. To do this, it creates a new
 
874
/// phi of the wider type and redirects all users, either removing extends or
 
875
/// inserting truncs whenever we stop propagating the type.
 
876
///
 
877
class WidenIV {
 
878
  // Parameters
 
879
  PHINode *OrigPhi;
 
880
  Type *WideType;
 
881
  bool IsSigned;
 
882
 
 
883
  // Context
 
884
  LoopInfo        *LI;
 
885
  Loop            *L;
 
886
  ScalarEvolution *SE;
 
887
  DominatorTree   *DT;
 
888
 
 
889
  // Result
 
890
  PHINode *WidePhi;
 
891
  Instruction *WideInc;
 
892
  const SCEV *WideIncExpr;
 
893
  SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts;
 
894
 
 
895
  SmallPtrSet<Instruction*,16> Widened;
 
896
  SmallVector<NarrowIVDefUse, 8> NarrowIVUsers;
 
897
 
 
898
public:
 
899
  WidenIV(const WideIVInfo &WI, LoopInfo *LInfo,
 
900
          ScalarEvolution *SEv, DominatorTree *DTree,
 
901
          SmallVectorImpl<WeakVH> &DI) :
 
902
    OrigPhi(WI.NarrowIV),
 
903
    WideType(WI.WidestNativeType),
 
904
    IsSigned(WI.IsSigned),
 
905
    LI(LInfo),
 
906
    L(LI->getLoopFor(OrigPhi->getParent())),
 
907
    SE(SEv),
 
908
    DT(DTree),
 
909
    WidePhi(nullptr),
 
910
    WideInc(nullptr),
 
911
    WideIncExpr(nullptr),
 
912
    DeadInsts(DI) {
 
913
    assert(L->getHeader() == OrigPhi->getParent() && "Phi must be an IV");
 
914
  }
 
915
 
 
916
  PHINode *CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter);
 
917
 
 
918
protected:
 
919
  Value *getExtend(Value *NarrowOper, Type *WideType, bool IsSigned,
 
920
                   Instruction *Use);
 
921
 
 
922
  Instruction *CloneIVUser(NarrowIVDefUse DU);
 
923
 
 
924
  const SCEVAddRecExpr *GetWideRecurrence(Instruction *NarrowUse);
 
925
 
 
926
  const SCEVAddRecExpr* GetExtendedOperandRecurrence(NarrowIVDefUse DU);
 
927
 
 
928
  const SCEV *GetSCEVByOpCode(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
 
929
                              unsigned OpCode) const;
 
930
 
 
931
  Instruction *WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU, SCEVExpander &Rewriter);
 
932
 
 
933
  bool WidenLoopCompare(NarrowIVDefUse DU);
 
934
 
 
935
  void pushNarrowIVUsers(Instruction *NarrowDef, Instruction *WideDef);
 
936
};
 
937
} // anonymous namespace
 
938
 
 
939
/// isLoopInvariant - Perform a quick domtree based check for loop invariance
 
940
/// assuming that V is used within the loop. LoopInfo::isLoopInvariant() seems
 
941
/// gratuitous for this purpose.
 
942
static bool isLoopInvariant(Value *V, const Loop *L, const DominatorTree *DT) {
 
943
  Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
 
944
  if (!Inst)
 
945
    return true;
 
946
 
 
947
  return DT->properlyDominates(Inst->getParent(), L->getHeader());
 
948
}
 
949
 
 
950
Value *WidenIV::getExtend(Value *NarrowOper, Type *WideType, bool IsSigned,
 
951
                          Instruction *Use) {
 
952
  // Set the debug location and conservative insertion point.
 
953
  IRBuilder<> Builder(Use);
 
954
  // Hoist the insertion point into loop preheaders as far as possible.
 
955
  for (const Loop *L = LI->getLoopFor(Use->getParent());
 
956
       L && L->getLoopPreheader() && isLoopInvariant(NarrowOper, L, DT);
 
957
       L = L->getParentLoop())
 
958
    Builder.SetInsertPoint(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
 
959
 
 
960
  return IsSigned ? Builder.CreateSExt(NarrowOper, WideType) :
 
961
                    Builder.CreateZExt(NarrowOper, WideType);
 
962
}
 
963
 
 
964
/// CloneIVUser - Instantiate a wide operation to replace a narrow
 
965
/// operation. This only needs to handle operations that can evaluation to
 
966
/// SCEVAddRec. It can safely return 0 for any operation we decide not to clone.
 
967
Instruction *WidenIV::CloneIVUser(NarrowIVDefUse DU) {
 
968
  unsigned Opcode = DU.NarrowUse->getOpcode();
 
969
  switch (Opcode) {
 
970
  default:
 
971
    return nullptr;
 
972
  case Instruction::Add:
 
973
  case Instruction::Mul:
 
974
  case Instruction::UDiv:
 
975
  case Instruction::Sub:
 
976
  case Instruction::And:
 
977
  case Instruction::Or:
 
978
  case Instruction::Xor:
 
979
  case Instruction::Shl:
 
980
  case Instruction::LShr:
 
981
  case Instruction::AShr:
 
982
    DEBUG(dbgs() << "Cloning IVUser: " << *DU.NarrowUse << "\n");
 
983
 
 
984
    // Replace NarrowDef operands with WideDef. Otherwise, we don't know
 
985
    // anything about the narrow operand yet so must insert a [sz]ext. It is
 
986
    // probably loop invariant and will be folded or hoisted. If it actually
 
987
    // comes from a widened IV, it should be removed during a future call to
 
988
    // WidenIVUse.
 
989
    Value *LHS = (DU.NarrowUse->getOperand(0) == DU.NarrowDef) ? DU.WideDef :
 
990
      getExtend(DU.NarrowUse->getOperand(0), WideType, IsSigned, DU.NarrowUse);
 
991
    Value *RHS = (DU.NarrowUse->getOperand(1) == DU.NarrowDef) ? DU.WideDef :
 
992
      getExtend(DU.NarrowUse->getOperand(1), WideType, IsSigned, DU.NarrowUse);
 
993
 
 
994
    BinaryOperator *NarrowBO = cast<BinaryOperator>(DU.NarrowUse);
 
995
    BinaryOperator *WideBO = BinaryOperator::Create(NarrowBO->getOpcode(),
 
996
                                                    LHS, RHS,
 
997
                                                    NarrowBO->getName());
 
998
    IRBuilder<> Builder(DU.NarrowUse);
 
999
    Builder.Insert(WideBO);
 
1000
    if (const OverflowingBinaryOperator *OBO =
 
1001
        dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(NarrowBO)) {
 
1002
      if (OBO->hasNoUnsignedWrap()) WideBO->setHasNoUnsignedWrap();
 
1003
      if (OBO->hasNoSignedWrap()) WideBO->setHasNoSignedWrap();
 
1004
    }
 
1005
    return WideBO;
 
1006
  }
 
1007
}
 
1008
 
 
1009
const SCEV *WidenIV::GetSCEVByOpCode(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
 
1010
                                     unsigned OpCode) const {
 
1011
  if (OpCode == Instruction::Add)
 
1012
    return SE->getAddExpr(LHS, RHS);
 
1013
  if (OpCode == Instruction::Sub)
 
1014
    return SE->getMinusSCEV(LHS, RHS);
 
1015
  if (OpCode == Instruction::Mul)
 
1016
    return SE->getMulExpr(LHS, RHS);
 
1017
 
 
1018
  llvm_unreachable("Unsupported opcode.");
 
1019
}
 
1020
 
 
1021
/// No-wrap operations can transfer sign extension of their result to their
 
1022
/// operands. Generate the SCEV value for the widened operation without
 
1023
/// actually modifying the IR yet. If the expression after extending the
 
1024
/// operands is an AddRec for this loop, return it.
 
1025
const SCEVAddRecExpr* WidenIV::GetExtendedOperandRecurrence(NarrowIVDefUse DU) {
 
1026
 
 
1027
  // Handle the common case of add<nsw/nuw>
 
1028
  const unsigned OpCode = DU.NarrowUse->getOpcode();
 
1029
  // Only Add/Sub/Mul instructions supported yet.
 
1030
  if (OpCode != Instruction::Add && OpCode != Instruction::Sub &&
 
1031
      OpCode != Instruction::Mul)
 
1032
    return nullptr;
 
1033
 
 
1034
  // One operand (NarrowDef) has already been extended to WideDef. Now determine
 
1035
  // if extending the other will lead to a recurrence.
 
1036
  const unsigned ExtendOperIdx =
 
1037
      DU.NarrowUse->getOperand(0) == DU.NarrowDef ? 1 : 0;
 
1038
  assert(DU.NarrowUse->getOperand(1-ExtendOperIdx) == DU.NarrowDef && "bad DU");
 
1039
 
 
1040
  const SCEV *ExtendOperExpr = nullptr;
 
1041
  const OverflowingBinaryOperator *OBO =
 
1042
    cast<OverflowingBinaryOperator>(DU.NarrowUse);
 
1043
  if (IsSigned && OBO->hasNoSignedWrap())
 
1044
    ExtendOperExpr = SE->getSignExtendExpr(
 
1045
      SE->getSCEV(DU.NarrowUse->getOperand(ExtendOperIdx)), WideType);
 
1046
  else if(!IsSigned && OBO->hasNoUnsignedWrap())
 
1047
    ExtendOperExpr = SE->getZeroExtendExpr(
 
1048
      SE->getSCEV(DU.NarrowUse->getOperand(ExtendOperIdx)), WideType);
 
1049
  else
 
1050
    return nullptr;
 
1051
 
 
1052
  // When creating this SCEV expr, don't apply the current operations NSW or NUW
 
1053
  // flags. This instruction may be guarded by control flow that the no-wrap
 
1054
  // behavior depends on. Non-control-equivalent instructions can be mapped to
 
1055
  // the same SCEV expression, and it would be incorrect to transfer NSW/NUW
 
1056
  // semantics to those operations.
 
1057
  const SCEV *lhs = SE->getSCEV(DU.WideDef);
 
1058
  const SCEV *rhs = ExtendOperExpr;
 
1059
 
 
1060
  // Let's swap operands to the initial order for the case of non-commutative
 
1061
  // operations, like SUB. See PR21014.
 
1062
  if (ExtendOperIdx == 0)
 
1063
    std::swap(lhs, rhs);
 
1064
  const SCEVAddRecExpr *AddRec =
 
1065
      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(GetSCEVByOpCode(lhs, rhs, OpCode));
 
1066
 
 
1067
  if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
 
1068
    return nullptr;
 
1069
  return AddRec;
 
1070
}
 
1071
 
 
1072
/// GetWideRecurrence - Is this instruction potentially interesting for further
 
1073
/// simplification after widening it's type? In other words, can the
 
1074
/// extend be safely hoisted out of the loop with SCEV reducing the value to a
 
1075
/// recurrence on the same loop. If so, return the sign or zero extended
 
1076
/// recurrence. Otherwise return NULL.
 
1077
const SCEVAddRecExpr *WidenIV::GetWideRecurrence(Instruction *NarrowUse) {
 
1078
  if (!SE->isSCEVable(NarrowUse->getType()))
 
1079
    return nullptr;
 
1080
 
 
1081
  const SCEV *NarrowExpr = SE->getSCEV(NarrowUse);
 
1082
  if (SE->getTypeSizeInBits(NarrowExpr->getType())
 
1083
      >= SE->getTypeSizeInBits(WideType)) {
 
1084
    // NarrowUse implicitly widens its operand. e.g. a gep with a narrow
 
1085
    // index. So don't follow this use.
 
1086
    return nullptr;
 
1087
  }
 
1088
 
 
1089
  const SCEV *WideExpr = IsSigned ?
 
1090
    SE->getSignExtendExpr(NarrowExpr, WideType) :
 
1091
    SE->getZeroExtendExpr(NarrowExpr, WideType);
 
1092
  const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(WideExpr);
 
1093
  if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
 
1094
    return nullptr;
 
1095
  return AddRec;
 
1096
}
 
1097
 
 
1098
/// This IV user cannot be widen. Replace this use of the original narrow IV
 
1099
/// with a truncation of the new wide IV to isolate and eliminate the narrow IV.
 
1100
static void truncateIVUse(NarrowIVDefUse DU, DominatorTree *DT) {
 
1101
  DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Truncate IV " << *DU.WideDef
 
1102
        << " for user " << *DU.NarrowUse << "\n");
 
1103
  IRBuilder<> Builder(getInsertPointForUses(DU.NarrowUse, DU.NarrowDef, DT));
 
1104
  Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(DU.WideDef, DU.NarrowDef->getType());
 
1105
  DU.NarrowUse->replaceUsesOfWith(DU.NarrowDef, Trunc);
 
1106
}
 
1107
 
 
1108
/// If the narrow use is a compare instruction, then widen the compare
 
1109
//  (and possibly the other operand).  The extend operation is hoisted into the
 
1110
// loop preheader as far as possible.
 
1111
bool WidenIV::WidenLoopCompare(NarrowIVDefUse DU) {
 
1112
  ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(DU.NarrowUse);
 
1113
  if (!Cmp)
 
1114
    return false;
 
1115
 
 
1116
  // Sign of IV user and compare must match.
 
1117
  if (IsSigned != CmpInst::isSigned(Cmp->getPredicate()))
 
1118
    return false;
 
1119
 
 
1120
  Value *Op = Cmp->getOperand(Cmp->getOperand(0) == DU.NarrowDef ? 1 : 0);
 
1121
  unsigned CastWidth = SE->getTypeSizeInBits(Op->getType());
 
1122
  unsigned IVWidth = SE->getTypeSizeInBits(WideType);
 
1123
  assert (CastWidth <= IVWidth && "Unexpected width while widening compare.");
 
1124
 
 
1125
  // Widen the compare instruction.
 
1126
  IRBuilder<> Builder(getInsertPointForUses(DU.NarrowUse, DU.NarrowDef, DT));
 
1127
  DU.NarrowUse->replaceUsesOfWith(DU.NarrowDef, DU.WideDef);
 
1128
 
 
1129
  // Widen the other operand of the compare, if necessary.
 
1130
  if (CastWidth < IVWidth) {
 
1131
    Value *ExtOp = getExtend(Op, WideType, IsSigned, Cmp);
 
1132
    DU.NarrowUse->replaceUsesOfWith(Op, ExtOp);
 
1133
  }
 
1134
  return true;
 
1135
}
 
1136
 
 
1137
/// WidenIVUse - Determine whether an individual user of the narrow IV can be
 
1138
/// widened. If so, return the wide clone of the user.
 
1139
Instruction *WidenIV::WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU, SCEVExpander &Rewriter) {
 
1140
 
 
1141
  // Stop traversing the def-use chain at inner-loop phis or post-loop phis.
 
1142
  if (PHINode *UsePhi = dyn_cast<PHINode>(DU.NarrowUse)) {
 
1143
    if (LI->getLoopFor(UsePhi->getParent()) != L) {
 
1144
      // For LCSSA phis, sink the truncate outside the loop.
 
1145
      // After SimplifyCFG most loop exit targets have a single predecessor.
 
1146
      // Otherwise fall back to a truncate within the loop.
 
1147
      if (UsePhi->getNumOperands() != 1)
 
1148
        truncateIVUse(DU, DT);
 
1149
      else {
 
1150
        PHINode *WidePhi =
 
1151
          PHINode::Create(DU.WideDef->getType(), 1, UsePhi->getName() + ".wide",
 
1152
                          UsePhi);
 
1153
        WidePhi->addIncoming(DU.WideDef, UsePhi->getIncomingBlock(0));
 
1154
        IRBuilder<> Builder(WidePhi->getParent()->getFirstInsertionPt());
 
1155
        Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(WidePhi, DU.NarrowDef->getType());
 
1156
        UsePhi->replaceAllUsesWith(Trunc);
 
1157
        DeadInsts.emplace_back(UsePhi);
 
1158
        DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Widen lcssa phi " << *UsePhi
 
1159
              << " to " << *WidePhi << "\n");
 
1160
      }
 
1161
      return nullptr;
 
1162
    }
 
1163
  }
 
1164
  // Our raison d'etre! Eliminate sign and zero extension.
 
1165
  if (IsSigned ? isa<SExtInst>(DU.NarrowUse) : isa<ZExtInst>(DU.NarrowUse)) {
 
1166
    Value *NewDef = DU.WideDef;
 
1167
    if (DU.NarrowUse->getType() != WideType) {
 
1168
      unsigned CastWidth = SE->getTypeSizeInBits(DU.NarrowUse->getType());
 
1169
      unsigned IVWidth = SE->getTypeSizeInBits(WideType);
 
1170
      if (CastWidth < IVWidth) {
 
1171
        // The cast isn't as wide as the IV, so insert a Trunc.
 
1172
        IRBuilder<> Builder(DU.NarrowUse);
 
1173
        NewDef = Builder.CreateTrunc(DU.WideDef, DU.NarrowUse->getType());
 
1174
      }
 
1175
      else {
 
1176
        // A wider extend was hidden behind a narrower one. This may induce
 
1177
        // another round of IV widening in which the intermediate IV becomes
 
1178
        // dead. It should be very rare.
 
1179
        DEBUG(dbgs() << "INDVARS: New IV " << *WidePhi
 
1180
              << " not wide enough to subsume " << *DU.NarrowUse << "\n");
 
1181
        DU.NarrowUse->replaceUsesOfWith(DU.NarrowDef, DU.WideDef);
 
1182
        NewDef = DU.NarrowUse;
 
1183
      }
 
1184
    }
 
1185
    if (NewDef != DU.NarrowUse) {
 
1186
      DEBUG(dbgs() << "INDVARS: eliminating " << *DU.NarrowUse
 
1187
            << " replaced by " << *DU.WideDef << "\n");
 
1188
      ++NumElimExt;
 
1189
      DU.NarrowUse->replaceAllUsesWith(NewDef);
 
1190
      DeadInsts.emplace_back(DU.NarrowUse);
 
1191
    }
 
1192
    // Now that the extend is gone, we want to expose it's uses for potential
 
1193
    // further simplification. We don't need to directly inform SimplifyIVUsers
 
1194
    // of the new users, because their parent IV will be processed later as a
 
1195
    // new loop phi. If we preserved IVUsers analysis, we would also want to
 
1196
    // push the uses of WideDef here.
 
1197
 
 
1198
    // No further widening is needed. The deceased [sz]ext had done it for us.
 
1199
    return nullptr;
 
1200
  }
 
1201
 
 
1202
  // Does this user itself evaluate to a recurrence after widening?
 
1203
  const SCEVAddRecExpr *WideAddRec = GetWideRecurrence(DU.NarrowUse);
 
1204
  if (!WideAddRec)
 
1205
    WideAddRec = GetExtendedOperandRecurrence(DU);
 
1206
 
 
1207
  if (!WideAddRec) {
 
1208
    // If use is a loop condition, try to promote the condition instead of
 
1209
    // truncating the IV first.
 
1210
    if (WidenLoopCompare(DU))
 
1211
      return nullptr;
 
1212
 
 
1213
    // This user does not evaluate to a recurence after widening, so don't
 
1214
    // follow it. Instead insert a Trunc to kill off the original use,
 
1215
    // eventually isolating the original narrow IV so it can be removed.
 
1216
    truncateIVUse(DU, DT);
 
1217
    return nullptr;
 
1218
  }
 
1219
  // Assume block terminators cannot evaluate to a recurrence. We can't to
 
1220
  // insert a Trunc after a terminator if there happens to be a critical edge.
 
1221
  assert(DU.NarrowUse != DU.NarrowUse->getParent()->getTerminator() &&
 
1222
         "SCEV is not expected to evaluate a block terminator");
 
1223
 
 
1224
  // Reuse the IV increment that SCEVExpander created as long as it dominates
 
1225
  // NarrowUse.
 
1226
  Instruction *WideUse = nullptr;
 
1227
  if (WideAddRec == WideIncExpr
 
1228
      && Rewriter.hoistIVInc(WideInc, DU.NarrowUse))
 
1229
    WideUse = WideInc;
 
1230
  else {
 
1231
    WideUse = CloneIVUser(DU);
 
1232
    if (!WideUse)
 
1233
      return nullptr;
 
1234
  }
 
1235
  // Evaluation of WideAddRec ensured that the narrow expression could be
 
1236
  // extended outside the loop without overflow. This suggests that the wide use
 
1237
  // evaluates to the same expression as the extended narrow use, but doesn't
 
1238
  // absolutely guarantee it. Hence the following failsafe check. In rare cases
 
1239
  // where it fails, we simply throw away the newly created wide use.
 
1240
  if (WideAddRec != SE->getSCEV(WideUse)) {
 
1241
    DEBUG(dbgs() << "Wide use expression mismatch: " << *WideUse
 
1242
          << ": " << *SE->getSCEV(WideUse) << " != " << *WideAddRec << "\n");
 
1243
    DeadInsts.emplace_back(WideUse);
 
1244
    return nullptr;
 
1245
  }
 
1246
 
 
1247
  // Returning WideUse pushes it on the worklist.
 
1248
  return WideUse;
 
1249
}
 
1250
 
 
1251
/// pushNarrowIVUsers - Add eligible users of NarrowDef to NarrowIVUsers.
 
1252
///
 
1253
void WidenIV::pushNarrowIVUsers(Instruction *NarrowDef, Instruction *WideDef) {
 
1254
  for (User *U : NarrowDef->users()) {
 
1255
    Instruction *NarrowUser = cast<Instruction>(U);
 
1256
 
 
1257
    // Handle data flow merges and bizarre phi cycles.
 
1258
    if (!Widened.insert(NarrowUser).second)
 
1259
      continue;
 
1260
 
 
1261
    NarrowIVUsers.push_back(NarrowIVDefUse(NarrowDef, NarrowUser, WideDef));
 
1262
  }
 
1263
}
 
1264
 
 
1265
/// CreateWideIV - Process a single induction variable. First use the
 
1266
/// SCEVExpander to create a wide induction variable that evaluates to the same
 
1267
/// recurrence as the original narrow IV. Then use a worklist to forward
 
1268
/// traverse the narrow IV's def-use chain. After WidenIVUse has processed all
 
1269
/// interesting IV users, the narrow IV will be isolated for removal by
 
1270
/// DeleteDeadPHIs.
 
1271
///
 
1272
/// It would be simpler to delete uses as they are processed, but we must avoid
 
1273
/// invalidating SCEV expressions.
 
1274
///
 
1275
PHINode *WidenIV::CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter) {
 
1276
  // Is this phi an induction variable?
 
1277
  const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(OrigPhi));
 
1278
  if (!AddRec)
 
1279
    return nullptr;
 
1280
 
 
1281
  // Widen the induction variable expression.
 
1282
  const SCEV *WideIVExpr = IsSigned ?
 
1283
    SE->getSignExtendExpr(AddRec, WideType) :
 
1284
    SE->getZeroExtendExpr(AddRec, WideType);
 
1285
 
 
1286
  assert(SE->getEffectiveSCEVType(WideIVExpr->getType()) == WideType &&
 
1287
         "Expect the new IV expression to preserve its type");
 
1288
 
 
1289
  // Can the IV be extended outside the loop without overflow?
 
1290
  AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(WideIVExpr);
 
1291
  if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
 
1292
    return nullptr;
 
1293
 
 
1294
  // An AddRec must have loop-invariant operands. Since this AddRec is
 
1295
  // materialized by a loop header phi, the expression cannot have any post-loop
 
1296
  // operands, so they must dominate the loop header.
 
1297
  assert(SE->properlyDominates(AddRec->getStart(), L->getHeader()) &&
 
1298
         SE->properlyDominates(AddRec->getStepRecurrence(*SE), L->getHeader())
 
1299
         && "Loop header phi recurrence inputs do not dominate the loop");
 
1300
 
 
1301
  // The rewriter provides a value for the desired IV expression. This may
 
1302
  // either find an existing phi or materialize a new one. Either way, we
 
1303
  // expect a well-formed cyclic phi-with-increments. i.e. any operand not part
 
1304
  // of the phi-SCC dominates the loop entry.
 
1305
  Instruction *InsertPt = L->getHeader()->begin();
 
1306
  WidePhi = cast<PHINode>(Rewriter.expandCodeFor(AddRec, WideType, InsertPt));
 
1307
 
 
1308
  // Remembering the WideIV increment generated by SCEVExpander allows
 
1309
  // WidenIVUse to reuse it when widening the narrow IV's increment. We don't
 
1310
  // employ a general reuse mechanism because the call above is the only call to
 
1311
  // SCEVExpander. Henceforth, we produce 1-to-1 narrow to wide uses.
 
1312
  if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
 
1313
    WideInc =
 
1314
      cast<Instruction>(WidePhi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
 
1315
    WideIncExpr = SE->getSCEV(WideInc);
 
1316
  }
 
1317
 
 
1318
  DEBUG(dbgs() << "Wide IV: " << *WidePhi << "\n");
 
1319
  ++NumWidened;
 
1320
 
 
1321
  // Traverse the def-use chain using a worklist starting at the original IV.
 
1322
  assert(Widened.empty() && NarrowIVUsers.empty() && "expect initial state" );
 
1323
 
 
1324
  Widened.insert(OrigPhi);
 
1325
  pushNarrowIVUsers(OrigPhi, WidePhi);
 
1326
 
 
1327
  while (!NarrowIVUsers.empty()) {
 
1328
    NarrowIVDefUse DU = NarrowIVUsers.pop_back_val();
 
1329
 
 
1330
    // Process a def-use edge. This may replace the use, so don't hold a
 
1331
    // use_iterator across it.
 
1332
    Instruction *WideUse = WidenIVUse(DU, Rewriter);
 
1333
 
 
1334
    // Follow all def-use edges from the previous narrow use.
 
1335
    if (WideUse)
 
1336
      pushNarrowIVUsers(DU.NarrowUse, WideUse);
 
1337
 
 
1338
    // WidenIVUse may have removed the def-use edge.
 
1339
    if (DU.NarrowDef->use_empty())
 
1340
      DeadInsts.emplace_back(DU.NarrowDef);
 
1341
  }
 
1342
  return WidePhi;
 
1343
}
 
1344
 
 
1345
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
1346
//  Live IV Reduction - Minimize IVs live across the loop.
 
1347
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
1348
 
 
1349
 
 
1350
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
1351
//  Simplification of IV users based on SCEV evaluation.
 
1352
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
1353
 
 
1354
namespace {
 
1355
  class IndVarSimplifyVisitor : public IVVisitor {
 
1356
    ScalarEvolution *SE;
 
1357
    const TargetTransformInfo *TTI;
 
1358
    PHINode *IVPhi;
 
1359
 
 
1360
  public:
 
1361
    WideIVInfo WI;
 
1362
 
 
1363
    IndVarSimplifyVisitor(PHINode *IV, ScalarEvolution *SCEV,
 
1364
                          const TargetTransformInfo *TTI,
 
1365
                          const DominatorTree *DTree)
 
1366
        : SE(SCEV), TTI(TTI), IVPhi(IV) {
 
1367
      DT = DTree;
 
1368
      WI.NarrowIV = IVPhi;
 
1369
      if (ReduceLiveIVs)
 
1370
        setSplitOverflowIntrinsics();
 
1371
    }
 
1372
 
 
1373
    // Implement the interface used by simplifyUsersOfIV.
 
1374
    void visitCast(CastInst *Cast) override { visitIVCast(Cast, WI, SE, TTI); }
 
1375
  };
 
1376
}
 
1377
 
 
1378
/// SimplifyAndExtend - Iteratively perform simplification on a worklist of IV
 
1379
/// users. Each successive simplification may push more users which may
 
1380
/// themselves be candidates for simplification.
 
1381
///
 
1382
/// Sign/Zero extend elimination is interleaved with IV simplification.
 
1383
///
 
1384
void IndVarSimplify::SimplifyAndExtend(Loop *L,
 
1385
                                       SCEVExpander &Rewriter,
 
1386
                                       LPPassManager &LPM) {
 
1387
  SmallVector<WideIVInfo, 8> WideIVs;
 
1388
 
 
1389
  SmallVector<PHINode*, 8> LoopPhis;
 
1390
  for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
 
1391
    LoopPhis.push_back(cast<PHINode>(I));
 
1392
  }
 
1393
  // Each round of simplification iterates through the SimplifyIVUsers worklist
 
1394
  // for all current phis, then determines whether any IVs can be
 
1395
  // widened. Widening adds new phis to LoopPhis, inducing another round of
 
1396
  // simplification on the wide IVs.
 
1397
  while (!LoopPhis.empty()) {
 
1398
    // Evaluate as many IV expressions as possible before widening any IVs. This
 
1399
    // forces SCEV to set no-wrap flags before evaluating sign/zero
 
1400
    // extension. The first time SCEV attempts to normalize sign/zero extension,
 
1401
    // the result becomes final. So for the most predictable results, we delay
 
1402
    // evaluation of sign/zero extend evaluation until needed, and avoid running
 
1403
    // other SCEV based analysis prior to SimplifyAndExtend.
 
1404
    do {
 
1405
      PHINode *CurrIV = LoopPhis.pop_back_val();
 
1406
 
 
1407
      // Information about sign/zero extensions of CurrIV.
 
1408
      IndVarSimplifyVisitor Visitor(CurrIV, SE, TTI, DT);
 
1409
 
 
1410
      Changed |= simplifyUsersOfIV(CurrIV, SE, &LPM, DeadInsts, &Visitor);
 
1411
 
 
1412
      if (Visitor.WI.WidestNativeType) {
 
1413
        WideIVs.push_back(Visitor.WI);
 
1414
      }
 
1415
    } while(!LoopPhis.empty());
 
1416
 
 
1417
    for (; !WideIVs.empty(); WideIVs.pop_back()) {
 
1418
      WidenIV Widener(WideIVs.back(), LI, SE, DT, DeadInsts);
 
1419
      if (PHINode *WidePhi = Widener.CreateWideIV(Rewriter)) {
 
1420
        Changed = true;
 
1421
        LoopPhis.push_back(WidePhi);
 
1422
      }
 
1423
    }
 
1424
  }
 
1425
}
 
1426
 
 
1427
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
1428
//  LinearFunctionTestReplace and its kin. Rewrite the loop exit condition.
 
1429
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
1430
 
 
1431
/// canExpandBackedgeTakenCount - Return true if this loop's backedge taken
 
1432
/// count expression can be safely and cheaply expanded into an instruction
 
1433
/// sequence that can be used by LinearFunctionTestReplace.
 
1434
///
 
1435
/// TODO: This fails for pointer-type loop counters with greater than one byte
 
1436
/// strides, consequently preventing LFTR from running. For the purpose of LFTR
 
1437
/// we could skip this check in the case that the LFTR loop counter (chosen by
 
1438
/// FindLoopCounter) is also pointer type. Instead, we could directly convert
 
1439
/// the loop test to an inequality test by checking the target data's alignment
 
1440
/// of element types (given that the initial pointer value originates from or is
 
1441
/// used by ABI constrained operation, as opposed to inttoptr/ptrtoint).
 
1442
/// However, we don't yet have a strong motivation for converting loop tests
 
1443
/// into inequality tests.
 
1444
static bool canExpandBackedgeTakenCount(Loop *L, ScalarEvolution *SE,
 
1445
                                        SCEVExpander &Rewriter) {
 
1446
  const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
 
1447
  if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount) ||
 
1448
      BackedgeTakenCount->isZero())
 
1449
    return false;
 
1450
 
 
1451
  if (!L->getExitingBlock())
 
1452
    return false;
 
1453
 
 
1454
  // Can't rewrite non-branch yet.
 
1455
  if (!isa<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator()))
 
1456
    return false;
 
1457
 
 
1458
  if (Rewriter.isHighCostExpansion(BackedgeTakenCount, L))
 
1459
    return false;
 
1460
 
 
1461
  return true;
 
1462
}
 
1463
 
 
1464
/// getLoopPhiForCounter - Return the loop header phi IFF IncV adds a loop
 
1465
/// invariant value to the phi.
 
1466
static PHINode *getLoopPhiForCounter(Value *IncV, Loop *L, DominatorTree *DT) {
 
1467
  Instruction *IncI = dyn_cast<Instruction>(IncV);
 
1468
  if (!IncI)
 
1469
    return nullptr;
 
1470
 
 
1471
  switch (IncI->getOpcode()) {
 
1472
  case Instruction::Add:
 
1473
  case Instruction::Sub:
 
1474
    break;
 
1475
  case Instruction::GetElementPtr:
 
1476
    // An IV counter must preserve its type.
 
1477
    if (IncI->getNumOperands() == 2)
 
1478
      break;
 
1479
  default:
 
1480
    return nullptr;
 
1481
  }
 
1482
 
 
1483
  PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(IncI->getOperand(0));
 
1484
  if (Phi && Phi->getParent() == L->getHeader()) {
 
1485
    if (isLoopInvariant(IncI->getOperand(1), L, DT))
 
1486
      return Phi;
 
1487
    return nullptr;
 
1488
  }
 
1489
  if (IncI->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
 
1490
    return nullptr;
 
1491
 
 
1492
  // Allow add/sub to be commuted.
 
1493
  Phi = dyn_cast<PHINode>(IncI->getOperand(1));
 
1494
  if (Phi && Phi->getParent() == L->getHeader()) {
 
1495
    if (isLoopInvariant(IncI->getOperand(0), L, DT))
 
1496
      return Phi;
 
1497
  }
 
1498
  return nullptr;
 
1499
}
 
1500
 
 
1501
/// Return the compare guarding the loop latch, or NULL for unrecognized tests.
 
1502
static ICmpInst *getLoopTest(Loop *L) {
 
1503
  assert(L->getExitingBlock() && "expected loop exit");
 
1504
 
 
1505
  BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
 
1506
  // Don't bother with LFTR if the loop is not properly simplified.
 
1507
  if (!LatchBlock)
 
1508
    return nullptr;
 
1509
 
 
1510
  BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
 
1511
  assert(BI && "expected exit branch");
 
1512
 
 
1513
  return dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
 
1514
}
 
1515
 
 
1516
/// needsLFTR - LinearFunctionTestReplace policy. Return true unless we can show
 
1517
/// that the current exit test is already sufficiently canonical.
 
1518
static bool needsLFTR(Loop *L, DominatorTree *DT) {
 
1519
  // Do LFTR to simplify the exit condition to an ICMP.
 
1520
  ICmpInst *Cond = getLoopTest(L);
 
1521
  if (!Cond)
 
1522
    return true;
 
1523
 
 
1524
  // Do LFTR to simplify the exit ICMP to EQ/NE
 
1525
  ICmpInst::Predicate Pred = Cond->getPredicate();
 
1526
  if (Pred != ICmpInst::ICMP_NE && Pred != ICmpInst::ICMP_EQ)
 
1527
    return true;
 
1528
 
 
1529
  // Look for a loop invariant RHS
 
1530
  Value *LHS = Cond->getOperand(0);
 
1531
  Value *RHS = Cond->getOperand(1);
 
1532
  if (!isLoopInvariant(RHS, L, DT)) {
 
1533
    if (!isLoopInvariant(LHS, L, DT))
 
1534
      return true;
 
1535
    std::swap(LHS, RHS);
 
1536
  }
 
1537
  // Look for a simple IV counter LHS
 
1538
  PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(LHS);
 
1539
  if (!Phi)
 
1540
    Phi = getLoopPhiForCounter(LHS, L, DT);
 
1541
 
 
1542
  if (!Phi)
 
1543
    return true;
 
1544
 
 
1545
  // Do LFTR if PHI node is defined in the loop, but is *not* a counter.
 
1546
  int Idx = Phi->getBasicBlockIndex(L->getLoopLatch());
 
1547
  if (Idx < 0)
 
1548
    return true;
 
1549
 
 
1550
  // Do LFTR if the exit condition's IV is *not* a simple counter.
 
1551
  Value *IncV = Phi->getIncomingValue(Idx);
 
1552
  return Phi != getLoopPhiForCounter(IncV, L, DT);
 
1553
}
 
1554
 
 
1555
/// Recursive helper for hasConcreteDef(). Unfortunately, this currently boils
 
1556
/// down to checking that all operands are constant and listing instructions
 
1557
/// that may hide undef.
 
1558
static bool hasConcreteDefImpl(Value *V, SmallPtrSetImpl<Value*> &Visited,
 
1559
                               unsigned Depth) {
 
1560
  if (isa<Constant>(V))
 
1561
    return !isa<UndefValue>(V);
 
1562
 
 
1563
  if (Depth >= 6)
 
1564
    return false;
 
1565
 
 
1566
  // Conservatively handle non-constant non-instructions. For example, Arguments
 
1567
  // may be undef.
 
1568
  Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 
1569
  if (!I)
 
1570
    return false;
 
1571
 
 
1572
  // Load and return values may be undef.
 
1573
  if(I->mayReadFromMemory() || isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I))
 
1574
    return false;
 
1575
 
 
1576
  // Optimistically handle other instructions.
 
1577
  for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
 
1578
    if (!Visited.insert(*OI).second)
 
1579
      continue;
 
1580
    if (!hasConcreteDefImpl(*OI, Visited, Depth+1))
 
1581
      return false;
 
1582
  }
 
1583
  return true;
 
1584
}
 
1585
 
 
1586
/// Return true if the given value is concrete. We must prove that undef can
 
1587
/// never reach it.
 
1588
///
 
1589
/// TODO: If we decide that this is a good approach to checking for undef, we
 
1590
/// may factor it into a common location.
 
1591
static bool hasConcreteDef(Value *V) {
 
1592
  SmallPtrSet<Value*, 8> Visited;
 
1593
  Visited.insert(V);
 
1594
  return hasConcreteDefImpl(V, Visited, 0);
 
1595
}
 
1596
 
 
1597
/// AlmostDeadIV - Return true if this IV has any uses other than the (soon to
 
1598
/// be rewritten) loop exit test.
 
1599
static bool AlmostDeadIV(PHINode *Phi, BasicBlock *LatchBlock, Value *Cond) {
 
1600
  int LatchIdx = Phi->getBasicBlockIndex(LatchBlock);
 
1601
  Value *IncV = Phi->getIncomingValue(LatchIdx);
 
1602
 
 
1603
  for (User *U : Phi->users())
 
1604
    if (U != Cond && U != IncV) return false;
 
1605
 
 
1606
  for (User *U : IncV->users())
 
1607
    if (U != Cond && U != Phi) return false;
 
1608
  return true;
 
1609
}
 
1610
 
 
1611
/// FindLoopCounter - Find an affine IV in canonical form.
 
1612
///
 
1613
/// BECount may be an i8* pointer type. The pointer difference is already
 
1614
/// valid count without scaling the address stride, so it remains a pointer
 
1615
/// expression as far as SCEV is concerned.
 
1616
///
 
1617
/// Currently only valid for LFTR. See the comments on hasConcreteDef below.
 
1618
///
 
1619
/// FIXME: Accept -1 stride and set IVLimit = IVInit - BECount
 
1620
///
 
1621
/// FIXME: Accept non-unit stride as long as SCEV can reduce BECount * Stride.
 
1622
/// This is difficult in general for SCEV because of potential overflow. But we
 
1623
/// could at least handle constant BECounts.
 
1624
static PHINode *FindLoopCounter(Loop *L, const SCEV *BECount,
 
1625
                                ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT) {
 
1626
  uint64_t BCWidth = SE->getTypeSizeInBits(BECount->getType());
 
1627
 
 
1628
  Value *Cond =
 
1629
    cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator())->getCondition();
 
1630
 
 
1631
  // Loop over all of the PHI nodes, looking for a simple counter.
 
1632
  PHINode *BestPhi = nullptr;
 
1633
  const SCEV *BestInit = nullptr;
 
1634
  BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
 
1635
  assert(LatchBlock && "needsLFTR should guarantee a loop latch");
 
1636
 
 
1637
  for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
 
1638
    PHINode *Phi = cast<PHINode>(I);
 
1639
    if (!SE->isSCEVable(Phi->getType()))
 
1640
      continue;
 
1641
 
 
1642
    // Avoid comparing an integer IV against a pointer Limit.
 
1643
    if (BECount->getType()->isPointerTy() && !Phi->getType()->isPointerTy())
 
1644
      continue;
 
1645
 
 
1646
    const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(Phi));
 
1647
    if (!AR || AR->getLoop() != L || !AR->isAffine())
 
1648
      continue;
 
1649
 
 
1650
    // AR may be a pointer type, while BECount is an integer type.
 
1651
    // AR may be wider than BECount. With eq/ne tests overflow is immaterial.
 
1652
    // AR may not be a narrower type, or we may never exit.
 
1653
    uint64_t PhiWidth = SE->getTypeSizeInBits(AR->getType());
 
1654
    if (PhiWidth < BCWidth ||
 
1655
        !L->getHeader()->getModule()->getDataLayout().isLegalInteger(PhiWidth))
 
1656
      continue;
 
1657
 
 
1658
    const SCEV *Step = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*SE));
 
1659
    if (!Step || !Step->isOne())
 
1660
      continue;
 
1661
 
 
1662
    int LatchIdx = Phi->getBasicBlockIndex(LatchBlock);
 
1663
    Value *IncV = Phi->getIncomingValue(LatchIdx);
 
1664
    if (getLoopPhiForCounter(IncV, L, DT) != Phi)
 
1665
      continue;
 
1666
 
 
1667
    // Avoid reusing a potentially undef value to compute other values that may
 
1668
    // have originally had a concrete definition.
 
1669
    if (!hasConcreteDef(Phi)) {
 
1670
      // We explicitly allow unknown phis as long as they are already used by
 
1671
      // the loop test. In this case we assume that performing LFTR could not
 
1672
      // increase the number of undef users.
 
1673
      if (ICmpInst *Cond = getLoopTest(L)) {
 
1674
        if (Phi != getLoopPhiForCounter(Cond->getOperand(0), L, DT)
 
1675
            && Phi != getLoopPhiForCounter(Cond->getOperand(1), L, DT)) {
 
1676
          continue;
 
1677
        }
 
1678
      }
 
1679
    }
 
1680
    const SCEV *Init = AR->getStart();
 
1681
 
 
1682
    if (BestPhi && !AlmostDeadIV(BestPhi, LatchBlock, Cond)) {
 
1683
      // Don't force a live loop counter if another IV can be used.
 
1684
      if (AlmostDeadIV(Phi, LatchBlock, Cond))
 
1685
        continue;
 
1686
 
 
1687
      // Prefer to count-from-zero. This is a more "canonical" counter form. It
 
1688
      // also prefers integer to pointer IVs.
 
1689
      if (BestInit->isZero() != Init->isZero()) {
 
1690
        if (BestInit->isZero())
 
1691
          continue;
 
1692
      }
 
1693
      // If two IVs both count from zero or both count from nonzero then the
 
1694
      // narrower is likely a dead phi that has been widened. Use the wider phi
 
1695
      // to allow the other to be eliminated.
 
1696
      else if (PhiWidth <= SE->getTypeSizeInBits(BestPhi->getType()))
 
1697
        continue;
 
1698
    }
 
1699
    BestPhi = Phi;
 
1700
    BestInit = Init;
 
1701
  }
 
1702
  return BestPhi;
 
1703
}
 
1704
 
 
1705
/// genLoopLimit - Help LinearFunctionTestReplace by generating a value that
 
1706
/// holds the RHS of the new loop test.
 
1707
static Value *genLoopLimit(PHINode *IndVar, const SCEV *IVCount, Loop *L,
 
1708
                           SCEVExpander &Rewriter, ScalarEvolution *SE) {
 
1709
  const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(IndVar));
 
1710
  assert(AR && AR->getLoop() == L && AR->isAffine() && "bad loop counter");
 
1711
  const SCEV *IVInit = AR->getStart();
 
1712
 
 
1713
  // IVInit may be a pointer while IVCount is an integer when FindLoopCounter
 
1714
  // finds a valid pointer IV. Sign extend BECount in order to materialize a
 
1715
  // GEP. Avoid running SCEVExpander on a new pointer value, instead reusing
 
1716
  // the existing GEPs whenever possible.
 
1717
  if (IndVar->getType()->isPointerTy()
 
1718
      && !IVCount->getType()->isPointerTy()) {
 
1719
 
 
1720
    // IVOffset will be the new GEP offset that is interpreted by GEP as a
 
1721
    // signed value. IVCount on the other hand represents the loop trip count,
 
1722
    // which is an unsigned value. FindLoopCounter only allows induction
 
1723
    // variables that have a positive unit stride of one. This means we don't
 
1724
    // have to handle the case of negative offsets (yet) and just need to zero
 
1725
    // extend IVCount.
 
1726
    Type *OfsTy = SE->getEffectiveSCEVType(IVInit->getType());
 
1727
    const SCEV *IVOffset = SE->getTruncateOrZeroExtend(IVCount, OfsTy);
 
1728
 
 
1729
    // Expand the code for the iteration count.
 
1730
    assert(SE->isLoopInvariant(IVOffset, L) &&
 
1731
           "Computed iteration count is not loop invariant!");
 
1732
    BranchInst *BI = cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
 
1733
    Value *GEPOffset = Rewriter.expandCodeFor(IVOffset, OfsTy, BI);
 
1734
 
 
1735
    Value *GEPBase = IndVar->getIncomingValueForBlock(L->getLoopPreheader());
 
1736
    assert(AR->getStart() == SE->getSCEV(GEPBase) && "bad loop counter");
 
1737
    // We could handle pointer IVs other than i8*, but we need to compensate for
 
1738
    // gep index scaling. See canExpandBackedgeTakenCount comments.
 
1739
    assert(SE->getSizeOfExpr(IntegerType::getInt64Ty(IndVar->getContext()),
 
1740
             cast<PointerType>(GEPBase->getType())->getElementType())->isOne()
 
1741
           && "unit stride pointer IV must be i8*");
 
1742
 
 
1743
    IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
 
1744
    return Builder.CreateGEP(nullptr, GEPBase, GEPOffset, "lftr.limit");
 
1745
  }
 
1746
  else {
 
1747
    // In any other case, convert both IVInit and IVCount to integers before
 
1748
    // comparing. This may result in SCEV expension of pointers, but in practice
 
1749
    // SCEV will fold the pointer arithmetic away as such:
 
1750
    // BECount = (IVEnd - IVInit - 1) => IVLimit = IVInit (postinc).
 
1751
    //
 
1752
    // Valid Cases: (1) both integers is most common; (2) both may be pointers
 
1753
    // for simple memset-style loops.
 
1754
    //
 
1755
    // IVInit integer and IVCount pointer would only occur if a canonical IV
 
1756
    // were generated on top of case #2, which is not expected.
 
1757
 
 
1758
    const SCEV *IVLimit = nullptr;
 
1759
    // For unit stride, IVCount = Start + BECount with 2's complement overflow.
 
1760
    // For non-zero Start, compute IVCount here.
 
1761
    if (AR->getStart()->isZero())
 
1762
      IVLimit = IVCount;
 
1763
    else {
 
1764
      assert(AR->getStepRecurrence(*SE)->isOne() && "only handles unit stride");
 
1765
      const SCEV *IVInit = AR->getStart();
 
1766
 
 
1767
      // For integer IVs, truncate the IV before computing IVInit + BECount.
 
1768
      if (SE->getTypeSizeInBits(IVInit->getType())
 
1769
          > SE->getTypeSizeInBits(IVCount->getType()))
 
1770
        IVInit = SE->getTruncateExpr(IVInit, IVCount->getType());
 
1771
 
 
1772
      IVLimit = SE->getAddExpr(IVInit, IVCount);
 
1773
    }
 
1774
    // Expand the code for the iteration count.
 
1775
    BranchInst *BI = cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
 
1776
    IRBuilder<> Builder(BI);
 
1777
    assert(SE->isLoopInvariant(IVLimit, L) &&
 
1778
           "Computed iteration count is not loop invariant!");
 
1779
    // Ensure that we generate the same type as IndVar, or a smaller integer
 
1780
    // type. In the presence of null pointer values, we have an integer type
 
1781
    // SCEV expression (IVInit) for a pointer type IV value (IndVar).
 
1782
    Type *LimitTy = IVCount->getType()->isPointerTy() ?
 
1783
      IndVar->getType() : IVCount->getType();
 
1784
    return Rewriter.expandCodeFor(IVLimit, LimitTy, BI);
 
1785
  }
 
1786
}
 
1787
 
 
1788
/// LinearFunctionTestReplace - This method rewrites the exit condition of the
 
1789
/// loop to be a canonical != comparison against the incremented loop induction
 
1790
/// variable.  This pass is able to rewrite the exit tests of any loop where the
 
1791
/// SCEV analysis can determine a loop-invariant trip count of the loop, which
 
1792
/// is actually a much broader range than just linear tests.
 
1793
Value *IndVarSimplify::
 
1794
LinearFunctionTestReplace(Loop *L,
 
1795
                          const SCEV *BackedgeTakenCount,
 
1796
                          PHINode *IndVar,
 
1797
                          SCEVExpander &Rewriter) {
 
1798
  assert(canExpandBackedgeTakenCount(L, SE, Rewriter) && "precondition");
 
1799
 
 
1800
  // Initialize CmpIndVar and IVCount to their preincremented values.
 
1801
  Value *CmpIndVar = IndVar;
 
1802
  const SCEV *IVCount = BackedgeTakenCount;
 
1803
 
 
1804
  // If the exiting block is the same as the backedge block, we prefer to
 
1805
  // compare against the post-incremented value, otherwise we must compare
 
1806
  // against the preincremented value.
 
1807
  if (L->getExitingBlock() == L->getLoopLatch()) {
 
1808
    // Add one to the "backedge-taken" count to get the trip count.
 
1809
    // This addition may overflow, which is valid as long as the comparison is
 
1810
    // truncated to BackedgeTakenCount->getType().
 
1811
    IVCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount,
 
1812
                             SE->getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 1));
 
1813
    // The BackedgeTaken expression contains the number of times that the
 
1814
    // backedge branches to the loop header.  This is one less than the
 
1815
    // number of times the loop executes, so use the incremented indvar.
 
1816
    CmpIndVar = IndVar->getIncomingValueForBlock(L->getExitingBlock());
 
1817
  }
 
1818
 
 
1819
  Value *ExitCnt = genLoopLimit(IndVar, IVCount, L, Rewriter, SE);
 
1820
  assert(ExitCnt->getType()->isPointerTy() == IndVar->getType()->isPointerTy()
 
1821
         && "genLoopLimit missed a cast");
 
1822
 
 
1823
  // Insert a new icmp_ne or icmp_eq instruction before the branch.
 
1824
  BranchInst *BI = cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
 
1825
  ICmpInst::Predicate P;
 
1826
  if (L->contains(BI->getSuccessor(0)))
 
1827
    P = ICmpInst::ICMP_NE;
 
1828
  else
 
1829
    P = ICmpInst::ICMP_EQ;
 
1830
 
 
1831
  DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Rewriting loop exit condition to:\n"
 
1832
               << "      LHS:" << *CmpIndVar << '\n'
 
1833
               << "       op:\t"
 
1834
               << (P == ICmpInst::ICMP_NE ? "!=" : "==") << "\n"
 
1835
               << "      RHS:\t" << *ExitCnt << "\n"
 
1836
               << "  IVCount:\t" << *IVCount << "\n");
 
1837
 
 
1838
  IRBuilder<> Builder(BI);
 
1839
 
 
1840
  // LFTR can ignore IV overflow and truncate to the width of
 
1841
  // BECount. This avoids materializing the add(zext(add)) expression.
 
1842
  unsigned CmpIndVarSize = SE->getTypeSizeInBits(CmpIndVar->getType());
 
1843
  unsigned ExitCntSize = SE->getTypeSizeInBits(ExitCnt->getType());
 
1844
  if (CmpIndVarSize > ExitCntSize) {
 
1845
    const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(IndVar));
 
1846
    const SCEV *ARStart = AR->getStart();
 
1847
    const SCEV *ARStep = AR->getStepRecurrence(*SE);
 
1848
    // For constant IVCount, avoid truncation.
 
1849
    if (isa<SCEVConstant>(ARStart) && isa<SCEVConstant>(IVCount)) {
 
1850
      const APInt &Start = cast<SCEVConstant>(ARStart)->getValue()->getValue();
 
1851
      APInt Count = cast<SCEVConstant>(IVCount)->getValue()->getValue();
 
1852
      // Note that the post-inc value of BackedgeTakenCount may have overflowed
 
1853
      // above such that IVCount is now zero.
 
1854
      if (IVCount != BackedgeTakenCount && Count == 0) {
 
1855
        Count = APInt::getMaxValue(Count.getBitWidth()).zext(CmpIndVarSize);
 
1856
        ++Count;
 
1857
      }
 
1858
      else
 
1859
        Count = Count.zext(CmpIndVarSize);
 
1860
      APInt NewLimit;
 
1861
      if (cast<SCEVConstant>(ARStep)->getValue()->isNegative())
 
1862
        NewLimit = Start - Count;
 
1863
      else
 
1864
        NewLimit = Start + Count;
 
1865
      ExitCnt = ConstantInt::get(CmpIndVar->getType(), NewLimit);
 
1866
 
 
1867
      DEBUG(dbgs() << "  Widen RHS:\t" << *ExitCnt << "\n");
 
1868
    } else {
 
1869
      CmpIndVar = Builder.CreateTrunc(CmpIndVar, ExitCnt->getType(),
 
1870
                                      "lftr.wideiv");
 
1871
    }
 
1872
  }
 
1873
  Value *Cond = Builder.CreateICmp(P, CmpIndVar, ExitCnt, "exitcond");
 
1874
  Value *OrigCond = BI->getCondition();
 
1875
  // It's tempting to use replaceAllUsesWith here to fully replace the old
 
1876
  // comparison, but that's not immediately safe, since users of the old
 
1877
  // comparison may not be dominated by the new comparison. Instead, just
 
1878
  // update the branch to use the new comparison; in the common case this
 
1879
  // will make old comparison dead.
 
1880
  BI->setCondition(Cond);
 
1881
  DeadInsts.push_back(OrigCond);
 
1882
 
 
1883
  ++NumLFTR;
 
1884
  Changed = true;
 
1885
  return Cond;
 
1886
}
 
1887
 
 
1888
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
1889
//  SinkUnusedInvariants. A late subpass to cleanup loop preheaders.
 
1890
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
1891
 
 
1892
/// If there's a single exit block, sink any loop-invariant values that
 
1893
/// were defined in the preheader but not used inside the loop into the
 
1894
/// exit block to reduce register pressure in the loop.
 
1895
void IndVarSimplify::SinkUnusedInvariants(Loop *L) {
 
1896
  BasicBlock *ExitBlock = L->getExitBlock();
 
1897
  if (!ExitBlock) return;
 
1898
 
 
1899
  BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
 
1900
  if (!Preheader) return;
 
1901
 
 
1902
  Instruction *InsertPt = ExitBlock->getFirstInsertionPt();
 
1903
  BasicBlock::iterator I = Preheader->getTerminator();
 
1904
  while (I != Preheader->begin()) {
 
1905
    --I;
 
1906
    // New instructions were inserted at the end of the preheader.
 
1907
    if (isa<PHINode>(I))
 
1908
      break;
 
1909
 
 
1910
    // Don't move instructions which might have side effects, since the side
 
1911
    // effects need to complete before instructions inside the loop.  Also don't
 
1912
    // move instructions which might read memory, since the loop may modify
 
1913
    // memory. Note that it's okay if the instruction might have undefined
 
1914
    // behavior: LoopSimplify guarantees that the preheader dominates the exit
 
1915
    // block.
 
1916
    if (I->mayHaveSideEffects() || I->mayReadFromMemory())
 
1917
      continue;
 
1918
 
 
1919
    // Skip debug info intrinsics.
 
1920
    if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
 
1921
      continue;
 
1922
 
 
1923
    // Skip landingpad instructions.
 
1924
    if (isa<LandingPadInst>(I))
 
1925
      continue;
 
1926
 
 
1927
    // Don't sink alloca: we never want to sink static alloca's out of the
 
1928
    // entry block, and correctly sinking dynamic alloca's requires
 
1929
    // checks for stacksave/stackrestore intrinsics.
 
1930
    // FIXME: Refactor this check somehow?
 
1931
    if (isa<AllocaInst>(I))
 
1932
      continue;
 
1933
 
 
1934
    // Determine if there is a use in or before the loop (direct or
 
1935
    // otherwise).
 
1936
    bool UsedInLoop = false;
 
1937
    for (Use &U : I->uses()) {
 
1938
      Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
 
1939
      BasicBlock *UseBB = User->getParent();
 
1940
      if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(User)) {
 
1941
        unsigned i =
 
1942
          PHINode::getIncomingValueNumForOperand(U.getOperandNo());
 
1943
        UseBB = P->getIncomingBlock(i);
 
1944
      }
 
1945
      if (UseBB == Preheader || L->contains(UseBB)) {
 
1946
        UsedInLoop = true;
 
1947
        break;
 
1948
      }
 
1949
    }
 
1950
 
 
1951
    // If there is, the def must remain in the preheader.
 
1952
    if (UsedInLoop)
 
1953
      continue;
 
1954
 
 
1955
    // Otherwise, sink it to the exit block.
 
1956
    Instruction *ToMove = I;
 
1957
    bool Done = false;
 
1958
 
 
1959
    if (I != Preheader->begin()) {
 
1960
      // Skip debug info intrinsics.
 
1961
      do {
 
1962
        --I;
 
1963
      } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I) && I != Preheader->begin());
 
1964
 
 
1965
      if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I) && I == Preheader->begin())
 
1966
        Done = true;
 
1967
    } else {
 
1968
      Done = true;
 
1969
    }
 
1970
 
 
1971
    ToMove->moveBefore(InsertPt);
 
1972
    if (Done) break;
 
1973
    InsertPt = ToMove;
 
1974
  }
 
1975
}
 
1976
 
 
1977
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
1978
//  IndVarSimplify driver. Manage several subpasses of IV simplification.
 
1979
//===----------------------------------------------------------------------===//
 
1980
 
 
1981
bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
 
1982
  if (skipOptnoneFunction(L))
 
1983
    return false;
 
1984
 
 
1985
  // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble. Some notes:
 
1986
  //  - LSR currently only supports LoopSimplify-form loops. Indvars'
 
1987
  //    canonicalization can be a pessimization without LSR to "clean up"
 
1988
  //    afterwards.
 
1989
  //  - We depend on having a preheader; in particular,
 
1990
  //    Loop::getCanonicalInductionVariable only supports loops with preheaders,
 
1991
  //    and we're in trouble if we can't find the induction variable even when
 
1992
  //    we've manually inserted one.
 
1993
  if (!L->isLoopSimplifyForm())
 
1994
    return false;
 
1995
 
 
1996
  LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
 
1997
  SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
 
1998
  DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
 
1999
  auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
 
2000
  TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
 
2001
  auto *TTIP = getAnalysisIfAvailable<TargetTransformInfoWrapperPass>();
 
2002
  TTI = TTIP ? &TTIP->getTTI(*L->getHeader()->getParent()) : nullptr;
 
2003
  const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
 
2004
 
 
2005
  DeadInsts.clear();
 
2006
  Changed = false;
 
2007
 
 
2008
  // If there are any floating-point recurrences, attempt to
 
2009
  // transform them to use integer recurrences.
 
2010
  RewriteNonIntegerIVs(L);
 
2011
 
 
2012
  const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
 
2013
 
 
2014
  // Create a rewriter object which we'll use to transform the code with.
 
2015
  SCEVExpander Rewriter(*SE, DL, "indvars");
 
2016
#ifndef NDEBUG
 
2017
  Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
 
2018
#endif
 
2019
 
 
2020
  // Eliminate redundant IV users.
 
2021
  //
 
2022
  // Simplification works best when run before other consumers of SCEV. We
 
2023
  // attempt to avoid evaluating SCEVs for sign/zero extend operations until
 
2024
  // other expressions involving loop IVs have been evaluated. This helps SCEV
 
2025
  // set no-wrap flags before normalizing sign/zero extension.
 
2026
  Rewriter.disableCanonicalMode();
 
2027
  SimplifyAndExtend(L, Rewriter, LPM);
 
2028
 
 
2029
  // Check to see if this loop has a computable loop-invariant execution count.
 
2030
  // If so, this means that we can compute the final value of any expressions
 
2031
  // that are recurrent in the loop, and substitute the exit values from the
 
2032
  // loop into any instructions outside of the loop that use the final values of
 
2033
  // the current expressions.
 
2034
  //
 
2035
  if (ReplaceExitValue != NeverRepl &&
 
2036
      !isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
 
2037
    RewriteLoopExitValues(L, Rewriter);
 
2038
 
 
2039
  // Eliminate redundant IV cycles.
 
2040
  NumElimIV += Rewriter.replaceCongruentIVs(L, DT, DeadInsts);
 
2041
 
 
2042
  // If we have a trip count expression, rewrite the loop's exit condition
 
2043
  // using it.  We can currently only handle loops with a single exit.
 
2044
  if (canExpandBackedgeTakenCount(L, SE, Rewriter) && needsLFTR(L, DT)) {
 
2045
    PHINode *IndVar = FindLoopCounter(L, BackedgeTakenCount, SE, DT);
 
2046
    if (IndVar) {
 
2047
      // Check preconditions for proper SCEVExpander operation. SCEV does not
 
2048
      // express SCEVExpander's dependencies, such as LoopSimplify. Instead any
 
2049
      // pass that uses the SCEVExpander must do it. This does not work well for
 
2050
      // loop passes because SCEVExpander makes assumptions about all loops,
 
2051
      // while LoopPassManager only forces the current loop to be simplified.
 
2052
      //
 
2053
      // FIXME: SCEV expansion has no way to bail out, so the caller must
 
2054
      // explicitly check any assumptions made by SCEV. Brittle.
 
2055
      const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BackedgeTakenCount);
 
2056
      if (!AR || AR->getLoop()->getLoopPreheader())
 
2057
        (void)LinearFunctionTestReplace(L, BackedgeTakenCount, IndVar,
 
2058
                                        Rewriter);
 
2059
    }
 
2060
  }
 
2061
  // Clear the rewriter cache, because values that are in the rewriter's cache
 
2062
  // can be deleted in the loop below, causing the AssertingVH in the cache to
 
2063
  // trigger.
 
2064
  Rewriter.clear();
 
2065
 
 
2066
  // Now that we're done iterating through lists, clean up any instructions
 
2067
  // which are now dead.
 
2068
  while (!DeadInsts.empty())
 
2069
    if (Instruction *Inst =
 
2070
            dyn_cast_or_null<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val()))
 
2071
      RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst, TLI);
 
2072
 
 
2073
  // The Rewriter may not be used from this point on.
 
2074
 
 
2075
  // Loop-invariant instructions in the preheader that aren't used in the
 
2076
  // loop may be sunk below the loop to reduce register pressure.
 
2077
  SinkUnusedInvariants(L);
 
2078
 
 
2079
  // Clean up dead instructions.
 
2080
  Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader(), TLI);
 
2081
  // Check a post-condition.
 
2082
  assert(L->isLCSSAForm(*DT) &&
 
2083
         "Indvars did not leave the loop in lcssa form!");
 
2084
 
 
2085
  // Verify that LFTR, and any other change have not interfered with SCEV's
 
2086
  // ability to compute trip count.
 
2087
#ifndef NDEBUG
 
2088
  if (VerifyIndvars && !isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount)) {
 
2089
    SE->forgetLoop(L);
 
2090
    const SCEV *NewBECount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
 
2091
    if (SE->getTypeSizeInBits(BackedgeTakenCount->getType()) <
 
2092
        SE->getTypeSizeInBits(NewBECount->getType()))
 
2093
      NewBECount = SE->getTruncateOrNoop(NewBECount,
 
2094
                                         BackedgeTakenCount->getType());
 
2095
    else
 
2096
      BackedgeTakenCount = SE->getTruncateOrNoop(BackedgeTakenCount,
 
2097
                                                 NewBECount->getType());
 
2098
    assert(BackedgeTakenCount == NewBECount && "indvars must preserve SCEV");
 
2099
  }
 
2100
#endif
 
2101
 
 
2102
  return Changed;
 
2103
}